CN103765746A - 电力变换装置 - Google Patents

电力变换装置 Download PDF

Info

Publication number
CN103765746A
CN103765746A CN201280042309.6A CN201280042309A CN103765746A CN 103765746 A CN103765746 A CN 103765746A CN 201280042309 A CN201280042309 A CN 201280042309A CN 103765746 A CN103765746 A CN 103765746A
Authority
CN
China
Prior art keywords
terminal
twocouese
switch
power
grid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201280042309.6A
Other languages
English (en)
Inventor
森田竜夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Publication of CN103765746A publication Critical patent/CN103765746A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H02M3/33523—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters with galvanic isolation between input and output of both the power stage and the feedback loop
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K2017/6878—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors using multi-gate field-effect transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0045—Full bridges, determining the direction of the current through the load
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0081—Power supply means, e.g. to the switch driver

Abstract

将具有2个栅极的常断型双方向开关(20)与变压器(10)连接。变压器(10)具有第1绕组(18)和第2绕组(19)。设置第1栅偏压电源(23)和第2栅偏压电源(24)，该第1栅偏压电源(23)通过由第1绕组(18)产生的电力来提供驱动双方向开关(20)的一个栅极的电力，该第2栅偏压电源(24)通过由第2绕组(19)产生的电力来提供驱动双方向开关(20)的另一个栅极的电力。

Description

电力变换装置
技术领域
本发明涉及AC/DC电源等的电力变换装置。
背景技术
为了降低电子设备的功率消耗，正在寻求作为电力变换装置的电源的高效率化。例如，将交流电源变换为直流电源的所谓AC/DC电源，为通过二极管整流器使交流变为直流电、并通过DC/DC转换器实施电力变换以成为希望的电压的构成。可是，由于在二极管整流器以及DC/DC转换器会产生电力变换损失，因而为了电源的高效率化，降低二极管整流器、DC/DC转换器的电力变换损失非常重要。
作为降低在二极管整流器产生的损失的电路，提案了使用双方向开关的不需要二极管整流器的电源(参照专利文献1)。在二极管整流器产生的损失完全消失，因而能够实现AC/DC电源的高效率化。但是，由于使用了在栅极电压为0V时会接通电流的常通型的双方向开关，因此有可能在门电路的异常时不能阻断电流，而导致电源电路损坏。
另一方面，已知具有在栅极电压为0V时阻断电流的能力的常断型的双方向开关(参照专利文献2、3)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2007-28894号公报
专利文献2：JP国际公开第2008/062800号
专利文献3：JP特开2009-148106号公报
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1所示出的电力变换装置，为用于驱动常通型的双方向开关的构成，即使在该电力变换装置中使用常断型的双方向开关，也不能进行驱动。
本发明鉴于上述问题点而作，目的在于提供一种使用常断型的双方向开关，更加安全且高效率的电力变换装置。
解决课题的手段
为了达成上述目的，本发明所涉及的电力变换装置的特征在于，具备：变压器；常断型的第1双方向开关，其具有2个栅极并与所述变压器相连接；第1控制部，其控制所述第1双方向开关；和栅极电源电路，其从交流电源生成提供给所述第1双方向开关的栅极的电力。
若更具体地进行说明，则所述变压器具有第1绕组和第2绕组，所述栅极电源电路具有：第1栅偏压(gate bias)电源，其通过由所述第1绕组产生的电力来提供驱动所述第1双方向开关的一个栅极的电力；和第2栅偏压电源，其通过由所述第2绕组产生的电力来提供驱动所述第1双方向开关的另一个栅极的电力。
发明效果
根据本发明，能够提供一种使用常断型的双方向开关，而更加安全且高效率的电力变换装置。
附图说明
图1是示出本发明的第1实施方式所涉及的电力变换装置的构成的电路图。
图2(a)是示出图1中的双方向开关的栅偏压方法的图，图2(b)是示出该双方向开关的4个动作模式的图。
图3是示出本发明的第2实施方式所涉及的电力变换装置的构成的电路图。
图4是示出图3中的1个辅助电源电路的第1例的电路图。
图5是示出图3中的1个辅助电源电路的第2例的电路图。
图6是示出图3中的1个辅助电源电路的第3例的电路图。
图7是示出图6中的λ二极管的电流电压特性的图。
图8是示出本发明的第3实施方式所涉及的电力变换装置的构成的电路图。
图9是示出图8中的1个控制部的示例的电路图。
图10是示出本发明的第3实施方式的第1变形例的电路图。
图11是示出本发明的第3实施方式的第2变形例的电路图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。
第1实施方式
图1是示出使用了双方向开关的电力变换装置的第1实施方式的电路图。图1中的电力变换装置由变压器10、第1二极管13、第2二极管14、电容器15、双方向开关20、第1门电路21、第2门电路22、第1栅偏压电源23、第2栅偏压电源24、第1电阻25和第2电阻26构成，从第1控制信号源27以及第2控制信号源28分别向第1门电路21以及第2门电路22输入信号，从而切换(switching)双方向开关20来进行电力变换。
在此示出的双方向开关20是至少对于正负的施加电压具有耐压、并能够切换双方向的电流的开关。在本实施方式中，对使用了能够执行专利文献2所示的常断动作的具有2个栅极的双方向开关20的示例进行说明。另外，双方向开关20具有作为第1源极电极的S1端子、作为第2源极电极的S2端子、作为第1栅极电极的G1端子和作为第2栅极电极的G2端子。
变压器10具有一次侧绕组11和二次侧绕组12，一次侧绕组11的一个端子与交流电源17相连接，另一个端子与双方向开关20的S2端子相连接。此外，二次侧绕组12具有3个端子，其中1个端子与第1二极管13的阳极相连接，另一个端子与第2二极管14的阳极相连接，连接至二次侧绕组12的中间的端子与电容器15的一个端子和负载16相连接。电容器15的另一个端子与第1二极管13的阴极、第2二极管14的阴极和负载16相连接。
双方向开关20的S1端子与交流电源17相连接，G1端子与第1门电路21的Vo端子相连接，G2端子与第2门电路22的Vo端子相连接。
第1门电路21的VDD端子与第1栅偏压电源23的正极相连接，第1门电路21的GND端子与双方向开关20的S1端子和第1栅偏压电源23的负极相连接。
第2门电路22的VDD端子与第2栅偏压电源24的正极相连接，第2门电路22的GND端子与双方向开关20的S2端子和第2栅偏压电源24的负极相连接。
第1电阻25被连接在双方向开关20的S1端子与G1端子之间，假设即使在第1门电路21不工作的情况下，也能够将G1端子与S1端子之间的控制电压维持为0V，并阻断从S2端子流向S1端子的电流，从而防止本电力变换装置的损坏。
第2电阻26被连接在双方向开关20的S2端子与G2端子之间，假设即使在第2门电路22不工作的情况下，也能够将G2端子与S2端子之间的控制电压维持为0V，并阻断从S1端子流向S2端子的电流，从而防止本电力变换装置的损坏。
第1门电路21以及第2门电路22，在对Vin端子输入了例如表示Low的例如0V的信号的情况下，执行将Vo端子与GND之间电连接并且将Vo端子与VDD端子之间电断开的动作，在对Vin端子输入了表示High的例如5V的信号到情况下，执行将Vo端子与VDD端子之间电连接并且将Vo端子与GND端子之间电断开的动作。
图2(a)是示出在本实施方式中所使用的双方向开关20的栅偏压方法的图。该双方向开关20能够通过连接在S1端子与G1端子之间的电源Vg1、和连接在S2端子与G2端子之间的电源Vg2，在图2(b)所示的4个驱动条件下实现4个动作模式。Vg1和Vg2是分别高于双方向开关20的栅极阈值电压的电压，例如在输出5V的电压的情况下，成为在S1端子与S2端子之间双方向地接通电流的动作模式1的状态。此时，因为该电流电压特性中，无偏移的特性显现出来，所以能够以更低的导通电阻接通电流。Vg1和Vg2分别是低于双方向开关20的栅极阈值电压的电压，例如在输出0V的电压的情况下，成为在S1端子与S2端子之间阻断双方向的电流的动作模式2的状态。此外，在Vg1输出了高于栅极阈值电压的例如5V、而Vg2输出了低于栅极阈值电压的例如0V的情况下，成为执行从S2端子向S1端子通上电流、并阻断从S1端子流向S2端子的电流的二极管那样的动作的动作模式3的状态。此外，在Vg2输出了高于栅极阈值电压的例如5V、而Vg1输出了低于栅极阈值电压的例如0V的情况下，成为执行从S1端子向S2端子通上电流、并阻断从S2端子流向S1端子的电流的二极管那样的动作的动作模式4的状态。
通过使上述那样的构成的电力变换装置按照下面的方式执行动作，能够将交流电变换为直流电。
在与变压器10相连接的交流电源17的端子的电位高于另一个交流电源17的端子的电位的情况下，通过输入PWM(Pulse Width Modulation)信号到第1门电路21的Vin端子，切换经过变压器10从双方向开关20的S2端子流向S1端子的电流，并经由变压器10向二次侧绕组12传递电力。此时，希望输入High信号到第2门电路22的Vin端子，并例如施加5V到双方向开关20的G2端子，使得双方向开关20以更低的导通电阻通上电流。另外，即使输入Low信号到第2门电路22的Vin端子也工作。
在与变压器10相连接的交流电源17的端子的电位低于另一个交流电源17的端子的电位的情况下，通过输入PWM信号到第2门电路22的Vin端子，切换从双方向开关20的S1端子经过S2端子流向变压器10的电流，并经由变压器10向二次侧绕组12传递电力。此时，优选输入High信号到第1门电路21的Vin端子，并例如施加5V到双方向开关20的G1端子，使得双方向开关20以更低的导通电阻通上电流。另外，即使输入Low信号到第1门电路21的Vin端子也工作。
能够将由二次侧绕组12产生的电力，通过第1二极管13与第2二极管14整流为直流，并通过电容器15进行平滑，从而变换为稳定的直流电。
另外，在就以交流的形式使用变压器10的二次侧绕组12产生的交流电的情况下，也可以不使用第1二极管13、第2二极管14、电容器15。
此外，虽然也可以从外部提供第1栅偏压电源23和第2栅偏压电源24，但下面对利用交流电源17生成电力的电路进行说明。
第2实施方式
图3是第2实施方式的电力变换装置的电路图。第2实施方式为从交流电源17得到第1实施方式的第1栅偏压电源23与第2栅偏压电源24的电力的构成。
第1栅偏压电源23由变压器10具有的第1绕组18、第3二极管33、第2电容器35和第1辅助电源电路37构成，第1绕组18的一个端子与双方向开关20的S1端子相连接，另一个端子与第3二极管33的阳极相连接。第3二极管33的阴极与第1辅助电源电路37的Vo端子和第1门电路21的VDD端子相连接。第2电容器35的一个端子与第1门电路21的VDD端子相连接，另一个端子与第1门电路21的GND端子相连接。第1辅助电源电路37的GND端子与双方向开关20的S1端子相连接，Vi端子与连接变压器10和交流电源17的布线相连接。
第2栅偏压电源24由变压器10具有的第2绕组19、第4二极管34、第3电容器36和第2辅助电源电路38构成，第2绕组19的一个端子与双方向开关20的S2端子相连接，另一个端子与第4二极管34的阳极相连接。第4二极管34的阴极与第2辅助电源电路38的Vo端子和第2门电路22的VDD端子相连接。第3电容器36的一个端子与第2门电路22的VDD端子相连接，另一个端子与第2门电路22的GND端子相连接。第2辅助电源电路38的GND端子与双方向开关20的S2端子相连接，Vi端子与连接双方向开关20和交流电源17的布线相连接。
通过设为这样的构成，在双方向开关20的切换动作中，电力不仅从一次侧绕组11传递到二次侧绕组12，还传递到第1绕组18、第2绕组19。例如，将由第1绕组18产生的电力通过第3二极管33变换为直流电，并通过第2电容器35进行平滑，从而作为驱动第1门电路21的电力来提供。此外，也同样地生成第2栅偏压电源24的电力。
此外，在双方向开关20未执行切换动作的情况下，在第1栅偏压电源23中，第1辅助电源电路37始终供给电力。同样地，在第2栅偏压电源24中，第2辅助电源电路38始终供给电力。
通过上述这样的构成从交流电源17直接确保第1以及第2栅偏压电源23、24的电力。
图4示出在本实施方式中所述的辅助电源电路37的第1例。第1例的辅助电源电路37由第1二极管41、第2二极管42、三端子调节器43、第1设定用电阻44、第2设定用电阻45、电容器46和齐纳二极管47构成，具有Vi端子、Vo端子和GND端子。Vi端子与第1二极管41的阳极相连接，第1二极管41的阴极与三端子调节器43的Vin端子相连接，三端子调节器43的Vout端子与齐纳二极管47的阴极和Vo端子相连接，三端子调节器43的ADJ端子经由第1设定用电阻44与齐纳二极管47的阳极和GND端子相连接。电容器46的一个端子与Vo端子相连接，另一个端子与GND端子相连接。第2设定用电阻45被连接在三端子调节器43的Vout端子与ADJ端子之间。第2二极管42的阴极与三端子调节器43的Vin端子相连接，阳极与三端子调节器43的Vout端子相连接。
在Vi端子的电位高于GND端子的电位时，从交流电源17经由Vi端子与第1二极管41，对三端子调节器43施加电压。通过三端子调节器43降压至希望的栅偏压电压，例如在此降压至5V。为了栅偏压电压的稳定化，在此插入电容器46与齐纳二极管47。
此外，在Vi端子的电位低于GND端子的电位时，通过第1二极管41来维持Vi端子与GND端子之间的电压，并通过第2二极管42与齐纳二极管47使得不会对三端子调节器43与电容器46施加较大的反方向电压。
通过采用这样的构成，能够从交流电源17来提供栅偏压电源23的电力。另外，只要能够得到希望的输出电压，也可以不是齐纳二极管47，也可以按照不对电容器46施加反方向电压的方式采用二极管。
另外，只要三端子调节器43能够设定希望的输出电力，也可以没有第1设定用电阻44以及第2设定用电阻45。
另外，如果在三端子调节器43的Vout端子与Vin端子之间，即使施加Vin端子的电位较高的电压，只要该三端子调节器43不会损坏而正常工作，那么也可以没有第1二极管41以及第2二极管42。
图5是示出了辅助电源电路37的第2例的电路图。第2例的辅助电源电路37由二极管51、常通型FET(Field-Effect Transistor)52、电容器53和齐纳二极管54构成，具有Vi端子、Vo端子和GND端子。Vi端子经由二极管51与常通型FET52的漏极相连接，常通型FET52的源极与Vo端子相连接，栅极与GND端子相连接。电容器53被连接在Vo端子与GND端子之间，齐纳二极管54的阴极与Vo端子相连接，阳极与GND端子相连接。另外，在此，常通型FET52的栅极阈值电压例如设为-5V。
在Vi端子的电位高于GND端子的电位时，从交流电源17经由Vi端子与二极管51，对常通型FET52施加电压。在对电容器53充电了5V电压时，因为常通型FET52的栅极电压相对于源极为-5V，所以常通型FET52变为断开状态。在从Vo端子与GND端子之间供给电力、例如电容器53的电压为4V时，常通型FET52的栅极电压相对于源极为-4V，常通型FET52变为接通状态，从交流电源17经由二极管51对电容器53进行充电。若进行充电从而电容器53的电压变为5V，则常通型FET52又变为断开状态。
此外，在Vi端子的电位低于GND端子的电位时，通过二极管51来维持Vi端子与GND端子之间的电压，并使得不会对常通型FET52与电容器53施加较大的反方向电压。
通过采用这样的构成，能够从交流电源17来提供栅偏压电源23的电力。另外，只要能够得到希望的输出电压，也可以不是齐纳二极管54，也可以按照不对电容器53施加反方向电压的方式采用二极管。
另外，也可以为了调整辅助电源电路37的输出电压，在常通型FET52的栅极与GND端子之间插入齐纳二极管。
图6是示出了辅助电源电路37的第3例的电路图。第3例的辅助电源电路37由第1二极管61、第2二极管62、λ二极管63、电容器64和齐纳二极管65构成，具有Vi端子、Vo端子和GND端子。第1二极管61的阳极与Vi端子相连接，阴极与λ二极管63的阳极相连接。λ二极管63的阴极与Vo端子相连接。电容器64的一个端子与Vo端子相连接，另一个端子与GND端子相连接。齐纳二极管65的阴极与Vo端子相连接，阳极与GND端子相连接。第2二极管62的阴极与λ二极管63的阳极相连接，阳极与λ二极管63的阴极相连接。
图7示出了λ二极管63的电流电压特性。λ二极管63具有若是较低的施加电压则接通电流、若施加较高的电压则阻断电流的特性。
通过采用上述的构成，在Vi端子的电位高于GND端子的电位时，从交流电源17经由Vi端子与第1二极管61，对λ二极管63施加电压。在施加给λ二极管63的电压例如是1～2V程度的情况下，因为λ二极管63为接通状态，所以能够通过交流电源17的电力对电容器64进行充电。若交流电源17的电压增高、施加给λ二极管63的电压例如为10V程度，则λ二极管63变为阻断状态，不接通电流。因为在交流电源17的1个周期中存在2次λ二极管63成为接通状态的电压，在该时刻能够从交流电源17对电容器64进行充电。
此外，在Vi端子的电位低于GND端子的电位时，由于通过第1二极管61来维持Vi端子与GND端子之间的电压，第2二极管62与λ二极管63反并联地连接，因此使得不会对λ二极管63施加较大的反方向电压，从而防止了损坏。另外，若是λ二极管63不会损坏的范围内的电压，则无需使用第2二极管62。
另外，也可以在图3所示的实施方式中，废除第1绕组18、第2绕组19、第3二极管33、第4二极管34、第2电容器35以及第3电容器36，而通过第1辅助电源电路37以及第2辅助电源电路38来生成第1以及第2栅偏压电源23、24的电力。
根据上述那样的构成，能够使用常断型双方向开关20构成电力变换装置，并能够进一步提高电力变换装置的安全性。
第3实施方式
图8是示出第3实施方式的电力变换装置的电路图。图8中的电力变换装置具有分别在第1以及第2实施方式中所述的具有2个栅极的第1双方向开关71、第2双方向开关72、第3双方向开关73和第4双方向开关74，并由变压器10、第1二极管13、第2二极管14、电容器15、与第1双方向开关71相连接的第1控制部81、与第2双方向开关72相连接的第2控制部82、与第3双方向开关73相连接的第3控制部83和与第4双方向开关74相连接的第4控制部84构成。
在本实施方式的电力变换装置中，第1双方向开关71与第2双方向开关72串联连接的电路、和第3双方向开关73与第4双方向开关74串联连接的电路进行并联连接，交流电源17经由第1AC总线75与第1双方向开关71以及第3双方向开关73相连接，而且，经由第2AC总线76与第2双方向开关72以及第4双方向开关74相连接。变压器10的一次侧绕组11的一个端子与第1双方向开关71和第2双方向开关72的连接点相连接，另一个端子与第3双方向开关73和第4双方向开关74的连接点相连接。
此外，变压器10的二次侧绕组12具有3个端子，其中1个端子与第1二极管13的阳极相连接，另一个端子与第2二极管14的阳极相连接，被连接到二次侧绕组12的中间的端子，与电容器15的一个端子和负载16相连接。电容器15的另一个端子与第1二极管13的阴极、第2二极管14的阴极和负载16相连接。
第1控制部81的Vdd1端子、第2控制部82的Vdd1端子、第3控制部83的Vdd1端子和第4控制部84的Vdd1端子，与第2AC总线76相连接。此外，第1控制部81的Vdd2端子、第2控制部82的Vdd2端子、第3控制部83的Vdd2端子和第4控制部84的Vdd2端子，与第1AC总线75相连接。
图9示出在本实施方式中所使用的控制部81～84的构成例。控制部81具有S1端子、S2端子、G1端子、G2端子、Vin1端子、Vin2端子、Vdd1端子和Vdd2端子，并具备第1门电路21、第2门电路22、第1电阻25、第2电阻26、第1电容器91、第2电容器92、第1辅助电源电路37和第2辅助电源电路38。第1以及第2门电路21、22与第1以及第2辅助电源电路37、38，也可以和在第1以及第2实施方式中所述的电路相同。
在图9的控制部81中，第1门电路21的Vo端子与G1端子相连接，第1门电路21的GND端子与S1端子相连接，第1门电路21的Vin端子与Vin1端子相连接，第1门电路21的VDD端子与第1辅助电源电路37的Vo端子相连接。第1电阻25的一个端子与G1端子相连接，另一个端子与S1端子相连接。第1电容器91的一个端子与第1门电路21的VDD端子相连接，另一个端子与第1门电路21的GND端子相连接。第1辅助电源电路37的GND端子与S1端子相连接，第1辅助电源电路37的Vi端子与Vdd1端子相连接。
第2门电路22的Vo端子与G2端子相连接，第2门电路22的GND端子与S2端子相连接，第2门电路22的Vin端子与Vin2端子相连接，第2门电路22的VDD端子与第2辅助电源电路38的Vo端子相连接。第2电阻26的一个端子与G2端子相连接，另一个端子与S2端子相连接。第2电容器92的一个端子与第2门电路22的VDD端子相连接，另一个端子与第2门电路22的GND端子相连接。第2辅助电源电路38的GND端子与S2端子相连接，第2辅助电源电路38的Vi端子与Vdd2端子相连接。
通过采用上述的构成，能够从交流电源17生成栅偏压电源的电力，通过来自外部的控制信号即对Vin1端子以及Vin2端子的信号来控制第1～第4双方向开关71～74，并经由变压器10将交流电变换为直流电。
在本实施方式中，控制信号输入到第1～第4控制部81～84各自的Vin1端子与Vin2端子。通过将High信号输入到Vin1端子，来对双方向开关的G1端子施加栅极阈值电压以上的电压，通过输入Low信号来对双方向开关的G1端子施加小于栅极阈值电压的电压。同样地，通过将High信号输入到Vin2端子来对双方向开关的G2端子施加栅极阈值电压以上的电压，通过输入Low信号对双方向开关的G2端子施加小于栅极阈值电压的电压。此外，输入到Vin1端子以及Vin2端子的控制信号，在与生成控制信号的电路的基准电位不同的情况下，经由光耦合器(photo coupler)等的对一次侧与二次侧绝缘的绝缘耦合器来输入。这样，只要将控制信号输入到第1～第4控制部81～84各自的Vin1端子以及Vin2端子，就能够将交流电变换为直流电。
根据上述那样的构成，能够使用常断型双方向开关71～74来构成电力变换装置，并能够进一步提高电力变换装置的安全性。
另外，关于通过什么样的动作序列来控制第1～第4双方向开关71～74的栅极，也可以按照专利文献3所记载的定时来进行。
图10是示出第3实施方式的第1变形例的图。与图8相比，在第1控制部81的Vdd1端子以及Vdd2端子、和第3控制部83的Vdd1端子以及Vdd2端子与第2AC总线76相连接这一点上不同。此外，在第2控制部82的Vdd1端子以及Vdd2端子和第4控制部84的Vdd1端子以及Vdd2端子与第1AC总线75相连接这一点上不同。
通过这样的构成，也能够从交流电源17生成栅偏压电源的电力，通过来自外部的信号来控制第1～第4双方向开关71～74，并经由变压器10将交流电变换为直流电。
图11是示出第3实施方式的第2变形例的图。与图8相比，在如下点上不同：第1控制部81的Vdd1端子和第2控制部82的Vdd2端子与第1双方向开关71和第2双方向开关72的连接点相连接，第3控制部83的Vdd1端子和第4控制部84的Vdd2端子与第3双方向开关73和第4双方向开关74的连接点相连接，第1控制部81的Vdd2端子和第3控制部83的Vdd2端子与第1AC总线75相连接，第2控制部82的Vdd1端子和第4控制部84的Vdd1端子与第2AC总线76相连接。
通过这样的构成，也能够从交流电源17生成栅偏压电源的电力，通过来自外部的信号来控制第1～第4双方向开关71～74，并经由变压器10将交流电变换为直流电。
另外，前述的辅助电源电路37内的电容器46、53、64，在第3实施方式中也可以兼用作与第1以及第2辅助电源电路37、38的Vo端子相连接的第1以及第2电容器91、92。
此外，在第1～第3实施方式中，对于双方向开关20、71～74，可以利用使用了2个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)与2个二极管的双方向开关、具有阻断反方向电流的能力的2个IGBT反并联地连接的双方向开关、串联连接2个MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor)的双方向开关等，也可以利用具有2个栅极的双栅型MOSFET。
此外，在第1～第3实施方式中，示出了在变压器10的二次侧绕组12连接第1二极管13、第2二极管14以及电容器15，并将由二次侧绕组12产生的交流电变换为直流电的示例，但在直接使用交流电的情况下，也可以直接使用电力变换后的输出到二次侧绕组12的交流电。
另外，本发明的电力变换装置能够通过和专利文献2所记载的具有p型栅极的双栅型双方向开关进行组合，能够更进一步实现电力变换装置的高效率化以及小型化。专利文献2记载的使用了p型栅极的双方向开关通过从栅极注入空穴，能够在沟道内引起电导调制，从而实现驱动电流的增大、导通电阻的降低。因此，通过利用该双方向开关来构成电力变换装置，能够降低导通电阻所引起的导通损失，并与现有的由绝缘栅型器件所构成的双方向开关构成的电力变换装置相比能够实现小型化、高效率化。
为了通过具有p型栅极的双方向开关来使电导调制发生，与绝缘栅型器件相比，为了维持双方向开关的接通状态而需要较大的栅极电流。现有已知的栅极电源电路成为如下构成：将电能例如使用发光二极管变换为光等其他的能量，使用太阳电池再变换为电能，生成浮动的栅极电力。在该情况下，由于向其他形态的能量进行一次变换，因而变换效率低下，只能得到μW程度的电力。因此，虽然足够用于驱动绝缘栅型器件，但却不足以进行具有p型栅极的双方向开关的驱动。此外，虽然还有使用具有变压器的绝缘型DC/DC转换器的方法，但变压器的小型化很困难，结果电力变换装置会大型化。
另一方面，在第1～第3实施方式中所示出的栅极电源电路，不是直接变换为光能量的方式，而是通过直接的电力变换来生成栅极电力，所以能够在较小的尺寸下，确保驱动具有p型栅极的双方向开关所需要的栅极电力。此外，因为主要通过电阻和半导体元件来构成，所以能够实现栅极电源电路的集成化。通过本发明和专利文献2记载的具有p型栅极的双方向开关，能够更进一步实现电力变换电路的小型化。
工业实用性
如以上所说明的那样，本发明所涉及的电力变换装置是使用了常断型的双方向开关的、更加安全且高效率的电力变换装置，作为AC/DC电源等非常有用。
符号说明
10  变压器
11  一次侧绕组
12  二次侧绕组
13、14  二极管
15  电容器
16  负载
17  交流电源
18  第1绕组
19  第2绕组
20  双方向开关
21、22  门电路
23、24  栅偏压电源
25、26  电阻
27、28  控制信号源
33、34  二极管
35、36  电容器
37、38  辅助电源电路
41、42  二极管
43  三端子调节器
44、45  设定用电阻
46  电容器
47  齐纳二极管
51  二极管
52  常通型FET
53  电容器
54  齐纳二极管
61  62  二极管
63  λ二极管
64  电容器
65  齐纳二极管
71、72、73、74  双方向开关
75、76  AC总线
81、82、83、84  控制部
91、92  电容器

Claims (8)

1.一种电力变换装置，其特征在于，具备：
变压器；
常断型的第1双方向开关，其具有2个栅极并与所述变压器相连接；
第1控制部，其控制所述第1双方向开关；和
栅极电源电路，其从交流电源生成提供给所述第1双方向开关的栅极的电力。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
所述变压器具有第1绕组和第2绕组，
所述栅极电源电路具有：
第1栅偏压电源，其通过由所述第1绕组产生的电力来提供驱动所述第1双方向开关的一个栅极的电力；和
第2栅偏压电源，其通过由所述第2绕组产生的电力来提供驱动所述第1双方向开关的另一个栅极的电力。
3.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
所述栅极电源电路具有调节器。
4.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
所述栅极电源电路具有常通型的晶体管。
5.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
所述栅极电源电路具有λ二极管。
6.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，还具备：
常断型的第2双方向开关；
第2控制部，其控制所述第2双方向开关；
常断型的第3双方向开关；
第3控制部，其控制所述第3双方向开关；
常断型的第4双方向开关；和
第4控制部，其控制所述第4双方向开关。
7.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
所述第1双方向开关具有p型栅极。
8.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
在所述第1双方向开关的第1源极电极与第1栅极电极之间连接有第1电阻，在所述第1双方向开关的第2源极电极与第2栅极电极之间连接有第2电阻。
CN201280042309.6A 2011-08-30 2012-06-15 电力变换装置 Pending CN103765746A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011187155 2011-08-30
JP2011-187155 2011-08-30
PCT/JP2012/003944 WO2013031070A1 (ja) 2011-08-30 2012-06-15 電力変換装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103765746A true CN103765746A (zh) 2014-04-30

Family

ID=47755605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280042309.6A Pending CN103765746A (zh) 2011-08-30 2012-06-15 电力变换装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9444351B2 (zh)
JP (1) JP6008330B2 (zh)
CN (1) CN103765746A (zh)
WO (1) WO2013031070A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104079277A (zh) * 2014-06-18 2014-10-01 翁天禄 直流二线式固态开关
CN107437889A (zh) * 2016-05-26 2017-12-05 松下知识产权经营株式会社 电力变换电路及电力传送系统

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015016891A1 (en) * 2013-07-31 2015-02-05 Schneider Electric Solar Inverters Usa, Inc. Isolated uni-polar transistor gate drive
GB2533344B (en) * 2014-12-17 2019-11-06 Intelligent Energy Saving Company Ltd A circuit for a voltage power optimiser
WO2016133530A1 (en) * 2015-02-20 2016-08-25 Honeywell International Inc. Airfield runway lamp controller
US10936027B2 (en) 2015-06-26 2021-03-02 Trilogy Llc Power distribution system
FR3063850B1 (fr) * 2017-03-09 2019-04-19 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Convertisseur a double pont
GB2565297B (en) * 2017-08-07 2020-09-02 Murata Manufacturing Co An adjustable power supply device for supplying power to a power switch control device
JP2023035478A (ja) * 2021-09-01 2023-03-13 株式会社 日立パワーデバイス 駆動回路および電力変換装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52138637A (en) * 1976-05-15 1977-11-18 Matsushita Electric Works Ltd Battery checker for emergency lamp
US4260943A (en) * 1979-01-30 1981-04-07 Unitron Corporation High frequency battery charger
JP2001320243A (ja) * 2000-05-12 2001-11-16 Sony Corp バイアス回路およびこれを用いた無線通信装置
JP3747835B2 (ja) * 2001-10-24 2006-02-22 松下電器産業株式会社 電力変換装置
US7164589B1 (en) * 2005-07-11 2007-01-16 International Rectifier Corporation Bridgeless bi-directional forward type converter
EP2084750A4 (en) 2006-11-20 2010-12-22 Panasonic Corp SEMICONDUCTOR DEVICE AND ITS TRAINING METHOD
JP4636337B2 (ja) * 2007-01-17 2011-02-23 株式会社デンソー 電力用半導体スイッチング回路
JP5262101B2 (ja) 2007-12-17 2013-08-14 パナソニック株式会社 電力変換回路
JP5438004B2 (ja) 2008-07-24 2014-03-12 パナソニック株式会社 電力変換装置
JP5322176B2 (ja) * 2009-11-06 2013-10-23 シャープ株式会社 半導体装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104079277A (zh) * 2014-06-18 2014-10-01 翁天禄 直流二线式固态开关
CN104079277B (zh) * 2014-06-18 2019-08-09 翁天禄 直流二线式固态开关
CN107437889A (zh) * 2016-05-26 2017-12-05 松下知识产权经营株式会社 电力变换电路及电力传送系统
CN107437889B (zh) * 2016-05-26 2020-06-12 松下知识产权经营株式会社 电力变换电路及电力传送系统

Also Published As

Publication number Publication date
US20140177308A1 (en) 2014-06-26
WO2013031070A1 (ja) 2013-03-07
JP6008330B2 (ja) 2016-10-19
US9444351B2 (en) 2016-09-13
JPWO2013031070A1 (ja) 2015-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103765746A (zh) 电力变换装置
CN102437718B (zh) 栅极驱动电路以及开关电源装置
CN101999204B (zh) 双向开关电路及包括该双向开关电路的功率转换装置
EP3163734B1 (en) Dc-dc converter with high transformer ratio
US20160049873A1 (en) Multi-output boost regulator with single control loop
EP2685620B1 (en) Bidirectional dc-dc converter, and power source system
WO2015174016A1 (ja) 電力変換装置、およびそれを用いたパワーコンディショナ
US9385624B2 (en) Rectifier circuit
JP2015216790A (ja) 電力変換装置、およびそれを用いたパワーコンディショナ
CN105814786A (zh) 整流装置、交流发电机以及电力转换装置
US9178408B2 (en) Voltage regulators with load-dependent bias
CN103636113A (zh) 升降压型ac/dc转换器
KR101734210B1 (ko) 양방향 직류-직류 컨버터
CN203800053U (zh) 半导体器件及包括该半导体器件的集成装置
US20050285158A1 (en) Single-chip common-drain JFET device and its applications
CN108063542A (zh) 一种简单可靠低成本碳化硅功率开关器件驱动电路
TWI425730B (zh) 具有完整漏源電壓鉗位元的功率開關裝置及限制耦合變壓器推拉式整流器之主開關場效應電晶體的最大漏源電壓的裝置及方法
CN101304222A (zh) 直流—交流转换电路
US9998019B2 (en) DC-DC converter, and solar power controller and mobile body using same
JP2021010286A (ja) 駆動回路
KR101197078B1 (ko) 능동 스위칭 소자를 구비한 영전압 방전회로 장치
US11736036B2 (en) Electric power converter
JP5052333B2 (ja) スイッチングレギュレータおよびその制御方法
US20160043640A1 (en) Switch mode power supply with a cascode circuit
CN219420289U (zh) 整流单元以及整流电路

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20140430