CN104638916A - Dc-dc转换器 - Google Patents

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Abstract

根据实施方式的DC－DC转换器，使主电抗线圈以及第1主开关元件介于从直流电压输入端子到直流电压输出端子的主通电路上，通过第1主开关元件进行接通断开控制，以使主电抗线圈中通过的电流断续。第2主开关元件形成将主电抗线圈中积蓄的电能向直流电压输出端子侧释放的放电回路。此外，使辅助电抗线圈在主通电路内介于第1主开关元件与主电抗线圈之间，通过辅助开关元件，使辅助电抗线圈以及主电抗线圈中积蓄的电能经由主电抗线圈向直流电压输出端子侧放电。并且，对于各主开关元件和辅助开关元件，分别反向并联连接二极管，对辅助电抗线圈并联连接由阳极成为主电抗线圈侧的二极管以及电容器构成的串联电路。

Description

DC-DC转换器
技术领域
本发明的实施方式涉及将直流电压转换为具有不同值的其他直流电压的DC－DC转换器。
背景技术
DC－DC转换器具有对从直流电源输出的直流电压进行降压或升压而转换为具有不同值的其他直流电压的功能、附加了反馈控制和PWM控制的直流稳定化电源的功能。通常，DC－DC转换器由2个开关元件、一个电抗线圈、续流二极管等构成为直流斩波电路。基本是第1及第2开关元件串联连接在直流电源的正负端子之间，电抗线圈经由负载与位于负侧的第2开关元件并联连接的构成。
各开关元件与吸收二极管(snubber diode)或续流二极管(free-wheelingdiode)并联连接，第1及第2开关元件被交替地接通断开控制。在第1开关元件接通的期间，从直流电源经由电抗线圈向负载供给直流电流，若所述元件断开，则电抗线圈中积蓄由反电动势引起的电能。
该积蓄能量成为通过在与第1开关元件的断开同时第2开关元件接通而形成的闭回路中循环的电流，作为直流电流向负载放电。在这样的DC－DC转换器中，由于在直流电源的正负端子之间串联连接着第1及第2开关元件，因此若存在两个开关元件同时接通的期间，则会流过短路电流而元件受到损坏。为了防止该情况，通常利用这两个开关元件都成为断开状态的时间段、所谓死区时间(dead time)控制为分别转为接通断开。
短路电流的产生除了能够通过利用如上述那样的死区时间来防止的原因之外，还存在由恢复电流(recovery current)引起的情况。例如日本特开2009-273336号公报(专利文献1)中公开了一种在共振型DC－DC转换器中抑制恢复电流的产生的技术。恢复电流是在与上述那样的开关元件反向并联连接的吸收二极管或续流二极管中反向流过的瞬间大电流。若开关元件断开，则二极管上被施加反向电压，但由于二极管的内部中积蓄的残留载流子，瞬间流过反向电流。若构成直流斩波电路的一对串联连接开关元件因恢复电流而短路，则直流输出电压变动或放射噪声。
因恢复电流而产生的短路电流为尖锐的脉冲状波形，带来大的浪涌电压，引起强烈的噪声。例如在DC－DC转换器搭载于车辆的情况下，上述的浪涌电压带来使车体底盘电位变动、使控制的误差放大、使开关损失增大等多种故障。此外，这种DC－DC转换器大多被作为便携用电气设备的直流电源电路使用，随着电气设备的小型化·小功率化的进展，强烈希望消除由短路电流引起的故障。
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于提供一种能够以简单且廉价的结构抑制因恢复电流而产生的短路电流的DC－DC转换器。
用于解决问题的手段
根据实施方式的DC－DC转换器，使主电抗线圈以及第1主开关元件介于从直流电压输入端子到直流电压输出端子的主通电路上，通过第1主开关元件进行接通断开控制，以使通过主电抗线圈的电流断续。第2主开关元件形成将主电抗线圈中积蓄的电能向直流电压输出端子侧释放的放电回路。此外，使辅助电抗线圈在主通电路内介于第1主开关元件与主电抗线圈之间，通过辅助开关元件，将辅助电抗线圈以及主电抗线圈中积蓄的电能经由主电抗线圈向直流电压输出端子侧释放。并且，对各主开关元件和辅助开关元件分别反向并联连接二极管，辅助电抗线圈与由以阳极为主电抗线圈侧的二极管以及电容器构成的串联电路并联连接。
此外，根据实施方式的DC－DC转换器，将第1主开关元件以及辅助开关元件串联连接在正侧输入端子以及负侧输入端子之间，在两个开关元件的公共连接点与正侧输出端子之间将辅助电抗线圈以及主电抗线圈串联连接。此外，在两个电抗线圈的公共连接点与负侧输出端子之间连接第2主开关元件，对各主开关元件和辅助开关元件分别反向并联连接二极管，辅助电抗线圈与由二极管以及电容器构成的串联电路并联连接。
此外，根据实施方式的DC－DC转换器，将第1以及第2主开关元件串联连接在正侧输入端子以及负侧输入端子之间，在两个主开关元件的公共连接点与正侧输出端子之间连接主电抗线圈，将第1以及第2辅助开关元件串联连接在正侧输入端子以及负侧输入端子之间。并且，对各主开关元件以及各辅助开关元件分别反向并联连接二极管，在第1及第2主开关元件的公共连接点与第1及第2辅助开关元件的公共连接点之间连接辅助电抗线圈，该辅助电抗线圈与由二极管以及电容器构成的串联电路并联连接。
此外，根据实施方式的DC－DC转换器，使主电抗线圈以及第1主开关元件介于从直流电压输入端子到直流电压输出端子的主通电路上，通过第1主开关元件进行接通断开控制，以使通过主电抗线圈的电流断续。第2主开关元件形成将主电抗线圈中积蓄的电能向直流电压输出端子侧释放的放电回路。此外，使辅助电抗线圈在主通电路内介于第1主开关元件与主电抗线圈之间，通过辅助开关元件，将辅助电抗线圈以及主电抗线圈中积蓄的电能经由主电抗线圈向直流电压输出端子侧释放。并且，对各主开关元件和辅助开关元件分别反向并联连接二极管，连接电力消耗电路，该电力消耗电路由串联连接在辅助电抗线圈及主电抗线圈的公共连接点与地线之间的二极管及电容器、以及由与所述电容器并联连接的电力消耗元件构成。
附图说明
图1是表示第1实施方式的DC－DC转换器的电路图。
图2是概略电压电流波形图。
图3是表示第2实施方式的DC－DC转换器的电路图。
图4是概略电压电流波形图。
图5是表示第3实施方式的DC－DC转换器的电路图。
图6是表示第4实施方式的DC－DC转换器的电路图。
图7是表示第5实施方式的DC－DC转换器的电路图。
图8是概略电压电流波形图。
具体实施方式
因此，提供一种能够以简单且廉价的结构抑制因恢复电流而产生的短路电流的DC－DC转换器。
根据实施方式的DC－DC转换器，使主电抗线圈以及第1主开关元件介于从直流电压输入端子到直流电压输出端子的主通电路上，通过第1主开关元件进行接通断开控制，以使通过主电抗线圈的电流断续。第2主开关元件形成将主电抗线圈中积蓄的电能向直流电压输出端子侧释放的放电回路。此外，使辅助电抗线圈在主通电路内介于第1主开关元件与主电抗线圈之间，通过辅助开关元件，将辅助电抗线圈以及主电抗线圈中积蓄的电能经由主电抗线圈向直流电压输出端子侧释放。并且，对各主开关元件和辅助开关元件分别反向并联连接二极管，辅助电抗线圈与由以阳极为主电抗线圈侧的二极管以及电容器构成的串联电路并联连接。
此外，根据实施方式的DC－DC转换器，将第1主开关元件以及辅助开关元件串联连接在正侧输入端子以及负侧输入端子之间，在两个开关元件的公共连接点与正侧输出端子之间将辅助电抗线圈以及主电抗线圈串联连接。此外，在两个电抗线圈的公共连接点与负侧输出端子之间连接第2主开关元件，对各主开关元件和辅助开关元件分别反向并联连接二极管，辅助电抗线圈与由二极管以及电容器构成的串联电路并联连接。
此外，根据实施方式的DC－DC转换器，将第1以及第2主开关元件串联连接在正侧输入端子以及负侧输入端子之间，在两个主开关元件的公共连接点与正侧输出端子之间连接主电抗线圈，将第1以及第2辅助开关元件串联连接在正侧输入端子以及负侧输入端子之间。并且，对各主开关元件以及各辅助开关元件分别反向并联连接二极管，在第1及第2主开关元件的公共连接点与第1及第2辅助开关元件的公共连接点之间连接辅助电抗线圈，该辅助电抗线圈与由二极管以及电容器构成的串联电路并联连接。
此外，根据实施方式的DC－DC转换器，使主电抗线圈以及第1主开关元件介于从直流电压输入端子到直流电压输出端子的主通电路上，通过第1主开关元件进行接通断开控制，以使通过主电抗线圈的电流断续。第2主开关元件形成将主电抗线圈中积蓄的电能向直流电压输出端子侧释放的放电回路。此外，使辅助电抗线圈在主通电路内介于第1主开关元件与主电抗线圈之间，通过辅助开关元件，将辅助电抗线圈以及主电抗线圈中积蓄的电能经由主电抗线圈向直流电压输出端子侧释放。并且，对各主开关元件和辅助开关元件分别反向并联连接二极管，连接电力消耗电路，该电力消耗电路由串联连接在辅助电抗线圈及主电抗线圈的公共连接点与地线之间的二极管及电容器、以及由与所述电容器并联连接的电力消耗元件构成。
(第1实施方式)
以下，参照图1及图2对第1实施方式进行说明。图1中，在DC－DC转换器的输入侧，具有与直流电源1连接的正侧输入端子2以及负侧输入端子3(直流电压输入端子)。在DC－DC转换器的输出侧，具有与负载4连接的正侧输出端子5以及负侧输出端子6(直流电压输出端子)。在此，正侧以及负侧是相对表示电位的高低的意思。直流电源1是指包括电池、交流直流间转换整流电路等的直流电力源。用直流电源的符号表示的负载4包括电阻负载、马达等的感应负载、被充电电池或与它们类似的负载。
第1主开关元件7以及辅助开关元件8的串联电路连接在正侧输入端子2以及负侧输入端子3之间。辅助电抗线圈10以及主电抗线圈11的串联电路连接在开关元件7及开关元件8的公共连接点9与正侧输出端子5之间。第2主开关元件13连接在电抗线圈电抗线圈10及电抗线圈11的公共连接点12与负侧输出端子6之间。此外，平滑用电容器14a连接在正侧输入端子2与负侧输入端子3之间。平滑用电容器14b连接在正侧输出端子5与负侧输出端子6之间。
所述各开关元件7、8、13分别与二极管D1、D2、D3反向并联连接。本实施方式中，各开关元件7、8、13是N沟道MOSFET，所述二极管D1、D2、D3是MOSFET的寄生二极管。但是，开关元件也可以是双极性晶体管等不具有寄生二极管的元件，在该情况下，所述二极管D1、D2、D3被连接在各元件的外部。
辅助电抗线圈10的电感例如为主电抗线圈11的1/100左右。辅助电抗线圈10的容许电流为电抗线圈与主电抗线圈11相比较小的值即可(例如，优选为75％以下)，此外，辅助开关元件8的容许电流也优选为与第1主开关元件7相比较小的值。
开关控制单元(SCU)15由微计算机构成，对各开关元件7、8、13输出栅极控制信号而对它们进行接通断开控制。各栅极控制信号经由栅极驱动电路16～18提供至各开关元件7、8、13的栅极。这些栅极驱动电路16～18是在作为所述开关元件7、8、13例如使用了N沟道MOSFET的情况下对源极施加约15V的栅极电压的电路。
栅极驱动电路16～18具备逻辑电路19、由两个N沟道MOSFET的串联电路构成的前置驱动器20、以及与该前置驱动器20并联连接的平滑电容器21(这些附图标记仅表示为栅极驱动电路16)。作为驱动用电源，来自电压源22的电源直接供给至栅极驱动电路17及驱动电路18。此外，来自电压源22的电源经由二极管23以及电阻元件24供给至栅极驱动电路16。
构成前置驱动器20的两个N沟道MOSFET通过由逻辑电路19输出的信号，被排他地进行接通断开控制。所述开关元件7的源极电压通过开关动作变化为直流电源1的负侧和正侧的电压。前置驱动器20例如由自举升压电路等构成，以追随开关电压，但也可以由反激式转换器构成。
这些栅极驱动电路16～18的输出端子经由电阻元件与各开关元件7、8、13的栅极连接。此外，在各开关元件7、8、13的栅极与源极之间连接着电容器。所述电容器与在栅极源极之间寄生地存在的电容以及所述电阻元件一起作为栅极驱动电路16～18的输出负载被连接。
此外，辅助电抗线圈10与二极管25及电容器26的串联电路并联连接。所述二极管25的阳极连接于公共连接点12，阴极连接于电阻元件24与平滑电容器21的公共连接点。
上述的结构中，若介设于从正侧输入端子2到正侧输出端子5的主通电路上的辅助电抗线圈10以及主电抗线圈11中流过的电流通过介设于主通电路上的第1主开关元件7而断续，则因该断续电流而在两个电抗线圈10、11中产生反电动势而积蓄电(电磁)能。主电抗线圈11中积蓄的电能通过第2主开关元件13的接通而向正侧输出端子5方向放电。此外，辅助电抗线圈10中积蓄的电能通过辅助开关元件8的接通而经由主电抗线圈11向正侧输出端子5侧放电，并且经由二极管25对作为所述开关元件7的驱动电压源的电容器21进行充电。
接着，参照图2对上述动作的详细情况进行说明。如图2(a)及图2(c)所示，第1主开关元件7(上元件驱动信号)以及第2主开关元件13(下元件驱动信号)被交替地进行接通断开控制，两者的栅极控制信号形成相互反相的关系。但是，为了避免两个主开关元件7及主开关元件13同时接通的状态，在第1主开关元件7接通以及断开的前后设有表示两个元件7、13同时为断开状态的期间即死区时间t1。
若第1主开关元件7接通，则如图1所示形成闭回路CL1，直流电流经由第1主开关元件7、辅助电抗线圈10以及主电抗线圈电抗线圈11流向负载4侧。此时，将经由主电抗线圈11流过的电流iL表示在图2(h)中。电流iL通过其自感应作用，在第1主开关元件7的接通期间逐渐增加，作为反电动势而在主电抗线圈11中积蓄电能。
在第1主开关元件7断开之后，若第2主开关元件13接通，则形成经过第2主开关元件13、主电抗线圈11以及负载4的闭回路(放电回路)CL2。于是，主电抗线圈11中积蓄的电能在闭回路CL2中作为电流ib而流动(图2(f)参照)并向负载4放电。通过这样的第1主开关元件7以及第2主开关元件13的接通断开控制，直流电压持续施加到负载4。将在该动作中经由第1主开关元件7流动的电流ia表示在图2(g)中。
与该动作并行地，辅助开关元件8如图2(b)的辅助SW元件驱动信号所示，在第2主开关元件13之前被接通断开控制。若辅助开关元件8接通，则形成经过辅助开关元件8、辅助电抗线圈10、主电抗线圈11以及负载4的闭回路(放电回路)CL3。于是，通过第1主开关元件7的接通而在电抗线圈辅助电抗线圈10中积蓄的电能在闭回路CL3内经过主电抗线圈11向负载4放电。将此时经由辅助开关元件8流过的电流ic表示在图2(e)中。
接着，叙述对由恢复电流引起的短路电流进行抑制的作用。二极管D1、D2在主开关元件7、13断开的瞬间被施加逆偏置电压而要断开。但是，在二极管D1、D2的内部存在残留载流子。因此，在主开关元件7及主开关元件13都成为断开状态的期间(图2所示的死区时间t1)，在从正侧输入端子2到二极管D1、辅助电抗线圈10、二极管D3以及负侧输入端子3的路径上流过由恢复电流产生的电流。
但是，在本实施方式中，由于在上述路径中设有电抗线圈辅助电抗线圈10，因此由恢复电流引起的短路电流得以抑制。由此，能够去除以往因恢复电流而发生的多种故障。此外，电抗线圈辅助电抗线圈10中积蓄的电能通过辅助开关元件8的接通而作为电流ic向负载4放电，由负载4作为能量来消耗并再利用。这在弥补开关损失的方面带来节能的效果。并且，如上所述，辅助开关元件8以及电抗线圈辅助电抗线圈10为小容许电流的元件即可，尤其由于电抗线圈辅助电抗线圈10的电感小，因此可成为对在基板上布线的钢板上添加线圈的程度的小型构造。
此外，如图2(b、e)所示，在接通辅助开关元件8的期间流过电流ic，使电抗线圈辅助电抗线圈10以及主电抗线圈电抗线圈11中积蓄的电能放电。在该期间能够释放的电力根据电抗线圈电抗线圈10以及电抗线圈11的电感和负载4而变化。因此，若设想没有二极管25以及电容器26的串联电路的情况，则可能会有将辅助电抗线圈10中积蓄的电能不能释放完的情况。
相对于此，在本实施方式中，通过具备上述串联电路，形成使栅极驱动电路16的电源再生由辅助电抗线圈10产生的电能的路径。由此，产生以下的作用。如图2(a、d、g)所示，在第1主开关元件7接通的定时，电流ia流过辅助电抗线圈10而产生电能，在公共连接点12出现振铃(Ringing)。若由该振铃带来的浪涌电压上升到将栅极驱动电路16的电源电压和二极管26的正向电压Vf相加而得到的电压以上，则经由二极管25向上述电源侧流过电流而产生再生作用。在该时刻，辅助电抗线圈10产生的电能被预先消耗(吸收)。因此，在其后接通辅助开关元件8而流过电流ic时，能够充分消耗所残留的电能。
根据如以上那样的本实施方式，将主电抗线圈11以及第1主开关元件7配置在从正侧输入端子2到正侧输出端子5的主通电路上。SCU15通过第1主开关元件7进行接通断开控制，以使主电抗线圈11中流过的电流断续。第2主开关元件13形成将主电抗线圈11中积蓄的电能向直流电压输出端子侧释放的放电回路CL2。
此外，在主通电路内将辅助电抗线圈10配置在第1主开关元件7与主电抗线圈11之间，通过辅助开关元件8，使辅助电抗线圈10以及主电抗线圈11中积蓄的电能经由主电抗线圈11向正侧输出端子5侧放电。并且，辅助电抗线圈10上并列连接由阳极成为主电抗线圈11侧的二极管25以及电容器26构成的串联电路，将二极管25的阴极与栅极驱动电路16的电源连接。此外，SCU15使辅助开关元件8在第2主开关元件13的接通之前接通，在该元件13的断开之前断开。
因此，在第1主开关元件7接通的定时，能够使电流ia流过辅助电抗线圈电抗线圈10而产生的电能在栅极驱动电路16的电源侧再生而被预先消耗。然后，在使辅助开关元件8接通而流过电流ic时，能够充分消耗辅助电抗线圈10中残留的电能。由此，不再需要考虑对第1主开关元件7进行接通断开控制的周期性的时间常数来决定辅助电抗线圈10的电感，能够容易地进行元件的选择。
(第2实施方式)
图3及图4是第2实施方式，对与第1实施方式相同的部分附加相同的附图标记并省略说明，以下对不同的部分进行说明。另外，图3中，表示为控制装置101的结构包括图1所示的SCU15以及栅极驱动电路16～18。图3所示的第2实施方式中，二极管25的阴极不与栅极驱动电路16的电源连接，对电容器26并联连接电阻元件27(电力消耗元件)。在此，二极管25、电容器26以及电阻元件27构成电力消耗电路28。
接着，参照图4对第2实施方式的作用进行说明。与第1实施方式同样，在第1主开关元件7接通的定时，电流ia流过辅助电抗线圈10而产生电能，在公共连接点12出现振铃。若由该振铃产生的电压上升并超过栅极驱动电路16的电源电压，则电流经由二极管25在电容器26以及电阻元件27的并联电路中流动，由电阻元件27消耗电流(参照图4(i，j))。因此，在该时刻，辅助电抗线圈电抗线圈10产生的电能被预先消耗，因此在其后接通辅助开关元件8而流过电流ic时，能够充分消耗所残留的电能。
如以上那样，根据第2实施方式，通过对电容器26并联连接电阻元件27来构成了电力消耗电路28。由此，能够由电阻元件27消耗辅助电抗线圈10产生的电能。
(第3实施方式)
图5所示的第3实施方式中，电容器26以及电阻元件27的一端侧不与公共连接点9连接，而与负侧输入端子3(负侧输出端子6)连接。在这样构成的情况下也与第2实施方式同样，辅助电抗线圈10中产生的电能经由二极管25作为电流流过电容器26以及电阻元件27的并联电路而被消耗。但是，第3实施方式的消耗电能的速度更慢。
(第4实施方式)
图6所示的第4实施方式是删除第1实施方式中的电容器26、连接了与平滑电容器21公用(对应日语：共通化)了的电容器29的结构。电容器29的电容例如设定为电容器21的电容以上、且电容器21及电容器26的并联电容值以下的范围即可。如以上那样，根据第4实施方式，由于将相当于第1实施方式中的电容器26的电容与连接于栅极驱动电路16的电源的平滑电容器21公用，因此能够削减电路元件而将尺寸小型化。
(第5实施方式)
接着，参照图7及图8对第5实施方式进行说明。如图7所示，第1主开关元件7以及第2主开关元件13的串联电路连接在正侧输入端子2以及负侧输入端子3之间。主电抗线圈11连接在主开关元件7及主开关元件13的公共连接点31与正侧输出端子5之间。第1辅助开关元件30以及第2辅助开关元件8的串联电路连接在正侧输入端子2以及负侧输入端子3之间。辅助电抗线圈10连接在所述公共连接点31与第1辅助开关元件30及第2辅助开关元件8的公共连接点32之间。
第1辅助开关元件30也是N沟道MOSFET，在其漏极源极之间反向并联连接着(寄生)二极管D4。开关控制单元33由微计算机构成，对各开关元件7、13、18、8输出栅极控制信号而对它们进行接通断开控制。对第1辅助开关元件30经由栅极驱动电路34提供栅极控制信号，但栅极驱动电路34的结构与栅极驱动电路16相同。另外，辅助电抗线圈10的容许电流为与主电抗线圈11相比非常小的值即可。
接着，参照图8对第5实施方式的作用进行说明。第1开关元件7及第2开关元件13如图8(b)的上元件驱动信号以及(d)的下元件驱动信号所示，与第1实施方式同样，以接通期间相互不重复且具有反相模式的方式进行接通断开控制。第1辅助开关元件30如图8(a)所示(上辅助驱动信号)，在第2主开关元件13的断开期间中，重复在第1主开关元件7的接通定时之前接通、在第1主开关元件7接通之后断开的开关模式。
第2辅助开关元件8如图8(c)所示(下辅助驱动信号)，在第1主开关元件7的断开期间中，重复在第2主开关元件13的接通定时之前接通、在第2主开关元件13接通之后断开的开关模式。
图8所示的t2是插入到第2主开关元件13的断开与第1辅助开关元件30的接通之间的死区时间。t3是插入到第1主开关元件7的断开与第2辅助开关元件8的接通之间的死区时间。
若在图8所示的时刻T1，第1辅助开关元件30接通，则形成闭回路CL4，电流经由正侧输入端子2、第1辅助开关元件30辅助电抗线圈10以及主电抗线圈11流过负载4。接下来，若在时刻T2第1主开关元件7接通，则形成闭回路CL5，电流从正侧输入端子2经由第1主开关元件7、主电抗线圈11流过负载4。图7中的电池记号表示将后述的负载4作为电池的情况。
在第1主开关元件7在时刻T4断开之后的时刻T5，第2辅助开关元件8接通，形成与第1实施方式相同的闭回路CL3。于是，通过第1辅助开关元件30的接通断开动作，辅助电抗线圈10中积蓄的电能通过主电抗线圈11向负载4侧放电，被利用为负载4的消耗能量。若在其紧后的时刻T6第2主开关元件13接通，则形成与第1实施方式相同的闭回路CL2，主电抗线圈11中积蓄的电能向负载4放电。
将上述动作中的经过主电抗线圈11的电流iL表示在图8(j)中。将第1辅助开关元件30的通过电流即通过辅助电抗线圈10的电流id表示在图8(f)中。将第1主开关元件7的流过电流ia表示在图8(g)中。将第2辅助开关元件8的通过电流ic表示在图8(h)中。将第2主开关元件13的通过电流ib表示在图8(i)中。从上述说明可以理解，向主电抗线圈11的通电通过在第1主开关7的接通之前在时刻T1接通的第1辅助开关元件30来开始。在该时刻T1产生在二极管D4及二极管D3反向通过的恢复电流，但由于该恢复电流通过辅助电抗线圈10，因此不会成为短路电流。
此外，在具备二极管D1、D3的第1及第2主开关元件7、13的串联电路中，在两个开关元件7、13都被断开的时刻T1-T2之间，第1辅助开关元件30接通，因此不产生通过二极管D1、D3的恢复电流。同样，关于新追加的第1及第2辅助开关元件30、8的串联电路中的二极管D4、D2，在这两个开关元件30、8都被断开的时刻T4-T5，由主电抗线圈电抗线圈11的反电动势产生的电流iL经过闭回路CL3并经过二极管D2，因此不流过恢复电流。
第5实施方式中，设置在第1主开关元件7的接通动作之前接通的第1辅助开关元件30，将向主电抗线圈11的通电分为经由辅助电抗线圈10的时间段和后续于该时间段的不经由辅助电抗线圈10而经由第1主开关元件7的时间段来进行。
并且，第5实施方式中，也对辅助电抗线圈10并联连接二极管25以及电容器26的串联电路。由此，与第1实施方式同样，在第1主开关元件7接通的定时，电流ia流过辅助电抗线圈电抗线圈10而产生电能，若因公共连接点31上发生的振铃产生的电压上升并超过栅极驱动电路34的电源电压，则经由二极管25向上述电源侧流过电流而产生再生作用。因此，在流过其后接通辅助开关元件8的电流ic时，能够使残留的电能充分消耗。
将该第5实施方式的结构作为电动车的升压电源装置能够如下这样利用。即，作为负载而将12V的低压电池4以其正电极成为直流正侧输出端子5的方式连接。该低压电池4成为汽车的低压电气设备的电源。另一方面，将所述直流电源1设为对电动车的辅助马达进行驱动的400V的高压电池。
该连接构成中，若将第1、第2主开关元件7、13以接通占空比超过50％的模式进行接通断开控制，则将低压电池4的电压升压到400V而能够作为对高压电池1补充电力的紧急对策。另外，第1、第2辅助开关元件30、8如上述那样附随于第1、第2主开关元件7、13的接通断开动作。
如以上那样，根据第5实施方式，将第1及第2主开关元件7及主开关元件13串联连接在正侧输入端子2以及负侧输入端子3之间。在这两个主开关元件7及主开关元件13的公共连接点31与正侧输出端子5之间连接主电抗线圈11。将第1及第2辅助开关元件30及8串联连接在正侧输入端子2以及负侧输入端子3之间。并且，在公共连接点31与第1及第2辅助开关元件30及8的公共连接点32之间连接辅助电抗线圈10。对该辅助电抗线圈10并联连接由二极管25及电容器26构成的串联电路，将二极管25的阴极与栅极驱动电路34的电源连接。
因此，与第1实施方式同样，在接通了第1主开关元件7的定时，使电流ia流过辅助电抗线圈电抗线圈10而产生的电能在栅极驱动电路34的电源侧再生而被预先消耗。由此，在其后使辅助开关元件8接通而流过电流ic时，能够使辅助电抗线圈电抗线圈10中残留的电能充分消耗。并且，通过追加小电感·小容许电流的辅助电抗线圈10以及辅助开关元件8及辅助开关元件30这样的简单且廉价的结构，能够提供能够可靠地抑制基于恢复电流的短路电流，并且能够将该抑制量作为负载消耗电力而能够利用的DC－DC转换器。
对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例来提示的，并没有要限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他多种形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨，并且包含于专利请求的范围中记载的发明及其等效的范围中。
例如第1实施方式中，也可以将二极管25的阴极与正侧输入端子2连接。在该情况下，由辅助电抗线圈10所产生的反电动势引起的浪涌电压之中的、仅使超过直流电源1的电压的电力向平滑电容器14a放电并起到再生作用。
也可以对第5实施方式的结构适用第2～第4实施方式的结构。
作为开关元件，也可以使用IGBT或功率晶体管等。

Claims (24)

1.一种DC－DC转换器，具备以下结构：
主电抗线圈，配置于从直流电压输入端子到直流电压输出端子的主通电路；
第1主开关元件，配置于所述主通电路，并被接通断开控制以使经过所述主电抗线圈的电流断续；
第2主开关元件，形成将所述主电抗线圈中积蓄的电能向所述直流电压输出端子侧释放的放电回路；
辅助电抗线圈，配置在所述主通电路内，并配置于所述第1主开关元件与所述主电抗线圈之间；
辅助开关元件，使所述辅助电抗线圈以及所述主电抗线圈中积蓄的电能通过所述主电抗线圈向所述直流电压输出端子侧放电；
二极管，对于所述各主开关元件和所述辅助开关元件，分别以反方向且并联连接；以及
串联电路，并联连接于所述辅助电抗线圈，由阳极成为所述主电抗线圈侧的二极管以及电容器构成。
2.一种DC－DC转换器，具备以下结构：
正侧输入端子以及负侧输入端子；
正侧输出端子以及负侧输出端子；
第1主开关元件以及辅助开关元件，串联连接于所述正侧输入端子以及负侧输入端子之间，分别位于正侧以及负侧；
主电抗线圈，一端连接于所述正侧输出端子；
辅助电抗线圈，一端连接于所述的两个开关元件的公共连接点，另一端连接于所述主电抗线圈的另一端；
第2主开关元件，连接于所述的两个电抗线圈的公共连接点与所述负侧输出端子之间；
二极管，对于所述各主开关元件和所述辅助开关元件，分别以反方向且并联连接；以及
串联电路，并联连接于所述辅助电抗线圈，由阳极成为所述主电抗线圈侧的二极管以及电容器构成。
3.如权利要求1所述的DC－DC转换器，
使所述辅助开关元件在所述第2主开关元件的接通之前接通，在所述第2主开关元件的断开之前断开。
4.如权利要求2所述的DC－DC转换器，
使所述辅助开关元件在所述第2主开关元件的接通之前接通，在所述第2主开关元件的断开之前断开。
5.一种DC－DC转换器，具备以下结构：
正侧输入端子以及负侧输入端子；
正侧输出端子以及负侧输出端子；
第1主开关元件及第2主开关元件，串联连接于所述正侧输入端子以及负侧输入端子之间；
主电抗线圈，连接于所述的两个主开关元件的公共连接点与所述正侧输出端子之间；
第1辅助开关元件及第2辅助开关元件，串联连接于所述正侧输入端子以及负侧输入端子之间；
辅助电抗线圈，连接于所述第1主开关元件及第2主开关元件的公共连接点与所述第1辅助开关元件及第2辅助开关元件的公共连接点之间；
二极管，对于所述各主开关元件以及所述各辅助开关元件，分别以反方向且并联连接；以及
串联电路，并联连接于所述辅助电抗线圈，由阳极成为所述主电抗线圈侧的二极管以及电容器构成。
6.如权利要求5所述的DC－DC转换器，
所述第1辅助开关元件及第2辅助开关元件分别在所述第1主开关元件及第2主开关元件的接通之前接通，分别在所述第1及第2主开关元件的断开之前断开。
7.如权利要求1所述的DC－DC转换器，
将所述串联电路的公共连接点连接于直流电压源或对所述第1主开关元件进行驱动的驱动电路的电源。
8.如权利要求2所述的DC－DC转换器，
将所述串联电路的公共连接点连接于直流电压源或对所述第1主开关元件进行驱动的驱动电路的电源。
9.如权利要求5所述的DC－DC转换器，
将所述串联电路的公共连接点连接于直流电压源或对所述第1主开关元件进行驱动的驱动电路的电源。
10.如权利要求7所述的DC－DC转换器，
将所述电容器与所述电源的平滑用电容器共用。
11.如权利要求8所述的DC－DC转换器，
将所述电容器与所述电源的平滑用电容器共用。
12.如权利要求9所述的DC－DC转换器，
将所述电容器与所述电源的平滑用电容器共用。
13.如权利要求1所述的DC－DC转换器，
具备与所述电容器并联连接的电力消耗元件。
14.如权利要求2所述的DC－DC转换器，
具备与所述电容器并联连接的电力消耗元件。
15.如权利要求5所述的DC－DC转换器，
具备与所述电容器并联连接的电力消耗元件。
16.一种DC－DC转换器，具备以下结构：
主电抗线圈，配置于从直流电压输入端子到直流电压输出端子的主通电路；
第1主开关元件，配置于所述主通电路，并被接通断开控制以使通过所述主电抗线圈的电流断续；
第2主开关元件，形成将所述主电抗线圈中积蓄的电能向所述直流电压输出端子侧释放的放电回路；
辅助电抗线圈，配置在所述主通电路内，并配置于所述第1主开关元件与所述主电抗线圈之间；
辅助开关元件，使所述辅助电抗线圈以及所述主电抗线圈中积蓄的电能通过所述主电抗线圈向所述直流电压输出端子侧放电；
二极管，对于所述各主开关元件和所述辅助开关元件，分别以反方向且并联连接；
电力消耗电路，串联连接于所述辅助电抗线圈以及所述主电抗线圈的公共连接点与地线之间，并由阳极成为所述公共连接点侧的二极管及电容器、以及与所述电容器并联连接的电力消耗元件构成。
17.如权利要求1所述的DC－DC转换器，
所述辅助电抗线圈的容许电流设定为比所述主电抗线圈更小。
18.如权利要求2所述的DC－DC转换器，
电抗线圈电抗线圈所述辅助电抗线圈的容许电流设定为比所述主电抗线圈更小。
19.如权利要求5所述的DC－DC转换器，
电抗线圈电抗线圈所述辅助电抗线圈的容许电流设定为比所述主电抗线圈更小。
20.如权利要求16所述的DC－DC转换器，
电抗线圈电抗线圈所述辅助电抗线圈的容许电流设定为比所述主电抗线圈更小。
21.如权利要求1所述的DC－DC转换器，
所述辅助开关元件的容许电流设定为比所述主开关元件更小。
22.如权利要求2所述的DC－DC转换器，
所述辅助开关元件的容许电流设定为比所述主开关元件更小。
23.如权利要求5所述的DC－DC转换器，
所述辅助开关元件的容许电流设定为比所述主开关元件更小。
24.如权利要求16所述的DC－DC转换器，
所述辅助开关元件的容许电流设定为比所述主开关元件更小。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5546294A (en) * 1995-07-24 1996-08-13 General Electric Company Resonant converter with wide load range
US20010011885A1 (en) * 2000-02-07 2001-08-09 Shin Nakagawa Voltage step down type DC-DC converter having a coupled inductor
US6989997B2 (en) * 2003-06-25 2006-01-24 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Quasi-resonant DC-DC converters with reduced body diode loss
CN102859855A (zh) * 2010-02-18 2013-01-02 彼得·瓦尔德玛·莱恩 用于高输入到输出电压转换的dc-dc变换器电路
CN102931844A (zh) * 2011-08-09 2013-02-13 南京航空航天大学 有效抑制副边电压尖峰的宽负载范围零电压开关全桥变换器

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000193687A (ja) * 1998-12-25 2000-07-14 Toyota Autom Loom Works Ltd 電流検出回路、およびその電流検出回路を備えたｄｃ／ｄｃコンバ―タ
JP4636249B2 (ja) * 2005-07-19 2011-02-23 ミツミ電機株式会社 電流共振型ｄｃ／ｄｃコンバータおよびそのゼロ電流スイッチング実現方法
JP2013247766A (ja) * 2012-05-25 2013-12-09 Toshiba Corp Ｄｃ‐ｄｃコンバータ

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5546294A (en) * 1995-07-24 1996-08-13 General Electric Company Resonant converter with wide load range
US20010011885A1 (en) * 2000-02-07 2001-08-09 Shin Nakagawa Voltage step down type DC-DC converter having a coupled inductor
US6989997B2 (en) * 2003-06-25 2006-01-24 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Quasi-resonant DC-DC converters with reduced body diode loss
CN102859855A (zh) * 2010-02-18 2013-01-02 彼得·瓦尔德玛·莱恩 用于高输入到输出电压转换的dc-dc变换器电路
CN102931844A (zh) * 2011-08-09 2013-02-13 南京航空航天大学 有效抑制副边电压尖峰的宽负载范围零电压开关全桥变换器

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