CN106941318B - 电力转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电力转换装置。电力转换装置具备多个DC－DC变换器。各个DC－DC变换器具备至少一个栅极电阻、和栅极驱动器。栅极驱动器经由栅极电阻而将开关元件的栅电极向导通电位点和断开电位点中的一方选择性地进行连接。第二DC－DC变换器的栅极电阻与第一DC－DC变换器的栅极电阻相比而具有高电阻值。

Description

电力转换装置
技术领域
本说明书中所公开的技术涉及一种并联连接有多个DC－DC变换器的电力转换装置。
背景技术
在日本特开2014－155359号公报中，记载了一种并联连接有多个DC－DC变换器的电力转换装置。各个DC－DC变换器具有电感器、二极管和开关元件。电感器的一端与正极输入端连接。二极管的阳极与电感器的另一端连接，二极管的阴极与正极输出端连接。开关元件的一端与电感器的另一端连接，开关元件的另一端与负极输入端以及负极输出端连接。各个DC－DC变换器通过开关元件而高速地进行导通断开，从而使从正极输入端以及负极输入端被输入的直流电力升压，并从正极输出端以及负极输出端输出。当如该电力转换装置那样并联连接有多个DC－DC变换器时，能够在降低流经各个DC－DC变换器的电流的同时，实施较大电力的转换。
在各个DC－DC变换器中，因开关元件的开关而会产生瞬变。例如，当开关元件被断开时，在开关元件的两端间电压中出现瞬变。另外，当开关元件被导通时，在流经开关元件的电流中出现瞬变。在此，在并联连接有多个DC－DC变换器的电力转换装置中，当例如全部开关元件同时被导通或者断开时，因各个开关元件而引起的瞬变将被叠加，从而会产生较大的瞬变。对于这个问题，在引用文献1所记载的电力转换装置中，在多个DC－DC变换器之间，使导通开关元件的时刻互不相同。由此，通过在因各个开关元件而引起的瞬变之间设置相位差以使这些瞬变相互抵消，从而实现了瞬变的降低。
发明内容
在引用文献1所记载的技术中，仅仅使各个开关元件导通的时刻有所不同。因此，率先进行开关的开关元件(在此，设为第一开关元件)与延迟进行开关的开关元件(在此，设为第二开关元件)会产生相同大小的瞬变。在此，瞬变为伴随有衰减的振动。因此，在第二开关元件被开关的时间点上，在第一开关元件率先产生的瞬变上已经产生了一定程度的衰减。因此，当因第二开关元件而引起的瞬变以与因第一开关元件而引起的瞬变相同的大小(相同的初始振幅)而产生时，因第二开关元件而引起的瞬变的振幅与因第一开关元件而引起的瞬变的振幅相比而始终较大。在此情况下，存在无论怎样调节两者的瞬变的相位差也无法充分降低瞬变的情况。另外，还存在如下问题，即，由于相对于因第一开关元件而引起的瞬变，因第二开关元件而引起的瞬变会延迟而收敛，因此，瞬变会持续较长时间。
本说明书提供一种在并联连接有多个DC－DC变换器的电力转换装置中，能够有效地降低因开关元件的开关而引起的瞬变的技术。
本说明书中所公开的电力转换装置具备：正极输入端以及负极输入端，其与直流电源连接；正极输出端以及负极输出端，所述正极输出端以及负极输出端与电气负载连接；电容器，其被连接于正极输出端以及负极输出端之间；多个DC－DC变换器，其相对于正极输入端、负极输入端、正极输出端以及负极输出端而被并联连接，多个DC－DC变换器中的每一个具有电感器、上侧二极管和下侧开关元件，电感器的一端与正极输入端连接。上侧二极管的阳极与电感器的另一端连接，上侧二极管的阴极与正极输出端连接。下侧开关元件的一端与电感器的另一端连接，下侧开关元件的另一端与负极输入端以及负极输出端连接。
多个DC－DC变换器中的每一个还具备至少一个下侧栅极电阻和下侧栅极驱动器。下侧栅极驱动器经由下侧栅极电阻而将下侧开关元件的栅电极向断开电位点和导通电位点中的一方选择性地进行连接。在此，下侧开关元件通过栅电极被连接于断开电位点而断开，并通过栅电极被连接于导通电位点而导通。多个DC－DC变换器的下侧栅极驱动器根据第一驱动信号而进行动作。多个DC－DC变换器至少包括第一DC－DC变换器和第二DC－DC变换器，第二DC－DC变换器的下侧栅极电阻与第一DC－DC变换器的下侧栅极电阻相比而具有高电阻值。
一般情况下，栅极电阻越为高电阻值，则开关元件的开关速度越变慢。而且，开关元件的开关速度越变慢，则因开关元件的开关而引起的瞬变的初始振幅越减小。关于这些点，在上述的电力转换装置中，第二DC－DC变换器的下侧栅极电阻与第一DC－DC变换器的下侧栅极电阻相比而具有高电阻值。其结果为，第二DC－DC变换器的下侧开关元件相对于第一DC－DC变换器的下侧开关元件而延迟地被进行开关。由此，能够避免两个下侧开关元件同时被进行开关的情况，从而使因两个下侧开关元件而引起的两个瞬变至少部分相抵消。而且，因第二DC－DC变换器的下侧开关元件而引起的瞬变的初始振幅小于因第一DC－DC变换器的下侧开关元件而引起的瞬变的初始振幅。因此，在不同的时刻所产生的两个瞬变之间，能够使同一时间点处的振幅一致或者接近。由此，能够使两个瞬变有效地抵消，从而降低瞬变。另外，通过使延迟而产生的瞬变的初始振幅降低，从而能够使其收敛提前，还能够避免瞬变持续较长时间的情况。
附图说明
图1示意性地表示实施例的电力转换装置10的结构。
图2为表示下侧开关元件34a、34b刚刚关断后的两端间电压的曲线图。曲线A表示第一栅极电阻38a、38b为低电阻值的情况，曲线B表示第一栅极电阻38a、38b为中电阻值的情况，曲线C表示第一栅极电阻38a、38b为高电阻值的情况。
图3为对第一DC－DC变换器30a的下侧开关元件34a刚刚关断后的两端间电压Vds1、和第二DC－DC变换器30b的下侧开关元件34b刚刚关断后的两端间电压Vds2进行例示的曲线图。电压Vds1的瞬变和电压Vds2的瞬变具有瞬变周期的二分之一的相位差，且包络线相互一致。
图4为表示下侧开关元件34a、34b刚刚接通后流通的电流的曲线图。曲线A表示第二栅极电阻40a、40b为低电阻值的情况，曲线B表示第二栅极电阻40a、40b为中电阻值的情况，曲线C表示第二栅极电阻40a、40b为高电阻值的情况。
图5为，对第一DC－DC变换器30a的下侧开关元件34a刚刚关断后流通的电流Id1、和第二DC－DC变换器30b的下侧开关元件34b刚刚接通后流通的电流Id2进行例示的曲线图。电流Id1的瞬变和电流Id2的瞬变具有瞬变周期的二分之一的相位差，且包络线相互一致。
图6示意性地表示其他实施例的电力转换装置110的结构。
图7为，对在电力转换装置110中，第一DC－DC变换器30a的下侧开关元件34a刚刚关断后的两端间电压Vds1、和第二DC－DC变换器30b的下侧开关元件34b刚刚关断后的两端间电压Vds2进行例示的曲线图。电压Vds1的瞬变和电压Vds2的瞬变具有瞬变周期的二分之一的相位差。
图8为，在电力转换装置110中，第一DC－DC变换器30a的下侧开关元件34a刚刚关断后流通的电流Id1、和第二DC－DC变换器30b的下侧开关元件34b刚刚接通后流通的电流Id2进行例示的曲线图。电流Id1的瞬变和电流Id2的瞬变具有瞬变周期的二分之一的相位差。
图9为示意性地表示其他的一个实施例的电力转换装置120的结构。
图10为示意性地表示其他的一个实施例的电力转换装置130的结构。
图11为表示在具有三个以上的DC－DC变换器的电力转换装置中使因三个开关元件的关断而引起的三个瞬变相互抵消的示例。三个瞬变具有瞬变周期的三分之一的相位差。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的代表性且非限定性的具体示例进行详细说明。该详细说明为，单纯地意图向本领域技术人员展示用于实施本发明的优选示例的详细说明，而并非意图限定本发明的范围的说明。另外，为了提供被进一步改善的电力转换装置，以下所公开的追加的特征以及发明能够与其他特征或发明分别使用，或者与其他特征或发明一起使用。
另外，在以下的详细说明中所公开的特征或工序的组合，在最广的意义上并非是实施本发明时所必需的，而是仅仅为了特别地对本发明的代表性的具体示例进行说明而被记载的。而且，上述以及下述的代表性的具体示例的各种各样的特征、以及独立权利要求以及从属权利要求中所记载的各种各样的特征，在提供本发明的追加且有用的实施方式时，并非必须按照此处所记载的具体示例那样或者按照所列举出的顺序那样进行组合。
本说明书和/或权利要求中所记载的全部特征，与实施例和/或权利要求所记载的特征的结构相独立地作为针对原始申请的公开以及所要求保护的特定事项的限定，而单独且相互独立地进行公开。而且，所有的与数值范围以及组合或者集合相关的记载，作为针对原始申请的公开以及所要求保护的特定事项的限定，而具有公开数值范围以及组合或者集合的中间结构的意图。
参照附图，对实施例的电力转换装置10进行说明。电力转换装置10为在直流电源2与电气负载4之间对电力(特别是电压)进行转换的装置。电力转换装置10能够使来自直流电源2的电力升压并供给至电气负载4。另外，电力转换装置10在电气负载4作为发电机而发挥功能的情况下使来自电气负载4的电力降压并供给至直流电源2。作为一个示例，电力转换装置10能够被利用于电动汽车(包括混合动力汽车)中，并且能够在相当于直流电源2的蓄电池、与相当于电气负载4的逆变器以及电机之间，实施所需的电力(电压)的转换。在该情况下，蓄电池的额定电压例如为200伏特，逆变器以及电机的额定电压例如为600伏特。
如图1所示，电力转换装置10具备与直流电源2连接的正极输入端12以及负极输入端14、和与电气负载4连接的正极输出端16以及负极输出端18。负极输入端14与负极输出端18被相互连接在一起，两者被维持于相同的电位(基准电位)。
电力转换装置10具备电容器20和多个DC－DC变换器30a、30b。多个DC－DC变换器30a、30b包括第一DC－DC变换器30a和第二DC－DC变换器30b。并且，多个DC－DC变换器30a、30b可以包括三个以上的DC－DC变换器。
电容器20被连接于正极输出端16与负极输出端18之间，并对正极输出端16与负极输出端18之间的电压变动进行抑制。多个DC－DC变换器30a、30b相对于正极输入端12、负极输入端14、正极输出端16以及负极输出端18而被并联连接。即，多个DC－DC变换器30a、30b相对于电容器20也被并联连接。以下，有时将“DC－DC变换器”简称为“变换器”。
各个变换器30a、30b具有电感器32a、32b、下侧开关元件34a、34b、下侧二极管36a、36b、上侧开关元件54a、54b和上侧二极管56a、56b。下侧开关元件34a、34b以及上侧开关元件54a、54b的各个开关元件为具有绝缘型的栅电极的功率半导体开关元件，例如可以为MOSFET(Metal－Oxide－Semiconductor Field－Effect Transistor：金属－氧化物半导体场效应晶体管)或者IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅极双极型晶体管)。在本实施例中，在各个开关元件34a、34b、54a、54b中，采用了同一规格的常闭型MOSFET。
在各个变换器30a、30b中，电感器32a、32b的一端与正极输入端12连接。下侧开关元件34a、34b的一端(漏极电极)与电感器32a、32b的另一端连接，下侧开关元件34a、34b的另一端(源极电极)与负极输入端14以及负极输出端18连接。下侧二极管36a、36b的阴极与电感器32a、32b的另一端连接，下侧二极管36a、36b的阳极与负极输入端14以及负极输出端18连接。下侧开关元件34a、34b与下侧二极管36a、36b被相互并联连接。
上侧开关元件54a、54b的一端(源极)与电感器32a、32b的另一端连接，上侧开关元件54a、54b的另一端(漏极)与正极输出端16连接。上侧二极管56a、56b的阳极与电感器32a、32b的另一端连接，上侧二极管56a、56b的阴极与正极输出端16连接。上侧开关元件54a、54b与上侧二极管56a、56b被相互并联连接。
各个变换器30a、30b还具有多个下侧栅极电阻38a、38b、40a、40b与下侧栅极驱动器42a、42b。多个下侧栅极电阻38a、38b、40a、40b包括第一栅极电阻38a、38b和第二栅极电阻40a、40b。第一栅极电阻38a、38b和第二栅极电阻40a、40b相对于下侧开关元件34a、34b的栅电极而被并联连接。第二变换器30b的第一栅极电阻38b与第一变换器30a的第一栅极电阻38a相比而具有高电阻值。另外，第二变换器30b的第二栅极电阻40b与第一变换器30a的第二栅极电阻40a相比而具有高电阻值。
下侧栅极驱动器42a、42b为使下侧开关元件34a、34b导通以及断开的电路。下侧栅极驱动器42a、42b通过将下侧开关元件34a、34b的栅电极与断开电位点44a、44b连接，从而使下侧开关元件34a、34b断开。另外，下侧栅极驱动器42a、42b通过将下侧开关元件34a、34b的栅电极与导通电位点46a、46b连接，从而使下侧开关元件34a、34b导通。在此，在下侧栅极驱动器42a、42b使下侧开关元件34a、34b断开时，下侧开关元件34a、34b的栅电极经由第一栅极电阻38a、38b而与断开电位点44a、44b连接。另一方面，在下侧栅极驱动器42a、42b使下侧开关元件34a、34b导通时，下侧开关元件34a、34b的栅电极经由第二栅极电阻40a、40b而与导通电位点46a、46b连接。
各个变换器30a、30b的下侧栅极驱动器42a、42b根据共用的第一驱动信号X而进行动作。第一驱动信号X为由控制装置(省略图示)供给的脉冲信号列。下侧栅极驱动器42a、42b根据第一驱动信号X而将下侧开关元件34a、34b的栅电极向断开电位点44a、44b与导通电位点46a、46b中的一方选择性地进行连接。由此，下侧栅极驱动器42a、42b能够高速地对下侧开关元件34a、34b进行开关(导通以及断开)。在此，上述的脉冲信号列例如可以为PWM信号，并且根据脉冲信号的宽度，而对下侧开关元件34a、34b导通的期间的比例(占空比)进行调节。
第二变换器30b还具有第一延迟电路48和第二延迟电路50。第一延迟电路48和第二延迟电路50分别使下侧栅极驱动器42b接收第一驱动信号X的时刻延迟。在此，由第一延迟电路48延迟的延迟时间和由第二延迟电路50延迟的延迟时间互不相同。第一延迟电路48和第二延迟电路50相对于下侧栅极驱动器42b而被并联连接。由此，第二变换器30b的下侧栅极驱动器42b能够分别接收通过第一延迟电路48而被延迟的第一驱动信号X和通过第二延迟电路50而被延迟的第一驱动信号X。而且，第二变换器30b的下侧栅极驱动器42b根据通过第一延迟电路48而被延迟的第一驱动信号X，而将下侧开关元件34b的栅电极向断开电位点44b进行连接，从而使下侧开关元件34b断开。另外，第二变换器30b的下侧栅极驱动器42b根据通过第二延迟电路50而被延迟的第一驱动信号X，而将下侧开关元件34b的栅电极向导通电位点46b进行连接，从而使下侧开关元件34b导通。
第一延迟电路48以及第二延迟电路50是为了在第一变换器30a和第二变换器30b之间对下侧栅极驱动器42a、42b接收第一驱动信号X的时刻给予适当的时间差而被设置的，详细内容将在后文叙述。由此，第一延迟电路48以及第二延迟电路50根据需要既可以被设置于第一变换器以及第二变换器30a、30b的双方中，或者也可以仅被设置于第一变换器30a中。
各个变换器30a、30b还具备多个上侧栅极电阻58a、58b、60a、60b和上侧栅极驱动器62a、62b。多个上侧栅极电阻58a、58b、60a、60b包括第三栅极电阻58a、58b和第四栅极电阻60a、60b。第三栅极电阻58a、58b和第四栅极电阻60a、60b相对于上侧开关元件54a、54b的栅电极而被并联连接。第二变换器30b的第三栅极电阻58b与第一变换器30a的第三栅极电阻58a相比而具有高电阻值。另外，第二变换器30b的第四栅极电阻60b与第一变换器30a的第四栅极电阻60a相比而具有高电阻值。
上侧栅极驱动器62a、62b为，使上侧开关元件54a、54b导通以及断开的电路。上侧栅极驱动器62a、62b通过将上侧开关元件54a、54b的栅电极连接于断开电位点64a、64b，从而使上侧开关元件54a、54b断开。另外，上侧栅极驱动器62a、62b通过将上侧开关元件54a、54b的栅电极连接于导通电位点66a、66b，从而使上侧开关元件54a、54b导通。在此，当上侧栅极驱动器62a、62b使上侧开关元件54a、54b断开时，上侧开关元件54a、54b的栅电极经由第三栅极电阻58a、58b而与断开电位点64a、64b连接。另一方面，当上侧栅极驱动器62a、62b使上侧开关元件54a、54b导通时，上侧开关元件54a、54b的栅电极经由第四栅极电阻60a、60b而与导通电位点66a、66b连接。
各个变换器30a、30b的上侧栅极驱动器62a、62b基于共用的第二驱动信号Y而进行动作。第二驱动信号Y为由控制装置(省略图示)供给的脉冲信号列。上侧栅极驱动器62a、62b根据第二驱动信号Y而将上侧开关元件54a、54b的栅电极向断开电位点64a、64b和导通电位点66a、66b中的一方选择性地进行连接。由此，上侧栅极驱动器62a、62b能够高速地对上侧开关元件54a、54b进行开关(导通以及断开)。在此，上述的脉冲信号列例如可以为PWM信号，并且根据脉冲信号的宽度，而对上侧开关元件54a、54b导通的期间的比例(占空比)进行调节。
第二变换器30b还具有第三延迟电路68和第四延迟电路70。第三延迟电路68和第四延迟电路70分别使上侧栅极驱动器62b接收第二驱动信号Y的时刻延迟。由第三延迟电路68延迟的延迟时间和由第四延迟电路70延迟的延迟时间互不相同。第三延迟电路68和第四延迟电路70相对于上侧栅极驱动器62b而被并联连接。由此，第二变换器30b的上侧栅极驱动器62b能够分别接收通过第三延迟电路68而被延迟的第二驱动信号Y和通过第四延迟电路70而被延迟的第二驱动信号Y。而且，第二变换器30b的上侧栅极驱动器62b被构成为，根据通过第三延迟电路68而被延迟的第二驱动信号Y而将上侧开关元件54b的栅电极向断开电位点64b进行连接，并根据通过第四延迟电路70而被延迟的第二驱动信号Y而将上侧开关元件54b的栅电极向导通电位点66b进行连接。与前述的第一延迟电路48以及第二延迟电路50同样地，第三延迟电路68以及第四延迟电路70根据需要而既可以被设置于第一以及第二变换器30a、30b的双方中，或者也可以仅被设置于第一变换器30a中。
接下来，对电力转换装置10的动作进行说明。如上所述，电力转换装置10能够使来自直流电源2的电力升压，并供给至电气负载4。在该升压动作中，主要是电感器32a、32b、上侧二极管56a、56b以及下侧开关元件34a、34b发挥功能。在升压动作中，脉冲信号列的第一驱动信号X被输入至各个变换器30a、30b的下侧栅极驱动器42a、42b。由此，各个下侧开关元件34a、34b高速地被进行开关。另一方面，各个上侧开关元件54a、54b被持续断开。在第一变换器30a中，当下侧开关元件34a被导通时，电流流通于连接直流电源2、电感器32a、下侧开关元件34a的闭合电路中，从而使能量被存储于电感器32a中。之后，当下侧开关元件34a被断开时，储存于电感器32a中的能量将被释放出，从而使电流流通于连接直流电源2、电感器32a、上侧二极管56a、电容器20(或者电气负载4)的闭合电路中。通过使下侧开关元件34a高速地反复进行开关，从而来自直流电源2的电力被升压，并被供给至电气负载4。由于第二变换器30b中的动作也是同样的，因此省略说明。
电力转换装置10还能够使来自电气负载4的供给电力降压并供给至直流电源2。在该降压动作中，主要是电感器32a、32b、上侧开关元件54a、54b以及下侧二极管36a、36b发挥功能。在降压动作中，作为脉冲信号列的第二驱动信号Y被输入至各个变换器30a、30b的上侧栅极驱动器62a、62b中。由此，各个上侧开关元件54a、54b高速地被进行开关。另一方面，各个下侧开关元件34a、34b被持续断开。在第一变换器30a中，当上侧开关元件54a被导通时，电流从电气负载4(或者电容器20)朝向电感器32a流动，从而使能量被储存于电感器32a中。之后，当上侧开关元件54a被断开时，储存于电感器32a中的能量将被释放出，从而使电流流通于连接直流电源2、电感器32a、下侧二极管36a的闭合电路中。通过使上侧开关元件54a高速地反复进行开关，从而来自电气负载4的供给电力被降压，并被供给至直流电源2。由于第二变换器30b中的动作也是同样的，因此省略说明。
如上所述，在电力转换装置10的升压动作中，下侧开关元件34a、34b高速地被进行开关，从而因下侧开关元件34a、34b的开关而产生瞬变。首先，以第一变换器30a为例，对因下侧开关元件34a的关断而引起的瞬变进行说明。如图2所示，当下侧开关元件34a被断开时，下侧开关元件34a的两端间电压(漏极－源极间电压)在朝向目标值而急速地上升之后，在相对于目标值而衰减的同时进行振动。该衰减性的振动为瞬变。由于瞬变成为能量损失或电磁噪声的主要因素，因此期望降低该瞬变。
如图2所示，因下侧开关元件34a的关断而引起的瞬变的波形根据下侧开关元件34a的关断中所使用的第一栅极电阻38a的电阻值而进行变化。如在图2中的期间I内所观察到的那样，第一栅极电阻38a的电阻值越升高，则下侧开关元件34a的两端间电压的变化率越减小，从而下侧开关元件34a的开关速度越变慢。其结果为，如在图2中的期间II内所观察到的那样，第一栅极电阻38a的电阻值越升高，则瞬变的初始振幅(瞬变的初期所观察到的最大振幅)越减小。另一方面，如在图2中的期间III内所观察到的那样，即使使第一栅极电阻38a的电阻值发生变化，瞬变的衰减率以及周期也不会变化。这是因为，不管第一栅极电阻38a的电阻值如何，由于瞬变而使电流发生振动的电路的电气特性(即，包含电容器20、上侧二极管56a、下侧开关元件34a在内的各元件以及配线所具有的电阻成分、电容成分以及电感成分)也不会发生变化。
在第二变换器30b中也同样地，因下侧开关元件34b的关断而导致在下侧开关元件34b的两端间电压(漏极－源极间电压)上产生瞬变。而且，因下侧开关元件34b的关断而引起的瞬变的波形如前述的图2所示，根据下侧开关元件34b的关断中所使用的第一栅极电阻38b的电阻值而进行变化。
关于因上述的下侧开关元件34a、34b的关断而引起的瞬变，在本实施例的电力转换装置10中，第二变换器30b的第一栅极电阻38b与第一变换器30a的第一栅极电阻38a相比具有高电阻值。由此，第二变换器30b的下侧开关元件34b(以下，称为第二下侧开关元件34b)相对于第一变换器30a的下侧开关元件34a(以下，称为第一下侧开关元件34a)而延迟地断开。
其结果为，如图3所示，在因第一下侧开关元件34a的关断而引起的瞬变、与因第二下侧开关元件34b的关断而引起的瞬变之间产生相位差。在此，图3中的Vds1表示第一下侧开关元件34a的两端间电压，Vds2表示第二下侧开关元件34b的两端间电压。由此，能够使因下侧开关元件34a、34b的关断而引起的两个瞬变根据两个瞬变的相位差而部分或者完全抵消。在此，两个瞬变的相位差能够通过两个第一栅极电阻38a、38b的电阻值而进行调节。例如，还能够以在因第一下侧开关元件34a的关断而引起的瞬变取极小值的时刻使因第二下侧开关元件34b的关断而引起的瞬变取极大值的方式，对两者的相位差进行调节。即，将两个瞬变的相位差设为瞬变周期的二分之一。在该情况下，能够最有效地使两个瞬变相抵消。
而且，由于第二变换器30b的第一栅极电阻38b与第一变换器30a的第一栅极电阻38a相比而具有高电阻值，因此因第二下侧开关元件34b的关断而引起的瞬变的初始振幅小于因第一下侧开关元件34a的关断而引起的瞬变的初始振幅。即，相对于率先产生的瞬变的初始振幅，延迟产生的瞬变的初始振幅变小。如前文所述，瞬变为伴随有衰减的振动。因此，在第二下侧开关元件34b被延迟而断开的时间点，在因第一下侧开关元件34a的关断而率先产生的瞬变上，已经产生了一定程度的衰减。因此，如果相对于率先产生的瞬变的初始振幅而使延迟产生的瞬变的初始振幅减小，则能够使同一时间点处的两个瞬变的振幅一致或者接近。由此，能够更加有效地使两个瞬变相抵消。另外，通过相对于率先产生的瞬变的初始振幅而减小延迟产生的瞬变的初始振幅，从而能够使两个瞬变最终收敛的时刻一致或者接近。由此，能够避免率先产生的瞬变收敛了之后延迟产生的瞬变残留的现象。
如上所述，通过分别适当地决定两个第一栅极电阻38a、38b的电阻值(尤其是电阻差)，从而能够适当地调节因两个下侧开关元件34a、34b的关断而引起的两个瞬变之间的相位差和各自的初始相位。但是，在很多情况下，仅通过第一栅极电阻38a、38b的电阻值而最优地调节相位差和初始振幅的双方是较为困难的。由此，在本实施例的电力转换装置10中，在第二变换器30b中设置有第一延迟电路48。如前所述，第一延迟电路48使下侧栅极驱动器42b接收第一驱动信号X的时刻延迟。而且，第二变换器30b的下侧栅极驱动器42b根据通过第一延迟电路48而被延迟的第一驱动信号X而使第二下侧开关元件34b断开。由此，第二下侧开关元件34b相对于第一下侧开关元件34a而进一步延迟由第一延迟电路48所延迟的延迟时间而断开。
根据上述的结构，如图3所示，能够在因第一下侧开关元件34a的关断而引起的瞬变取极小值的时刻，使因第二下侧开关元件34b的关断而引起的瞬变取极大值，并且在该时刻使两个瞬变的振幅一致。具体而言，首先，至少对一方的第一栅极电阻38a、38b的电阻值进行调节，从而使一方的瞬变取极小值时的振幅和另一方的瞬变取极大值时的振幅一致。接下来，以在一方的瞬变取极小值的时刻使另一方的瞬变以相同的振幅取极大值的方式对由第一延迟电路48延迟的延迟时间进行调节。即，以使两个瞬变的相位差成为瞬变周期的二分之一的方式，对由第一延迟电路48延迟的延迟时间进行调节。其结果为，两个瞬变始终以相同振幅而成为反相位，从而能够使两者完全相抵消。根据需要，第一延迟电路48既可以被设置于第一变换器30a以及第二变换器30b的双方中，也可以仅被设置于第一变换器30a中。
两个第一栅极电阻38a、38b的电阻值(特别是电阻差)并未被特别地限定。能够根据电力转换装置10的具体结构和据此而可能产生的瞬变来适当地进行决定。但是，也设想到如下情况，即，由于当两个第一栅极电阻38a、38b之间的电阻差过大时，两个瞬变的初始相位将过度不同，因此无法使两个瞬变充分抵消。因此，只要将第二变换器30b的第一栅极电阻38b的电阻值设为小于第一变换器30a的第一栅极电阻38a的电阻值的10倍即可。关于后述的第二栅极电阻40a、40b、第三栅极电阻58a、58b、第四栅极电阻60a、60b也为同样设定。
接下来，对因下侧开关元件34a、34b的接通而引起的瞬变进行说明。首先，以第一变换器30a为例，对因第一下侧开关元件34a的接通而引起的瞬变进行说明。如图4所示，当第一下侧开关元件34a被导通时，朝向第一下侧开关元件34a而流动的电流(漏极电流)在趋向于目标值而急速上升之后，在相对于目标值而衰减的同时进行振动。即，产生瞬变。关于该瞬变，由于成为能量损失或电磁噪声的主要因素，因此期望被降低。
如图4所示，因第一下侧开关元件34a的接通而引起的瞬变的波形，根据第一下侧开关元件34a的接通中所使用的第二栅极电阻40a的电阻值而发生变化。如在图4中的期间I内所观察到的那样，第二栅极电阻40a的电阻值越升高，则流过第一下侧开关元件34a的电流的变化率越减小，从而第一下侧开关元件34a的开关速度越变慢。其结果为，如在图4中的期间II内所观察到的那样，第二栅极电阻40a的电阻值越升高，则瞬变的初始振幅越减小。另一方面，如在图4中的期间III内所观察到的那样，即使使第二栅极电阻40a的电阻值发生变化，瞬变的衰减率以及周期也不会变化。这是因为，无论第二栅极电阻40a的电阻值如何，由于瞬变而使电流振动的电路的电气特性都不会发生变化。
在第二变换器30b中也同样地，因第二下侧开关元件34b的接通而在流过第二下侧开关元件34b的电流中产生瞬变。而且，因第二下侧开关元件34b的接通而引起的瞬变的波形如前述的图4所示，根据第二下侧开关元件34b的接通中所使用的第二栅极电阻40b的电阻值而发生变化。
关于因上述的下侧开关元件34a、34b的接通而引起的瞬变，在本实施例的电力转换装置10中，第二变换器30b的第二栅极电阻40b与第一变换器30a的第二栅极电阻40a相比而具有高电阻值。由此，第二变换器30b的第二下侧开关元件34b相对于第一变换器30a的第一下侧开关元件34a而延迟地导通。
其结果为，如图5所示，在因第一下侧开关元件34a的接通而引起的瞬变、与因第二下侧开关元件34b的接通而引起的瞬变之间将产生相位差。在此，图5中的Id1表示流过第一下侧开关元件34a的电流，Id2表示流过第二下侧开关元件34b的电流。由此，能够使因两个下侧开关元件34a、34b的接通而引起的两个瞬变根据两个瞬变的相位差而部分或者完全相抵消。与前述的因关断而引起的瞬变同样地，能够通过两个第二栅极电阻40a、40b的电阻值而对两个瞬变的相位差适当地进行调节。
而且，与前述的因关断而引起的瞬变同样地，因第二下侧开关元件34b的接通而引起的瞬变的初始振幅小于因第一下侧开关元件34a的接通而引起的瞬变的初始振幅。即，相对于在先产生的瞬变的初始振幅，延迟产生的瞬变的初始振幅变小。由此，通过使同一时间点处的两个瞬变的振幅一致或者接近，从而能够更加有效地使两个瞬变相抵消。另外，能够避免在率先产生的瞬变收敛之后延迟产生的瞬变残留的现象。
关于因下侧开关元件34a、34b的接通而引起的瞬变，在很多情况下，仅通过第二栅极电阻40a、40b的电阻值而对两个瞬变的相位差和初始相位的双方最优地进行调节是较为困难的。由此，在本实施例的电力转换装置10中，在第二变换器30b中设置有第二延迟电路50。如前文所述，第二延迟电路50使下侧栅极驱动器42b接收第一驱动信号X的时刻延迟。而且，第二变换器30b的下侧栅极驱动器42b根据通过第二延迟电路50而被延迟的第一驱动信号X而使第二下侧开关元件34b导通。由此，第二下侧开关元件34b相对于第一下侧开关元件34b而进一步延迟由第二延迟电路50所延迟的延迟时间而导通。
根据上述的结构，如图5所示，能够在因第一下侧开关元件34a的接通而引起的瞬变取极小值的时刻，使因第二下侧开关元件34b的接通而引起的瞬变取极大值，并且在该时刻使两个瞬变的振幅一致。更加具体而言，首先，至少对一方的第二栅极电阻40a、40b的电阻值进行调节，从而使一方的瞬变取极小值时的振幅、和另一方的瞬变取极大值时的振幅一致。接下来，以使一方的瞬变取极小值的时刻与另一方的瞬变以相同的振幅取极大值的时刻一致的方式，对由第二延迟电路50所延迟的延迟时间进行调节。其结果为，两个瞬变始终以相同振幅而成为反相位，从而能够使两者相抵消。根据需要，第二延迟电路50既可以被设置于第一变换器30a以及第二变换器30b的双方中，也可以仅被设置于第一变换器30a中。
另一方面，在电力转换装置10的降压动作中，上侧开关元件54a、54b高速地被进行开关，从而因上侧开关元件54a、54b的开关而产生瞬变。与上述的下侧开关元件34a、34b同样地，当上侧开关元件54a、54b被分别关断时，在上侧开关元件54a、54b的两端间电压上分别产生瞬变。该两个瞬变的相位差以及各自的初始振幅能够通过第三栅极电阻58a、58b的电阻值和由第三延迟电路68所延迟的延迟时间来进行调节。即，在因上侧开关元件54a、54b的关断而引起的瞬变、和该关断中所使用的第三栅极电阻58a、58b之间，图2所示的关系也同样成立。由此，与上述的下侧开关元件34a、34b同样地，能够使因两个上侧开关元件54a、54b的关断而引起的两个瞬变有效地或者完全地相抵消。
另外，在上侧开关元件54a、54b分别被接通时，也与上述的下侧开关元件34a、34b同样地，在流过上侧开关元件54a、54b的电流上分别产生瞬变。该两个瞬变的相位差以及各自的初始振幅能够通过上侧开关元件54a、54b的接通中所使用的第四栅极电阻60a、60b的电阻值和由第四延迟电路70所延迟的延迟时间来进行调节。即，在因上侧开关元件54a、54b的接通而引起的瞬变、与该接通中所使用的第四栅极电阻60a、60b之间，图4所示的关系也同样成立。由此，与上述的下侧开关元件34a、34b同样地，能够使因两个上侧开关元件54a、54b的接通而引起的两个瞬变有效地或者完全地相抵消。
图6图示了其他实施例的电力转换装置110。该电力转换装置110与图1所示的电力转换装置10相比不同点在于，不具有第一延迟电路48、第二延迟电路50、第三延迟电路68以及第四延迟电路70，其他结构均一致。如此，电力转换装置110并非必须具备延迟电路48、50、68、70。即使采用这样的结构，也能够通过适当地决定两个第一栅极电阻38a、38b的电阻值，从而降低因下侧开关元件34a、34b的关断而引起的瞬变。在该情况下，例如，如图7所示，只要以使两个瞬变的相位差成为瞬变周期的二分之一的方式，来决定两个第一栅极电阻38a、38b的电阻值(尤其是电阻差)即可。同样地，通过适当地决定两个第二栅极电阻40a、40b的电阻值，从而能够降低因下侧开关元件34a、34b的接通而引起的瞬变。在该情况下，例如，如图8所示，只要以使两个瞬变的相位差成为瞬变周期的二分之一的方式来决定两个第一栅极电阻38a、38b的电阻值(特别是电阻差)即可。关于上侧开关元件54a、54b也同样地，通过适当地决定第三栅极电阻58a、58b以及第四栅极电阻60a、60b的电阻值，从而能够有效地降低因上侧开关元件54a、54b的开关而引起的瞬变。
图9图示了另一其他实施例的电力转换装置120。该电力转换装置120与图1所示的电力转换装置10相比不同点在于，不具有第二栅极电阻40a、40b、第四栅极电阻60a、60b、第二延迟电路50和第四延迟电路70。据此，其被构成为，在各个变换器30a、30b中，下侧开关元件34a、34b的栅电极经由第一栅极电阻38a、38b而被连接于断开电位点44a、44b和导通电位点46a、46b中的任意一方。同样地，其被构成为，上侧开关元件54a、54b的栅电极经由第三栅极电阻58a、58b而被连接于断开电位点64a、64b与导通电位点66a、66b中的任意一方。另外，第二变换器30b的下侧栅极驱动器42b根据通过第一延迟电路48而被延迟的第一驱动信号X，以使下侧开关元件34b导通以及断开的方式而被进行变更。同样地，第二变换器30b的上侧栅极驱动器62b根据通过第三延迟电路68而被延迟的第二驱动信号Y，以使上侧开关元件54b导通以及断开的方式而被进行变更。
在上述的结构的电力转换装置120中，例如第一变换器30a的上侧开关元件34a的关断以及接通利用相同的第一栅极电阻38a而被实施。同样地，其他的开关元件34b、54a、54b的各个开关元件也利用关断以及接通的双方相同的第一栅极电阻38b或者第三栅极电阻58a、58b而被实施。即使采用这样的结构，也能够有意地降低因各个开关元件34a、34b、54a、54b的关断和/或接通而引起的瞬变。
图10图示了另一其他实施例的电力转换装置130。该电力转换装置130与图9所示的电力转换装置120相比不同点在于，不具有第一延迟电路48以及第三延迟电路68，其他方面均一致。如上文所述，电力转换装置130并非必须设置第一延迟电路48，而是能够通过两个第一栅极电阻38a、38b的电阻差，来有意地降低因下侧开关元件34a、34b的接通和/或关断而引起的瞬变。同样地，电力转换装置130并非必须设置第三延迟电路68，而是能够通过两个第三栅极电阻58a、58b的电阻差而有意地降低因上侧开关元件54a、54b的接通和/或关断而引起的瞬变。
上述的电力转换装置10、110、120、130可以具有三个以上的变换器。在该情况下，通过在三个以上的变换器之间使栅极电阻的电阻值不同，从而能够在三个以上的变换器中分别产生的三个以上的瞬变上设置相位差，进而有效降低这些瞬变。图11为降低了因三个下侧开关元件(或者上侧开关元件)的关断而引起的瞬变的示例。在该示例中，三个瞬变相互具有瞬变周期的三分之一的相位差，且三个瞬变的包络线一致。而且，在降低因n个开关元件而引起的n个瞬变的情况下，只要以使n个瞬变相互具有瞬变周期的n分之一的相位差且n个瞬变的波形的包络线一致的方式而对这些开关元件中所使用的栅极电阻进行调节即可。或者，也可以以将n个开关元件分成各自分别包含两个或者三个开关元件的多个组，并在各个组内使两个或者三个瞬变相抵消的方式来决定各个开关元件的栅极电阻。在这些情况中的任意一种情况下，均能够根据需要而使用一个或者多个延迟电路。
以下，对根据本说明书的公开内容而掌握的技术事项进行记载。
电力转换装置(10、110、120、130)能够具备：与直流电源(2)连接的正极输入端(12)以及负极输入端(14)、与电气负载(4)连接的正极输出端(16)以及负极输出端(18)、被连接于正极输出端以及负极输出端之间的电容器(20)、相对于正极输入端、负极输入端、正极输出端以及负极输出端而被并联连接的多个DC－DC变换器(30a、30b)。多个DC－DC变换器中的每一个可以具备电感器(32a、32b)、上侧二极管(56a、56b)和下侧开关元件(34a、34b)。电感器的一端与正极输入端连接。上侧二极管的阳极与电感器的另一端连接，上侧二极管的阴极与正极输出端连接。下侧开关元件的一端与电感器的另一端连接，下侧开关元件的另一端与负极输入端以及负极输出端连接。下侧开关元件具有栅电极。
多个DC－DC变换器中的每一个还可以具有至少一个下侧栅极电阻(38a、38b、40a、40b)、和栅极驱动器(42a、42b)。下侧栅极驱动器经由下侧栅极电阻而将下侧开关元件的栅电极向断开电位点(44a、44b)和导通电位点(46a、46b)中的一方选择性地进行连接。在此，下侧开关元件通过使栅电极连接于断开电位点从而断开，并通过使栅电极连接于导通电位点从而导通。多个DC－DC变换器的下侧栅极驱动器根据第一驱动信号而进行动作。多个DC－DC变换器至少包括第一DC－DC变换器(30a)和第二DC－DC变换器(30b)，只需使第二DC－DC变换器的下侧栅极电阻(38b、40b)与第一DC－DC变换器的下侧栅极电阻(38a、40a)相比而具有高电阻值即可。根据这样的结构，在升压动作中，能够有效地降低因下侧开关元件的开关而引起的瞬变。
上述的至少一个下侧栅极电阻(38a、38b、40a、40b)可以包括相对于栅电极而被并联连接的第一栅极电阻(38a、38b)和第二栅极电阻(40a、40b)。在该情况下，优选为，下侧栅极驱动器经由第一栅极电阻而将栅电极向断开电位点进行连接，经由第二栅极电阻而将栅电极向导通电位点进行连接。根据这样的结构，关于因下侧开关元件的关断而引起的瞬变，能够通过适当地决定第一栅极电阻的电阻值(特别是电阻差)，从而有效地降低该瞬变。独立于此，关于因下侧开关元件的接通而引起的瞬变，通过适当地决定第二栅极电阻的电阻值(尤其是电阻差)，从而能够有效地降低该瞬变。即，能够分别有效地降低因下侧开关元件的关断以及接通而引起的瞬变。
只需使第一DC－DC变换器以及第二DC－DC变换器中的至少一方还具有使下侧栅极驱动器接收第一驱动信号的时刻延迟的至少一个延迟电路(48、50)即可。根据这样的结构，通过使各个DC－DC变换器的下侧栅极电阻的电阻值(尤其是电阻差)、与由延迟电路所延迟的延迟时间相组合，从而能够独立地对因两个开关元件的开关而引起的两个瞬变的相位差以及各自的初始振幅进行调节。由此，能够有效地使该两个瞬变相抵消，进而降低瞬变。
至少一个延迟电路(48、50)也可以具有延迟时间相互不同的第一延迟电路(48)和第二延迟电路(50)。在该情况下，下侧栅极驱动器(42b)只要根据通过第一延迟电路(48)而被延迟的第一驱动信号(X)而将栅电极向断开电位点(44b)进行连接，并根据通过第二延迟电路(50)而被延迟的第一驱动信号(X)而将栅电极向导通电位点(46b)进行连接即可。通过采用这样的结构，能够分别独立地对两个下侧开关元件间的关断的时间差、和两个下侧开关元件间的接通的时间差进行调节。由此，能够分别适当地降低因开关元件的关断而引起的瞬变、和因开关元件的接通而引起的瞬变。
只需使多个DC－DC变换器中的每一个还具备下侧二极管(36a、36b)、上侧开关元件(54a、54b)、上侧栅极电阻(58a、58b、60a、60b)和上侧栅极驱动器(62a、62b)即可。下侧二极管的阴极与电感器(32a、32b)的另一端连接，下侧二极管的阳极与负极输入端(14)以及负极输出端(18)连接。上侧开关元件(54a、54b)的一端与电感器(32a、32b)的另一端连接，上侧开关元件(54a、54b)的另一端与正极输出端(16)连接。上侧开关元件具有上侧栅电极。上侧栅极驱动器经由上侧栅极电阻而将上侧开关元件的栅电极向上侧开关元件被断开的断开电位点(64a、64b)、和上侧开关元件被导通的导通电位点(66a、66b)中的一方选择性地进行连接。多个DC－DC变换器的上侧栅极驱动器根据第二驱动信号而进行动作。第二DC－DC变换器的上侧栅极电阻(58b、60b)与第一DC－DC变换器的上侧栅极电阻(58a、60a)相比而具有高电阻值。根据这样的结构，在降压动作中，能够有效地降低因上侧开关元件的开关而引起的瞬变。

Claims (5)

1.一种电力转换装置，具备：
正极输入端以及负极输入端，所述正极输入端以及负极输入端与直流电源连接；
正极输出端以及负极输出端，所述正极输出端以及负极输出端与电气负载连接；
电容器，其被连接于所述正极输出端以及所述负极输出端之间；
多个DC－DC变换器，其相对于所述正极输入端、所述负极输入端、所述正极输出端以及所述负极输出端而被并联连接，
所述多个DC－DC变换器中的每一个具有：
电感器，其一端与所述正极输入端连接；
上侧二极管，其阳极与所述电感器的另一端连接，阴极与所述正极输出端连接；
下侧开关元件，其一端与所述电感器的另一端连接，另一端与所述负极输入端以及所述负极输出端连接，并且所述下侧开关元件具有栅电极；
至少一个下侧栅极电阻；
下侧栅极驱动器，其经由所述下侧栅极电阻，而将所述栅电极向所述下侧开关元件被断开的断开电位点、和所述下侧开关元件被导通的导通电位点中的一方选择性地进行连接，
所述多个DC－DC变换器的所述下侧栅极驱动器根据第一驱动信号而进行动作，
所述多个DC－DC变换器至少包括第一DC－DC变换器和第二DC－DC变换器，
所述至少一个下侧栅极电阻包括相对于所述栅电极而被并联连接的第一栅极电阻和第二栅极电阻，
所述第二DC－DC变换器的所述第一栅极电阻与所述第一DC－DC变换器的所述第一栅极电阻相比而具有高电阻值，
所述第二DC－DC变换器的所述第二栅极电阻与所述第一DC－DC变换器的所述第二栅极电阻相比而具有高电阻值。
2.如权利要求1所述的电力转换装置，其中，
所述下侧栅极驱动器经由所述第一栅极电阻而将所述栅电极向所述断开电位点进行连接，经由所述第二栅极电阻而将所述栅电极向所述导通电位点进行连接。
3.如权利要求1或2所述的电力转换装置，其中，
所述第一DC－DC变换器以及所述第二DC－DC变换器中的至少一方还具有至少一个延迟电路，所述至少一个延迟电路使所述下侧栅极驱动器接收所述第一驱动信号的时刻延迟。
4.如权利要求3所述的电力转换装置，其中，
所述至少一个延迟电路包括延迟时间互不相同的第一延迟电路和第二延迟电路，
所述下侧栅极驱动器根据通过所述第一延迟电路而被延迟的所述第一驱动信号而将所述栅电极向所述断开电位点进行连接，根据通过所述第二延迟电路而被延迟的所述第一驱动信号而将所述栅电极向所述导通电位点进行连接。
5.如权利要求1或2所述的电力转换装置，其中，
所述多个DC－DC变换器中的每一个具有：
下侧二极管，其阴极与所述电感器的另一端连接，阳极与所述负极输入端以及所述负极输出端连接；
上侧开关元件，其一端与所述电感器的另一端连接，另一端与所述正极输出端连接，并且所述上侧开关元件具有栅电极；
至少一个上侧栅极电阻；
上侧栅极驱动器，其经由所述上侧栅极电阻，而将所述上侧开关元件的所述栅电极向所述上侧开关元件被断开的断开电位点、和所述上侧开关元件被导通的导通电位点中的一方选择性地进行连接，
所述多个DC－DC变换器的所述上侧栅极驱动器根据第二驱动信号而进行动作，
所述至少一个上侧栅极电阻包括相对于所述上侧开关元件的栅电极而被并联连接的第三栅极电阻和第四栅极电阻，
所述第二DC－DC变换器的所述第三栅极电阻与所述第一DC－DC变换器的所述第三栅极电阻相比而具有高电阻值，
所述第二DC－DC变换器的所述第四栅极电阻与所述第一DC－DC变换器的所述第四栅极电阻相比而具有高电阻值。
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