CN111669054B - 开关电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的开关电源装置具备：输入端子对；输出端子对；N个变压器，各自具有一次绕组和二次绕组，N为2以上的整数；N个逆变器电路，互相并联在输入端子对与一次绕组之间，各自以包含开关元件的方式构成；整流平滑电路，配置在输出端子对与二次绕组之间，以包含整流电路和平滑电路的方式构成，整流电路具有多个整流元件，平滑电路具有扼流线圈和配置在输出端子对之间的电容元件；以及驱动部，进行分别控制N个逆变器电路的开关元件的动作的切换驱动。驱动部进行切换驱动，以使得从N个逆变器电路分别对N个变压器的一次绕组施加预定脉冲电压或预定电压，从而将进入平滑电路的输入电压设定为从0电平到N电平的连续的(N+1)等级的电平。

Description

开关电源装置
技术领域
本发明涉及一种使用开关元件进行电压变换的开关电源装置。
背景技术
作为开关电源装置的一个例子，提出了各种DC-DC转换器，已被投入实际使用(例如，参照专利文献1)。这种DC-DC转换器一般来说，具备：包含开关元件的逆变器电路、电力变压器(变压元件)和整流平滑电路。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-5908号公报
发明内容
在此，例如在专利文献1的DC-DC转换器(开关电源装置)中，提出了：改变进入整流平滑电路内的平滑电路的输入电压(以多个电平输出)。因此，期望提供一种开关电源装置，其可以容易地生成这样的进入平滑电路的多个电平的输入电压。
本发明的开关电源装置具备：输入端子对，输入输入电压；输出端子对，输出输出电压；N个变压器，各自具有一次绕组和二次绕组，N为大于等于2的整数；N个逆变器电路，互相并联配置在输入端子对与一次绕组之间，各自以包含开关元件的方式构成；整流平滑电路，配置在输出端子对与二次绕组之间，以包含整流电路和平滑电路的方式构成，整流电路具有多个整流元件，平滑电路具有扼流线圈和配置在输出端子对之间的电容元件；以及驱动部，进行切换驱动，切换驱动分别控制N个逆变器电路的开关元件的动作。驱动部进行切换驱动，以使得从N个逆变器电路分别对N个变压器的一次绕组施加预定脉冲电压或预定电压，从而将进入平滑电路的输入电压设定为从0电平到N电平的连续的(N+1)等级的电平。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的开关电源装置的概略结构例的电路图。
图2是表示比较例1的开关电源装置的概略结构例的电路图。
图3是表示图2所示的开关电源装置的动作例的时序波形图。
图4是表示图1所示的开关电源装置的动作例的时序波形图。
图5是表示图1所示的开关电源装置的工作状态例的电路图。
图6是表示继图5之后的工作状态例的电路图。
图7是表示继图6之后的工作状态例的电路图。
图8是表示继图7之后的工作状态例的电路图。
图9是表示用于说明进入比较例1的平滑电路的输入电压的多个电平调定的电路图。
图10是表示第二实施方式的开关电源装置的概略结构例的电路图。
图11是表示变形例1的开关电源装置的概略结构例的电路图。
图12是表示用于说明进入变形例的平滑电路的输入电压的多个电平调定的时序波形图。
符号说明
1、1A、1B 开关电源装置
10 电池
2(21、22)、2B(21、22、……2n) 逆变器电路
31、32、3n 变压器
311、321、3n1 一次绕组
312(312a、312b)、322(322a、322b)、3n2 二次绕组
4、4A 整流平滑电路
41、411、412、42、421、422 整流二极管
5 驱动电路
9 负载
T1、T2 输入端子
T3、T4 输出端子
L1H 一次侧高压线
L1L 一次侧低压线
L21、L22 二次侧线
LO 输出线
LG 接地线
Vin 直流输入电压
Vout 直流输出电压
I1、I2a、I2b 电流
Va、Vb、Vd、V0、V1、V2、V(n-2)、V(n-1)、Vn 电压
Cin 输入平滑电容器
Cout 输出平滑电容器
S1～S4 开关元件
SG1～SG4 驱动信号
C51、C52 电容器
Lch 扼流线圈
P1～P4、P51、P52、P6 连接点
t0～t4 时点
具体实施方式
下面参照附图对用于实施本发明的实施方式进行详细说明。以下说明的实施方式全都表示本发明所优选的一个具体例子。因此，在以下的实施方式中所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接形态等，仅仅是一个例子，并不旨在限定本发明。因此，对以下的实施方式的构成要素中的、在表示本发明的最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素，作为任意的构成要素进行说明。再有，各个附图仅是示意图，图示并不一定严密。另外，在各个附图中，对实质上同一的结构附加同一的符号，并且省略或简化重复的说明。再有，说明按以下的顺序进行。
1.第一实施方式(适用于中心抽头型整流平滑电路的情况的例子)
2.第二实施方式(适用于全桥型整流平滑电路的情况的例子)
3.变形例1(在第二实施方式中将逆变器电路、变压器的个数一般化的例子)
4.其他的变形例
<1.第一实施方式>
[结构]
图1是表示本发明的第一实施方式的开关电源装置(开关电源装置1)的概略结构例的电路图。该开关电源装置1将由电池10(第一电池)供给的直流输入电压Vin变压成直流输出电压Vout，供应给未图示的第二电池用来驱动负载9，从而发挥作为DC-DC转换器的功能。在此，作为开关电源装置1的变压形态，可以是上变换(升压)和下变换(降压)中的任何一种。再有，直流输入电压Vin对应于本发明的“输入电压”的一个具体例，直流输出电压Vout对应于本发明的“输出电压”的一个具体例。
开关电源装置1具备：2个输入端子T1、T2，2个输出端子T3、T4，输入平滑电容器Cin，包含后述的2个逆变器电路21、22的逆变器电路2，2个变压器31、32，整流平滑电路4，以及驱动电路5。在输入端子T1、T2之间输入直流输入电压Vin，从输出端子T3、T4之间输出直流输出电压Vout。再有，输入端子T1、T2对应于本发明的“输入端子对”的一个具体例，输出端子T3、T4对应于本发明的“输出端子对”的一个具体例。
输入平滑电容器Cin配置在一次侧高压线L1H与一次侧低压线L1L之间，一次侧高压线L1H连接于输入端子T1，一次侧低压线L1L连接于输入端子T2。具体地说，在后述的逆变器电路2与输入端子T1、T2之间的位置，输入平滑电容器Cin的第一端连接于一次侧高压线L1H，并且输入平滑电容器Cin的第二端连接于一次侧低压线L1L。该输入平滑电容器Cin是用于使从输入端子T1、T2输入的直流输入电压Vin平滑化的电容器。再有，在图1所示的电路结构例中，因为后述的逆变器电路2内的2个电容器C51、C52也分别发挥作为输入平滑电容器的功能，所以也可以不设置该输入平滑电容器Cin。
(逆变器电路2)
逆变器电路2配置在输入端子T1、T2与后述的变压器31、32的一次绕组311、321之间。该逆变器电路2具有：4个开关元件S1～S4，以及2个电容器C51、C52。另外，逆变器电路2具有逆变器电路21和逆变器电路22，逆变器电路21包括4个开关元件S1～S4，逆变器电路22包括2个开关元件S1、S2和2个电容器C51、C52。总之，逆变器电路21由包括4个开关元件S1～S4的全桥电路构成，逆变器电路22由包括2个开关元件S1、S2和2个电容器C51、C52的半桥电路构成。这样的2个逆变器电路21、22在上述输入端子T1、T2与一次绕组311、321之间互相并列配置。
在逆变器电路21中，开关元件S1、S2各自的第一端彼此在连接点P1互相连接，开关元件S3、S4各自的第一端彼此在连接点P2互相连接。另外，开关元件S1、S3各自的第二端彼此在一次侧高压线L1H上互相连接，开关元件S2、S4各自的第二端彼此在一次侧低压线L1L上互相连接。在具有这样的结构的逆变器电路21中，通过按照由后述的驱动电路5供给的驱动信号SG1～SG4，各个开关元件S1～S4进行导通·切断动作，从而如下所述。也就是说，将施加在输入端子T1、T2之间的直流输入电压Vin变换成交流电压(电压Va)，并向变压器31(一次绕组311)输出。
在逆变器电路22中，开关元件S1、S2各自的第一端彼此在连接点P1互相连接，电容器C51、C52各自的第一端彼此在连接点P3互相连接。另外，开关元件S1和电容器C51各自的第二端彼此在一次侧高压线L1H上互相连接，开关元件S2和电容器C52各自的第二端彼此在一次侧低压线L1L上互相连接。再有，在连接点P1、P3之间，插入配置有后述的变压器31的一次绕组311。在具有这样的结构的逆变器电路22中，通过按照由后述的驱动电路5供给的驱动信号SG1、SG2，各个开关元件S1、S2进行导通·切断动作，从而如下所述。也就是说，将直流输入电压Vin变换成交流电压(电压Vb)，并向变压器32(一次绕组321)输出。
再有，作为开关元件S1～S4，例如使用场效应晶体管(MOS-FET：Metal OxideSemiconductor-Field Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate BipolorTransistor)等开关元件。在使用MOS-FET作为开关元件S1～S4的情况下，与各个开关元件S1～S4并联的电容器和二极管(未图示)可以分别由该MOS-FET的寄生电容或寄生二极管构成。另外，这样的电容器也可以分别由二极管的结电容构成。在像这样构成的情况下，不需要在开关元件S1～S4之外另外设置电容器、二极管，从而可以使逆变器电路21、22的电路结构简化。
(变压器31、32)
变压器31具有一次绕组311和二次绕组312，二次绕组312由2个二次绕组312a、312b构成。一次绕组311的第一端连接于连接点P1，第二端连接于连接点P2。在二次绕组312a中，其第一端连接于变压器32的后述的二次绕组322a的第一端，其第二端连接于整流平滑电路4内的后述的整流二极管41的阴极。另外，在二次绕组312b中，其第一端连接于变压器32的后述的二次绕组322b的第一端，其第二端连接于整流平滑电路4内的后述的连接点P4。该变压器31对由逆变器电路21生成的交流电压(输入变压器31的一次绕组311的电压Va)进行电压变换，并从二次绕组312(312a、312b)的端部输出交流电压。再有，这种情况下的电压变换程度由一次绕组311与二次绕组312(312a、312b)的匝数比来决定。
变压器32具有一次绕组321和二次绕组322，二次绕组322由2个二次绕组322a、322b构成。一次绕组321的第一端连接于连接点P1，第二端连接于连接点P3。在二次绕组322a中，其第一端连接于上述二次绕组312a的第一端，其第二端连接于整流平滑电路4内的上述连接点P4。另外，在二次绕组322b中，其第一端连接于上述二次绕组312b的第一端，其第二端连接于整流平滑电路4内的后述的整流二极管42的阴极。该变压器32对由逆变器电路22生成的交流电压(输入变压器32的一次绕组321的电压Vb)进行电压变换，并从二次绕组322(322a、322b)的端部输出交流电压。再有，这种情况下的电压变换程度由一次绕组321与二次绕组322(322a、322b)的匝数比来决定。
在此，变压器31对应于本发明的“一个变压器”的一个具体例，变压器32对应于本发明的“其他变压器”的一个具体例。另外，一次绕组311对应于本发明的“第一一次绕组”的一个具体例，一次绕组321对应于本发明的“第二一次绕组”的一个具体例。
(整流平滑电路4)
整流平滑电路4配置在变压器31、32的二次绕组312、322与输出端子T3、T4之间。该整流平滑电路4具有：2个整流二极管41、42，1个扼流线圈Lch，以及1个输出平滑电容器Cout，是所谓的“中心抽头型”整流平滑电路。再有，整流二极管41、42分别对应于本发明的“整流元件”的一个具体例，输出平滑电容器Cout对应于本发明的“电容元件”的一个具体例。
在该整流平滑电路4中，前述的二次绕组312b、322a各自的第二端彼此的连接点(连接点P4)通过扼流线圈Lch连接于输出线LO上的连接点P6。另外，该输出线LO连接于输出端子T3，并且输出端子T4连接于接地线LG。并且，在这些输出线LO与接地线LG之间(输出端子T3、T4之间)，连接有输出平滑电容器Cout。
另外，在整流平滑电路4中，整流二极管41、42各自的阳极彼此接地。并且，整流二极管41的阴极连接于二次绕组312a的第二端，整流二极管42的阴极连接于二次绕组322b的第二端。
关于这样的结构的整流平滑电路4，在由整流二极管41、42构成的整流电路中，对由变压器31、32输出的交流电压进行整流并输出。另外，在由扼流线圈Lch和输出平滑电容器Cout构成的平滑电路中，对被上述整流电路整流过的电压进行平滑化，由此生成直流输出电压Vout。再有，像这样生成的直流输出电压Vout从输出端子T3、T4向前述的第二电池(未图示)输出、供电。
(驱动电路5)
驱动电路5是进行分别控制逆变器电路21、22内的开关元件S1～S4的动作的切换驱动的电路。具体地说，驱动电路5通过对开关元件S1～S4分别供给驱动信号SG1～SG4，来控制各个开关元件S1～S4的导通·切断动作。
在此，这样的驱动电路5例如进行切换驱动，以使得2个逆变器电路21、22在彼此之间具有相位差的条件下工作。换句话说，该驱动电路5例如通过对开关元件S1～S4进行切换相位控制，适当地设定上述相位差，来使直流输出电压Vout稳定化。或者，该驱动电路5也可以对2个逆变器电路21、22(4个开关元件S1～S4)进行PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)控制。
通过由驱动电路5进行这样的切换驱动，进入开关电源装置1的整流平滑电路4内的平滑电路的输入电压(后述电压Vd)被设定为多个电平(多个等级)，也就是多级输出。具体地说，驱动电路5进行切换驱动，以使得从2个逆变器电路21、22分别对2个变压器31、32的一次绕组311、321施加后述的预定脉冲电压或预定电压，对此在后面详细叙述。由此，上述电压Vd被设定为从0电平(后述电压V0)到2电平(后述电压V2)的连续的3等级的电平，对此在后面详细叙述。
再有，这样的驱动电路5对应于本发明的“驱动部”的一个具体例。
[动作和作用·效果]
(A.基本动作)
在该开关电源装置1中，通过在逆变器电路2(21、22)中，对从输入端子T1、T2供给的直流输入电压Vin进行转换，生成交流电压(电压Va、Vb)。该交流电压被提供给变压器31、32的一次绕组311、321。然后，在变压器31、32中，通过对该交流电压进行变压，从二次绕组312、322输出被变压后的交流电压。
在整流平滑电路4中，从变压器31、32输出的交流电压(被变压后的交流电压)由整流二极管41、42整流之后，通过扼流线圈Lch和输出平滑电容器Cout进行平滑化。由此，从输出端子T3、T4输出直流输出电压Vout。然后，该直流输出电压Vout被提供给未图示的第二电池以供其充电，并且驱动负载9。
(B.详细动作)
接着，参照图1、图2～图9，一边与比较例1(图2、图3、图9)进行比较，一边对开关电源装置1的详细动作进行说明。
(B-1.比较例1的结构)
图2是表示比较例1的开关电源装置(开关电源装置100)的概略结构例的电路图。该比较例1的开关电源装置100对应于在图1所示的本实施方式的开关电源装置1中，设置逆变器电路102和整流平滑电路104来代替逆变器电路2和整流平滑电路4，其他结构基本相同。
相对于逆变器电路2具有前述的2个逆变器电路21、22，逆变器电路102具有2个逆变器电路101、22。总之，在该逆变器电路102中，包含在逆变器电路2中的逆变器电路21被变更为逆变器电路101。在逆变器电路21(参照图1)中，在连接点P1、P2之间插入配置有一次绕组311，而在逆变器电路101(参照图2)中，在连接点P2、P3之间插入配置有一次绕组311。由此，逆变器电路101为包括2个开关元件S3、S4和2个电容器C51、C52的半桥电路。
另外，整流平滑电路104与前述的中心抽头型整流平滑电路4不同，为具有下述多根(在本例中为3根)杆件(arm)的整流平滑电路。该整流平滑电路104具有：6个整流二极管411、412、421、422、431、432，1个扼流线圈Lch，以及1个输出平滑电容器Cout。
在该整流平滑电路104中，形成有3根杆件，每根杆件由相同朝向的2个整流二极管互相串联而成。具体地说，由整流二极管411、412形成第一杆件，由整流二极管421、422形成第二杆件，由整流二极管431、432形成第三杆件。另外，这些第一～第三杆件在输出端子T3、T4之间互相并联。具体地说，第一～第三杆件各自的第一端彼此的连接点(连接点Px)通过扼流线圈Lch和输出线LO连接于输出端子T3，第一～第三杆件各自的第二端彼此的连接点连接于从输出端子T4延伸的接地线LG。
在第一杆件中，整流二极管411、412的阴极各自配置在该第一杆件的上述第一端侧，并且整流二极管411、412的阳极各自配置在该第一杆件的上述第二端侧。具体地说，整流二极管411的阴极连接于连接点Px，整流二极管411的阳极和整流二极管412的阴极相互连接于连接点P7，整流二极管412的阳极连接于接地线LG。
同样，在第二杆件中，整流二极管421、422的阴极各自配置在该第二杆件的上述第一端侧，并且整流二极管421、422的阳极各自配置在该第二杆件的上述第二端侧。具体地说，整流二极管421的阴极连接于连接点Px，整流二极管421的阳极和整流二极管422的阴极相互连接于连接点P8，整流二极管422的阳极连接于接地线LG。
同样，在第三杆件中，整流二极管431、432的阴极各自配置在该第三杆件的上述第一端侧，并且整流二极管431、432的阳极各自配置在该第三杆件的上述第二端侧。具体地说，整流二极管431的阴极连接于连接点Px，整流二极管431的阳极和整流二极管432的阴极相互连接于连接点P9，整流二极管432的阳极连接于接地线LG。
另外，在这些第一～第三杆件中的互相邻接的杆件彼此之间，分别单独以H桥式连接有变压器31、32的二次绕组312、322。具体地说，在互相邻接的第一杆件与第二杆件之间，以H桥式连接有变压器31的二次绕组312。另外，在互相邻接的第二杆件与第三杆件之间，以H桥式连接有变压器32的二次绕组322。更具体地说，在第一杆件上的连接点P7与第二杆件上的连接点P8之间，插入配置有二次绕组312，并且在第二杆件上的连接点P8与第三杆件上的连接点P9之间，插入配置有二次绕组322。
在这样的第一～第三杆件与输出平滑电容器Cout之间，配置有扼流线圈Lch。具体地说，在这些第一～第三杆件各自的上述第一端彼此的连接点(连接点Px)与输出平滑电容器Cout的第一端之间，通过输出线LO插入配置有扼流线圈Lch。另外，第一～第三杆件各自的上述第二端彼此的连接点在接地线LG上连接于输出平滑电容器Cout的第二端。
关于具有这样的结构的整流平滑电路104，在由整流二极管411、412、421、422、431、432构成的整流电路中，对由变压器31、32输出的交流电压进行整流并输出。另外，在由扼流线圈Lch和输出平滑电容器Cout构成的平滑电路中，对被上述整流电路整流过的电压进行平滑化，由此生成直流输出电压Vout。
在此，图3和图4分别是表示这样的比较例1的开关电源装置100和实施方式的开关电源装置1的各部分的电压波形的时序波形图。再有，这些图3、图4所示的各电压波形表示：前述的切换相位控制和PMW控制中的对各个开关元件S1～S4进行切换相位控制的情况的例子。
在这些图3、图4中，图3(A)、图4(A)表示前述的驱动信号SG1、SG2的各电压波形，图3(B)、图4(B)表示前述的驱动信号SG3、SG4的各电压波形。再有，在各驱动信号SG1～SG2表示H(高)状态的期间，各个开关元件S1～S4为开通(ON)状态；在各驱动信号SG1～SG2表示L(低)状态的期间，各个开关元件S1～S4为关断(OFF)状态，以下同样。另外，图3(C)、图4(C)表示施加在前述一次绕组311上的交流电压(电压Va)的电压波形，图3(D)、图4(D)表示施加在前述一次绕组321上的交流电压(电压Vb)的电压波形。图3(E)、图4(E)表示扼流线圈Lch跟前的地点的电压Vd(参照图1、图2)。再有，图3、图4的横轴表示时间t，各电压的方向以图1、图2中箭头所示的方向为正方向。
另外，图5～图8分别表示图4中所示的各时点(时点t0～t4)之间的开关电源装置1的工作状态的电路示意图。具体地说，图5表示时点t0～t1期间的工作状态，图6表示时点t1～t2期间的工作状态，图7表示时点t2～t3期间的工作状态，图8表示时点t3～t4(＝t0)期间的工作状态。
在此，图4所示的本实施方式的动作例是时点t0～t2(前半部分的半周期份)的动作例与时点t2～t4(后半部分的半周期份)的动作例合并的1周期份的动作例。同样，图3所示的比较例1的动作例也是时点t100～t102(前半部分的半周期份)的动作例与时点t102～t104(＝t100)(后半部分的半周期份)的动作例合并的1周期份的动作例。再有，时点t100～t104是分别相当于时点t0～t4的时点(参照图3、图4)。
(B-2.本实施方式的详细动作)
关于开关元件S1～S4的驱动信号SG1～SG4(图4(A)、(B))，如下所述。也就是说，这些开关元件S1～S4在切换动作的任何状态下，也在施加有直流输入电压Vin的输入端子T1、T2不发生电短路的组合和时点下驱动。具体地说，开关元件S3、S4彼此不会同时开通，另外，开关元件S1、S2彼此也不会同时开通。为了避免它们同时开通而设定的时间间隔被称为“死区时间”。另外，2个逆变器电路21、22彼此(开关元件S1、S2与开关元件S3、S4)如图4中所示，在动作时具有预定的相位差。总之，驱动电路5对这些开关元件S1～S4进行如前所述的切换相位控制。
(时点t0～t1的期间)
首先，在图5所示的时点t0～t1的期间，开关元件S1、S4为开通状态，并且开关元件S2、S3为关断状态(参照图4(A)、(B))。另外，关于比较例1，在对应的时点t100～t101的期间，开关元件S1、S3为开通状态，并且开关元件S2、S4为关断状态(参照图3(A)、(B))。
这时，在变压器31、32的一次侧(逆变器电路21、22)，流过下列电流I1。也就是说，该电流I1以依次经由开关元件S1、一次绕组311和开关元件S4的方式流动，并且该电流I1以依次经由开关元件S1、一次绕组321和电容器C52的方式流动。
另一方面，在变压器31、32的二次侧(整流平滑电路4)，流过下列电流I2b。也就是说，该电流I2b以依次经由整流二极管42、二次绕组322b,312b和扼流线圈Lch的方式流动。
(时点t1～t2的期间)
其次，在图6所示的时点t1～t2的期间，开关元件S1、S3为开通状态，并且开关元件S2、S4为关断状态(参照图4(A)、(B))。另外，关于比较例1，在对应的时点t101～t102的期间，开关元件S1、S4为开通状态，并且开关元件S2、S3为关断状态(参照图3(A)、(B))。
这时，在变压器31、32的一次侧，流过下列电流I1。也就是说，该电流I1以依次经由开关元件S3、一次绕组311、一次绕组321和电容器C52的方式流动。另外，该电流I1以依次经由开关元件S1、一次绕组321和电容器C52的方式流动。
另一方面，在变压器31、32的二次侧，与上述时点t1～t2的期间同样，流过前述电流I2b。也就是说，该电流I2b以依次经由整流二极管42、二次绕组322b,312b和扼流线圈Lch的方式流动。
(时点t2～t3的期间)
接着，在图7所示的时点t2～t3的期间，开关元件S2、S3为开通状态，并且开关元件S1、S4为关断状态(参照图4(A)、(B))。另外，关于比较例1，在对应的时点t102～t103的期间，开关元件S2、S4为开通状态，并且开关元件S1、S3为关断状态(参照图3(A)、(B))。
这时，在变压器31、32的一次侧，流过下列电流I1。也就是说，该电流I1以依次经由开关元件S3、一次绕组311和开关元件S2的方式流动，并且该电流I1以依次经由该开关元件S2、一次绕组321的方式流动。
另一方面，在变压器31、32的二次侧，流过下列电流I2a。也就是说，该电流I2a以依次经由整流二极管41、二次绕组312a,322a和扼流线圈Lch的方式流动。
(时点t3～t4的期间)
其次，在图8所示的时点t3～t4的期间，开关元件S2、S4为开通状态，并且开关元件S1、S3为关断状态(参照图4(A)、(B))。另外，关于比较例1，在对应的时点t103～t104的期间，开关元件S2、S3为开通状态，并且开关元件S1、S4为关断状态(参照图3(A)、(B))。
这时，在变压器31、32的一次侧，流过下列电流I1。也就是说，该电流I1以依次经由电容器C51、一次绕组321和开关元件S2的方式流动，并且该电流I1以依次经由一次绕组311和开关元件S4的方式流动。
另一方面，在变压器31、32的二次侧，与上述时点t2～t3的期间同样，流过前述电流I2a。也就是说，该电流I2a以依次经由整流二极管41、二次绕组312a,322a和扼流线圈Lch的方式流动。
以上，图4～图8所示的一连串动作(时点t0～t4的各期间的动作)的说明结束。
(C.作用·效果)
如此在本实施方式的开关电源装置1中，因为有图1所示的电路结构，并且进行图4～图8所示的动作，所以与例如前述的比较例1(图2、图3)的情况相比，能够获得以下的作用·效果。
(C-1.比较例1的动作)
也就是说，首先，在该比较例1的开关电源装置100中，因为有图2所示的电路结构，并且进行图3所示的动作，所以能够控制前述的电压Vd(进入平滑电路的输入电压)的大小，并且将其设定为多个电平。另外，在该比较例1中，与后述的本实施方式同样，电压Vd被设定为3等级的电平(3电平)(参照图3(E)中所示的电压V0、V1、V2的3电平)。
具体地说，比较例1的驱动电路5进行切换驱动，以使得2个逆变器电路101、22在彼此之间具有预定的相位差的条件下工作。并且，这时驱动电路5进行切换驱动，以使得包含在2个变压器31、32中的二次绕组312、322彼此的连接状态切换(以预定的时比率切换)，由此控制直流输出电压Vout的大小。
在此，参照图9的(A)～图9的(C)所示的模式图，对在比较例1中通过上述连接状态的切换来控制直流输出电压Vout，进行详细说明。
该比较例1的驱动电路5对各逆变器电路101、22进行切换驱动，以使得二次绕组312、322彼此的连接状态在2并联状态(参照图9的(B))与2串联状态(参照图9的(C))之间切换。换句话说，在2个变压器31、32的输出彼此为同一相位与相反相位时，切换成这样的2并联状态或2串联状态。
再有，在2并联状态中，如图9的(B)所示，电流I2p1、I2p2各自分别在实线或虚线所示的组合方向上以并联的方式流过二次绕组312、322。具体地说，如果参照图9的(A)所示的整流平滑电路104的结构，那么实线所示的电流I2p1以依次经由整流二极管412、二次绕组312和整流二极管421的方式流动。另外，虚线所示的电流I2p1以依次经由整流二极管422、二次绕组312和整流二极管411的方式流动。同样，实线所示的电流I2p2以依次经由整流二极管432、二次绕组322和整流二极管421的方式流动。另外，虚线所示的电流I2p2以依次经由整流二极管422、二次绕组322和整流二极管431的方式流动。
另一方面，在2串联状态中，如图9的(C)所示，电流I2s分别在实线或虚线所示的组合方向上以串联的方式流过二次绕组312、322。具体地说，如果参照图9的(A)所示的整流平滑电路104的结构，那么实线所示的电流I2s以依次经由整流二极管412、二次绕组312、二次绕组322和整流二极管431的方式流动。另外，虚线所示的电流I2s以依次经由整流二极管432、二次绕组322、二次绕组312和整流二极管411的方式流动。
如此，在比较例1的开关电源装置100中，通过切换包含在2个变压器31、32中的二次绕组312、322彼此的连接状态，能够控制前述电压Vd的大小，并且将其设定为多个电平(3电平)。
(C-2.本实施方式的作用·效果)
对此，关于本实施方式的开关电源装置1，首先，在逆变器电路2中，逆变器电路21是前述电路结构的全桥电路，逆变器电路22是前述电路结构的半桥电路。并且，本实施方式的驱动电路5对各个开关元件S1～S4进行切换驱动，以使得从这样的逆变器电路2(21、22)对各变压器31、32的一次绕组311、321施加下列电压。
具体地说，对变压器31的一次绕组311，从逆变器电路2施加预定脉冲电压(电压Va表示的脉冲电压：参照图4(C))。另一方面，对变压器32的一次绕组321，从逆变器电路2施加预定电压(电压Vb表示的电压：参照图4(D))。
通过这样的电路结构和动作(切换驱动)，在本实施方式的开关电源装置1中，前述电压Vd被设定为连续的多个等级的电平(多级输出)。具体地说，在本实施方式中，电压Vd被设定为从0电平(在图4(E)中所示的电压V0)到1电平(图4(E)中的电压V1)、2电平(图4(E)中的电压V2)的连续的3等级的电平(电压V0、V1、V2的3电平)。
在此，在前述的比较例1的开关电源装置100(参照图2、图3、图9)中，将电压Vd设定为上述3等级的电平，并且整流平滑电路104为包含前述3根杆件和6个整流二极管411、412、421、422、431、432的电路结构。总之，在该比较例1的整流平滑电路104中，包含这样的6个整流二极管，如果分别将逆变器电路和变压器的个数一般化，成为N个(N：2以上的整数)，那么就将包含[(N+1)×2]个整流二极管。因此，在该比较例1的开关电源装置100中，部件费用增大、装置大型化，结果有可能不容易生成多个电平的电压Vd(进入平滑电路的输入电压)。
对此，在本实施方式的开关电源装置1中，将电压Vd设定为上述连续的3等级的电平，并且由驱动电路5进行如下切换驱动。也就是说，进行切换驱动，以使得从逆变器电路2(21、22)对各变压器31、32的一次绕组311、321施加上述预定脉冲电压或预定电压。像这样，在开关电源装置1中，与上述开关电源装置100(整流平滑电路104)不同，作为整流平滑电路4本身，使用前述一般的中心抽头型整流平滑电路，仅用2个整流二极管41、42即可。总之，在本实施方式中，与上述比较例1的情况相比，因为削减了包含在整流平滑电路4中的整流二极管的个数(从6个变为2个)，所以能够节省部件费用，谋求装置的小型化。
如上所述在本实施方式中，因为开关电源装置1有图1所示的电路结构，并且进行图4～图8所示的动作，所以例如与比较例1的情况相比，在生成多个电平的电压Vd(进入平滑电路的输入电压)时，能够谋求节省部件费用、装置的小型化。其结果是：在本实施方式中，与比较例1等相比，可以容易地生成多个电平的电压Vd。
另外，在本实施方式中，因为整流二极管41配置在二次绕组312与接地线LG之间，并且整流二极管42配置在二次绕组322与接地线LG之间(低侧配置：参照图1)，所以可以获得如下效果。也就是说，通过将整流平滑电路4内的全部整流二极管41、42进行低侧配置，与例如没有进行这样的低侧配置的情况(高侧配置的情况)相比，能够构成适宜于所谓同步整流的电路结构。其结果是：在本实施方式中，与例如那样的高侧配置的情况相比，可以容易地实现开关电源装置1的低电压化、高电流化等。
<3.第二实施方式>
接着，对本发明的第二实施方式进行说明。再有，在下文中，对与第一实施方式的构成要素相同的构成要素附加相同的符号，并适当省略其说明。
[结构]
图10是表示第二实施方式的开关电源装置(开关电源装置1A)的概略结构例的电路图。
本实施方式的开关电源装置1A对应于在第一实施方式的开关电源装置1(参照图1)中，设置整流平滑电路4A来代替整流平滑电路4，其他的结构相同。
(整流平滑电路4A)
整流平滑电路4A对应于在整流平滑电路4(参照图1)中，设置4个整流二极管411、412、421、422来代替2个整流二极管41、42。另外，该整流平滑电路4A与前述的“中心抽头型”整流平滑电路4不同，是所谓的“全桥型”整流平滑电路。再有，因为整流平滑电路4A的扼流线圈Lch和输出平滑电容器Cout的配置位置分别与整流平滑电路4的扼流线圈Lch和输出平滑电容器Cout的配置位置相同，所以省略其说明。
在此，上述的整流二极管411、412、421、422各自对应于本发明的“整流元件”的一个具体例。
在该整流平滑电路4A中，整流二极管412、422的阳极都接地，整流二极管411、421的阴极都连接于输出线LO上的连接点Px。另外，整流二极管411的阳极与整流二极管412的阴极都连接于连接点P51，整流二极管421的阳极与整流二极管422的阴极都连接于连接点P52。
再有，二次绕组312的第一端连接于二次绕组322的第一端，二次绕组312的第二端通过二次侧线L21连接于上述连接点P51，二次绕组322的第二端通过二次侧线L22连接于上述连接点P52。总之，这些二次绕组312、322在连接点P51、P52之间互相串联。
[动作和作用·效果]
在本实施方式的开关电源装置1A中，也基本上与第一实施方式的开关电源装置1同样，对直流输入电压Vin进行电压变换，生成直流输出电压Vout。
另外，在该开关电源装置1A中，也与开关电源装置1同样，前述电压Vd被设定为连续的多个等级的电平(多级输出)。具体地说，在本实施方式中与第一实施方式同样，电压Vd被设定为从0电平(电压V0)到1电平(电压V1)、2电平(电压V2)的连续的3等级的电平(电压V0、V1、V2的3电平)。
进一步说，在该开关电源装置1A中，也与开关电源装置1同样，将电压Vd设定为上述3等级的电平，并且由驱动电路5进行如下切换驱动。也就是说，进行切换驱动，以使得从逆变器电路2(21、22)对各变压器31、32的一次绕组311、321施加前述预定脉冲电压(电压Va表示的脉冲电压)或预定电压(电压Vb表示的电压)。
像这样，在开关电源装置1A中，作为整流平滑电路4A本身，使用上述通用的全桥型整流平滑电路，仅用4个整流二极管411、412、421、422即可。总之，在本实施方式中，与前述比较例1的情况相比，因为削减了包含在整流平滑电路4A中的整流二极管的个数(从6个变为4个)，所以能够节省部件费用，谋求装置的小型化。
如上所述在本实施方式中，例如与前述比较例1的情况相比，在生成多个电平的电压Vd(进入平滑电路的输入电压)时，也能够谋求节省部件费用、装置的小型化。其结果是：在本实施方式中，与比较例1等相比，可以容易地生成多个电平的电压Vd。
<3.变形例1>
接着，对上述第二实施方式的变形例(变形例1)进行说明。再有，在下文中，对与第一、第二实施方式的构成要素相同的构成要素附加相同的符号，并适当省略其说明。
[结构]
图11是表示变形例1的开关电源装置(开关电源装置1B)的概略结构例的电路图。该变形例1的开关电源装置1B对应于在第二实施方式的开关电源装置1A中，分别将逆变器电路和变压器的个数一般化，成为N个(N：2以上的整数)，其他的结构相同。总之，不仅上述第二实施方式等所述的N＝2的情况，N＝3以上的任意数的情况也使用第二实施方式所述的全桥型整流平滑电路4A。换句话说，在该整流平滑电路4A中，不管这样的N的值(逆变器电路和变压器的个数)如何，整流二极管的个数始终为4个(整流二极管411、412、421、422)。
具体地说，本变形例的开关电源装置1B对应于在第二实施方式的开关电源装置1A(参照图10)中，设置逆变器电路2B(21、22、……2n)来代替逆变器电路2(21、22)，并且设置N个变压器(变压器31、32、……3n)来代替2个变压器31、32，其他的结构相同。再有，上述的逆变器电路2n和变压器3n的“n”对应于上述N的值，表示2以上的任意整数。
在逆变器电路2B中，逆变器电路21为前述的全桥电路，并且逆变器电路22～2n各自为前述的半桥电路。
在上述N个变压器31、32、……3n中，一次绕组311、321、……3n1与第二实施方式同样，分别单独连接于N个逆变器电路21、22、……2n。另外，二次绕组312、322、……3n2与第二实施方式同样，分别在整流平滑电路4A内的连接点P51、P52之间互相串联。
[动作和作用·效果]
在本变形例的开关电源装置1B中，也基本上与第一、第二实施方式的开关电源装置1、1A同样，对直流输入电压Vin进行电压变换，生成直流输出电压Vout。另外，在该开关电源装置1B中，也与开关电源装置1、1A同样，前述Vd被设定为连续的多个等级的电平(多级输出)。
图12是用于说明本变形例的这样的电压Vd(进入平滑电路的输入电压)的多个电平调定的时序波形图。再有，该图12所示的各电压波形表示：前述的切换相位控制和PMW控制中的进行切换相位控制的情况的例子。
在该图12中，与前述的图3、图4基本相同，图12(A)～图12(D)分别表示施加在前述一次绕组311、321、331、3n1上的各交流电压(电压V11、V12、V13、V1n)的电压波形。另外，图12(E)表示扼流线圈Lch跟前的地点(连接点Px)的电压Vd(参照图11)。再有，该图12的横轴表示时间t，各电压的方向以图11中箭头所示的方向为正方向。
在此，在本变形例中，在进行上述多级输出时，电压Vd的具体设定如下(参照图12(E))。也就是说，电压Vd被设定为从0电平(电压V0)到1电平(电压V1)、……(n-1)电平(电压V(n-1))、n电平(电压Vn)的连续的(N+1)等级的电平(电压V0、V1、……V(n-1)、Vn的(N+1)电平)。
这时，本变形例的驱动电路5进行切换驱动，以使得对N个变压器31～3n中的一个变压器的一次绕组(第一一次绕组)施加预定脉冲电压，并且对这样的一个变压器以外的其他变压器的一次绕组(第二一次绕组)施加预定电压。
具体地说，在图12中左侧第一个实例(Vd(max)＝Vn的情况)中，对变压器31的一次绕组311施加用电压V11表示的预定脉冲电压。另一方面，对剩下的其他变压器(变压器32～3n)的一次绕组311～3n1分别施加用电压V12～V1n表示的预定电压(在本例中，相当于直流输入电压Vin的H状态的电压)。另外，在这种情况下，如图12(E)所示，电压Vd显示电压Vn、V(n-1)或0V的值。
另外，在图12中左侧第二个实例(Vd(max)＝V(n-1)的情况)中，对变压器32的一次绕组321施加用电压V12表示的预定脉冲电压。另一方面，对剩下的其他变压器(变压器31、33～3n)的一次绕组311、331～3n1分别施加用电压V11、V13～V1n表示的预定电压。详细地说，在本例中，对一次绕组311施加相当于0V的电压，对一次绕组331～3n1施加相当于直流输入电压Vin的H状态的电压。另外，在这种情况下，如图12(E)所示，电压Vd显示电压V(n-1)、V(n-2)或0V的值。
进一步说，在图12中左侧第三个实例(Vd(max)＝V1的情况)中，对变压器3n的一次绕组3n1施加用电压V1n表示的预定脉冲电压。另一方面，对剩下的其他变压器(变压器31～3(n-1))的一次绕组311～3(n-1)1分别施加用电压V11～V1(n-1)表示的预定电压。详细地说，在本例中，分别对一次绕组311～3(n-1)1施加相当于0V的电压。另外，在这种情况下，如图12(E)所示，电压Vd显示电压V1或电压V0(＝0V)的值。
另外，在图12中左侧第四个(右侧第一个)实例(Vd＝0V的情况)中，对变压器31～3n的一次绕组311～3n1分别施加用电压V11～V1n表示的预定电压(在本例中，相当于0V的电压)。再有，在这种情况下，如图12(E)所示，电压Vd始终显示电压V0(＝0V)的值。
如此，在本变形例中，被设定为：随着被施加作为预定电压0V的上述第二一次绕组的个数增加，电压Vd(进入平滑电路的输入电压)的电平逐渐减少。具体地说，在图12中左侧第一个～第四个的各个实例中，随着这样的个数从0个向1个、……(N-1)个、N个逐渐增加，电压Vd的电平(最大值、上限值)从Vn向V(n-1)、……V1、V0逐渐减少。
如上所述在本变形例中，与前述比较例1的情况相比，因为削减了包含在整流平滑电路4A中的整流二极管的个数(从6个变为4个)，所以如下所述。也就是说，例如与该比较例1的情况相比，在生成多个电平的电压Vd(进入平滑电路的输入电压)时，能够谋求节省部件费用、装置的小型化。其结果是：在本变形例中，与比较例1等相比，可以容易地生成多个电平的电压Vd。
另外，在本变形例中，如前所述，因为不管N的值(逆变器电路和变压器的个数)如何，整流平滑电路4A的整流二极管的个数始终为4个(整流二极管411、412、421、422)，所以如下所述。也就是说，即使在开关电源装置1B的N的值(逆变器电路和变压器的个数)增加，也就是增加电压Vd(进入平滑电路的输入电压)的电平数的情况下，整流二极管的个数也不增加(始终为4个即可)。因此，即使在这种情况下，也可以容易地生成多个电平的电压Vd。
进一步说，在本变形例中，因为随着被施加作为预定电压0V的前述第二一次绕组的个数增加，电压Vd(进入平滑电路的输入电压)的电平逐渐减少，所以如下所述。也就是说，即使在N的值(逆变器电路和变压器的个数)增加的情况下，也与例如前述比较例1的情况不同，可以将电压Vd设定为连续的(N+1)等级的电平。
<4.其他的变形例>
以上，虽然列举几个实施方式和变形例说明了本发明，但是本发明不限于这些实施方式等，可以做出各种变化。
例如在上述实施方式等中，虽然具体举例说明了逆变器电路的结构，但是逆变器电路的结构并不限于上述实施方式等的例子，也可以采用其他结构。具体地说，在上述实施方式等中，主要说明了逆变器电路是包括2个开关元件的半桥电路的情况，或是包括4个开关元件的全桥电路的情况。然而，并不限于这些情况，也可以使用其他结构的逆变器电路。
另外，在上述实施方式等中，虽然具体举例说明了整流平滑电路的结构(中心抽头型或全桥型的电路结构)，但是整流平滑电路并不限于上述实施方式等的例子，也可以采用其他结构。具体地说，例如也可以由MOS-FET的寄生二极管构成整流平滑电路内的各个整流元件。另外，在这种情况下，优选地，与该MOS-FET的寄生二极管的导通期间同步，MOS-FET自身也成为导通状态(进行同步整流)。这样能够利用更少的电压下降进行整流。再有，在这种情况下，在MOS-FET的源极侧配置寄生二极管的阳极侧，并且在MOS-FET的漏极侧配置寄生二极管的阴极侧。
进一步说，在上述实施方式等中，虽然举例说明了逆变器电路和变压器的个数各自为主要是2个的情况(整流平滑电路内的整流元件的个数为2个、4个的情况)，但是这些个数并不限于这种情况的例子。具体地说，本发明如变形例1所述，可以适用于逆变器电路和变压器的个数各自为N个(N：2以上的整数)的情况。总之，不仅上述实施方式等所述的N＝2的情况，而且N＝3以上的任意数的情况也同样可以适用本发明。再有，作为在上述实施方式等中说明的逆变器电路、变压器、整流元件的个数，不限于物理性的个数，而是意味着存在于等效电路中的个数。
此外，在上述实施方式等中，虽然具体举例说明了由驱动电路进行的各个开关元件的动作控制(切换驱动)的方法，但是切换驱动的方法并不限于上述实施方式等的例子，也可以采用其他方法。具体地说，关于例如前述的切换相位控制和PMW控制的方法、前述的预定脉冲电压和电压的施加方法、前述的电压Vd的多个电平(多级)的设定方法等，并不限于上述实施方式等的方法，也可以采用其他方法。另外，关于将电压Vd设定为多个电平时的电平数(等级数)，也不限于在上述实施方式等中主要说明的电平数(3电平)的例子，也可以如变形例1所述，将电平数设定为4电平以上的任意数。
另外，在上述实施方式等中，作为本发明的开关电源装置的一个例子，虽然列举DC-DC转换器进行了说明，但是本发明也可以适用于例如AC-DC转换器等其他种类的开关电源装置。
进一步说，也可以将上述各结构例等以任意的组合加以适用。
根据本发明的开关电源装置，可以容易地生成进入平滑电路的多个电平的输入电压。
再有，本技术也能够采用以下结构。
(1)
一种开关电源装置，具备：
输入端子对，输入输入电压；
输出端子对，输出输出电压；
N个变压器，各自具有一次绕组和二次绕组，所述N为大于等于2的整数；
N个逆变器电路，互相并联配置在所述输入端子对与所述一次绕组之间，各自以包含开关元件的方式构成；
整流平滑电路，配置在所述输出端子对与所述二次绕组之间，以包含整流电路和平滑电路的方式构成，所述整流电路具有多个整流元件，所述平滑电路具有扼流线圈和配置在所述输出端子对之间的电容元件；以及
驱动部，进行切换驱动，所述切换驱动分别控制所述N个逆变器电路的所述开关元件的动作，
所述驱动部进行所述切换驱动，以使得从所述N个逆变器电路分别对所述N个变压器的所述一次绕组施加预定脉冲电压或预定电压，从而将进入所述平滑电路的输入电压设定为从0电平到N电平的连续的(N+1)等级的电平。
(2)
所述(1)所述的开关电源装置，其中，
在将进入所述平滑电路的输入电压设定为所述连续的(N+1)等级的电平时，所述驱动部进行所述切换驱动，以使得对第一一次绕组施加所述预定脉冲电压且对第二一次绕组施加所述预定电压，
第一一次绕组是所述N个变压器中的一个变压器的所述一次绕组，第二一次绕组是所述N个变压器中的所述一个变压器以外的其他变压器的所述一次绕组。
(3)
所述(2)所述的开关电源装置，其中，
被设定为：随着被施加作为所述预定电压0(零)V的所述第二一次绕组的个数增加，进入所述平滑电路的输入电压的电平逐渐减少。
(4)
所述(1)至所述(3)中的任一项所述的开关电源装置，其中，
所述整流平滑电路是中心抽头型整流平滑电路。
(5)
所述(4)所述的开关电源装置，其中，
所述N为2，所述整流元件的个数为2个。
(6)
所述(1)至所述(3)中的任一项所述的开关电源装置，其中，
所述整流平滑电路是全桥型整流平滑电路。
(7)
所述(6)所述的开关电源装置，其中，
不管所述N的值如何，所述整流元件的个数是4个。
本公开含有涉及在2019年3月5日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2019-039604中公开的主旨，其全部内容包括在此，以供参考。
本领域的技术人员应该理解，虽然根据设计要求和其他因素可能出现各种修改，组合，子组合和可替换项，但是它们均包含在附加的权利要求或它的等同物的范围内。

Claims (5)

1.一种开关电源装置，具备：
输入端子对，输入输入电压；
输出端子对，输出输出电压；
N个变压器，各自具有一次绕组和二次绕组，所述N为大于等于2的整数；
N个逆变器电路，互相并联配置在所述输入端子对与所述一次绕组之间，各自以包含开关元件的方式构成；
整流平滑电路，配置在所述输出端子对与所述二次绕组之间，以包含整流电路和平滑电路的方式构成，所述整流电路具有多个整流元件，所述平滑电路具有扼流线圈和配置在所述输出端子对之间的电容元件；以及
驱动部，进行切换驱动，所述切换驱动控制所述N个逆变器电路的所述开关元件以各自预定的时间比率动作，
所述驱动部进行所述切换驱动，
使得以所述N个逆变器电路中的一个逆变器电路与其他逆变器电路彼此具有预定的相位差而动作的方式进行根据切换相位控制的所述切换驱动，并且，
对所述N个变压器的所述一次绕组自所述一个逆变器电路施加预定脉冲电压，并且自所述其他逆变器电路施加预定电压，
从而将进入所述平滑电路的输入电压设定为从0电平到N电平的连续的(N+1)等级的电平，
所述N为2，所述整流元件的个数为2个，或者，不管所述N的值如何，所述整流元件的个数是4个。
2.根据权利要求1所述的开关电源装置，其中，
在将进入所述平滑电路的输入电压设定为所述连续的(N+1)等级的电平时，所述驱动部进行所述切换驱动，以使得对第一一次绕组自所述一个逆变器电路施加所述预定脉冲电压且对第二一次绕组自所述其他逆变器电路施加所述预定电压，
第一一次绕组是所述N个变压器中的一个变压器的所述一次绕组，第二一次绕组是所述N个变压器中的所述一个变压器以外的其他变压器的所述一次绕组。
3.根据权利要求2所述的开关电源装置，其中，
被设定为：随着被施加作为所述预定电压0(零)V的所述第二一次绕组的个数增加，进入所述平滑电路的输入电压的电平逐渐减少。
4.根据权利要求1至权利要求3中的任一项所述的开关电源装置，其中，
所述整流平滑电路是中心抽头型整流平滑电路。
5.根据权利要求1至权利要求3中的任一项所述的开关电源装置，其中，
所述整流平滑电路是全桥型整流平滑电路。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022124673A (ja) * 2021-02-16 2022-08-26 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Ｄｃ－ｄｃコンバータおよび車両
CN114070083A (zh) * 2021-10-13 2022-02-18 华为技术有限公司 Dc/dc变换器及其输出电压控制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6320764B1 (en) * 2000-03-31 2001-11-20 Yimin Jiang Regulation circuit for a power converter and method of operation thereof
CN104539160A (zh) * 2014-11-29 2015-04-22 西安爱科赛博电气股份有限公司 极低输出电压纹波二极管钳位七电平直流变换器及直流电源
JP2017005908A (ja) * 2015-06-12 2017-01-05 Tdk株式会社 スイッチング電源装置
CN107370391A (zh) * 2017-07-05 2017-11-21 东南大学 面向中高压智能配电网的桥臂复用电力电子变压器
CN108599581A (zh) * 2018-06-06 2018-09-28 三峡大学 一种基于多相三电平逆变器的大容量隔离型dc/dc变换器
CN208272859U (zh) * 2018-06-06 2018-12-21 三峡大学 一种基于多相三电平逆变器的大容量隔离型dc/dc变换器

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6370047B2 (en) * 2000-03-10 2002-04-09 Power-One, Inc. Dual input range power supply using two series or parallel connected converter sections with automatic power balancing
US6751107B2 (en) * 2002-03-27 2004-06-15 Shindengen Electric Manufacturing Co., Ltd. DC power supply device with constant power output level
JP4109476B2 (ja) * 2002-03-27 2008-07-02 新電元工業株式会社 定電力出力電源装置
US7518886B1 (en) * 2005-02-18 2009-04-14 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Multiphase soft switched DC/DC converter and active control technique for fuel cell ripple current elimination
US7596007B2 (en) * 2005-10-14 2009-09-29 Astec International Limited Multiphase DC to DC converter
JP2009060747A (ja) * 2007-09-03 2009-03-19 Tdk-Lambda Corp Ｄｃ−ｄｃコンバータ
US8824179B2 (en) * 2012-08-14 2014-09-02 Rudolf Limpaecher Soft-switching high voltage power converter
KR101791289B1 (ko) * 2013-06-17 2017-10-27 엘에스산전 주식회사 멀티레벨 인버터
JP5987850B2 (ja) * 2014-02-07 2016-09-07 株式会社デンソー 電力変換装置
JP6647760B2 (ja) * 2016-09-12 2020-02-14 新電元工業株式会社 変調方法、及び、この変調方法を用いた回路

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6320764B1 (en) * 2000-03-31 2001-11-20 Yimin Jiang Regulation circuit for a power converter and method of operation thereof
CN104539160A (zh) * 2014-11-29 2015-04-22 西安爱科赛博电气股份有限公司 极低输出电压纹波二极管钳位七电平直流变换器及直流电源
JP2017005908A (ja) * 2015-06-12 2017-01-05 Tdk株式会社 スイッチング電源装置
CN107370391A (zh) * 2017-07-05 2017-11-21 东南大学 面向中高压智能配电网的桥臂复用电力电子变压器
CN108599581A (zh) * 2018-06-06 2018-09-28 三峡大学 一种基于多相三电平逆变器的大容量隔离型dc/dc变换器
CN208272859U (zh) * 2018-06-06 2018-12-21 三峡大学 一种基于多相三电平逆变器的大容量隔离型dc/dc变换器

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