CN114270685A - Dc/dc转换装置 - Google Patents

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Abstract

第1飞跨电容器电路(31)和第2飞跨电容器电路(32)与高压侧直流部并联地被串联连接。电抗器(L1)连接于低压侧直流部的正侧端子与第1飞跨电容器电路(31)的中点间。第2飞跨电容器电路(32)的中点与低压侧直流部的负侧端子连接。第1飞跨电容器电路(31)与第2飞跨电容器电路(32)之间的连接点与高压侧直流部的中间电位点连接。

Description

DC/DC转换装置
技术领域
本发明涉及将直流功率转换为其他电压的直流功率的DC/DC转换装置。
背景技术
在与太阳能电池、蓄电池、燃料电池等连接的功率调节器中，使用DC/DC转换装置和逆变器。DC/DC转换装置和逆变器期望高效率的功率转换和小型设计。作为用于实现其的DC/DC转换装置，提出了在电抗器的后级连接飞跨电容器电路(由串联连接的4个开关元件以及与第2开关元件和第3开关元件并联连接的飞跨电容器构成)，使电抗器与飞跨电容器电路的连接点的电压三电平化的多电平功率转换装置(例如，参照专利文献1)。
多电平功率转换装置能够减小施加于各开关元件的电压，由此能够减少开关损耗，实现高效率的功率转换。在使用上述飞跨电容器电路的多电平功率转换装置中，通过进行三电平化，能够将施加于构成飞跨电容器电路的各开关元件的电压减小至直流总线电压的1/2倍。
由此，能够不使用在逆变器的全桥部中使用的较高耐压(例如，600V)的开关元件，而由较低耐压(例如，300V)的开关元件构成。相对于耐压高的开关元件，耐压低的开关元件廉价，且功率转换中的导通损耗、开关损耗等较少，有助于进一步的高效率化。
[在先技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本特开2013-192383号公报
发明内容
[发明要解决的课题]
但是，在动作电压为比较高压(例如，450V等)的应用中使用300V耐压的开关元件的情况下，虽然与使用600V耐压的开关元件的情况相比损耗改善，但由于将多个开关元件导通，因此总体的损耗改善效果有限。
本公开鉴于以上状况而完成，其目的在于提供一种通过能够使用更低耐压的开关元件而实现进一步的高效率化的DC/DC转换装置。
[用于解决技术课题的技术方案]
为了解决上述课题，本公开的一个方案的DC/DC转换装置包括：与高压侧直流部并联地被串联连接的第1飞跨电容器电路和第2飞跨电容器电路，以及连接于低压侧直流部的正侧端子与所述第1飞跨电容器电路的中点间的电抗器。所述第2飞跨电容器电路的中点与所述低压侧直流部的负侧端子连接，所述第1飞跨电容器电路与所述第2飞跨电容器电路之间的连接点被连接于所述高压侧直流部的中间电位点。
[发明效果]
根据本公开，能够提供一种通过能够使用更低耐压的开关元件而实现进一步的高效率化的DC/DC转换装置。
附图说明
图1是用于说明实施方式的DC/DC转换装置的构成的图。
图2是总结了实施方式的DC/DC转换装置的第1开关元件-第8开关元件的开关模式的图。
图3的(a)-图3的(d)是表示升压动作时的各开关模式的电流路径的电路图。
图4的(a)-图4的(d)是表示降压动作时的各开关模式的电流路径的电路图。
图5是表示升压比大于2倍的情况下的第1开关元件-第8开关元件的开关模式的一个示例的时序图。
图6是表示升压比小于2倍的情况下的第1开关元件-第8开关元件的开关模式的一个示例的时序图。
图7的(a)-图7的(c)是表示飞跨电容器电路的构成例的图。
图8是表示N(N是自然数)级的飞跨电容器电路的图。
图9是用于说明变形例1的DC/DC转换装置的构成的图。
图10是用于说明变形例2的DC/DC转换装置的构成的图。
图11是用于说明变形例3的DC/DC转换装置的构成的图。
具体实施方式
图1是用于说明实施方式的DC/DC转换装置3的构成的图。实施方式的DC/DC转换装置3是双向的升降压DC/DC转换装置。DC/DC转换装置3能够将从第2直流电源2供给的直流功率升压并供给到第1直流电源1。另外，DC/DC转换装置3能够将从第1直流电源1供给的直流功率降压并供给到第2直流电源2。在本说明书中，以第2直流电源2是比第1直流电源1低压的电源为前提。
第2直流电源2例如为蓄电池、双电层电容器等。第1直流电源1例如是连接有双向DC/AC逆变器的直流总线等。该双向DC/AC逆变器的交流侧在蓄电系统的用途中与商用电力系统和交流负载连接。在电动汽车的用途中与马达(具有再生功能)连接。在蓄电系统的用途中，该直流总线也可以还连接有太阳能电池用的DC/DC转换器、其他蓄电池用的DC/DC转换器。
DC/DC转换装置3包括DC/DC转换部30和控制部40。DC/DC转换部30包括：输入电容器C5、电抗器L1、第1飞跨电容器电路31、第2飞跨电容器电路32、第1分割电容器C3以及第2分割电容器C4。
与第2直流电源2并联地连接输入电容器C5。在第1直流电源1的正侧总线与负侧总线之间，第1分割电容器C3和第2分割电容器C4串联连接。第1分割电容器C3和第2分割电容器C4具有将第1直流电源1的电压E分压为1/2的作用、作为用于抑制在DC/DC转换部30内产生的浪涌电压的缓冲电容器的作用。在本说明书中，将比输入电容器5前级的构成称为低压直流部，将比第1分割电容器C3和第2分割电容器C4后级的构成称为高压直流部。
第1飞跨电容器电路31和第2飞跨电容器电路32串联连接，并与高压侧直流部并联。电抗器L1串联连接于低压侧直流部的正侧端子与第1飞跨电容器电路31的中点间。低压侧直流部的负侧端子与第2飞跨电容器电路32的中点连接。第1飞跨电容器电路31与第2飞跨电容器电路32之间的连接点与高压侧直流部的中间电位点M(第1分割电容器C3与第2分割电容器C4的分压点)连接。
此外，第1分割电容器C3和第2分割电容器C4可省略，在该情况下，第1飞跨电容器电路31与第2飞跨电容器电路32之间的连接点并非必须与高压侧直流部的中间电位点M连接。
第1飞跨电容器电路31包括：第1开关元件S1、第2开关元件S2、第3开关元件S3、第4开关元件S4以及第1飞跨电容器C1。第1开关元件S1、第2开关元件S2、第3开关元件S3和第4开关元件S4串联连接，连接于高压直流部的正侧总线与中间电位点M之间。第1飞跨电容器C1连接于第1开关元件S1与第2开关元件S2的连接点和第3开关元件S3与第4开关元件S4的连接点之间，通过第1开关元件S1-第4开关元件S4进行充放电。
在第1飞跨电容器电路31的中点生成施加于第1开关元件S1的上侧端子的第1直流电源1的电压E[V]与施加于第4开关元件S4的下侧端子的1/2E[V]之间的范围的电位。第1飞跨电容器C1以成为1/4E[V]的电压的方式进行初始充电(预充电)，并以1/4E[V]的电压为中心反复进行充放电。因此，在第1飞跨电容器电路31的中点大致生成E[V]、3/4E[V]、1/2E[V]这三电平的电位。
第2飞跨电容器电路32包括：第5开关元件S5、第6开关元件S6、第7开关元件S7、第8开关元件S8以及第2飞跨电容器C2。第5开关元件S5、第6开关元件S6、第7开关元件S7和第8开关元件S8串联连接，连接于高压直流部的中间电位点M与负侧总线之间。第2飞跨电容器C2连接于第5开关元件S5与第6开关元件S6的连接点和第7开关元件S7与第8开关元件S8的连接点之间，通过第5开关元件S5-第8开关元件S8进行充放电。
在第2飞跨电容器电路32的中点生成施加于第5开关元件S5的上侧端子的1/2E[V]与施加于第8开关元件S8的下侧端子的0[V]之间的范围的电位。第2飞跨电容器C2以成为1/4E[V]的电压的方式进行初始充电(预充电)，并以1/4E[V]的电压为中心反复进行充放电。因此，在第2飞跨电容器电路32的中点大致生成1/2E[V]、1/4E[V]、0[V]这三电平的电位。
第1开关元件S1-第8开关元件S8分别反向并联地形成/连接有第1二极管D1-第8二极管D8。
第1开关元件S1-第8开关元件S8优选使用耐压比第1直流电源1和第2直流电源2的电压低的开关元件。以下，在本实施方式中，假定第1开关元件S1-第8开关元件S8使用150V耐压的N沟道MOSFET的示例。在N沟道MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)中，从源极向漏极方向形成寄生二极管。
此外，第1开关元件S1-第8开关元件S8也可以使用IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor：绝缘栅双极晶体管)或双极晶体管。在该情况下，第1开关元件S1-第8开关元件S8未形成寄生二极管，第1开关元件S1-第8开关元件S8分别反向并联地连接有外置二极管。此外，不限于通常的硅(Si)半导体，也可以使用使用了碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化镓(Ga2O3)、金刚石(C)等的宽带隙半导体。
在图1中未示出，但设有检测低压直流部的两端电压的第1电压传感器、检测流过电抗器L1的电流的电流传感器、以及检测高压直流部的两端电压的第2电压传感器，各自的测量值被输出到控制部40。
控制部40控制第1飞跨电容器电路31和第2飞跨电容器电路32，能够通过升压动作从低压侧直流部向高压侧直流部输送直流功率。另外，能够通过降压动作从高压侧直流部向低压侧直流部输送直流功率。更具体而言，控制部40通过向第1开关元件S1-第8开关元件S8的栅极端子供给驱动信号(PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)信号)，对第1开关元件S1-第8开关元件S8进行接通/断开控制，从而能够通过升压动作或降压动作双向地输送功率。
控制部40的构成能够通过硬件资源和软件资源的协作或仅通过硬件资源实现。作为硬件资源，能够使用模拟元件、微型计算机、DSP、ROM、RAM、FPGA、ASIC、其他LSI。作为软件资源，能够使用固件等程序。
图2是总结了实施方式的DC/DC转换装置3的第1开关元件S1-第8开关元件S8的开关模式的图。在图2所示的开关模式中，第1开关元件S1和第8开关元件S8的组与第4开关元件S4和第5开关元件S5的组为互补关系。另外，第2开关元件S2和第7开关元件S7的组与第3开关元件S3和第6开关元件S6的组为互补关系。
控制部40使用4个模式来执行升压动作或降压动作。
在模式a中，控制部40将第2开关元件S2、第4开关元件S4、第5开关元件S5和第7开关元件S7控制为接通状态，并且将第1开关元件S1、第3开关元件S3、第6开关元件S6和第8开关元件S8控制为断开状态。在模式a中，第1飞跨电容器电路31的中点与第2飞跨电容器电路32的中点间的电压(即，低压侧的输入输出电压VL)成为1/2E。
在模式b中，控制部40将第1开关元件S1、第3开关元件S3、第6开关元件S6和第8开关元件S8控制为接通状态，并且将第2开关元件S2、第4开关元件S4、第5开关元件S5和第7开关元件S7控制为断开状态。在模式b中，第1飞跨电容器电路31与第2飞跨电容器电路32的低压侧的输入输出电压VL成为1/2E。
在模式c中，控制部40将第1开关元件S1、第2开关元件S2、第7开关元件S7和第8开关元件S8控制为接通状态，并且将第3开关元件S3、第4开关元件S4、第5开关元件S5和第6开关元件S6控制为断开状态。在模式c中，第1飞跨电容器电路31与第2飞跨电容器电路32的低压侧的输入输出电压VL成为E。
在模式d中，控制部40将第3开关元件S3、第4开关元件S4、第5开关元件S5和第6开关元件S6控制为接通状态，并且将第1开关元件S1、第2开关元件S2、第7开关元件S7和第8开关元件S8控制为断开状态。在模式d中，第1飞跨电容器电路31与第2飞跨电容器电路32的低压侧的输入输出电压VL成为0。
图3的(a)-图3的(d)是表示升压动作时的各开关模式的电流路径的电路图。图4的(a)-图4的(d)是表示降压动作时的各开关模式的电流路径的电路图。此外，为了简化附图，以简单的开关符号描绘MOSFET。
图3的(a)表示升压动作时的模式a的电流路径，图3的(b)表示升压动作时的模式b的电流路径，图3的(c)表示升压动作时的模式c的电流路径，图3的(d)表示升压动作时的模式d的电流路径。同样，图4的(a)表示降压动作时的模式a的电流路径，图4的(b)表示降压动作时的模式b的电流路径，图4的(c)表示降压动作时的模式c的电流路径，图4的(d)表示降压动作时的模式d的电流路径。
在升压动作时与降压动作时，电流的方向相反。在模式a中，如图3的(a)所示，升压动作时第1飞跨电容器C1和第2飞跨电容器C2成为充电动作，但如图4的(a)所示，降压动作时第1飞跨电容器C1和第2飞跨电容器C2成为放电动作。在模式b中，如图3的(b)所示，升压动作时第1飞跨电容器C1和第2飞跨电容器C2成为放电动作，但如图4的(b)所示，降压动作时第1飞跨电容器C1和第2飞跨电容器C2成为充电动作。
控制部40在通过升压动作从低压直流部向高压直流部输送功率的情况下，设定正方向的电流指令值，以流过电抗器L1的电流的测量值维持该正方向的电流指令值的方式，控制第1开关元件S1-第8开关元件S8的占空比(接通时间)。相反地，控制部40在通过降压动作从高压直流部向低压直流部输送功率的情况下，设定负方向的电流指令值，以流过电抗器L1的电流的测量值维持该负方向的电流指令值的方式，控制第1开关元件S1-第8开关元件S8的占空比(接通时间)。
另外，控制部40在低压侧直流部的电压与高压侧直流部的电压的比率(以下，定义为升压比)小于设定值的情况下，使用模式a、模式b和模式c来输送功率。另外，控制部40在该升压比大于该设定值的情况下，使用模式a、模式b和模式d来输送功率。另外，控制部40在该升压比与该设定值一致的情况下，使用模式a和模式b来输送功率。
低压侧直流部的电压与高压侧直流部的电压分别通过电压传感器来测量。上述设定值根据第1飞跨电容器C1的电压和第2飞跨电容器C2的电压的合计电压1/2E与第1直流电源1的电压E的比率而设定。在本实施方式中，上述设定值被设定为2。此外，在以降压比定义低压侧直流部的电压与高压侧直流部的电压的比率的情况下，上述设定值被设定为1/2。
控制部40以电流指令值与流过电抗器L1的电流的测量值一致且第1飞跨电容器C1和第2飞跨电容器C2的电压分别成为1/4E的方式生成占空比。具体而言，流过电抗器L1的电流相对于电流指令值越小，则控制部40使占空比上升，越大则使占空比降低。
图5是表示升压比大于2倍的情况下的第1开关元件S1-第8开关元件S8的开关模式的一个示例的时序图。图6是表示升压比小于2倍的情况下的第1开关元件S1-第8开关元件S8的开关模式的一个示例的时序图。图5和图6所示的控制例示出使用双载波驱动方式的控制例。在双载波驱动方式中，使用相位偏移了180°的2个载波信号(在图5和图6中为三角波)。占空比duty成为与2个载波信号进行比较的阈值。在升压比大于2倍的情况下，占空比duty取0.5～1.0的范围的值，在升压比小于2倍的情况下，占空比duty取0.0～0.5的范围的值。
根据粗线的载波信号与占空比duty的比较结果，生成供给到第1开关元件S1和第8开关元件S8的第1栅极信号、供给到第4开关元件S4和第5开关元件S5的第4栅极信号。具体而言，在粗线的载波信号比占空比duty高的区域中，第1栅极信号成为接通且第4栅极信号成为断开。在粗线的载波信号比占空比duty低的区域中，第1栅极信号成为断开且第4栅极信号成为接通。第1栅极信号与第4栅极信号处于互补关系。此外，在第1栅极信号和第4栅极信号的接通/断开切换时，设定有第1栅极信号和第4栅极信号同时成为断开的死区时间期间。
根据细线的载波信号与占空比duty的比较结果，生成供给到第2开关元件S2和第7开关元件S7的第2栅极信号、供给到第3开关元件S3和第6开关元件S6的第3栅极信号。具体而言，在细线的载波信号比占空比duty高的区域中，第2栅极信号成为接通且第3栅极信号成为断开。在细线的载波信号比占空比duty低的区域中，第2栅极信号成为断开且第3栅极信号成为接通。第2栅极信号与第3栅极信号处于互补关系。此外，在第2栅极信号和第3栅极信号的接通/断开切换时，设定有第2栅极信号和第3栅极信号同时成为断开的死区时间期间。
在升压比大于2倍的情况下，控制部40交替地切换模式a与模式b，在切换二者的期间插入模式d。即，控制部40按照模式a→模式d→模式b→模式d→模式a→模式d→模式b→模式d…的顺序切换模式。在占空比duty未变化的期间，模式a与模式b的期间相等，第1飞跨电容器C1和第2飞跨电容器C2的电压分别保持为1/4E。在升压比大于2倍的情况下，随着占空比duty上升，相对于模式a和模式b的期间，模式d的期间加长，传递的能量的量增大。
在升压比小于2倍的情况下，控制部40交替地切换模式a与模式b，在切换二者的期间插入模式c。即，控制部40按照模式a→模式c→模式b→模式c→模式a→模式c→模式b→模式c…的顺序切换模式。在占空比duty未变化的期间，模式a与模式b的期间相等，第1飞跨电容器C1和第2飞跨电容器C2的电压分别保持为1/4E。在升压比小于2倍的情况下，随着占空比duty上升，相对于模式a和模式b的期间的模式c的期间减短，传递的能量的量增大。
如果升压比理想地维持2倍，第1飞跨电容器C1和第2飞跨电容器C2的电压分别理想地维持1/4E，则占空比duty维持0.5。
如果第1飞跨电容器C1的电压和第2飞跨电容器C2的电压的合计电压低于1/2E，则控制部40增加模式a和模式b内的充电一方的模式的时间，使该合计电压接近1/2E。相反地，如果第1飞跨电容器C1的电压和第2飞跨电容器C2的电压的合计电压超过1/2E，则控制部40增加模式a和模式b内的放电一方的模式的时间，使该合计电压接近1/2E。
此外，控制部40不使用第1飞跨电容器C1和第2飞跨电容器C2，通过切换模式c和模式d，也能够使DC/DC转换部30进行通常的升压斩波器的动作。在这种情况下，不产生基于升压比的动作模式的切换。
如上述说明，根据本实施方式，电抗器L1的后级的开关部由与高压侧直流部并联地被串联连接的第1飞跨电容器电路31和第2飞跨电容器电路32构成。由此，第1开关元件S1-第8开关元件S8能够使用低耐压的开关元件(例如，150V耐压的MOSFET)。通过使用低耐压的开关元件，能够降低开关元件的导通损耗，能够使DC/DC转换装置3高效率化。另外，通过使用低耐压的开关元件，发热降低，能够使散热部件小型化。另外，通过使用低耐压的开关元件，能够以低开关损耗进行高频化，因此无源部件也能够小型化。
另外，通过根据升压比切换模式，能够改变积蓄于电抗器L1的能量的量。具体而言，在升压比小于2倍的情况下，以模式a、模式b和模式c进行动作，在升压比大于2倍的情况下，以模式a、模式b和模式d进行动作。由此，能够构筑与第2直流电源2和第1直流电源1的宽范围的电压范围对应的DC/DC转换装置3。另外，通过以第1飞跨电容器C1和第2飞跨电容器C2的电压分别成为1/4E的方式进行控制，能够防止第1开关元件S1-第8开关元件S8的耐压超过。
以上，基于实施方式说明了本公开。本领域技术人员应理解，实施方式仅是例示，其各构成要素及各处理工艺的组合能够有各种变形例，另外这样的变形例也在本公开的范围内。
在上述实施方式中，作为飞跨电容器电路的构成例，例举出使用串联连接的4个开关元件和1个飞跨电容器的1级的飞跨电容器电路。这一点，也能使用进一步增加级数的飞跨电容器电路。
图7的(a)-图7的(c)是表示飞跨电容器电路的构成例的图。图7的(a)表示1级的飞跨电容器电路。图7的(a)所示的飞跨电容器电路与在上述实施方式中说明的电路构成同样。
图7的(b)表示2级的飞跨电容器电路。在2级的飞跨电容器电路中，包括串联连接的6个开关元件S12、S1、S2、S3、S4、S42，以及2个飞跨电容器C11、C12。最内侧的飞跨电容器C11与2个开关元件S2、S3并联连接，被控制为维持1/6E的电压。在本说明书中，E表示高压侧直流部的电压。从内侧起第2个飞跨电容器C12与4个开关元件S1、S2、S3、S4并联连接，被控制为维持1/6E的电压。
图7的(c)表示3级的飞跨电容器电路。在3级的飞跨电容器电路中，包括串联连接的6个开关元件S13、S12、S1、S2、S3、S4、S42、S43，以及3个飞跨电容器C11、C12、C13。最内侧的飞跨电容器C11与2个开关元件S2、S3并联连接，被控制为维持1/8E的电压。从内侧起第2个飞跨电容器C12与4个开关元件S1、S2、S3、S4并联连接，被控制为维持2/8E的电压。从内侧起第3个飞跨电容器C13与6个开关元件S12、S1、S2、S3、S4、S42并联连接，被控制为维持3/8E的电压。
图8表示N(N是自然数)级的飞跨电容器电路。在N级的飞跨电容器电路中，包括串联连接的(2N+2)个开关元件S1n、…、S13、S12、S1、S2、S3、S4、S42、S43、…、S4n，以及N个飞跨电容器C11、C12、C13、…、C1n。最内侧的飞跨电容器C11与2个开关元件S2、S3并联连接，被控制为维持1/(2N+2)E的电压。从内侧起第2个飞跨电容器C12与4个开关元件S1、S2、S3、S4并联连接，被控制为维持2/(2N+2)E的电压。从内侧起第3个飞跨电容器C13与6个开关元件S12、S1、S2、S3、S4、S42并联连接，被控制为维持3/(2N+2)E的电压。最外侧的飞跨电容器C1n与2N个S1(n-1)、…、S13、S12、S1、S2、S3、S4、S42、S43、…、S4(n-1)并联连接，被控制为维持N/(2N+2)E的电压。
在图1所示的第1飞跨电容器电路31和第2飞跨电容器电路32中，使用图7的(a)所示的1级的飞跨电容器电路。如果使用1级的飞跨电容器电路，则在第1飞跨电容器电路31的中点与第2飞跨电容器电路32的中点之间能够产生三电平(E、1/2E、0)的电压。如果使用图7的(b)所示的2级的飞跨电容器电路，则在第1飞跨电容器电路31的中点与第2飞跨电容器电路32的中点之间能够产生五电平(E、2/3E、1/2E、1/3E、0)的电压。如果使用图7的(c)所示的3级的飞跨电容器电路，则在第1飞跨电容器电路31的中点与第2飞跨电容器电路32的中点之间能够产生七电平(E、3/4E、5/8E、1/2E、3/8E、1/4E、0)的电压。如果使用图8所示的N级的飞跨电容器电路，则在第1飞跨电容器电路31的中点与第2飞跨电容器电路32的中点之间能够产生(2N+1)电平的电压。
随着增加飞跨电容器电路的级数，能够使用廉价且耐压低的开关元件，但使用的开关元件的数量增大。因此，设计者考虑总体的成本和总体的转换效率，来决定飞跨电容器电路的最佳级数即可。另外，在高压侧直流部的电压超过1000V的应用、超过10000V的应用中，为了降低各开关元件的耐压，增加飞跨电容器电路的级数是有效的。
图9是用于说明变形例1的DC/DC转换装置3的构成的图。变形例1的DC/DC转换装置3是单向的降压DC/DC转换器，不能从低压侧直流部向高压侧直流部输送功率。在变形例1的DC/DC转换装置3中，使用4个二极管元件(第3二极管D3、第4二极管D4、第5二极管D5和第6二极管D6)来替代第3开关元件S3、第4开关元件S4、第5开关元件S5和第6开关元件S6。由此，能够减少开关元件和驱动器的数量，能够削减成本。变形例1的DC/DC转换装置3例如可作为从第1直流电源1生成基准电压(例如，DC12V、DC24V、DC48V)的降压电路使用。
图10是用于说明变形例2的DC/DC转换装置3的构成的图。变形例2的DC/DC转换装置3是单向的升压DC/DC转换器，不能从高压侧直流部向低压侧直流部输送功率。在变形例2的DC/DC转换装置3中，使用4个二极管元件(第1二极管D1、第2二极管D2、第7二极管D7和第8二极管D8)来替代第1开关元件S1、第2开关元件S2、第7开关元件S7和第8开关元件S8。由此，能够减少开关元件和驱动器的数量，能够削减成本。变形例2的DC/DC转换装置3例如可作为太阳能电池用的升压电路使用。
图11是用于说明变形例3的DC/DC转换装置3的构成的图。在图1所示的DC/DC转换装置3中，将电抗器L1连接于低压侧直流部的正侧端子与第1飞跨电容器电路31的中点间，但也可以如图11所示，连接于低压侧直流部的负侧端子与第2飞跨电容器电路32的中点间。在这种情况下，得到与图1所示的DC/DC转换装置3同样的效果。
此外，实施方式也可以根据以下的项目来确定。
[项目1]
一种DC/DC转换装置(3)，其特征在于，
包括：与高压侧直流部并联地被串联连接的第1飞跨电容器电路(31)和第2飞跨电容器电路(32)，以及
连接于低压侧直流部的正侧端子与所述第1飞跨电容器电路(31)的中点间的电抗器(L1)；
所述第2飞跨电容器电路(32)的中点与所述低压侧直流部的负侧端子连接，
所述第1飞跨电容器电路(31)与所述第2飞跨电容器电路(32)之间的连接点与所述高压侧直流部的中间电位点连接。
由此，控制流过电抗器(L1)的电流的开关元件能够使用低耐压的开关元件，能够实现小型化、高效率化。
[项目2]
一种DC/DC转换装置(3)，其特征在于，
包括：与高压侧直流部并联地被串联连接的第1飞跨电容器电路(31)和第2飞跨电容器电路(32)，以及
连接于低压侧直流部的负侧端子与所述第2飞跨电容器电路(32)的中点间的电抗器(L1)；
所述第1飞跨电容器电路(31)的中点与所述低压侧直流部的正侧端子连接；
所述第1飞跨电容器电路(31)与所述第2飞跨电容器电路(32)之间的连接点与所述高压侧直流部的中间电位点连接。
由此，控制流过电抗器(L1)的电流的开关元件能够使用低耐压的开关元件，能够实现小型化、高效率化。
[项目3]
如项目1或2所记载的DC/DC转换装置(3)，其特征在于，还包括控制部(40)，其控制所述第1飞跨电容器电路(31)和所述第2飞跨电容器电路(32)，能够执行通过升压动作从所述低压侧直流部向所述高压侧直流部进行功率输送以及通过降压动作从所述高压侧直流部向所述低压侧直流部进行功率输送的至少一者。
由此，能够双向地输送功率。
[项目4]
如项目3所记载的DC/DC转换装置，其特征在于，
所述第1飞跨电容器电路(31)包括：
串联连接的第1开关元件(S1)、第2开关元件(S2)、第3开关元件(S3)和第4开关元件(S4)；以及
连接于所述第1开关元件(S1)与所述第2开关元件(S2)的连接点和所述第3开关元件(S3)与所述第4开关元件(S4)的连接点之间的第1飞跨电容器(C1)，
所述第2飞跨电容器电路(32)包括：
串联连接的第5开关元件(S5)、第6开关元件(S6)、第7开关元件(S7)和第8开关元件(S8)，以及
连接于所述第5开关元件(S5)与所述第6开关元件(S6)的连接点和所述第7开关元件(S7)与所述第8开关元件(S8)的连接点之间的第2飞跨电容器(C2)。
通过与高压直流部并联地将8个开关元件(S1-S8)串联连接，能够使用比以往低耐压的开关元件。
[项目5]
如项目4所记载的DC/DC转换装置(3)，其特征在于，
所述控制部(40)使用4个模式来执行所述升压动作或所述降压动作，该4个模式如下：
将所述第2开关元件(S2)、所述第4开关元件(S4)、所述第5开关元件(S5)和所述第7开关元件(S7)控制为接通状态，并且将所述第1开关元件(S1)、所述第3开关元件(S3)、所述第6开关元件(S6)和所述第8开关元件(S8)控制为断开状态的第1模式，
将所述第1开关元件(S1)、所述第3开关元件(S3)、所述第6开关元件(S6)和所述第8开关元件(S8)控制为接通状态，并且将所述第2开关元件(S2)、所述第4开关元件(S4)、所述第5开关元件(S5)和所述第7开关元件(S7)控制为断开状态的第2模式，
将所述第1开关元件(S1)、所述第2开关元件(S2)、所述第7开关元件(S7)和所述第8开关元件(S8)控制为接通状态，并且将所述第3开关元件(S3)、所述第4开关元件(S4)、所述第5开关元件(S5)和所述第6开关元件(S6)控制为断开状态的第3模式，
将所述第3开关元件(S3)、所述第4开关元件(S4)、所述第5开关元件(S5)和所述第6开关元件(S6)控制为接通状态，并且将所述第1开关元件(S1)、所述第2开关元件(S2)、所述第7开关元件(S7)和所述第8开关元件(S8)控制为断开状态的第4模式。
通过组合使用4个模式，能够进行各种控制。
[项目6]
如项目5所记载的DC/DC转换装置(3)，其特征在于，
所述控制部(40)在所述低压侧直流部的电压与所述高压侧直流部的电压的比率小于设定值的情况下，使用所述第1模式、所述第2模式以及所述第3模式，在所述比率大于所述设定值的情况下，使用所述第1模式、所述第2模式以及所述第4模式。
通过根据该比率切换模式，能够改变积蓄于电抗器(L1)的能量的量。
[项目7]
如项目4至6的任意一项所记载的DC/DC转换装置(3)，其特征在于，所述控制部(40)以所述第1飞跨电容器(C1)的电压和所述第2飞跨电容器(C2)的电压成为所述高压侧直流部的电压的1/4倍的电压的方式进行控制。
由此，能够防止第1开关元件(S1)-第8开关元件(S8)的耐压超过。
[项目8]
如项目3至7的任意一项所记载的DC/DC转换装置(3)，其特征在于，
所述第1飞跨电容器电路(31)和所述第2飞跨电容器电路(32)分别包括N(N是自然数)个飞跨电容器(C1、…、C1N)，
所述控制部(40)
以连接于最内侧的第1个飞跨电容器的电压(C1)成为所述高压侧直流部的电压的(1/(2N+2))倍的电压的方式进行控制，
以连接于最外侧的第N个飞跨电容器的电压(C1N)成为所述高压侧直流部的电压的(N/(2N+2))倍的电压的方式进行控制，
使所述第1飞跨电容器电路(31)的中点与所述第2飞跨电容器电路(32)的中点之间产生(2N+1)种电压。
由此，通过增加飞跨电容器电路(31、32)的级数，能够使用进一步低耐压的开关元件。
[项目9]
如项目1至8的任意一项所记载的DC/DC转换装置(3)，其特征在于，所述第1飞跨电容器电路(31)中包括的多个开关元件(S1-S4)和所述第2飞跨电容器电路(32)中包括的多个开关元件(S5-S8)，使用耐压比所述高压侧直流部的电压和所述低压侧直流部的电压低的开关元件。
由此，能够使用低耐压的开关元件，能够实现小型化、高效率化。
[项目10]
如项目3所记载的DC/DC转换装置(3)，其特征在于，
所述第1飞跨电容器电路(31)包括：
串联连接的第1二极管(D1)、第2二极管(D2)、第3开关元件(S3)和第4开关元件(S4)，以及
连接于所述第1二极管(D1)与所述第2二极管(D2)的连接点和所述第3开关元件(S3)与所述第4开关元件(S4)的连接点之间的第1飞跨电容器(C1)；
所述第2飞跨电容器电路(32)包括：
串联连接的第5开关元件(S5)、第6开关元件(S6)、第7二极管(D7)和第8二极管(D8)，以及
连接于所述第5开关元件(S5)与所述第6开关元件(S6)的连接点和所述第7二极管(D7)与所述第8二极管(D8)的连接点之间的第2飞跨电容器(C2)；
所述控制部(40)控制所述第3开关元件(S3)、所述第4开关元件(S4)、所述第5开关元件(S5)和所述第6开关元件(S6)，通过升压动作从所述低压侧直流部向所述高压侧直流部输出直流功率。
通过设为单向的升压转换器，能够降低成本。
[项目11]
如项目3所记载的DC/DC转换装置(3)，其特征在于，
所述第1飞跨电容器电路(31)包括：
串联连接的第1开关元件(S1)、第2开关元件(S2)、第3二极管(D3)和第4二极管(D4)，以及
连接于所述第1开关元件(S1)与所述第2开关元件(S2)的连接点和所述第3二极管(D3)与所述第4二极管(D4)的连接点之间的第1飞跨电容器(C1)；
所述第2飞跨电容器电路(32)包括：
串联连接的第5二极管(D5)、第6二极管(D6)、第7开关元件(S7)和第8开关元件(S8)，以及
连接于所述第5二极管(D5)与所述第6二极管(D6)的连接点和所述第7开关元件(S7)与所述第8开关元件(S8)的连接点之间的第2飞跨电容器(C2)；
所述控制部(40)控制所述第1开关元件(S1)、所述第2开关元件(S2)、所述第7开关元件(S7)和所述第8开关元件(S8)，通过降压动作从所述高压侧直流部向所述低压侧直流部输出直流功率。
通过设为单向的降压转换器，能够降低成本。
[工业可利用性]
本公开能够用于使用飞跨电容器的多电平转换器。
[附图标记说明]
1第1直流电源，2第2直流电源，3DC/DC转换装置，30DC/DC转换部，31、32飞跨电容器电路，40控制部，S1-S8开关元件，D1-D8二极管，C1、C2飞跨电容器，C3、C4分割电容器，C5输入电容器，L1电抗器。

Claims (11)

1.一种DC/DC转换装置，其特征在于，
包括：与高压侧直流部并联地被串联连接的第1飞跨电容器电路和第2飞跨电容器电路，以及
连接于低压侧直流部的正侧端子与所述第1飞跨电容器电路的中点间的电抗器；
所述第2飞跨电容器电路的中点与所述低压侧直流部的负侧端子连接；
所述第1飞跨电容器电路与所述第2飞跨电容器电路之间的连接点与所述高压侧直流部的中间电位点连接。
2.一种DC/DC转换装置，其特征在于，
包括：与高压侧直流部并联地被串联连接的第1飞跨电容器电路和第2飞跨电容器电路，以及
连接于低压侧直流部的负侧端子与所述第2飞跨电容器电路的中点间的电抗器；
所述第1飞跨电容器电路的中点与所述低压侧直流部的正侧端子连接；
所述第1飞跨电容器电路与所述第2飞跨电容器电路之间的连接点与所述高压侧直流部的中间电位点连接。
3.如权利要求1或2所述的DC/DC转换装置，其特征在于，
还包括控制部，其控制所述第1飞跨电容器电路和所述第2飞跨电容器电路，能够执行通过升压动作从所述低压侧直流部向所述高压侧直流部进行功率输送以及通过降压动作从所述高压侧直流部向所述低压侧直流部进行功率输送的至少一者。
4.如权利要求3所述的DC/DC转换装置，其特征在于，
所述第1飞跨电容器电路包括：
串联连接的第1开关元件、第2开关元件、第3开关元件和第4开关元件，以及
连接于所述第1开关元件与所述第2开关元件的连接点和所述第3开关元件与所述第4开关元件的连接点之间的第1飞跨电容器；
所述第2飞跨电容器电路包括：
串联连接的第5开关元件、第6开关元件、第7开关元件和第8开关元件，以及
连接于所述第5开关元件与所述第6开关元件的连接点和所述第7开关元件与所述第8开关元件的连接点之间的第2飞跨电容器。
5.如权利要求4所述的DC/DC转换装置，其特征在于，
所述控制部使用4个模式来执行所述升压动作或所述降压动作，该4个模式如下：
将所述第2开关元件、所述第4开关元件、所述第5开关元件和所述第7开关元件控制为接通状态，并且将所述第1开关元件、所述第3开关元件、所述第6开关元件和所述第8开关元件控制为断开状态的第1模式，
将所述第1开关元件、所述第3开关元件、所述第6开关元件和所述第8开关元件控制为接通状态，并且将所述第2开关元件、所述第4开关元件、所述第5开关元件和所述第7开关元件控制为断开状态的第2模式，
将所述第1开关元件、所述第2开关元件、所述第7开关元件和所述第8开关元件控制为接通状态，并且将所述第3开关元件、所述第4开关元件、所述第5开关元件和所述第6开关元件控制为断开状态的第3模式，
将所述第3开关元件、所述第4开关元件、所述第5开关元件和所述第6开关元件控制为接通状态，并且将所述第1开关元件、所述第2开关元件、所述第7开关元件和所述第8开关元件控制为断开状态的第4模式。
6.如权利要求5所述的DC/DC转换装置，其特征在于，
所述控制部在所述低压侧直流部的电压与所述高压侧直流部的电压的比率小于设定值的情况下，使用所述第1模式、所述第2模式以及所述第3模式，在所述比率大于所述设定值的情况下，使用所述第1模式、所述第2模式以及所述第4模式。
7.如权利要求4至6的任意一项所述的DC/DC转换装置，其特征在于，
所述控制部以所述第1飞跨电容器的电压和所述第2飞跨电容器的电压成为所述高压侧直流部的电压的1/4倍的电压的方式进行控制。
8.如权利要求3至7的任意一项所述的DC/DC转换装置，其特征在于，
所述第1飞跨电容器电路和所述第2飞跨电容器电路分别包括N(N是自然数)个飞跨电容器；
所述控制部
以连接于最内侧的第1个飞跨电容器的电压成为所述高压侧直流部的电压的(1/(2N+2))倍的电压的方式进行控制，
以连接于最外侧的第N个飞跨电容器的电压成为所述高压侧直流部的电压的(N/(2N+2))倍的电压的方式进行控制，
使所述第1飞跨电容器电路的中点与所述第2飞跨电容器电路的中点之间产生(2N+1)种电压。
9.如权利要求1至8的任意一项所述的DC/DC转换装置，其特征在于，
所述第1飞跨电容器电路中包括的多个开关元件和所述第2飞跨电容器电路中包括的多个开关元件，使用耐压比所述高压侧直流部的电压和所述低压侧直流部的电压低的开关元件。
10.如权利要求3所述的DC/DC转换装置，其特征在于，
所述第1飞跨电容器电路包括：
串联连接的第1二极管、第2二极管、第3开关元件和第4开关元件，以及
连接于所述第1二极管与所述第2二极管的连接点和所述第3开关元件与所述第4开关元件的连接点之间的第1飞跨电容器；
所述第2飞跨电容器电路包括：
串联连接的第5开关元件、第6开关元件、第7二极管和第8二极管，以及
连接于所述第5开关元件与所述第6开关元件的连接点和所述第7二极管与所述第8二极管的连接点之间的第2飞跨电容器；
所述控制部控制所述第3开关元件、所述第4开关元件、所述第5开关元件和所述第6开关元件，通过升压动作从所述低压侧直流部向所述高压侧直流部输出直流功率。
11.如权利要求3所述的DC/DC转换装置，其特征在于，
所述第1飞跨电容器电路包括：
串联连接的第1开关元件、第2开关元件、第3二极管和第4二极管，以及
连接于所述第1开关元件与所述第2开关元件的连接点和所述第3二极管与所述第4二极管的连接点之间的第1飞跨电容器；
所述第2飞跨电容器电路包括：
串联连接的第5二极管、第6二极管、第7开关元件和第8开关元件，以及
连接于所述第5二极管与所述第6二极管的连接点和所述第7开关元件与所述第8开关元件的连接点之间的第2飞跨电容器；
所述控制部控制所述第1开关元件、所述第2开关元件、所述第7开关元件和所述第8开关元件，通过降压动作从所述高压侧直流部向所述低压侧直流部输出直流功率。
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