JP2012244898A - コンバータモジュールにおけるスイッチング損失の低減 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コンバータは、入力端子101と出力端子103に電圧を供給するスイッチング素子104を備え、スイッチング素子104をオフしたとき、寄生インダクタンスLparasiticによって誘導されるエネルギをキャパシタC110に一時的に蓄えるために、ダイオードD110およびキャパシタC110の第1の直列回路110が設けられている。ダイオードD110は一方の入力端子101に結合され、並列に結合されている能動回路120によって、第1の直列回路110のキャパシタC110に一時的に蓄えられているエネルギを解放制御する。
【選択図】図1
Description
Claims (15)
- 第1の入力端子(101)および第2の入力端子(102)を介して供給されるDC入力電圧を、出力端子(103)におけるDC出力電圧に変換するDC/DCコンバータであって、前記DC/DCコンバータが寄生インダクタンスを有し、
前記第1の入力端子(101)または前記第2の入力端子(102)の一方に接続されているスイッチング素子(104)であって、前記出力端子(103)に第1の電圧を供給する、前記スイッチング素子(104)と、
他方の前記入力端子(102,101)と前記出力端子(103)との間に結合されているフリーホイーリング素子(105)であって、フリーホイーリング電流が前記出力端子(103)に流れることができるようにする、前記フリーホイーリング素子(105)と、
ダイオードおよびキャパシタを有する第1の直列回路(110)であって、前記ダイオードが、前記一方の入力端子(101,102)に結合されており、前記スイッチング素子(104)をオフしたとき、前記寄生インダクタンスによって誘導されるエネルギを前記キャパシタに一時的に蓄えることができるようにする、前記第1の直列回路(110)と、
前記第1の直列回路(110)の前記ダイオードに並列に結合されている能動回路(120,220,320,420)であって、前記第1の直列回路(110)の前記キャパシタの一時的に蓄えられているエネルギの解放、を制御する、前記能動回路(120,220,320,420)と、
を備えている、DC/DCコンバータ。 - 前記第1の直列回路(110)が、前記第1の入力端子(101)と前記第2の入力端子(102)との間、または前記第1の入力端子(101)と前記第3の入力端子(104)との間に結合されており、前記第1の入力端子(101)と前記第3の入力端子(104)とが、同じ前記第1の電圧を供給する、
請求項1に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記能動回路(120)が、前記第1の直列回路(110)の前記ダイオードに並列に接続されているインダクタおよび抵抗を有する第2の直列回路、を備えており、
前記スイッチング素子(104)をオンしたとき、前記能動回路(120)が、前記第1の直列回路(110)の前記キャパシタから、一時的に蓄えられているエネルギが解放されることを防止し、
前記スイッチング素子(104)をオフしたとき、前記能動回路(120)が、前記キャパシタの一時的に蓄えられている前記エネルギを、一時的に蓄えられているエネルギの少なくとも一部を前記抵抗に放散させることによって解放する、
請求項1または請求項2に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記能動回路(220)が、前記第1の直列回路(110)の前記ダイオードと前記キャパシタとを相互接続しているノード、に接続されている第1の端子と、前記第1の入力端子(101)に接続されている第2の端子と、を有する抵抗、を備えており、
前記スイッチング素子(104)をオンしたとき、前記能動回路(120)が、前記第1の直列回路(110)の前記キャパシタから、一時的に蓄えられているエネルギが解放されることを防止し、
前記スイッチング素子(104)をオフしたとき、前記能動回路(120)が、前記キャパシタの一時的に蓄えられている前記エネルギを、一時的に蓄えられているエネルギの少なくとも一部を前記抵抗に放散させることによって解放する、
請求項1または請求項2に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記能動回路(320)が、前記第1の直列回路(110)の前記ダイオードに並列に接続されている第1および第2の端子と、前記第2の入力端子(102)に接続されている第3の端子と、を有する中間コンバータ、を備えており、
前記スイッチング素子をオンしたとき、前記中間コンバータが、前記第1の直列回路(110)の前記キャパシタから、一時的に蓄えられているエネルギが解放されることを防止するように制御され、
前記スイッチング素子をオフしたとき、前記中間コンバータが、前記第1の直列回路(110)の前記キャパシタの一時的に蓄えられている前記エネルギを、外部から供給されるDC入力電圧に基づいて変換し、変換された前記エネルギを前記第1の入力端子(101)に供給するようにさらに制御される、
請求項1または請求項2に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記中間コンバータが、前記第1の入力端子(102)に接続されているインダクタ、を含んでいる、または、前記中間コンバータが、高電圧要素を利用している、
請求項5に記載のDC/DCコンバータ。 - 前記能動回路(420)が、前記第1の直列回路(110)の前記ダイオードと前記キャパシタとを相互接続しているノード、に接続されている第1の端子と、前記第1の入力端子(101)に接続されている第2の端子と、前記第2の入力端子(102)に接続されている第3の端子と、を有する中間コンバータ、を備えており、
前記スイッチング素子をオンしたとき、前記中間コンバータが、前記第1の直列回路(110)の前記キャパシタから、一時的に蓄えられているエネルギが解放されることを防止するように制御され、
前記スイッチング素子をオフしたとき、前記中間コンバータが、前記第1の直列回路(110)の前記キャパシタの一時的に蓄えられている前記エネルギを、外部から供給されるDC入力電圧に基づいて変換し、変換された前記エネルギを前記第1の入力端子(101)に供給するようにさらに制御される、
請求項1または請求項2に記載のDC/DCコンバータ。 - 正入力端子(501)および負入力端子(502)を介して正電圧および負電圧として供給されるDC入力電圧を、出力端子(503)におけるAC出力電圧に変換するハーフブリッジコンバータであって、前記ハーフブリッジコンバータが寄生インダクタンスを有し、
前記正入力端子(501)に接続されている第1のスイッチング素子(504)であって、前記出力端子(503)に正電圧を供給する、前記第1のスイッチング素子(504)と、
前記負入力端子(502)に接続されている第2のスイッチング素子(505)であって、前記出力端子(503)に負電圧を供給する、前記第2のスイッチング素子(505)と、
前記正入力端子(501)と前記負入力端子(502)との間に結合されている、第1のダイオード、キャパシタ、および第2のダイオードを有する第1の直列回路(510)であって、
前記第1のスイッチング素子(504)をオフしたとき、前記第1のダイオードが、寄生インダクタンスによって誘導されるエネルギを前記キャパシタに一時的に蓄えることができるようにし、
前記第2のスイッチング素子(505)をオフしたとき、前記第2のダイオードが、前記寄生インダクタンスまたは別の寄生インダクタンスによって誘導されるエネルギを前記キャパシタに一時的に蓄えることができるようにする、
前記第1の直列回路(510)と、
前記第1の直列回路(510)に並列に結合されている能動回路(521,522,620)であって、前記第1の直列回路(510)の前記キャパシタの一時的に蓄えられているエネルギの解放、を制御する、前記能動回路(521,522,620)と、
を備えている、ハーフブリッジコンバータ。 - 前記能動回路(521,522)が、第1の抵抗および第1のインダクタを有する第2の直列回路(521)であって、前記第1の直列回路(510)の前記第1のダイオードに並列に接続されている、前記第2の直列回路(521)、を備えており、前記能動回路(521,522)が、第2の抵抗および第2のインダクタを有する第3の直列回路(522)であって、前記第1の直列回路(510)の前記第2のダイオードに並列に接続されている、前記第3の直列回路(522)、を備えており、
前記第1または前記第2のスイッチング素子(504,505)をオンしたとき、それぞれの前記能動回路(521,522)が、前記直列回路(510)の前記キャパシタから、一時的に蓄えられているエネルギが解放されることを防止し、
前記第1または前記第2のスイッチング素子(504,505)をオフしたとき、それぞれの前記能動回路(521,522)が、前記第1の直列回路(510)の前記キャパシタの一時的に蓄えられている前記エネルギを、一時的に蓄えられているエネルギの少なくとも一部を前記第1または前記第2の抵抗に放散させることによって解放する、
請求項8に記載のハーフブリッジコンバータ。 - 前記能動回路(620)が、前記第1の直列回路(510)の前記第1のダイオードに並列に接続されている第1および第2の端子と、前記第1の直列回路(510)の前記第2のダイオードに並列に接続されている第3および第4の端子と、を有する中間コンバータ、を備えており、
前記第1または前記第2のスイッチング素子(504,505)をオンしたとき、前記中間コンバータが、前記第1の直列回路(510)の前記キャパシタから、一時的に蓄えられているエネルギが解放されることを防止するように制御され、
前記第1または前記第2のスイッチング素子(504,505)をオフしたとき、前記中間コンバータが、前記第1の直列回路(510)の前記キャパシタの一時的に蓄えられている前記エネルギを、外部から供給されるDC入力電圧に基づいて変換し、変換された前記エネルギをそれぞれの前記第1または前記第2の入力端子(501,502)に供給するようにさらに制御される、
請求項8に記載のハーフブリッジコンバータ。 - 前記第1のスイッチング素子(504)と前記出力端子(503)との間に結合されている第1のインダクタと、前記第2のスイッチング素子(505)と前記出力端子(503)との間に結合されている第2のインダクタと、を備えた出力回路(1030)と、
第1のダイオード(D1)であって、そのカソードによって前記正入力端子(501)に接続されており、そのアノードによって第1のノードに接続されており、前記第1のノードが前記第2のスイッチング素子(505)と前記出力回路(1030)とを接続している、前記第1のダイオード(D1)と、
第2のダイオード(D2)であって、そのアノードによって前記負入力端子(502)に接続されており、そのカソードによって第2のノードに接続されており、前記第2のノードが前記第1のスイッチング素子(504)と前記出力回路(1030)とを接続している、前記第2のダイオード(D2)と、
をさらに備えている、
請求項8から請求項10のいずれか1項に記載のハーフブリッジコンバータ。 - 正入力端子(701)および負入力端子(702)を介して、中性点端子(706)に対する正電圧および負電圧として供給されるDC入力電圧を、出力端子(703)におけるAC出力電圧に変換する、中性点クランプ形(NPC)コンバータであって、前記中性点クランプ形(NPC)コンバータが寄生インダクタンスを有し、
前記正入力端子(701)に接続されている第1のスイッチング素子(704)であって、出力回路(730)を介して前記出力端子(703)に正電圧を供給する、前記第1のスイッチング素子(704)と、
前記負入力端子(702)に接続されている第2のスイッチング素子(705)であって、前記出力回路(730)を介して前記出力端子(703)に負電圧を供給する、前記第2のスイッチング素子(705)と、
前記中性点端子(706)と前記出力回路(730)との間に結合されている中性点スイッチング回路(740,940)であって、前記出力端子(703)に中性点電圧を供給する、前記中性点スイッチング回路(740,940)と、
第1のダイオードおよび第1のキャパシタを有する第1の直列回路(711)であって、前記正入力端子(701)と前記中性点端子(706)との間に結合されており、前記第1のスイッチング素子(704)をオフしたとき、前記第1のダイオードが、前記寄生インダクタンスによって誘導されるエネルギを前記第1のキャパシタに一時的に蓄えることができるようにする、前記第1の直列回路(711)と、
第2のダイオードおよび第2のキャパシタを有する第2の直列回路(712)であって、前記負入力端子(702)と前記中性点端子(706)との間に結合されており、前記第2のスイッチング素子(705)をオフしたとき、前記第2のダイオードが、前記寄生インダクタンスまたは別の寄生インダクタンスによって誘導されるエネルギを前記第2のキャパシタに一時的に蓄えることができるようにする、前記第2の直列回路(712)と、
前記第1の直列回路(711)の前記第1のダイオードに並列に結合されている第1の能動回路(721,821)であって、前記第1の直列回路711の前記第1のキャパシタの一時的に蓄えられているエネルギの解放、を制御する、前記第1の能動回路(721,821)と、
前記第2の直列回路(712)の前記第2のダイオードに並列に結合されている第2の能動回路(722,822)であって、前記第2の直列回路(712)の前記第2のキャパシタの一時的に蓄えられているエネルギの解放、を制御する、前記第2の能動回路(722,822)と、
を備えており、
前記出力回路(730)が、前記第1のスイッチング素子(704)と前記出力端子(703)との間に結合されている第1のインダクタと、前記第2のスイッチング素子(705)と前記出力端子(703)との間に結合されている第2のインダクタと、を備えている、
中性点クランプ形(NPC)コンバータ。 - 前記第1の能動回路(721)が第3の直列回路を備えており、前記第2の能動回路(722)が第4の直列回路を備えており、前記第3の直列回路および前記第4の直列回路のそれぞれが、抵抗およびインダクタを含んでおり、それぞれの前記第1の直列回路(711)の前記第1のダイオード、または前記第2の直列回路(712)の前記第2のダイオード、に並列に接続されており、
前記第1または前記第2のスイッチング素子(704,705)をオンしたとき、それぞれの前記第1または前記第2の能動回路(721,722)が、それぞれの前記第1の直列回路(711)の前記第1のキャパシタまたは前記第2の直列回路(712)の前記第2のキャパシタから、一時的に蓄えられているエネルギが解放されることを防止し、
前記第1または前記第2のスイッチング素子(704,705)をオフしたとき、それぞれの前記第1または前記第2の能動回路(721,722)が、それぞれの前記第1の直列回路(711)の前記第1のキャパシタまたは前記第2の直列回路(712)の前記第2のキャパシタの一時的に蓄えられている前記エネルギを、一時的に蓄えられているエネルギの少なくとも一部をそれぞれの前記抵抗に放散させることによって解放する、
請求項12に記載の中性点クランプ形(NPC)コンバータ。 - 前記第1の能動回路(821)が第1の中間コンバータを備えており、第2の能動回路(822)が第2の中間コンバータを備えており、前記第1の中間コンバータおよび前記第2の中間コンバータの各々が、それぞれの前記第1の直列回路(711)の前記第1のダイオードまたは前記第2の直列回路(712)の前記第2のダイオードに並列に接続されている第1および第2の端子と、前記中性点端子(706)に接続されている第3の端子と、を有し、
前記第1または前記第2のスイッチング素子(704,705)をオンしたとき、それぞれの前記第1または前記第2の中間コンバータが、それぞれの前記第1の直列回路(711)の前記第1のキャパシタまたは前記第2の直列回路(712)の前記第2のキャパシタから、一時的に蓄えられているエネルギが解放されることを防止するように制御され、
前記第1または前記第2のスイッチング素子(704,705)をオフしたとき、それぞれの前記第1または前記第2の中間コンバータが、それぞれの前記第1の直列回路(711)の前記第1のキャパシタまたは前記第2の直列回路(712)の前記第2のキャパシタに一時的に蓄えられている前記エネルギを、外部から供給されるDC入力電圧に基づいて変換し、変換された前記エネルギをそれぞれの前記第1または前記第2の入力端子(701,702)に供給するようにさらに制御される、
請求項12に記載の中性点クランプ形(NPC)コンバータ。 - 前記正入力端子(701)と第1のノードとの間に結合されている少なくとも1つの第1のダイオード(D1,D11,D12)、を備えた第1の回路であって、前記第2のスイッチング素子(705)が前記第1のノードを通じて負電圧を前記出力回路(730)に提供し、前記少なくとも1つの第1のダイオード(D1,D11,D12)が、前記出力回路(730)から前記正入力端子(701)に電流が流れることができるようにする、前記第1の回路と、
前記負入力端子(702)と第2のノードとの間に結合されている少なくとも1つの第2のダイオード(D2,D21,D22)、を備えた第2の回路であって、前記第1のスイッチング素子(704)が前記第2のノードを通じて正電圧を前記出力回路(730)に提供し、前記少なくとも1つの第2のダイオード(D2,D21,D22)が、前記出力回路(730)から前記負入力端子(702)に電流が流れることができるようにする、前記第2の回路と、
をさらに備えている、請求項12から請求項14のいずれか1項に記載の中性点クランプ形(NPC)コンバータ。
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