JP2019505160A - 絶縁型ｄｃ／ｄｃコンバータ - Google Patents

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Abstract

本発明は、− 電気絶縁バリアによって分離された一次部分（１１０）及び二次部分（１２０）を有する磁気構成要素（１００）と、− 磁気構成要素（１００）が、一次部分（１１０）から二次部分（１２０）にエネルギーを移送し、且つ一次部分（１１０）の段でエネルギーを蓄積できるように磁気構成要素（１００）の一次部分（１１０）に連結されたブレーカ（ＱＡ１、ＱＡ２）と、を含む絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ（１）に関し、磁気構成要素（１００）の二次部分（１２０）は第１のアーム（Ｂ）と第２のアーム（Ｃ）とを含み、各アーム（Ｂ、Ｃ）が、第１のブレーカ（ＱＢ１、ＱＣ１）と、二次部（１２０Ｂ、１２０Ｃ）と、第２のブレーカ（ＱＢ２、ＱＣ２）とを直列に含み、第１のアーム（Ｂ）の二次部（１２０Ｂ）の中間点が、第２のアーム（Ｃ）の二次部（１２０Ｃ）の中間点に接続される。
【選択図】図２

Description

本発明は絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータに関する。
絶縁型ＤＣ／ＤＣ（直流／直流）コンバータは、電圧変換中のスイッチングによる損失を低減できるゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）又はゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ）を有することができる。それゆえに、これらのコンバータは、エネルギー資源が限られる自動車用途において特に有利である。車両内では、電圧コンバータを使用して、車両のいくつかの電気ネットワークの間の電圧レベルを適合させるか、又は車両に組み込まれたエネルギー源と電気消費物（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｕｍｅｒ）との間で電圧を変換することができる。
絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータは、図１に示した米国特許第５，７５４，４１３号から知られている。コンバータは二つのスイッチＱ１、Ｑ２を含み、二つのスイッチＱ１、Ｑ２は、それらの中央点で、直列の二つの変圧器Ｔ、Ｔ’を含むセクタに接続される。コンバータは、ハーフブリッジで構成される。スイッチＱ１、Ｑ２は、コンバータの入力電圧Ｕｅの出力電圧Ｕｏｕｔへの変換を得るために変圧器Ｔ、Ｔ’を通るエネルギーの伝送を制御する。変圧器の二次部に接続されたダイオードＤ１、Ｄ２は、出力信号の整流を可能にする。出力電圧Ｕｏｕｔは、スイッチのアルファデューティサイクルを制御することによって得られる。作動期間の第１の部分にわたって、第１のスイッチＱＡ１は閉じられ、第２のスイッチＱＡ２は開かれ、ダイオードＤ２は遮断され、一方、ダイオードＤ１は閉回路にされる。作動期間の第２の部分にわたって、第１のスイッチＱＡ１は開かれ、第２のスイッチＱＡ２は閉じられ、ダイオードＤ１は遮断され、一方、ダイオードＤ１は閉回路にされる。
作動期間の各部分にわたって、遮断されたダイオードは、電圧降下を経験する。しかしながら、この電圧降下がある部分から別の部分まで等しいことは保証されない。それゆえに、整流器段のダイオードは、他のダイオードよりもかなり大きい電圧降下を受けることがあり、それは、各々のものが電圧降下を保持できることを確実にするために二つのダイオードの大型化をもたらすことがある。ダイオードＤ１、Ｄ２は、例えば、電圧降下を減少させるように同期して制御することができるＭＯＳＦＥＴのようなスイッチに置き換えることができる。電圧降下に関するこの不均衡のため、より有効な遮断電圧を有するが一層増加した導通抵抗をもつスイッチに関した選択が限定される。
それゆえに、一次部分から二次部分にエネルギーを移送し、且つ一次部分にエネルギーを蓄積できるようにする磁気構成要素を含む絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータが望ましく、整流器段の整流器構成要素が受ける電圧降下は、先行技術に対して低下する。
このために、
電気絶縁バリアによって分離された一次部分及び二次部分を有する磁気構成要素と、
一次側スイッチと呼ばれるスイッチであって、変調期間にわたりデューティサイクルで一次側スイッチをスイッチングすることにより、磁気構成要素が、一次部分から二次部分にエネルギーを移送し、且つ一次部分にエネルギーを蓄積して、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電圧を出力電圧に変換できるように、磁気構成要素の一次部分に連結されたスイッチと
を含む絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータが提案され、
磁気構成要素の二次部分が第１のアームと第２のアームとを含み、各アームが、第１のブレーカ、二次部、及び第２のスイッチを直列に含み、第１の二次部と呼ばれる第１のアームの二次部の中間点が、第２の二次部と呼ばれる第２のアームの二次部の中間点に接続される。
特に、磁気構成要素は、一次部分でエネルギーを蓄積しながら、言い換えれば、同時に、一次部分から二次部分にエネルギーを移送できるようにする。
先行技術に対して、電圧降下は、一つの単一ブレーカの代わりに二つのスイッチわたって分配される。絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの二次部分のスイッチによって経験される電圧降下は、先行技術のコンバータの半分であり、それにより、二次部分のスイッチで必要な遮断電圧、それゆえにその導通抵抗が低減される。それゆえに、二次部分の導通による損失は、先行技術に対して低減される。スイッチは、二次部分に流れる電流の制御を可能にする。二次部の中間点を連結することによって、アームのスイッチが開いているとき、このアームの中間点の電位は、他方のアームの中間点によって強要されることが保証される。したがって、注目しているアームの中間点とアームの端部との間の電圧、それゆえに、開いているスイッチの端子の電圧を制御することができる。
一実施形態によれば、磁気構成要素は、一次部分に印加された電圧に従って二つの二次部の一方にエネルギーを移送する。
一実施形態によれば、磁気構成要素は、
変調期間の第１の部分にわたり、一次部分の第１の部分が第１の二次部にエネルギーを移送し、一次部分の第２の部分がエネルギーを蓄積するインダクタンスを生成し、
変調期間の第２の部分にわたり、一次部分の第２の部分が第２の二次部にエネルギーを移送し、一次部分の第１の部分がエネルギーを蓄積するインダクタンスを生成する
ように構成される。
変形例によれば、
第１のアームのスイッチは、第１の作動部分にわたり閉回路にされ、第２の作動部分にわたり開かれるように構成され、第２のアームのスイッチは、第２の作動部分にわたり閉回路にされ、第１の作動部分にわたり開かれるように構成される。
一実施形態によれば、二次部分の各アームにおいて、スイッチは、同時に同じ状態にあり、かつ他方のアームのスイッチとは異なる状態となるように構成される。
一実施形態によれば、二次部分のアームの端部は互いに連結され、第１の端部は、二次部分の接地に接続されるように構成され、第２の端部は、電圧コンバータの出力部に接続されるように構成される。
一実施形態によれば、磁気構成要素の前記二次部は、互いに磁気的に結合されず、前記二次部は、一次部分に磁気的に結合される。
一実施形態によれば、一次側スイッチは、実質的に一定のデューティサイクルで機能するように構成され、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記一次側スイッチにより供給される電圧を制御することによって絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を制御するように構成された少なくとも一つの他のスイッチを含む。
一実施形態によれば、一次側スイッチは、そのデューティサイクルが５０％に実質的に等しくなるように構成される。
一実施形態によれば、コンバータは、
二次部分の前記二次側スイッチの一方の短絡を検出し、
− この短絡を無効にするために、短絡スイッチが属する二次側アームの他方のスイッ開くように構成された短絡検知器を含む。
本発明は、図面を参照することによって最もよく理解されるであろう。
先行技術による絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの一例を示す図である。 本発明による絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの一例を示す図である。 図２に示した絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの作動中の第１の状態を示す図である。 図２に示した絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの作動中の第２の状態を示す図である。 図２に示した絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータにおける短絡検出の一例を示す図である。 本発明による絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの別の例を示す図である。 本発明による絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの一例を示す図である。 本発明による絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの別の例を示す図である。 本発明による絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの一例における磁気構成要素の二次部分の一実施形態の一例を示す図である。
図２は、本発明の一実施形態による絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１の一例を提示する。
絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、絶縁バリアによって分離された一次部分１１０と二次部分１２０とを含む磁気構成要素１００を含む。
絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、磁気構成要素１００の一次部分１１０に接続された第１のアームＡを含む。アームＡは、スイッチＱＡ１、ＱＡ２を直列に含む。特に、スイッチＱＡ１、ＱＡ２の連続した開閉により、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１の入力電圧Ｕｅを絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧Ｕｏｕｔに変換することができる。特に、第１のスイッチＱＡ１は電圧源Ｕｅのハイ端子に接続される。第２のスイッチＱＡ２は電圧源Ｕｅのロー端子に接続される。このロー端子は、特に、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１の第１の接地ＧＮＤ１に対応する。
スイッチＱＡ１、ＱＡ２を変調期間Ｔにわたりデューティサイクルαでスイッチングすることにより、磁気構成要素１００は、一次部分１１０から二次部分１２０にエネルギーを移送し、且つ一次部分１１０にエネルギーを蓄積して、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１の入力電圧Ｕｅを出力電圧Ｕｏｕｔに変換することができる。絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、出力信号をフィルタ処理するために静電容量Ｃｏｕｔを含むことができる。
特に、一次側アームＡの二つのスイッチＱＡ１、ＱＡ２の間の中央点は、静電容量Ｃ’と直列に磁気構成要素１００の一次部分１１０を含むアームの端部に接続される。特に、このアームは、その他方の端部で一次部分１１０の接地ＧＮＤに接続される。絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、この静電容量Ｃ’を必要としないことがある。静電容量Ｃ’は、特にハーフブリッジ構造の場合、一次部分１１０によって二次部分１２０に伝送される信号のＤＣ成分を取り除くことを可能にする。静電容量Ｃ’は、フルブリッジ構造では取り除くことができる。
磁気構成要素１００の二次部分１２０において、第１の二次側アームＢと呼ばれる第１のアームは、第１のスイッチＱＢ１、二次部１２０Ｂ、及び第２のスイッチＱＢ２を直列に含む。第２の二次側アームＣと呼ばれる第２のアームは、第１のスイッチＱＣ１、二次部１２０Ｃ、及び第２のスイッチＱＣ２を直列に含む。特に、各二次側アームＢ、Ｃにおいて、二次部１２０Ｂ、１２０Ｃは、第１のスイッチＱＡ１、ＱＢ１と第２のスイッチＱＡ２、ＱＢ２との間に直列に接続される。特に、二次側アームＢ、Ｃの端部は互いに連結され、第１の端部は二次部分の接地ＧＮＤ２に接続され、第２の端部は電圧コンバータの出力部に接続されるように構成される。
特に、磁気構成要素１００は、一次部分１１０に印加された電圧に従って二つの二次部１２０Ｂ、１２０Ｃの一方にエネルギーを移送する。特に、このために、磁気構成要素１００の二次部１２０Ｂ、１２０Ｃは、互いに磁気的に結合されるのではなく、一次部分１１０に磁気的に結合される。より詳細には、第１の二次側アームＢの二次部１２０Ｂは、一次部分１１０の第１の部分１１１に磁気的に結合され、第２のアームＣの二次部１２０Ｃは、一次部分１１０の第２の部分１１２に磁気的に結合される。
図１に示した先行技術では、ダイオードＤ１、Ｄ２が、磁気構成要素の二次部から来る信号を整流するために二次側に接続される。絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１では、ダイオードは、二次側スイッチＱＢ１、ＱＢ２、ＱＣ１、ＱＣ２に置き換えられている。整流機能を維持するために、二次側スイッチＱＢ１、ＱＢ２、ＱＣ１、ＱＣ２は、ダイオードＤ１、Ｄ２の機能と同様の機能を保持する。言い換えれば、二次側スイッチＱＢ１、ＱＢ２、ＱＣ１、ＱＣ２は、ダイオードがそれぞれ開状態、閉状態であった時間にわたってそれぞれ開けられ、閉じられる。このために、この方法の例では、第１の二次側アームＢのスイッチＱＢ１、ＱＢ２は、一次側アームＡの第１のスイッチＱＡ１と同じ状態、すなわち、開状態又は閉状態を有し、第２の二次側アームＣのスイッチＱＣ１、ＱＣ２は、一次側アームＡの第２のスイッチＱＡ２と同じ状態、すなわち、開状態又は閉状態を有する。特に、二次側アームＢ、Ｃごとに、スイッチＱＢ１、ＱＢ２；ＱＣ１、ＱＣ２は、同時に同じ状態になるように構成される。特に、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１による電圧変換の間、第１の二次側アームＢのスイッチＱＢ１、ＱＢ２は、第２の二次側アームＣのスイッチＱＣ１、ＱＣ２の状態とは異なる状態にある。
二次部１２０Ｂ、１２０Ｃは、それぞれの中間点で互いに接続される。言い換えれば、第１の二次側アームＢの二次部１２０Ｂの中間点と、第２の二次側アームＣの二次部１２０Ｃの中間点とは、同じ電位を有する。これは、特に、それらを電線で連結することによって達成することができる。それゆえに、アームＢの二次部１２０Ｂの中間点は、アームＢの二次部の第１の部分１２１Ｂ及び第２の部分１２２Ｂを画定し、それゆえに、アームＣの二次部１２０Ｃの中間点は、アームＣの二次部の第１の部分１２１Ｃ及び第２の部分１２２Ｃを画定する。
この例では、中間点は、第１の二次側アームＢの二次部１２０Ｂ及び第２の二次側アームＣの二次部１２０Ｃのそれぞれの中央点である。言い換えれば、二つの二次部１２０Ｂ、１２０Ｃは、それらのそれぞれの中央点で接続される。
絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１の二次部分１２０の利点は、図３及び図４に関連して絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１の機能の意味を明確にすることによって最もよく理解されるであろう。
第１の一次側アームＡのスイッチＱＡ１、ＱＡ２は、磁気構成要素１００を通じてエネルギーを移送するために変調期間Ｔにわたってデューティサイクルαを有する。スイッチＱＡ１、ＱＡ２は、特に、変調期間Ｔにわたるパルス幅変調によって制御される。第１及び第２の作動部分の持続期間は、スイッチＱＡ１、ＱＡ２のデューティサイクルαによって規定される。
持続期間αＴの、言い換えれば、変調期間Ｔの第１の部分にわたる図３に示した第１の作動部分において、第１の一次側スイッチＱＡ１は閉じられ、第２の一次側スイッチＱＡ２は開かれる。第１の作動部分は持続期間αＴを有し、ここで、αは一次側アームＡの第１のスイッチＱＡ１に適用されたデューティサイクルであり、Ｔは変調期間である。作動期間の第１の部分にわたって、第２の二次側アームＣのスイッチＱＣ１、ＱＣ２は開かれ、一方、第１の二次側アームＢのスイッチＱＢ１、ＱＢ２は閉じられる。それゆえに、一次部分１１０の第１の部分１１１のみが二次部分１２０にエネルギーを移送することができる。したがって、一次部分１１０の第２の部分１１２は、エネルギーを蓄積するインダクタンスを生成し、一次部分１１０の第１の部分１１１は、第１の二次側アームＢの二次部１２０Ｂにエネルギーを移送する。磁気構成要素１００の第２の部分１１２は、特に一次部分１００の第２の部分１１２に連結された磁化インダクタンスのおかげで、インダクタンスとして機能する。一次部分１１０の第１の部分１１１と第１の二次側アームＢの二次部１２０Ｂとは、二つの結合したインダクタンスを生成し、それによって、エネルギーは一次部分１１０と二次部分１２０との間で移送される。
この第１の部分において、一次部分１１０のアームの端子の電圧は、入力電圧Ｕｅに等しい。第２の二次側アームＣのスイッチＱＣ１、ＱＣ２は開かれ、電流は第２の二次側アームＣに流れない。第１の二次側アームＢのスイッチＱＢ１、ＱＢ２は閉じられ、それゆえに、電流は第１の二次側アームＢに流れることができる。第１の二次側アームＢの二次部１２０Ｂの端子の電圧は出力電圧Ｕｏに等しい。それゆえに、一次部分１１０の第１の部分１１１の端子の電圧Ｕ１１１は、ＮｘＵｏであり、ここで、Ｎは、第１の二次側アームＢの二次部１２０Ｂと一次部分１１０の第１の部分１１１との間の変圧比である。一次部分１１０の第１の部分１１１の端子のエネルギーは、二次部分１２０に、特に、第１の二次側アームＢの二次部１２０Ｂに移送される。
一次部分１１０の第２の部分１１２の端子の電圧Ｕ１１２は、Ｕｅ−Ｎ×Ｕｏ−Ｕｃ’に等しく、ここで、Ｕｃ’は、静電容量Ｃ’の端子の電圧である。電圧Ｕ１１２は、一次部分１１０の第２の部分１１２の磁化インダクタンスでのエネルギーの蓄積を可能にする。本発明を理解するために、一次部分１１０の第１の部分１１１と第１の二次側アームＢの二次部１２０Ｂとの間の変圧比と、一次部分１１０の第２の部分１１２と第２の二次側アームＣの二次部１２０Ｃとの間の変圧比とは、同じであると見なされる。しかしながら、これらの変圧比は異なってもよい。
スイッチＱＢ１、ＱＢ２の抵抗Ｒｏｎをわずかであると見なすことによって、第１の二次側アームＢの二次部１２０Ｂの第１の部分１２１Ｂの端子の電圧Ｕ１２１ＢはＵｏ／２に等しく、同様に、第１の二次側アームＢの二次部１２０Ｂの第２の部分１２２Ｂの端子の電圧Ｕ１２２ＢはＵｏ／２に等しい。第２の二次側アームＣの二次部１２０Ｃの第１の部分１２１Ｃの端子の電圧Ｕ１２１ＣはＵ１１２／２Ｎに等しく、同様に、第２の二次側アームＣの二次部１２０Ｃの第２の部分１２２Ｃの端子の電圧はＵ１１２／２Ｎに等しい。第２の二次側アームＣの二次部１２０Ｃの中間点が第１の二次側アームＢの二次部１２０Ｂの中央点に接続されるとすれば、第２の二次側アームＣの第１のスイッチＱＡ１Ｃの端子の電圧は第２の二次側アームＣの第２のスイッチＱＡ２Ｃの端子の電圧に等しいように見える。したがって、第２の二次側アームＣの第１のスイッチＱＡ１Ｃ及び第２のスイッチの端子の電圧降下は等しい。これにより、これらのスイッチＱＡ１Ｃ、ＱＡ２Ｃの一致した損耗が可能になる。加えて、図２の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１では、電圧降下は二つのスイッチＱＡ１Ｃ、ＱＡ２Ｃにわたって分配されるので、スイッチＱＡ１Ｃ、ＱＡ２Ｃの各々のものの端子の電圧は、図１に示した先行技術のダイオードＤ２の端子の電圧の半分である。
持続期間（１−α）Ｔの、言い換えれば変調期間Ｔの第２の部分にわたる図４に示した第２の作動部分にわたって、第１の一次側スイッチＱＡ１は開かれ、第２の一次側スイッチＱＡ２は閉じられる。第２の作動部分にわたって、第２の二次側アームＣのスイッチＱＣ１、ＱＣ２は閉じられ、一方、第１の二次側アームＢのスイッチＱＢ１、ＱＢ２は開けられる。それゆえに、一次部分１１０の第２の部分１１２のみが二次部分１２０にエネルギーを移送することができる。したがって、一次部分１１０の第１の部分１１１は、エネルギーを蓄積するインダクタンスを生成し、一次部分１１０の第２の部分１１２は、第２の二次側アームＣの二次部１２０Ｃにエネルギーを移送する。磁気構成要素１００の第１の部分１１１は、特に一次部分１００の第１の部分１１１に連結された磁化インダクタンスのおかげで、インダクタンスとして機能する。一次部分１１０の第２の部分１１２と第２の二次側アームＣの二次部１２０Ｃとは、二つの結合したインダクタンスを生成し、それによって、エネルギーは一次部分１１０と二次部分１２０との間で移送される。
この第２の部分において、一次部分１１０のアームの端子の電圧は、ゼロである。第１の二次側アームＢのスイッチＱＢ１、ＱＢ２は開かれ、電流は第１の二次側アームＢに流れない。第２の二次側アームＣのスイッチＱＣ１、ＱＣ２は閉じられ、それゆえに、電流は第２の二次側アームＣに流れることができる。
第２の二次側アームＣの二次部１２０Ｃの端子の電圧は出力電圧Ｕｏに等しい。それゆえに、一次部分１１０の第２の部分１１２の端子の電圧Ｕ１１２は、ＮｘＵｏであり、ここで、Ｎは、第２の二次側アームＣの二次部１２０Ｃと一次部分１１０の第２の部分１１２との間の変圧比である。一次部分１１０の第２の部分１１２の端子のエネルギーは、二次部分１２０に、特に、第２の二次側アームＣの二次部１２０Ｃに移送される。一次部分１１０の第１の部分１１１の端子の電圧Ｕ１１１は、−ＮｘＵｏ−Ｕｃ’に等しく、ここで、Ｕｃ’は、静電容量Ｃ’の端子の電圧である。電圧Ｕ１１１は、一次部分１１０の第１の部分１１１の磁化インダクタンスでのエネルギーの蓄積を可能にする。
スイッチの抵抗Ｒｏｎをわずかであると見なすことによって、第２の二次側アームＣの二次部１２０Ｃの第１の部分１２１Ｃの端子の電圧Ｕ１２１ＣはＵｏ／２に等しく、同様に、第２の二次側アームＣの二次部の第２の部分１２２Ｃの端子の電圧Ｕ１２２ＣはＵｏ／２に等しい。第１の二次側アームＢの二次部１２０Ｂの第１の部分１２１Ｂの端子の電圧Ｕ１２１ＢはＵ１１１／２Ｎに等しく、同様に、第１の二次側アームＢの二次部１２０Ｂの第２の部分１２２Ｂの端子の電圧Ｕ１２２ＢはＵ１１１／２Ｎに等しい。第１の二次側アームＢの二次部１２０Ｂの中間点が第２の二次側アームＣの二次部１２０Ｃの中央点に接続されるとすれば、第１の二次側アームＢの第１のスイッチＱＡ１Ｂの端子の電圧は第１の二次側アームＢの第２のスイッチＱＡ２Ｂの端子の電圧に等しいように見える。したがって、第１の二次側アームＣの第１のスイッチＱＡ１Ｂ及び第２のスイッチＱＡ２Ｂの端子の電圧降下は等しい。これにより、これらのスイッチＱＡ１Ｂ、ＱＡ２Ｂの一致した損耗が可能になる。加えて、図２の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１では、電圧降下は二つのスイッチＱＡ１Ｃ、ＱＡ２Ｃにわたって分配されるので、スイッチＱＡ１Ｃ、ＱＡ２Ｃの各々のものの端子の電圧は、図１に示した先行技術のダイオードＤ１の端子の電圧の半分である。
したがって、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１の二次部分１２０のスイッチＱＡ１Ｂ、ＱＡ２Ｂ、ＱＡ１Ｃ、ＱＡ２Ｃが経験する電圧降下は、先行技術のコンバータの電圧降下の半分であり、そのため、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１の損耗が先行技術に対して減少する。
変形例によれば、中間点は、中央点と異なる。第１の作動部分において、第２の二次側アームＣの第１のスイッチＱＡ１Ｃ及び第２のスイッチＱＡ２Ｃの端子の電圧降下は等しくはなく、それらの比が、第１の作動部分の段階にわたって一定のままである。同様に、第２の作動部分において、第１の二次側アームＢの第１のスイッチＱＡ１Ｂ及び第２のスイッチＱＡ２Ｂの端子の電圧降下は等しくはなく、それらの比が、第２の作動部分の段階にわたって一定のままである。これは、第１の二次側スイッチＱＡ１Ｂ、ＱＡ１Ｃが第２のスイッチＱＡ２Ｂ、ＱＡ２Ｃよりも高い電圧をサポートすることができる、又はその逆である場合、有利となり得る。
絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１において、二次部分１２０は、例えば、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１の内部短絡などの故障の場合に絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１を安全にするように構成される。図５に示した一例では、検出器５０が、特に二次部分１２０の出力部に供給される電流を測定することによって二次部分１２０の短絡を検出する。例えば二次部分１２０のスイッチＱＡ２Ｂの短絡が検出された場合、対応するアームＢの他方のスイッチＱＡ１Ｂは、この短絡を無効するように開くことによって制御され得る。したがって、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１の安全な状態が容易に得られる。
磁気構成要素１００は、一次部分１１０にいくつかのアームを含むことができ、それらに一次側アームＡは接続されることになる。図６は、一次部分１１０がいくつかの一次回路を含む一例を示す。第１の静電容量Ｃ１は、第１の一次側アームＡの二つのスイッチＱＡ１、ＱＡ２と直列であり、スイッチＱＡ１とスイッチＱＡ２との間に置かれる。したがって、第１の静電容量Ｃ１は、接続点Ｐ１で第１のスイッチＱＡ１に接続される第１の端子と、第２の接続点Ｐ２で第２のスイッチＱＡ２に接続される第２の端子とを有する。特に、第１の静電容量Ｃ１は、第１のスイッチＱＡ１のソース電極において第１のスイッチＭＡ１に接続され、第２のスイッチＱＡ２のドレーン電極において第２のスイッチＱＡ２に接続される。特に、磁気構成要素１００は、電気絶縁バリアによって互いに分離された第１の一次回路１０１、第２の一次回路１０１’を含む。特に、第１の一次回路１０１は、一方の端部が第１の接続点Ｐ１に接続され、他方の端部が第１の一次側アームＡの第２の端部端子と呼ばれる端部端子に接続されるセクタを形成する。第２の端部端子は、第１の静電容量Ｃ１に接続されていない第２のスイッチＱＡ２の端子に対応する。そして、第２の一次回路１０１’は、一方の端部が第２の接続点Ｐ２に接続され、他方の端部が、第１の一次側アームＡの第１の端部端子と呼ばれる端部端子に接続されるセクタを形成する。第１の端部端子は、第１の静電容量Ｃ１に接続されていない第１のスイッチＱＡ１の端子に対応する。
特に、第１の一次回路１０１は、第２のインダクタンスＬ２１と直列の第１のインダクタンスＬ１１を有する。特に、第１のインダクタンスＬ１１の正端子は第１の接続点Ｐ１に接続され、第２のインダクタンスＬ２１の正端子は第１のインダクタンスＬ１１の負端子に接続される。特に、第２の一次回路１０１’は、第２のインダクタンスＬ２１’と直列の第１のインダクタンスＬ１１’を有する。特に、第１のインダクタンスＬ１１’の負端子は一次側アームＡの第１の端部端子に接続され、第２のインダクタンスＬ２１’の負端子は第１のインダクタンスＬ１１’の正端子に接続される。特に、一次回路１０１、１０１’の第１のインダクタンスＬ１１、Ｌ１１’は、磁気構成要素１００の一次部分１１０の第１の部分１１１を形成し、一次回路１０１、１０１’の第２のインダクタンスＬ２１、Ｌ２１’は、磁気構成要素１００の一次部分１１０の第２の部分１１２を形成する。一次回路１０１、１０１’の第１のインダクタンスＬ１１、Ｌ１１’は、一次回路１０１、１０１’の第２のインダクタンスＬ２１、Ｌ２１’から完全に非結合にされる。
図６の絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１の例は、図２に示したものと同様の機能を有する。
図７は、第１の一次側アームＡのスイッチＱＡ１、ＱＡ２が実質的に一定のデューティサイクルで機能するように構成されること、及び絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１が、絶縁型ＤＣ／ＤＣ電圧コンバータ１によって供給される電圧Ｕｏを制御するために第１の一次側アームＡで供給される電圧Ｕを変更するように構成された電圧コンバータ回路１３０を含むことを除いて、図２のものと同様の別の例を示す。スイッチＱＡ１、ＱＡ２は、変化しない、言い換えれば、ある期間にわたって一定のままのデューティサイクルで機能する。図７の例では、電圧コンバータ回路１３０は、降圧コンバータ回路である。しかしながら、電圧コンバータ回路１３０は、昇圧コンバータ回路、降圧／昇圧、又は２方向とすることができる。特に、第１の一次側アームＡのデューティサイクルは、５０％に等しくすることができる。第１の一次側アームＡの端子の電圧Ｕは、２ＮｘＵｅに等しい電圧で調整される。このデューティサイクル値において、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１の二次部分１２０のスイッチＱＢ１、ＱＢ２、ＱＣ１、ＱＣ２の端子での電圧降下は、すべてのスイッチについて同じ値を有する。したがって、第１の作動部分にわたって開いているスイッチＱＣ１、ＱＣ２及び第２の作動部分にわたって開いているスイッチＱＢ１、ＱＢ２は、それらの端子で同じ電圧降下を有する。それゆえに、二次側スイッチの損耗は同じである。
図８は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１の別の例を示す。絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１の例は、第１の一次側アームＡのスイッチＱＡ１、ＱＡ２のデューティサイクルが一定のままである第１の一次側アームＡのスイッチＱＡ１、ＱＡ２によって経験される電圧を制御することにより絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力電圧Ｕｏを制御する他のスイッチＱＤ１、ＱＤ２をさらに含むことを除いて、図６に示したものと同様である。特に、スイッチＱＤ１、ＱＤ２は、例えばそれらが接続される一つ以上のインダクタンスＬ３及び／又は静電容量のおかげで、第１の一次側アームＡのスイッチＱＡ１、ＱＡ２によって供給される電圧を制御する。特に、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１のこの例は、直列のスイッチからなる第２の一次側アームＤを含む。第２の一次側アームＤは、直接直列をなす二つのスイッチＱＤ１、ＱＤ２を含む。ハイサイドブレーカ（ｈｉｇｈ ｓｉｄｅ ｂｒｅａｋｅｒ）と呼ばれる第１のスイッチＱＤ１は、入力電圧Ｕｅを供給する電圧源（図示せず）のハイ端子に接続される。ローサイドブレーカと呼ばれる第２のスイッチＱＤ２は、第１の一次側アームＡの第２の端部端子に接続される。第２のスイッチＱＤ２は、さらに、電圧源のロー端子に接続される。それゆえに、このロー端子は、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１の第１の接地ＧＮＤ１に対応する。各スイッチＱＤ１、ＱＤ２は、フリーホイーリングダイオードと並列のトランジスタを含むことができる。インダクタンスＬ３は、第２の一次側アームＤの中央点に接続される第１の端子と、第２の接続点Ｐ２に接続される第２の端子とを有する。静電容量Ｃは、第１の一次側アームＡの端部端子間に接続される。
図２に示した例では、磁気構成要素１００を通るエネルギー伝送は、第１の一次側アームＡのスイッチＱＡ１、ＱＡ２によって制御される。図８に示した絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１の例では、第２の一次側アームＤが、同様に、このエネルギー伝送の制御を可能にする。第１の一次側アームＡのスイッチＱＡ１、ＱＡ２は、変化しないデューティサイクルで機能する。絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１の機能の間、出力電圧Ｕｏは、第３のインダクタンスＬ３を流れる電流によって制御される。この電流は、第２の一次側アームＤによって制御される。第２の一次側アームＤのスイッチＱＤ１、ＱＤ２は、第３のインダクタンスＬ３を流れる電流が絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１の出力部で所望の電圧値Ｕｏを得ることができるように制御される。したがって、第１の一次側アームＡのスイッチＱＡ１、ＱＡ２のデューティサイクルを変化させることは必要でない。それゆえに、第１のアームＡは、磁気構成要素１００でエネルギーを伝送するのに第１のアームＡの最も有利なデューティサイクル、特に５０％で機能することができる。第１の一次側アームＡの５０％のデューティサイクルでは、図７の例に関連して上述で説明したように、第１の作動部分にわたって開いているスイッチＱＣ１、ＱＣ２及び第２の作動部分わたって開いているスイッチＱＢ１、ＱＢ２は、それらの端子で同じ電圧降下を有する。それゆえに、二次側スイッチの損耗は同じである。
特に、図２に示した磁気構成要素１００は、二次部が上述で定義したような中間点で連結された直列の二つの変圧器で生成することができる。代替として、磁気構成要素１００の一次部分１１０は、上述で定義したような中間点で連結されている二次部１２０Ｂ、１２０Ｃを生成する二次巻線に結合される一つの単一巻線で生成することができ、
図９は、本発明による絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１の一例における磁気構成要素１００の二次部分１２０を実装する一例を示す。第１の巻線ＥＢは、第１の二次側アームＢの二次部１２０Ｂを生成する。第２の巻線ＥＣは、第２の二次側アームＣの二次部１２０Ｃを生成する。巻線ＥＢ、ＥＣはそれぞれのコアＮＢ、ＢＣ上に巻かれ、それによって、巻線ＥＢ、ＥＣは、それぞれ、一次部分１１０の第１の部分１１１及び一次部分１１０の第２の部分１２０に磁気的に結合される。巻線ＥＢ、ＥＣは、それらの中間点において電線Ｆによって互いに連結される。
絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１のスイッチは、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴトランジスタ、又は他のトランジスタなどのトランジスタとすることができる。絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１の一部、とりわけすべては、シリコン（Ｓｉ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、又は任意の他の半導体材料などの半導体材料から生成することができる。
本発明は定義された例に限定されない。特に、図示の例では、磁気構成要素１００の第１の一次側アームＡ及び一次部分１１０はハーフブリッジ構造を形成する。しかしながら、第１の一次側アームＡ及び一次部分１１０は、直列の第４のスイッチアームをもつフルブリッジ構造を形成することができる。第４のアームのスイッチは、例えば、第１の一次側アームＡのものと同一である。

Claims (10)

  1. 絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ（１）であって、
    電気絶縁バリアによって分離された一次部分（１１０）及び二次部分（１２０）を有する磁気構成要素（１００）と、
    一次側スイッチと呼ばれるスイッチ（ＱＡ１、ＱＡ２）であって、変調期間（Ｔ）にわたりデューティサイクル（α）で一次側スイッチ（ＱＡ１、ＱＡ２）をスイッチングすることにより、前記磁気構成要素（１００）が、前記一次部分（１１０）から前記二次部分（１２０）にエネルギーを移送し、且つ前記一次部分（１１０）にエネルギーを蓄積して、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ（１）の入力電圧（Ｕｅ）を出力電圧（Ｕｏ）に変換できるように、前記磁気構成要素（１００）の前記一次部分（１１０）に連結されたスイッチ（ＱＡ１、ＱＡ２）と
    を含み、
    前記磁気構成要素（１００）の前記二次部分（１２０）が第１のアーム（Ｂ）と第２のアーム（Ｃ）とを含み、各アーム（Ｂ、Ｃ）が、第１のスイッチ（ＱＢ１、ＱＣ１）と、二次部（１２０Ｂ、１２０Ｃ）と、直列の第２のスイッチ（ＱＢ２、ＱＣ２）とを含み、第１の二次部と呼ばれる前記第１のアーム（Ｂ）の前記二次部（１２０Ｂ）の中間点が、第２の二次部と呼ばれる前記第２のアーム（Ｃ）の前記二次部（１２０Ｃ）の中間点に接続される、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ（１）。
  2. 前記磁気構成要素（１００）が、前記一次部分（１１０）の段で印加された電圧に従って前記二つの二次部（１２０Ｂ、１２０Ｃ）の一方にエネルギーを移送する、請求項１に記載のコンバータ（１）。
  3. 前記磁気構成要素（１００）は、
    変調期間（Ｔ）の第１の部分にわたり、前記一次部分（１１０）の第１の部分（１１１）が前記第１の二次部（１２０Ｂ）にエネルギーを移送し、前記一次部分（１１０）の第２の部分（１１２）がエネルギーを蓄積するインダクタンスを生成し、
    前記変調期間（Ｔ）の第２の部分にわたり、前記一次部分（１１０）の前記第２の部分（１１２）が前記第２の二次部（１２０Ｃ）にエネルギーを移送し、前記一次部分（１１０）の前記第１の部分（１１１）がエネルギーを蓄積するインダクタンスを生成する
    ように構成される、請求項１又は２に記載のコンバータ（１）。
  4. 前記第１のアーム（Ｂ）の前記スイッチ（ＱＢ１、ＱＢ２）は、第１の作動部分にわたり閉回路にされ、第２の作動部分にわたり開かれるように構成され、
    前記第２のアーム（Ｃ）の前記スイッチ（ＱＣ１、ＱＣ２）は、前記第２の作動部分にわたり閉回路にされ、前記第１の作動部分にわたり開かれるように構成される、請求項３に記載のコンバータ（１）。
  5. 前記二次部分（１２０）の各アーム（Ｂ、Ｃ）において、前記スイッチは、同時に同じ状態にあり、かつ他方のアームの前記スイッチとは異なる状態となるように構成される、請求項１から４のいずれか一項に記載のコンバータ（１）。
  6. 前記二次部分（１２０）の前記アーム（Ｂ、Ｃ）の端部が互いに連結され、第１の端部は、前記二次部分（１２０）の接地（ＧＮＤ２）に接続されるように構成され、第２の端部は、前記コンバータ（１）の出力部に接続されるように構成される、請求項１から５のいずれか一項に記載のコンバータ（１）。
  7. 前記磁気構成要素（１００）の前記二次部（１２０Ｂ、１２０Ｃ）が、互いに磁気的に結合されず、前記二次部（１２０Ｂ、１２０Ｃ）が、前記一次部分（１１０）に磁気的に結合される、請求項１から６のいずれか一項に記載のコンバータ（１）。
  8. 前記一次側スイッチ（ＱＡ１、ＱＡ２）が、実質的に一定のデューティサイクル（α）で機能するように構成され、前記コンバータ（１）は、前記一次側スイッチ（ＱＡ１、ＱＡ２）により供給される前記電圧を制御することによって前記絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの前記出力電圧を制御するように構成された少なくとも一つの他のスイッチ（ＱＤ１、ＱＤ２）を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のコンバータ（１）。
  9. 前記一次側スイッチ（ＱＡ１、ＱＡ２）は、その前記デューティサイクル（α）が５０％に実質的に等しくなるように構成される、請求項８に記載のコンバータ（１）。
  10. 前記二次部分（１２０）の前記二次側スイッチ（ＱＢ２、ＱＣ２）のうちの一つの短絡を検出し、 この短絡を無効にするために、前記短絡スイッチが属する前記二次側アームの前記他方のスイッチ（ＱＢ１、ＱＣ１）を開く
    ように構成された短絡検知器（５０）を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のコンバータ（１）。
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