TWI831624B - 電力轉換系統 - Google Patents

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後藤弘通
伊東淳一
渡辺大貴
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日商松下電器產業股份有限公司
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Abstract

本發明之課題在於更確實地施行軟性切換。控制裝置（3），於第1期間中使激磁電流（i Lm）開始往負方向流動，在第1半導體切換元件（Q5）之兩端間的第1寄生電容（C5）、及第2半導體切換元件（Q6）之兩端間的第2寄生電容（C6）各自之放電結束後將第2半導體切換元件（Q6）轉為斷開，藉以轉變為第2期間的控制。第2控制部（5），控制第1半導體切換元件（Q5），以使第1半導體切換元件（Q5）之轉為導通及轉為斷開各自的時序成為第1寄生電容（C5）之放電結束的時序。第2控制部（5），控制第2半導體切換元件（Q6），以使第2半導體切換元件（Q6）之轉為導通及轉為斷開各自的時序成為第2寄生電容（C6）之放電結束的時序。

Description

電力轉換系統
本發明係關於一種電力轉換系統，更詳而言之，關於具備返馳式電力轉換器之電力轉換系統。
日本特表第2018-504882號公報，揭露一種返馳式電力轉換器系統（電力轉換系統）。於日本特表第2018-504882號公報揭露之返馳式電力轉換器系統，具備變壓器（transformer）、一次側的第1開關（第1半導體切換元件）、二次側的第2開關（第2半導體切換元件）、輸出電容器、第1控制電路、及第2控制電路。變壓器，包含一次繞組及二次繞組。第1開關，包含第1開關靜電電容（第1寄生電容）。第2開關，包含第2開關靜電電容（第2寄生電容）。第1開關，藉由以第1控制電路提供的第1切換控制訊號而動作；第2開關，遵循來自第2控制電路的第2切換控制訊號而動作。
在日本特表第2018-504882號公報所揭露之返馳式電力轉換器系統中，第1控制電路及第2控制電路，藉由使第2開關在一次側切換之開始前成為導通的前置切換控制，而提供第1開關靜電電容（及進一步的第2開關靜電電容）受到控制之放電。
日本特表第2018-504882號公報所揭露之電力轉換系統，為了將第1開關之第1寄生電容的電荷放電，而於前置切換控制中，在將第1開關轉為導通前先將第2開關轉為導通，但由於成為硬性切換（hard switching），而致使第2開關之切換損耗的增加。
本發明之目的在於提供一種可更確實地施行軟性切換（soft switching）之電力轉換系統。
本發明的一態樣之電力轉換系統，具備返馳式電力轉換器及控制裝置。該返馳式電力轉換器，具有變壓器、第1半導體切換元件、第2半導體切換元件、及輸出電容器。該變壓器，包含一次繞組及二次繞組。該第1半導體切換元件，與該一次繞組串聯連接。該第2半導體切換元件為同步整流用，與該二次繞組串聯連接。該輸出電容器，連接在該二次繞組與該第2半導體切換元件的串聯電路之兩端間。該控制裝置，依據該返馳式電力轉換器的輸入電壓、該返馳式電力轉換器的輸出電壓、於該第1半導體切換元件流通的第1電流、及於該第2半導體切換元件流通的第2電流，交互地施行第1期間中之該第1半導體切換元件與該第2半導體切換元件的控制、及第2期間中之該第1半導體切換元件與該第2半導體切換元件的控制。該控制裝置，具備第1控制部及第2控制部。該第1控制部，產生該第1期間中之分別送往該第1半導體切換元件與該第2半導體切換元件的第1控制訊號與第2控制訊號。該第2控制部，產生該第2期間中之分別送往該第1半導體切換元件與該第2半導體切換元件的第1控制訊號與第2控制訊號。該第1控制部，具有控制該返馳式電力轉換器的該輸出電壓之第1功能、控制該變壓器之激磁電流的峰值之第2功能、及控制該激磁電流的下限值之第3功能。該控制裝置，於該第1期間中使該激磁電流開始往負方向流動，在該第1半導體切換元件之兩端間的第1寄生電容、及該第2半導體切換元件之兩端間的第2寄生電容各自之放電結束後將該第2半導體切換元件轉為斷開，藉以轉變為該第2期間中之該第1半導體切換元件與該第2半導體切換元件的控制。該第2控制部，控制該第1半導體切換元件，以使該第1半導體切換元件之轉為導通及轉為斷開各自的時序成為該第1寄生電容之放電結束的時序。該第2控制部，控制該第2半導體切換元件，以使該第2半導體切換元件之轉為導通及轉為斷開各自的時序成為該第2寄生電容之放電結束的時序。
（實施形態1） 以下內容中，針對實施形態1之電力轉換系統10，依據圖1～4予以說明。
（1）電力轉換系統的全體構成
電力轉換系統10，如圖1所示，具備返馳式電力轉換器1及控制裝置3。返馳式電力轉換器1，具備變壓器Tr1、第1半導體切換元件Q5、第2半導體切換元件Q6、及輸出電容器C2。返馳式電力轉換器1，係將輸入電壓V in轉換為輸出電壓V dc而輸出之絕緣型DC（Direct Current, 直流）-DC轉換器。於返馳式電力轉換器1的一對輸入端間，例如連接直流電壓源。此外，於返馳式電力轉換器1的一對輸出端間，例如連接負載。負載，例如為複數個LED（Light Emitting Diode, 發光二極體）之串聯電路，但並未限定於此一形態。控制裝置3，控制返馳式電力轉換器1。
控制裝置3，依據返馳式電力轉換器1的輸入電壓V in、返馳式電力轉換器的輸出電壓V dc、於第1半導體切換元件Q5流通的第1電流i p、及於第2半導體切換元件Q6流通的第2電流i s，交互地施行第1期間T1（參考圖2）中之第1半導體切換元件Q5與第2半導體切換元件Q6的控制、及第2期間T2（參考圖2）中之第1半導體切換元件Q5與第2半導體切換元件Q6的控制。第1電流i p，係在第1半導體切換元件Q5中以從與變壓器Tr1之一次繞組N1相連接的第1主端子往第2主端子側流動之方向為正方向的電流，於圖1中係以箭頭之方向為正，以與箭頭方向相反之方向為負的電流。第2電流i s，係以從變壓器Tr1之二次繞組N2往第2半導體切換元件Q6側流動之方向為正方向的電流，於圖1中係以箭頭之方向為正，以與箭頭方向相反之方向為負的電流。
另，電力轉換系統10，例如如圖4所示，更具備：第1電流檢測用電阻R5，用於檢測在第1半導體切換元件Q5流通的第1電流i p；以及第2電流檢測用電阻R6，用於檢測在第2半導體切換元件Q6流通的第2電流i s。用於檢測第1電流i p及第2電流i s之構成要素，各自不限於第1電流檢測用電阻R5及第2電流檢測用電阻R6，例如亦可為電流感測器。此外，用於檢測第1電流i p及第2電流i s之構成要素，亦可不為電力轉換系統10之構成要素。此外，電力轉換系統10，例如更具備：第1電阻分壓電路，用於檢測返馳式電力轉換器1的輸入電壓V in；以及第2電阻分壓電路，用於檢測返馳式電力轉換器1的輸出電壓V dc。用於檢測輸入電壓V in及輸出電壓V dc之構成要素，各自不限於第1電阻分壓電路及第2電阻分壓電路。此外，用於檢測輸入電壓V in及輸出電壓V dc之構成要素，亦可不為電力轉換系統10之構成要素。
（2）電力轉換系統的細節
（2.1）返馳式電力轉換器 返馳式電力轉換器1，如圖1所示，具備變壓器Tr1、第1半導體切換元件Q5、第2半導體切換元件Q6、以及輸出電容器C2。此外，返馳式電力轉換器1，更具備輸入電容器C1。 變壓器Tr1，包含一次繞組N1及二次繞組N2。變壓器Tr1，包含捲繞有一次繞組N1及二次繞組N2的鐵芯。在變壓器Tr1，使一次繞組N1的匝數，較二次繞組N2的匝數更多。另，變壓器Tr1，具備一次繞組N1側的第1漏洩電感及二次繞組N2側的第2漏洩電感。 第1半導體切換元件Q5，與一次繞組N1串聯連接。第2半導體切換元件Q6為同步整流用，與二次繞組N2串聯連接。在返馳式電力轉換器1中，第1半導體切換元件Q5及第2半導體切換元件Q6，各自具有控制端子、第1主端子及第2主端子。第1半導體切換元件Q5及第2半導體切換元件Q6，例如各自為MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, 金氧半場效電晶體）。更詳而言之，第1半導體切換元件Q5及第2半導體切換元件Q6，各自為常閉型的n通道MOSFET。此處，n通道MOSFET為Si系MOSFET。第1半導體切換元件Q5及第2半導體切換元件Q6各自之控制端子、第1主端子及第2主端子，分別為閘極端子、汲極端子及源極端子。第1半導體切換元件Q5之控制端子，經由第1閘極驅動器而與控制裝置3相連接。第2半導體切換元件Q6之控制端子，經由第2閘極驅動器而與控制裝置3相連接。第1閘極驅動器及第2閘極驅動器，係電力轉換系統10之構成要素。在返馳式電力轉換器1中，第1半導體切換元件Q5之第1主端子與變壓器Tr1之一次繞組N1連接。此外，在返馳式電力轉換器1中，第2半導體切換元件Q6之第2主端子與二次繞組N2連接。
返馳式電力轉換器1，具備：與第1半導體切換元件Q5反向並聯連接之第1二極體D5、及與第2半導體切換元件Q6反向並聯連接之第2二極體D6。在第1二極體D5中，第1二極體D5之陽極，與第1半導體切換元件Q5之第2主端子（源極端子）相連接；第1二極體D5之陰極，與第1半導體切換元件Q5之第1主端子（汲極端子）相連接。在第2二極體D6中，第2二極體D6之陽極，與第2半導體切換元件Q6之第2主端子（源極端子）相連接；第2二極體D6之陰極，與第2半導體切換元件Q6之第1主端子（汲極端子）相連接。第1二極體D5，係構成第1半導體切換元件Q5之MOSFET的寄生二極體，但並未限定於此一形態，亦可為附設於MOSFET之外部的二極體。第2二極體D6，係構成第2半導體切換元件Q6之MOSFET的寄生二極體，但並未限定於此一形態，亦可為附設於MOSFET之外部的二極體。
此外，返馳式電力轉換器1，包含第1半導體切換元件Q5的第1寄生電容C5、及第2半導體切換元件Q6的第2寄生電容C6。第1寄生電容C5，係構成第1半導體切換元件Q5之MOSFET的輸出電容C OSS。此外，第2寄生電容C6，係構成第2半導體切換元件Q6之MOSFET的輸出電容C OSS。另，就等效電路而言，將第1寄生電容C5假定為與第1半導體切換元件Q5並聯連接的要素，將第2寄生電容C6假定為與第2半導體切換元件Q6並聯連接的要素即可。因此，於圖1中，將構成第1半導體切換元件Q5之MOSFET的第1寄生電容C5標記為與第1半導體切換元件Q5並聯連接，將構成第2半導體切換元件Q6之MOSFET的第2寄生電容C6標記為與第2半導體切換元件Q6並聯連接。在返馳式電力轉換器1中，第1半導體切換元件Q5的第1寄生電容C5之容量值，與第2半導體切換元件Q6的第2寄生電容C6之容量值相同。本發明並未僅限定於嚴格等同於「第1半導體切換元件Q5的第1寄生電容C5之容量值與第2半導體切換元件Q6的第2寄生電容C6之容量值相同」的情況，例如，第2半導體切換元件Q6的第2寄生電容C6之容量值，若為第1半導體切換元件Q5的第1寄生電容C5之容量值的90%以上110%以下之範圍內即可。
第1半導體切換元件Q5及第2半導體切換元件Q6，藉由控制裝置3控制。第1半導體切換元件Q5，由來自控制裝置3的第1控制訊號S5控制。第2半導體切換元件Q6，由來自控制裝置3的第2控制訊號S6控制。
輸入電容器C1，連接在變壓器Tr1之一次繞組N1與第1半導體切換元件Q5的第1串聯電路之兩端間。返馳式電力轉換器1的輸入電壓V in，往輸入電容器C1及第1串聯電路輸入。 輸出電容器C2，連接在第2半導體切換元件Q6與二次繞組N2的第2串聯電路之兩端間。返馳式電力轉換器1的輸出電壓V dc，包含輸出電容器C2的兩端電壓。
（2.2）控制裝置 控制裝置3，依據返馳式電力轉換器1的輸入電壓V in、返馳式電力轉換器1的輸出電壓V dc、於第1半導體切換元件Q5流通的第1電流i p、及於第2半導體切換元件Q6流通的第2電流i s，交互地施行第1期間T1（參考圖2）中之第1半導體切換元件Q5與第2半導體切換元件Q6的控制（以下亦稱作第1控制模式的控制）、及第2期間T2（參考圖2）中之第1半導體切換元件Q5與第2半導體切換元件Q6的控制（以下亦稱作第2控制模式的控制）。亦即，控制裝置3，交互地施行第1控制模式的控制及第2控制模式的控制。
第1控制模式的控制為下述控制：決定第1控制訊號S5及第2控制訊號S6各自之脈衝寬度，將第1控制訊號S5及第2控制訊號S6分別給予第1半導體切換元件Q5及第2半導體切換元件Q6，以使第1期間T1相當於變壓器Tr1之激磁電流i Lm成為不連續的不連續電流模式（Discontinuous current mode: DCM）之激磁電流通電期間。第2控制模式的控制為下述控制：決定第1控制訊號S5及第2控制訊號S6各自之脈衝寬度，將第1控制訊號S5及第2控制訊號S6分別給予第1半導體切換元件Q5及第2半導體切換元件Q6，以在第2期間T2相當於不連續電流模式之零電流期間的期間中，使變壓器Tr1之激磁電流i Lm成為三角波電流模式（Triangular current mode: TCM）。第1期間T1，相當於DCM動作中的變壓器Tr1之激磁電流i Lm的通電期間；第2期間T2，相當於DCM動作中的變壓器Tr1之激磁電流i Lm的零電流期間。DCM動作中的第1控制訊號S5，係經由第1閘極驅動器而對第1半導體切換元件Q5之控制端子與第2主端子間施加的電壓。第1控制訊號S5，例如為電壓位準在較第1半導體切換元件Q5的閾值電壓（閘極閾值電壓）更高的電壓位準（以下亦稱作高位準）與較閾值電壓更低的電壓位準（以下亦稱作低位準）之間變化的電壓。第2控制訊號S6，係經由第2閘極驅動器而對第2半導體切換元件Q6之控制端子與第2主端子間施加的電壓。第2控制訊號S6，例如為電壓位準在較第2半導體切換元件Q6的閾值電壓（閘極閾值電壓）更高的電壓位準（以下亦稱作高位準）與較閾值電壓更低的電壓位準（以下亦稱作低位準）之間變化的電壓。
控制裝置3，具備第1控制部4及第2控制部5。第1控制部4，產生第1期間T1中之分別送往第1半導體切換元件Q5與第2半導體切換元件Q6的第1控制訊號S5 _DCM（亦稱第1脈衝訊號S5 _DCM）與第2控制訊號S6 _DCM（亦稱第2脈衝訊號S6 _DCM）（參考圖2）。第2控制部5，產生第2期間T2中之分別送往第1半導體切換元件Q5與第2半導體切換元件Q6的第1控制訊號S5 _TCM與第2控制訊號S6 _TCM（參考圖2）。另，於圖2中，T SW_DCM為產生第1脈衝訊號S5 _DCM及第2脈衝訊號S6 _DCM所用之切換脈衝的周期。此外，於圖2中，T SW_TCM為產生第1控制訊號S5 _TCM及第2控制訊號S6 _TCM所用之切換脈衝的周期。
第1控制部4，具有控制返馳式電力轉換器1的輸出電壓V dc之第1功能（輸出電壓控制功能）、控制變壓器Tr1之激磁電流i Lm的峰值之第2功能（峰值控制功能）、及控制激磁電流i Lm的下限值之第3功能（下限值控制功能）。
控制裝置3，於第1期間T1中使激磁電流i Lm開始往負方向流動，在第1半導體切換元件Q5之兩端間的第1寄生電容C5、及第2半導體切換元件Q6之兩端間的第2寄生電容C6各自之放電結束後，將第2半導體切換元件Q6轉為斷開，藉以轉變為第2期間T2的控制。第2控制部5，控制第1半導體切換元件Q5，以使第1半導體切換元件Q5之轉為導通（turn ON）及轉為斷開（turn OFF）各自的時序成為第1寄生電容C5之放電結束（完成）後的時序。第2控制部5，控制第2半導體切換元件Q6，以使第2半導體切換元件Q6之轉為導通及轉為斷開各自的時序成為第2寄生電容C6之放電結束（完成）後的時序。在實施形態1之電力轉換系統10中，控制裝置3，將第1期間T1的長度設定為較第2期間T2的長度更長，但並未限定於此一形態，亦可將第1期間T1的長度設定為與第2期間T2的長度相同，或亦可將第2期間T2的長度設定為較第1期間T1的長度更長。
控制裝置3的實行主體，包含電腦系統。電腦系統，具備一台或複數台電腦。電腦系統，以作為硬體的處理器及記憶體為主要構成。藉由使處理器實行電腦系統之記憶體所記錄的程式，而實現本發明之控制裝置3的實行主體5之功能。程式，雖亦可預先記錄於電腦系統之記憶體，但亦可通過電氣通訊線路提供，或亦可記錄於可由電腦系統讀取之記憶卡、光碟、硬碟（磁碟）等非暫態性記錄媒體而提供。電腦系統之處理器，以包含半導體積體電路（IC）或大規模積體電路（LSI）之一個至複數個電子電路構成。複數個電子電路，可整合至1片晶片，亦可分散設置於複數片晶片。複數片晶片，可整合至1個裝置，亦可分散設置於複數個裝置。
（2.3）電力轉換系統的動作 控制裝置3，如同上述，依據返馳式電力轉換器1的輸入電壓V in、返馳式電力轉換器1的輸出電壓V dc、於第1半導體切換元件Q5流通的第1電流i p、及於第2半導體切換元件Q6流通的第2電流i s，施行第1期間T1（參考圖2）中之第1半導體切換元件Q5與第2半導體切換元件Q6的控制。
以下，針對電力轉換系統10的動作，參考圖2及3並予以說明。
於圖2，顯示對第1半導體切換元件Q5給予的第1控制訊號S5、對第2半導體切換元件Q6給予的第2控制訊號S6、變壓器Tr1的激磁電流i Lm、第1半導體切換元件Q5的兩端電壓V5（汲極・源極間電壓）、及第2半導體切換元件Q6的兩端電壓V6（汲極・源極間電壓）。
在電力轉換系統10，若於時間點t0中第1控制訊號S5由低位準改變為高位準，則第1半導體切換元件Q5導通，第2半導體切換元件Q6斷開，故變壓器Tr1之激磁電流i Lm增加，能量儲存在變壓器Tr1。
若於時間點t1中第1控制訊號S5由高位準改變為低位準，則第1半導體切換元件Q5斷開，第2半導體切換元件Q6斷開，故變壓器Tr1的儲存能量從變壓器Tr1之二次繞組N2釋出，第2電流i s通過第2二極體D6而流通。此時，電力轉換系統10，將輸出電容器C2充電，並使電流於負載流通。
在從時間點t1經過了無效時間期間Td之時間點t2中，第2半導體切換元件Q6的兩端電壓V6降低至零伏特。無效時間期間Td，係第1控制訊號S5及第2控制訊號S6雙方成為低位準之期間。若於時間點t2中第2控制訊號S6由低位準改變為高位準，則同步整流用之第2半導體切換元件Q6轉為導通。此時，第2半導體切換元件Q6，進行零電壓切換。藉此，在電力轉換系統10中，第1半導體切換元件Q5斷開，第2半導體切換元件Q6導通，故變壓器Tr1的儲存能量從變壓器Tr1之二次繞組N2釋出，第2電流i s通過第2半導體切換元件Q6而流通。此時，電力轉換系統10，將輸出電容器C2充電，並使電流於負載流通。因第2半導體切換元件Q6的導通電阻所產生之導通損耗，較因第2二極體D6的順向電壓所產生之導通損耗更小。
在電力轉換系統10，於時間點t3變壓器Tr1之激磁電流i Lm降低至零後，仍使激磁電流i Lm往負方向流動。
在電力轉換系統10，於時間點t4中第1半導體切換元件Q5之兩端間的第1寄生電容C5之放電結束（完成）後，第2控制訊號S6由高位準改變為低位準，使第2半導體切換元件Q6轉為斷開。於時間點t3至時間點t4之期間中，來自第1寄生電容C5的放電電流，以圖3A中虛線箭頭所示之方向流動。在第1寄生電容C5之放電結束後，電流於第1二極體D5流通。若於時間點t4中第2半導體切換元件Q6轉為斷開，則變壓器Tr1之激磁電流i Lm，絕對值開始減少。
在電力轉換系統10，於從時間點t4經過了無效時間期間Td之時間點t5中，第1半導體切換元件Q5的兩端電壓V5降低至零伏特。若於時間點t5中第1控制訊號S5由低位準改變為高位準，則第1半導體切換元件Q5轉為導通。此時，第1半導體切換元件Q5，進行零電壓切換。此外，若第1半導體切換元件Q5轉為導通，則於第1半導體切換元件Q5，電流以圖3C中實線箭頭所示之方向流動（從第2主端子往第1主端子流動）。於時間點t4與時間點t5之間的無效時間期間Td中，在第2半導體切換元件Q6的第2寄生電容C6之放電結束後，電流於第1二極體D5流通。於時間點t4至時間點t5中，來自第2寄生電容C6的放電電流，以圖3B中虛線箭頭所示之方向流動。此外，於第1二極體D5流通的電流，以圖3B中實線箭頭所示之方向流動。若於時間點t5後、時間點t6中，變壓器Tr1之激磁電流i Lm開始往正方向流動，則於第1半導體切換元件Q5，電流以圖3D中實線箭頭所示之方向流動（從第1主端子往第2主端子流動）。
在電力轉換系統10，若於時間點t7中第1控制訊號S5由高位準改變為低位準，則第1半導體切換元件Q5斷開，第2半導體切換元件Q6斷開，故變壓器Tr1的儲存能量從變壓器Tr1之二次繞組N2釋出，第2電流i s通過第2二極體D6而流通。因此，變壓器Tr1之激磁電流i Lm開始減少。於從時間點t7經過了無效時間期間Td之時間點t8中，第2半導體切換元件Q6的兩端電壓V6降低至零伏特。若於時間點t8中第2控制訊號S6由低位準改變為高位準，則同步整流用之第2半導體切換元件Q6轉為導通。此時，第2半導體切換元件Q6，進行零電壓切換。藉此，在電力轉換系統10中，使第1半導體切換元件Q5斷開，第2半導體切換元件Q6導通，故變壓器Tr1的儲存能量從變壓器Tr1之二次繞組N2釋出，第2電流i s通過第2半導體切換元件Q6而流通。於時間點t7與時間點t8之間的無效時間期間Td中，在第1半導體切換元件Q5的第1寄生電容C5之放電結束後，電流於第2二極體D6流通。於時間點t7至時間點t8中，來自第1寄生電容C5的放電電流，以圖3E中虛線箭頭所示之方向流動。此外，於第2二極體D6流通的電流，以圖3E中實線箭頭所示之方向流動。於時間點t8與時間點t9之間中，於第2半導體切換元件Q6，電流以圖3F中實線箭頭所示之方向流動（從第2主端子往第1主端子流動）。
在電力轉換系統10，於時間點t9變壓器Tr1之激磁電流i Lm降低至零後，仍使激磁電流i Lm往負方向流動。
在電力轉換系統10，於時間點t10中，在第1半導體切換元件Q5之兩端間的第1寄生電容C5之放電結束後，第2控制訊號S6由高位準改變為低位準，第2半導體切換元件Q6轉為斷開。若於時間點t10中第2半導體切換元件Q6轉為斷開，則變壓器Tr1之激磁電流i Lm，絕對值開始減少。
在電力轉換系統10，於從時間點t10經過了無效時間期間Td之時間點t11中，第1半導體切換元件Q5的兩端電壓V5降低至零伏特。若於時間點t11中第1控制訊號S5由低位準改變為高位準，則第1半導體切換元件Q5轉為導通。此時，第1半導體切換元件Q5，進行零電壓切換。於時間點t11後、時間點t12中，變壓器Tr1之激磁電流i Lm開始往正方向流動。
若於時間點t12後之時間點t13中第1控制訊號S5由高位準改變為低位準，則第1半導體切換元件Q5斷開，第2半導體切換元件Q6斷開，故變壓器Tr1的儲存能量從變壓器Tr1之二次繞組N2釋出，第2電流i s通過第2二極體D6而流通。
在電力轉換系統10，時間點t0至時間點t4之期間為上述第1期間T1，時間點t4至時間點t12之期間為上述第2期間T2。此外，在電力轉換系統10，從時間點t12再度開始第1期間T1。因此，在電力轉換系統10，交互地重複第1期間T1與第2期間T2。
（3）總結 實施形態1之電力轉換系統10，具備返馳式電力轉換器1及控制裝置3。返馳式電力轉換器1，具有變壓器Tr1、第1半導體切換元件Q5、第2半導體切換元件Q6、及輸出電容器C2。變壓器Tr1，包含一次繞組N1及二次繞組N2。第1半導體切換元件Q5，與一次繞組N1串聯連接。第2半導體切換元件Q6為同步整流用，與二次繞組N2串聯連接。輸出電容器C2，連接在二次繞組N2與第2半導體切換元件Q6的串聯電路之兩端間。控制裝置3，依據返馳式電力轉換器1的輸入電壓V in、返馳式電力轉換器1的輸出電壓V dc、於第1半導體切換元件Q5流通的第1電流i p、及於第2半導體切換元件Q6流通的第2電流i s，交互地施行第1期間T1中之第1半導體切換元件Q5與第2半導體切換元件Q6的控制、及第2期間T2中之第1半導體切換元件Q5與第2半導體切換元件Q6的控制。控制裝置3，具備第1控制部4及第2控制部5。第1控制部4，產生第1期間T1中之分別送往第1半導體切換元件Q5與第2半導體切換元件Q6的第1控制訊號S5 _DCM與第2控制訊號S6 _DCM。第2控制部5，產生第2期間T2中之分別送往第1半導體切換元件Q5與第2半導體切換元件Q6的第1控制訊號S5 _TCM與第2控制訊號S6 _TCM。第1控制部4，具有控制返馳式電力轉換器1的輸出電壓V dc之第1功能、控制變壓器Tr1之激磁電流i Lm的峰值之第2功能、及控制激磁電流i Lm的下限值之第3功能。控制裝置3，於第1期間T1中使激磁電流i Lm開始往負方向流動，在第1半導體切換元件Q5之兩端間的第1寄生電容C5、及第2半導體切換元件Q6之兩端間的第2寄生電容C6各自之放電結束後將第2半導體切換元件Q6轉為斷開，藉以轉變為第2期間T2的控制。第2控制部5，控制第1半導體切換元件Q5，以使第1半導體切換元件Q5之轉為導通及轉為斷開各自的時序成為第1寄生電容C5之放電結束的時序。第2控制部5，控制第2半導體切換元件Q6，以使第2半導體切換元件Q6之轉為導通及轉為斷開各自的時序成為第2寄生電容C6之放電結束的時序。
依實施形態1之電力轉換系統10，則可更確實地施行軟性切換。
此外，在實施形態1之電力轉換系統10中，第2期間T2，較第1期間T1更短。因此，實施形態1之電力轉換系統10，可將第2期間T2中之第1半導體切換元件Q5與第2半導體切換元件Q6各自的導通損耗更為減小。
（4）變形例
（4.1）變形例1 變形例1之電力轉換系統10，與實施形態1之電力轉換系統10同樣地，如圖1所示，具備返馳式電力轉換器1及控制裝置3。
變形例1之電力轉換系統10，在使控制裝置3如圖5所示地由包含複數邏輯電路之電子電路構成的點，與實施形態1之電力轉換系統10不同。
在變形例1之電力轉換系統10中，與實施形態1同樣地，控制裝置3的第1控制部4，產生第1期間T1中之分別送往第1半導體切換元件Q5與第2半導體切換元件Q6的第1控制訊號S5 _DCM與第2控制訊號S6 _DCM。此外，控制裝置3的第2控制部5，產生第2期間T2中之分別送往第1半導體切換元件Q5與第2半導體切換元件Q6的第1控制訊號S5 _TCM及第2控制訊號S6 _TCM。
在變形例1之電力轉換系統10中，控制裝置3的第1控制部4，例如如圖5所示，包含：輸出電壓控制部41，控制返馳式電力轉換器1的輸出電壓V dc；峰值控制部42，控制變壓器Tr1之激磁電流i Lm的峰值（極大值）；以及下限值控制部43，控制激磁電流i Lm的下限值。
輸出電壓控制部41，具有控制返馳式電力轉換器1的輸出電壓V dc之第1功能。輸出電壓控制部41，例如如圖5所示，具備減算部411及PI（Proportional Integral, 比例積分）控制部412。減算部411，藉由進行從輸出電壓指令值V dc ＊減去以第2電阻分壓電路檢測到的輸出電壓V dc之運算，而求算輸出電壓指令值V dc ＊與輸出電壓V dc的差分電壓值。PI控制部412，產生使差分電壓值接近零之反饋控制所用的峰值電流指令值i ref ＊。藉此，輸出電壓控制部41控制返馳式電力轉換器1，以使輸出電壓指令值V dc ＊與輸出電壓V dc的差分電壓值減小。輸出電壓指令值V dc ＊，係藉由從與作為控制裝置3的第1控制裝置3不同之第2控制裝置送往第1控制裝置3的外部指令，而於控制裝置3中決定。換而言之，第1控制裝置3，具有依據來自第2控制裝置的外部指令而產生輸出電壓指令值V dc ＊之功能。或者，將輸出電壓指令值V dc ＊預先以程式儲存於第1控制裝置3。
外部指令，例如係關於返馳式電力轉換器1的輸出電壓V dc之指令。作為在從第2控制裝置送往第1控制裝置3的外部指令之通訊中的通訊協定，例如可利用MODBUS或CAN或其他序列式通訊協定。第2控制裝置，例如亦可為外部控制器。關於從第2控制裝置送往第1控制裝置3的外部指令之通訊，不必非得利用通訊協定。此外，第2控制裝置，亦可為與第1控制裝置3在同一基板上安裝之其他系統微電腦。
峰值控制部42，具有控制變壓器Tr1之激磁電流i Lm的峰值（極大值）之功能。峰值控制部42，例如包含第1上升檢測電路422、第1比較器421、及第1RS正反器電路423。
第1上升檢測電路422，係檢測輸入至輸入端子的切換脈衝訊號之上升邊緣的電路。切換脈衝訊號之周期為T SW。第1上升檢測電路422之輸出端子，與第1RS正反器電路423之設定端子S相連接。第1上升檢測電路422，在檢測到切換脈衝訊號之上升時，將高位準的訊號往第1RS正反器電路423之設定端子S輸出。藉此，從第1RS正反器電路423之輸出端子Q輸出高位準的訊號，從第1RS正反器電路423之反轉輸出端子（在圖5中，反轉輸出端子的符號標示為在“Q”上方加上線段）輸出低位準的訊號。
往第1比較器421之非反轉輸入端子，輸入第1電流i p的檢測值。往第1比較器421之反轉輸入端子，輸入峰值電流指令值i ref ＊。此外，第1比較器421之輸出端子，與第1RS正反器電路423之重設端子R相連接。第1比較器421，若第1電流i p的檢測值成為峰值電流指令值i ref ＊以上（對應於圖2之時間點t1的時序），則將高位準的訊號往第1RS正反器電路423之重設端子R輸出。藉此，從第1RS正反器電路423之輸出端子Q輸出低位準的訊號，從第1RS正反器電路423之反轉輸出端子輸出高位準的訊號。
第1期間T1中之與第1控制訊號S5對應的第1控制訊號S5 _DCM（參考圖5），係從第1RS正反器電路423之輸出端子Q輸出的脈衝訊號。
下限值控制部43，例如具有控制激磁電流i Lm的下限值之功能。下限值控制部43，包含第2比較器431、第2上升檢測電路432、及第2RS正反器電路433。
第2上升檢測電路432之輸入端子，與第1RS正反器電路423之反轉輸出端子連接。第2上升檢測電路432之輸出端子，與第2RS正反器電路433之設定端子連接。第2上升檢測電路432，係檢測從第1RS正反器電路423之反轉輸出端子輸入的脈衝訊號之上升邊緣的電路。第2上升檢測電路432，在檢測到脈衝訊號之上升時，將高位準的訊號往第2RS正反器電路433之設定端子S輸出。藉此，從第2RS正反器電路433之輸出端子Q輸出高位準的訊號。
往第2比較器431之非反轉輸入端子，輸入對激磁電流i Lm預先決定的下限值I bot。往第2比較器431之反轉輸入端子，輸入第2電流i s的檢測值。此外，第2比較器431之輸出端子，與第2RS正反器電路433之重設端子R相連接。第2比較器431，若第2電流i s的檢測值成為下限值I bot以下（對應於圖2之時間點t4的時序），則將高位準的訊號往第2RS正反器電路433之重設端子R輸出。藉此，從第2RS正反器電路433之輸出端子Q輸出低位準的訊號。
第1期間T1中之與第2控制訊號S6對應的第2控制訊號S6 _DCM（參考圖5），係從第2RS正反器電路433之輸出端子Q輸出的脈衝訊號。
此外，第1控制部4，更具備NOR電路44。NOR電路44，包含2個輸入端子及1個輸出端子。NOR電路44之2個輸入端子中的一方之輸入端子，與第1RS正反器電路423之輸出端子Q連接；另一方之輸入端子，與第2RS正反器電路433之輸出端子Q連接。NOR電路44之輸出端子，連接至第2控制部5的脈衝賦能電路58。NOR電路44的輸出訊號T zero，係僅在電流不連續模式控制之情況的相當於零電流期間之期間成為高位準的脈衝訊號，在圖2之時間點t3由低位準改變為高位準，在時間點t10由高位準改變為低位準。
第2控制部5，具備乘算器51、除算器52、加算器53、第3比較器54、第4比較器55、NOT電路57、AND電路56、及脈衝賦能電路58。第2控制部5，利用鋸齒波狀的載波訊號，產生第1控制訊號S5 _TCM及第2控制訊號S6 _TCM。
乘算器51，將返馳式電力轉換器1之輸入電壓V in的檢測值與第1半導體切換元件Q5的佔空比D on_S5相乘而輸出。佔空比D on_S5，係使用輸入電壓V in的檢測值及輸出電壓V dc的檢測值，推定為D on_S5＝N・V dc／（｜V in｜＋N・V dc）的值。除算器52，將乘算器51的輸出值除以N・V dc而輸出。N・V dc中之N為變壓器Tr1的匝數比（一次繞組N1的匝數／二次繞組N2的匝數），N・V dc中之V dc為輸出電壓V dc的檢測值。加算器53，將第1半導體切換元件Q5的佔空比D on_S5與除算器52的輸出值相加而輸出。
往第3比較器54之非反轉輸入端子，輸入第1半導體切換元件Q5的佔空比D on_S5。往第3比較器54之反轉輸入端子，輸入上述載波訊號。第3比較器54之輸出端子，與脈衝賦能電路58連接。此外，第3比較器54之輸出端子，經由NOT電路57而與AND電路56之2個輸入端子中的1個輸入端子連接。
往第4比較器55之非反轉輸入端子，輸入加算器53的輸出值。往第4比較器55之反轉輸入端子，輸入上述載波訊號。第4比較器55之輸出端子，與AND電路56之2個輸入端子中剩下的另一個輸入端子連接。AND電路56之輸出端子，與脈衝賦能電路58連接。
脈衝賦能電路58，具備第1輸入端子、第2輸入端子、第3輸入端子、第1輸出端子及第2輸出端子。往脈衝賦能電路58之第1輸入端子，輸入第3比較器54的輸出。往脈衝賦能電路58之第2輸入端子，輸入AND電路56的輸出。往脈衝賦能電路58之第3輸入端子，輸入NOR電路44的輸出訊號T zero。在脈衝賦能電路58中，依據第3比較器54的輸出、AND電路56及NOR電路44的輸出訊號T zero，產生第1控制訊號S5 _TCM及第2控制訊號S6 _TCM，於NOR電路44的輸出訊號T zero為高位準之期間將第1控制訊號S5 _TCM從第1輸出端子輸出，將第2控制訊號S6 _TCM從第2輸出端子輸出。NOR電路44的輸出訊號T zero為低位準之期間，禁止脈衝賦能電路58之第1輸出端子的輸出及第2輸出端子的輸出。輸出訊號T zero為高位準之期間的長度（零電流期間的長度），較上述載波訊號之1周期的長度更長。
控制裝置3，具備第1OR電路35及第2OR電路36。第1OR電路35，將來自第1控制部4中的第1RS正反器電路423之輸出端子Q的第1控制訊號S5 _DCM與來自第2控制部5之脈衝賦能電路58的第1控制訊號S5 _TCM之邏輯和，從輸出端子輸出。在控制裝置3中，第1OR電路35的輸出為第1控制訊號S5。此外，第2OR電路36，將來自第2RS正反器電路433之輸出端子Q的第2脈衝訊號S6 _DCM與來自第2控制部5之脈衝賦能電路58的第2脈衝訊號S6 _TCM之邏輯和，從輸出端子輸出。在控制裝置3中，第2OR電路36的輸出為第2控制訊號S6。
（4.2）變形例2 變形例2之電力轉換系統10的構成，與實施形態1之電力轉換系統10（參考圖1）相同，故將圖示及說明省略。 在變形例2中，控制裝置3，藉由將如圖6所示的第1控制訊號S5及第2控制訊號S6輸出，而於1個第2期間T2中，將第1半導體切換元件Q5及第2半導體切換元件Q6分別轉為導通各2次，轉為斷開各2次。
在僅施行電流不連續模式控制之比較例中，例如如圖7所示，在相當於電流不連續模式的零電流期間之期間中，共振電流於變壓器Tr1流通，故激磁電流i Lm和共振電流相應地變動。相對於此，在變形例2之電力轉換系統10，在相當於電流不連續模式的零電流期間之期間中共振電流不流通，激磁電流i Lm以三角波電流模式流通，故可更確實地施行軟性切換。
（實施形態2） 實施形態2之電力轉換系統10，如圖8所示，在具備主動箝位電路7的點上，與實施形態1之電力轉換系統10不同。關於實施形態2之電力轉換系統10，對於與實施形態1之電力轉換系統10相同之構成要素，給予同一符號並將說明省略。
主動箝位電路7，與變壓器Tr1之一次繞組N1並聯連接。主動箝位電路7，包含箝位用電容器C7及第3半導體切換元件Q7。箝位用電容器C7，與一次繞組N1的第1端相連接。第3半導體切換元件Q7，連接在箝位用電容器C7與一次繞組N1的第2端之間。
第3半導體切換元件Q7，具備控制端子、第1主端子及第2主端子。第3半導體切換元件Q7，例如為MOSFET。更詳而言之，第3半導體切換元件Q7為常閉型的n通道MOSFET。此處，n通道MOSFET為Si系MOSFET。第3半導體切換元件Q7之控制端子、第1主端子及第2主端子，分別為閘極端子、汲極端子及源極端子。第3半導體切換元件Q7之控制端子，經由第3閘極驅動器而與控制裝置3相連接。第3閘極驅動器為電力轉換系統10之構成要素。在主動箝位電路7中，第3半導體切換元件Q7之第1主端子，經由箝位用電容器C7而與變壓器Tr1之一次繞組N1的第1端連接。此外，在主動箝位電路7中，第3半導體切換元件Q7之第2主端子，與變壓器Tr1之一次繞組N1的第2端連接。換而言之，第3半導體切換元件Q7之第2主端子，連接至變壓器Tr1之一次繞組N1和第1半導體切換元件Q5的連接點。 主動箝位電路7，具備與第3半導體切換元件Q7反向並聯連接之第3二極體D7。在第3二極體D7中，第3二極體D7之陽極，與第3半導體切換元件Q7之第2主端子（源極端子）相連接；第3二極體D7之陰極，與第3半導體切換元件Q7之第1主端子（汲極端子）相連接。第3二極體D7，係構成第3半導體切換元件Q7之MOSFET的寄生二極體，但並未限定於此一形態，亦可為附設於MOSFET之外部的二極體。
控制裝置3，控制第3半導體切換元件Q7，以使第3半導體切換元件Q7之導通/斷開與第2半導體切換元件Q6之導通/斷開同步。第3控制訊號S7，係經由第3閘極驅動器而施加至第3半導體切換元件Q7之控制端子與第2主端子間的電壓。第3控制訊號S7，例如為電壓位準在較第3半導體切換元件Q7的閾值電壓（閘極閾值電壓）更高之電壓位準（以下亦稱作高位準）與較閾值電壓更低之電壓位準（以下亦稱作低位準）間交互地改變的電壓。從控制裝置3對第3半導體切換元件Q7給予的第3控制訊號S7，係與第2控制訊號S6相同的訊號。
實施形態2之電力轉換系統10，可抑制在第1半導體切換元件Q5轉為斷開時變壓器Tr1之漏洩電感的儲存能量往第1半導體切換元件Q5之第1寄生電容C5轉流的情形。藉此，實施形態2之電力轉換系統10，可抑制在第1半導體切換元件Q5轉為斷開時對第1半導體切換元件Q5施加的突波電壓。
（實施形態3） 實施形態3之電力轉換系統10，如圖9所示，在具備整流電路2的點上，與實施形態2之電力轉換系統10不同。此外，實施形態3之電力轉換系統10，並未具備實施形態2之電力轉換系統10中的輸入電容器C1（參考圖8）。關於實施形態3之電力轉換系統10，對於與實施形態2之電力轉換系統10相同之構成要素，給予同一符號並將說明省略。
整流電路2，連接在返馳式電力轉換器1的一對輸入端間。整流電路2，將輸入交流電壓V ac整流（全波整流），往返馳式電力轉換器1輸出。因此，實施形態3之電力轉換系統10為AC（Alternating Current, 交流）-DC轉換器。輸入交流電壓V ac，例如為從商用電源輸出之正弦波狀的交流電壓。
整流電路2，具備橋接之4個半導體開關Q1、Q2、Q3、Q4。控制裝置3，控制第1半導體切換元件Q5，第2半導體切換元件Q6，第3半導體切換元件Q7，及4個半導體開關Q1、Q2、Q3、Q4。
4個半導體開關Q1、Q2、Q3、Q4，各自具有控制端子、第1主端子及第2主端子。4個半導體開關Q1、Q2、Q3、Q4，例如各自為MOSFET。更詳而言之，4個半導體開關Q1、Q2、Q3、Q4，各自為常閉型的n通道MOSFET。此處，n通道MOSFET為Si系MOSFET。4個半導體開關Q1、Q2、Q3、Q4各自之控制端子、第1主端子及第2主端子，分別為閘極端子、汲極端子及源極端子。4個半導體開關Q1、Q2、Q3、Q4各自之控制端子，經由彼此不同的閘極驅動器而與控制裝置3相連接。在實施形態3之電力轉換系統10中，控制裝置3，亦將分別對4個半導體開關Q1、Q2、Q3、Q4給予的控制訊號S1、S2、S3、S4輸出。4個半導體開關Q1、Q2、Q3、Q4，以與輸入交流電壓V ac的對於整流電路2之周期配合的同步整流而動作。
整流電路2，具備與4個半導體開關Q1、Q2、Q3、Q4各自反向並聯連接之4個二極體D1、D2、D3、D4。 在二極體D1中，二極體D1之陽極，與半導體開關Q1之第2主端子（源極端子）相連接；二極體D1之陰極，與半導體開關Q1之第1主端子（汲極端子）相連接。二極體D1，係構成半導體開關Q1之MOSFET的寄生二極體，但並未限定於此一形態，亦可為附設於MOSFET之外部的二極體。
在二極體D2中，二極體D2之陽極，與半導體開關Q2之第2主端子（源極端子）相連接；二極體D2之陰極，與半導體開關Q2之第1主端子（汲極端子）相連接。二極體D2，係構成半導體開關Q2之MOSFET的寄生二極體，但並未限定於此一形態，亦可為附設於MOSFET之外部的二極體。
在二極體D3中，二極體D3之陽極，與半導體開關Q3之第2主端子（源極端子）相連接；二極體D3之陰極，與半導體開關Q3之第1主端子（汲極端子）相連接。二極體D3，係構成半導體開關Q3之MOSFET的寄生二極體，但並未限定於此一形態，亦可為附設於MOSFET之外部的二極體。
在二極體D4中，二極體D4之陽極，與半導體開關Q4之第2主端子（源極端子）相連接；二極體D4之陰極，與半導體開關Q4之第1主端子（汲極端子）相連接。二極體D4，係構成半導體開關Q4之MOSFET的寄生二極體，但並未限定於此一形態，亦可為附設於MOSFET之外部的二極體。
在實施形態3之電力轉換系統10中，控制裝置3，控制第1半導體切換元件Q5及第2半導體切換元件Q6，以具有功率因數（Power factor）改善功能。藉此，實施形態3之電力轉換系統10，可改善功率因數。
（實施形態4） 實施形態4之電力轉換系統10，與實施形態3之電力轉換系統10同樣地，如圖9所示，具備返馳式電力轉換器1及控制裝置3。
實施形態4之電力轉換系統10，在使控制裝置3如圖10所示地由包含複數邏輯電路的電子電路構成之點上，與實施形態3之電力轉換系統10不同。
圖10所示之控制裝置3的電路構成，與實施形態1的變形例1之電力轉換系統10中的控制裝置3（參考圖5）之電路構成略相同；在更具備指令值產生部49，產生藉由將輸出電壓V dc的檢測值與輸出電壓V dc ＊的指令值之偏差的PI控制輸出值和｜V ac｜或V in相乘而產生的功率因數改善用之峰值電流指令值i ref ＊＊的點上，與實施形態1的變形例1之電力轉換系統10中的控制裝置3之電路構成不同。
此外，佔空比D on_S5，係利用輸入交流電壓Vac的檢測值之絕對值、及輸出電壓V dc的檢測值，推定出D on_S5＝N・V dc／（｜V ac｜＋N・V dc）的值。
實施形態4之電力轉換系統10，控制第1半導體切換元件Q5及第2半導體切換元件Q6，以使控制裝置3具有功率因數改善功能，故可改善功率因數。
（實施形態5） 實施形態5之電力轉換系統10，如圖11所示，在使整流電路2由二極體電橋構成的點，與實施形態4之電力轉換系統10不同。關於實施形態5之電力轉換系統10，對於與實施形態4之電力轉換系統10（參考圖9）相同之構成要素，給予同一符號並將說明省略。
在實施形態5之電力轉換系統10中，整流電路2，係將4個二極體D1、D2、D3、D4橋接而構成，將輸入交流電壓V ac全波整流。
實施形態5之電力轉換系統10，與實施形態4之電力轉換系統10同樣地為AC-DC轉換器。
（其他變形例） 上述實施形態1～5等，僅為本發明之各式各樣的實施形態中之一例。上述實施形態1～5等，若可達成本發明之目的，則可因應設計等而進行各種變更。 例如，第1半導體切換元件Q5、第2半導體切換元件Q6、第3半導體切換元件Q7及4個半導體開關Q1～Q4，不限於n通道MOSFET，亦可各自為p通道MOSFET。此外，構成第1半導體切換元件Q5、第2半導體切換元件Q6、第3半導體切換元件Q7及4個半導體開關Q1～Q4的MOSFET，不限於Si系MOSFET，例如亦可各自為SiC系MOSFET。此外，第1半導體切換元件Q5、第2半導體切換元件Q6、第3半導體切換元件Q7及4個半導體開關Q1～Q4，不限於MOSFET，例如亦可各自為雙極性電晶體、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor, 絕緣閘雙極電晶體）或GaN系GIT（Gate Injection Transistor, 閘極注入電晶體）。
此外，亦可於實施形態1之電力轉換系統10，附加實施形態4之電力轉換系統10中的整流電路2、或實施形態5之電力轉換系統10中的整流電路2。
（態樣） 於本說明書，由上述說明之實施形態1～5等，揭露以下態樣。 第1態樣之電力轉換系統（10），具備返馳式電力轉換器（1）及控制裝置（3）。返馳式電力轉換器（1），具有變壓器（Tr1）、第1半導體切換元件（Q5）、第2半導體切換元件（Q6）、及輸出電容器（C2）。變壓器（Tr1），包含一次繞組（N1）及二次繞組（N2）。第1半導體切換元件（Q5），與一次繞組（N1）串聯連接。第2半導體切換元件（Q6）為同步整流用，與二次繞組（N2）串聯連接。輸出電容器（C2），連接在二次繞組（N2）與第2半導體切換元件（Q6）的串聯電路之兩端間。控制裝置（3），依據返馳式電力轉換器（1）的輸入電壓（V in）、返馳式電力轉換器（1）的輸出電壓（V dc）、於第1半導體切換元件（Q5）流通的第1電流（i p）、及於第2半導體切換元件（Q6）流通的第2電流（i s），交互地施行第1期間（T1）中之第1半導體切換元件（Q5）與第2半導體切換元件（Q6）的控制、及第2期間（T2）中之第1半導體切換元件（Q5）與第2半導體切換元件（Q6）的控制。控制裝置（3），具備第1控制部（4）及第2控制部（5）。第1控制部（4），產生第1期間（T1）中之分別送往第1半導體切換元件（Q5）與第2半導體切換元件（Q6）的第1控制訊號（S5 _DCM）與第2控制訊號（S6 _DCM）。第2控制部（5），產生第2期間（T2）中之分別送往第1半導體切換元件（Q5）與第2半導體切換元件（Q6）的第1控制訊號（S5 _TCM）與第2控制訊號（S6 _TCM）。第1控制部（4），具有控制返馳式電力轉換器（1）的輸出電壓（V dc）之第1功能、控制變壓器（Tr1）之激磁電流（i Lm）的峰值之第2功能、及控制激磁電流（i Lm）的下限值之第3功能。控制裝置（3），於第1期間（T1）中使激磁電流（i Lm）開始往負方向流動，在第1半導體切換元件（Q5）之兩端間的第1寄生電容（C5）、及第2半導體切換元件（Q6）之兩端間的第2寄生電容（C6）各自之放電結束後將第2半導體切換元件（Q6）轉為斷開，藉以轉變為第2期間（T2）的控制。第2控制部（5），控制第1半導體切換元件（Q5），以使第1半導體切換元件（Q5）之轉為導通及轉為斷開各自的時序成為第1寄生電容（C5）之放電結束的時序。第2控制部（5），控制第2半導體切換元件（Q6），以使第2半導體切換元件（Q6）之轉為導通及轉為斷開各自的時序成為第2寄生電容（C6）之放電結束的時序。
依第1態樣之電力轉換系統（10），則可更確實地施行軟性切換。
第2態樣之電力轉換系統（10）為，於第1態樣中，第2期間（T2）較第1期間（T1）更短。
依第2態樣之電力轉換系統（10），則可將第2期間（T2）中之第1半導體切換元件（Q5）及第2半導體切換元件（Q6）各自的導通損耗更為減小。
第3態樣之電力轉換系統（10）為，於第1或第2態樣中，更具備主動箝位電路（7）。主動箝位電路（7），與一次繞組（N1）並聯連接。主動箝位電路（7），包含箝位用電容器（C7）及第3半導體切換元件（Q7）。箝位用電容器（C7），與一次繞組（N1）的第1端相連接。第3半導體切換元件（Q7），連接在箝位用電容器（C7）與一次繞組（N1）的第2端之間。控制裝置（3），控制第3半導體切換元件（Q7），以使第3半導體切換元件（Q7）之導通/斷開與第2半導體切換元件（Q6）之導通/斷開同步。
第3態樣之電力轉換系統（10），可抑制在第1半導體切換元件（Q5）轉為斷開時變壓器（Tr1）之漏洩電感的儲存能量往第1半導體切換元件（Q5）之第1寄生電容（C5）轉流的情形。藉此，第3態樣之電力轉換系統（10），可抑制在第1半導體切換元件（Q5）轉為斷開時對第1半導體切換元件（Q5）施加的突波電壓。
第4態樣之電力轉換系統（10）為，於第1～第3態樣之任一態樣中，更具備整流電路（2）。整流電路（2），連接在返馳式電力轉換器（1）的一對輸入端間。整流電路（2），將輸入交流電壓（V ac）整流，往返馳式電力轉換器（1）輸出。整流電路（2），具備橋接之4個半導體開關（Q1、Q2、Q3、Q4）。控制裝置（3），控制4個半導體開關（Q1、Q2、Q3、Q4）。
第5態樣之電力轉換系統（10）為，於第1～第3態樣之任一態樣中，更具備整流電路（2）。整流電路（2），連接在返馳式電力轉換器（1）的一對輸入端間。整流電路（2），將輸入交流電壓（V ac）整流，往返馳式電力轉換器（1）輸出。控制裝置（3），控制第1半導體切換元件（Q5）及第2半導體切換元件（Q6），以具有功率因數改善功能。
第5態樣之電力轉換系統（10），可改善功率因數。
1:返馳式電力轉換器 10:電力轉換系統 2:整流電路 3:控制裝置 35:第1OR電路 36:第2OR電路 4:第1控制部 41:輸出電壓控制部 411:減算部 412:PI(Proportional Integral,比例積分)控制部 42:峰值控制部 421:第1比較器 422:第1上升檢測電路 423:第1RS正反器電路 43:下限值控制部 431:第2比較器 432:第2上升檢測電路 433:第2RS正反器電路 44:NOR電路 49:指令值產生部 5:第2控制部 51:乘算器 52:除算器 53:加算器 54:第3比較器 55:第4比較器 56:AND電路 57:NOT電路 58:脈衝賦能電路 7:主動箝位電路 C1:輸入電容器 C2:輸出電容器 C5:第1寄生電容 C6:第2寄生電容 C7:箝位用電容器 C OSS:輸出電容 D1~D4:二極體 D5:第1二極體 D6:第2二極體 D7:第3二極體 D on_S5:佔空比 I bot:下限值 i Lm:激磁電流 i p:第1電流 i ref ＊,i ref ＊＊:峰值電流指令值 i s:第2電流 N1:一次繞組 N2:二次繞組 Q:輸出端子 Q1~Q4:半導體開關 Q5:第1半導體切換元件 Q6:第2半導體切換元件 Q7:第3半導體切換元件 R:重設端子 R5:第1電流檢測用電阻 R6:第2電流檢測用電阻 S:設定端子 S1~S4:控制訊號 S5:第1控制訊號 S6:第2控制訊號 S7:第3控制訊號 S5 _DCM,S5 _TCM:第1控制訊號(第1脈衝訊號) S6 _DCM,S6 _TCM:第2控制訊號(第2脈衝訊號) T1:第1期間 T2:第2期間 Td:無效時間期間 Tr1:變壓器 T SW,T SW_DCM,T SW_TCM:周期 T zero:輸出訊號 V ac:輸入交流電壓 V in:輸入電壓 V dc:輸出電壓 V dc ＊:輸出電壓指令值 V5:兩端電壓 V6:兩端電壓
圖1係實施形態1之電力轉換系統的電路圖。 圖2係用於說明同上之電力轉換系統的動作之時序圖。 圖3A～3F係同上之電力轉換系統的動作說明圖。 圖4係同上之電力轉換系統的電流檢測部之說明圖。 圖5係實施形態1的變形例1之電力轉換系統的控制裝置之電路圖。 圖6係用於說明實施形態1的變形例2之電力轉換系統的動作之時序圖。 圖7係用於說明比較例之電力轉換系統的動作之時序圖。 圖8係實施形態2之電力轉換系統的電路圖。 圖9係實施形態3之電力轉換系統的電路圖。 圖10係同上之電力轉換系統的控制裝置之電路圖。 圖11係實施形態4之電力轉換系統的電路圖。
1:返馳式電力轉換器
10:電力轉換系統
3:控制裝置
4:第1控制部
5:第2控制部
C1:輸入電容器
C2:輸出電容器
C5:第1寄生電容
C6:第2寄生電容
D5:第1二極體
D6:第2二極體
iLm:激磁電流
ip:第1電流
is:第2電流
N1:一次繞組
N2:二次繞組
Q5:第1半導體切換元件
Q6:第2半導體切換元件
S5:第1控制訊號
S6:第2控制訊號
Tr1:變壓器
Vin:輸入電壓
Vdc:輸出電壓

Claims (7)

  1. 一種電力轉換系統，包含返馳式電力轉換器及控制裝置； 該返馳式電力轉換器，具備：包含一次繞組及二次繞組的變壓器、與該一次繞組串聯連接的第1半導體切換元件、與該二次繞組串聯連接的同步整流用之第2半導體切換元件、及連接在該二次繞組與該第2半導體切換元件的串聯電路之兩端間的輸出電容器； 該控制裝置，依據該返馳式電力轉換器的輸入電壓、該返馳式電力轉換器的輸出電壓、於該第1半導體切換元件流通的第1電流、及於該第2半導體切換元件流通的第2電流，交互地施行第1期間中之該第1半導體切換元件與該第2半導體切換元件的控制、及第2期間中之該第1半導體切換元件與該第2半導體切換元件的控制； 該控制裝置，具備： 第1控制部，產生該第1期間中之分別送往該第1半導體切換元件與該第2半導體切換元件的第1控制訊號與第2控制訊號；以及 第2控制部，產生該第2期間中之分別送往該第1半導體切換元件與該第2半導體切換元件的第1控制訊號與第2控制訊號； 該第1控制部，具有： 控制該返馳式電力轉換器的該輸出電壓之第1功能、 控制該變壓器之激磁電流的峰值之第2功能、及 控制該激磁電流的下限值之第3功能； 該控制裝置，於該第1期間中使該激磁電流開始往負方向流動，在該第1半導體切換元件之兩端間的第1寄生電容、及該第2半導體切換元件之兩端間的第2寄生電容各自之放電結束後將該第2半導體切換元件轉為斷開，藉以轉變為該第2期間中之該第1半導體切換元件與該第2半導體切換元件的控制； 該第2控制部， 控制該第1半導體切換元件，以使該第1半導體切換元件之轉為導通及轉為斷開各自的時序成為該第1寄生電容之放電結束的時序； 控制該第2半導體切換元件，以使該第2半導體切換元件之轉為導通及轉為斷開各自的時序成為該第2寄生電容之放電結束的時序。
  2. 如請求項1之電力轉換系統，其中， 該第2期間較該第1期間更短。
  3. 如請求項1或2之電力轉換系統，其中， 更包含與該一次繞組並聯連接之主動箝位電路； 該主動箝位電路，具備： 箝位用電容器，與該一次繞組的第1端相連接；以及 第3半導體切換元件，連接在該箝位用電容器與該一次繞組的第2端之間； 該控制裝置，控制該第3半導體切換元件，以使該第3半導體切換元件之導通/斷開與該第2半導體切換元件之導通/斷開同步。
  4. 如請求項1或2之電力轉換系統，其中， 更包含整流電路，其連接在該返馳式電力轉換器的一對輸入端間，將輸入交流電壓整流，往該返馳式電力轉換器輸出； 該整流電路，具備橋接之4個半導體開關； 該控制裝置，控制該4個半導體開關。
  5. 如請求項1或2之電力轉換系統，其中， 更包含整流電路，其連接在該返馳式電力轉換器的一對輸入端間，將輸入交流電壓整流，往該返馳式電力轉換器輸出； 該控制裝置，控制該第1半導體切換元件及該第2半導體切換元件，以具有功率因數改善功能。
  6. 如請求項3之電力轉換系統，其中， 更包含整流電路，其連接在該返馳式電力轉換器的一對輸入端間，將輸入交流電壓整流，往該返馳式電力轉換器輸出； 該整流電路，具備橋接之4個半導體開關； 該控制裝置，控制該4個半導體開關。
  7. 如請求項3之電力轉換系統，其中， 更包含整流電路，其連接在該返馳式電力轉換器的一對輸入端間，將輸入交流電壓整流，往該返馳式電力轉換器輸出； 該控制裝置，控制該第1半導體切換元件及該第2半導體切換元件，以具有功率因數改善功能。
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