双向DC/DC转换器制造技术

本发明专利技术提供一种双向DC/DC转换器。双向DC/DC转换器具有：第1桥接电路(1)，其具有开关(Q1、Q2、Q3、Q4)；第2桥接电路(2)，其具有开关(Q5、Q6、Q7、Q8)；变压器(T1)，其连接于第1和第2桥接电路；以及控制电路(10)，其使第1桥接电路的各开关和第2桥接电路的各开关接通关闭以将第1直流电压变换为第2直流电压，控制电路(10)在使开关(Q1、Q4)接通后关闭开关(Q4)后，使开关(Q3)接通，利用第2直流电压励磁的第1期间内流过电抗器的电流的朝向反转时，根据第2直流电压引起的电流或第2直流电压对电抗器进行励磁的励磁电流，对第2桥接电路的连接于接通关闭反转的各开关的电容元件进行充放电。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通过进行零电压和零电流开关来降低开关损失的双向DC/DC转换器。
技术介绍
以往，作为绝缘型双向DC/DC转换器的方式之一而广泛使用DAB(DualActiveBridge：双有源桥)方式。然而，DAB方式所代表的使用电抗器的电流以使并联插入开关的谐振电容器充放电的方式中，如果在轻负载时电抗器电流变少，则无法获得充分的谐振，存在无法进行ZVS(ZeroVoltSwitching：零电压开关)、ZCS(ZeroCurrentSwitching：零电流开关)的问题。为了解决这种问题，专利文献1、专利文献2通过延长开关的死区时间以实现ZVS。此外，专利文献3、专利文献4根据负载电流使并联连接于开关且参与谐振的电容器的电容发生变化。由于根据输出电路的负载的大小，将谐振电路的特性设定为适当的特性，因此能够在负载变动较大的范围内实现ZVS。在专利文献5中，在变压器的励磁电流流过1次侧的循环路径的期间内，使并联连接有电容器的2次侧的开关在顺方向上导通后关闭，利用通过电容器和电抗器的谐振作用而流过的电流，使得流过电抗器的电流大于励磁电流，从而实现1次侧的开关的ZVS。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2001-346380号公报专利文献2：日本特开2002-238257号公报专利文献3：日本特开2006-158137号公报专利文献4：日本特开2014-103708号公报专利文献5：日本特开2014-124050号公报然而，在专利文献1～4中，在轻负载时流过电抗器的电流较少，因此仅凭死区时间的调整、谐振电容器的电容变化有时无法实现ZVS。此外，在专利文献5中，增大并联连接于2次侧的整流用开关的电容器的电容，因此难以进行谐振条件的设定。进而，专利文献1～4未曾考虑到整流侧的开关的ZVS。
技术实现思路
本专利技术的课题在于，提供一种在包含轻负载时的大范围输入输出条件下进行谐振动作，能够可靠地实现开关的ZVS的双向DC/DC转换器。为了解决上述课题，本专利技术的双向DC/DC转换器的特征在于，具有：第1桥接电路，其由第1桥臂和第2桥臂构成，该第1桥臂将并联连接有回流元件和电容元件的第1开关和第2开关串联连接，该第2桥臂将并联连接有回流元件和电容元件的第3开关和第4开关串联连接；第2桥接电路，其由第3桥臂和第4桥臂构成，该第3桥臂将并联连接有回流元件和电容元件的第5开关和第6开关串联连接，该第4桥臂将并联连接有回流元件和电容元件的第7开关和第8开关串联连接；变压器，其一次绕组经由电抗器连接于所述第1桥接电路，二次绕组连接于所述第2桥接电路；以及控制电路，其对于所述第1桥接电路和所述第2桥接电路，分别使配置于各桥接电路的4个开关接通关闭，进行第1直流电压与第2直流电压之间的双向电压变换，所述控制电路在从使所述第1开关和所述第4开关接通的第1模式转移至使所述第4开关关闭的第2模式后，使所述第3开关接通，在利用所述第2直流电压励磁的第1期间内流过所述电抗器的电流的朝向反转时，根据由所述第2直流电压引起的电流或所述第2直流电压对所述电抗器进行励磁的励磁电流，对所述第2桥接电路的与接通关闭反转的各开关连接的所述电容元件进行充放电。专利技术的效果根据本专利技术，控制电路在从使第1开关和第4开关接通的第1模式转移至使第4开关关闭的第2模式后，使第3开关接通，在利用第2直流电压励磁的第1期间内流过电抗器的电流的朝向反转时，根据第2直流电压引起的电流或第2直流电压对电抗器进行励磁的励磁电流，对第2桥接电路的连接于接通关闭反转的各开关的电容元件进行充放电。进而，使再次流过电抗器的电流反转，根据第2直流电压引起的电流或第2直流电压对电抗器进行励磁的励磁电流对连接于第2开关的电容元件进行放电。因此，在包括轻负载时的大范围的输入输出条件下进行谐振动作，能够可靠地实现开关的ZVS。附图说明图1是表示本专利技术实施例1的双向DC/DC转换器的结构的图。图2是本专利技术实施例1的双向DC/DC转换器的降压变换时的动作转移图。图3是本专利技术实施例1的双向DC/DC转换器的降压变换时的动作转移图。图4是本专利技术实施例1的双向DC/DC转换器的降压变换时的各部的动作波形图。图5是本专利技术实施例1的双向DC/DC转换器的升压变换时的动作转移图。图6是本专利技术实施例1的双向DC/DC转换器的升压变换时的动作转移图。图7是本专利技术实施例1的双向DC/DC转换器的升压变换时的动作转移图。图8是本专利技术实施例1的双向DC/DC转换器的升压变换时的各部的动作波形图。图9是本专利技术实施例1的变形例的双向DC/DC转换器的升压变换时的动作转移图。图10是本专利技术实施例1的变形例的双向DC/DC转换器的升压变换时的动作转移图。图11是本专利技术实施例1的变形例的双向DC/DC转换器的升压变换时的各部的动作波形图。标号说明1：第1桥接电路，2：第2桥接电路，10：控制电路，V1、V2：直流电源，L1：平滑电抗器，Q1～Q8：开关，T1：绝缘变压器，P：一次绕组，S：二次绕组，D1～D8：二极管，C1～C8：电容器。具体实施方式以下，根据附图对本专利技术实施实施方式的双向DC/DC转换器具体进行说明。实施例1图1是表示本专利技术实施例1的双向DC/DC转换器的结构的图。该双向DC/DC转换器通过一次二次的开关使得电抗器L1的施加电压可变，进行降压变换和升压变换的双向的电压变换，在开关的导通接通时实现零电压开关(ZVS)。现有的双向DC-DC转换器在第1桥接电路使电流回流到包括开关和一次绕组的闭环而不传递电力的第1期间内，与接通关闭的开关并联连接的电容器通过电抗器的电流而被充放电，对开关进行ZVS。在第1期间内，电抗器经由变压器而被施加二次侧的直流电压，电流减少。尤其，在轻负载时，电抗器电流较小，因此如果使开关接通关闭，则无法对电容器充分进行充放电，因此无法进行开关的ZVS。在第2桥接电路使电流回流到包括开关和变压器的二次绕组的闭环而不传递电力的第2期间内，也同样。与此相对，实施例1的双向DC-DC转换器使开关Q3或开关Q1接通，从而使电抗器L1的电流在相反方向上流动而使电流反转。在通过反转的电流而能够进行连接于开关的电容器的充放电时，开关第2桥接电路2的开关。此时，反转的电流的大小能够根据开关Q5和开关Q8或开关Q6和开关Q7的接通时间进行调整，因此能够实现电容器的充放电，能够可靠地进行开关的ZVS。另外，并联连接于开关Q5和开关Q8或开关Q6和开关Q7的二极管的逆恢复时间足够长，在能够进行并联连接于开关的电容器的充放电的电流流过电抗器L1时，可以不对开关Q5和开关Q8或开关Q6和开关Q7赋予接通信号。以下，对实施例1的双向DC/DC转换器的详细情况进行说明。双向DC/DC转换器具有直流电源V1、直流电源V2、第1桥接电路1、第2桥接电路2、电抗器L1和绝缘变压器T1。绝缘变压器T1具有一次绕组P、以及电磁耦合于一次绕组P的二次绕组S。第1桥接电路1是由第1桥臂和第2桥臂桥接构成的，该第1桥臂将并联连接有二极管(回流元件)D1和电容器(电容元件)C1的开关Q1与并联连接有二极管D2和电容器C2的开关Q2串联连接，该第2桥臂将并联连接有二极管D3和电容器C3的开关Q3与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双向DC/DC转换器，其特征在于，具有：第1桥接电路，其由第1桥臂和第2桥臂构成，该第1桥臂将第1开关和第2开关串联连接而成，该第1开关和第2开关分别并联连接有回流元件和电容元件，该第2桥臂将第3开关和第4开关串联连接而成，该第3开关和第4开关分别并联连接有回流元件和电容元件；第2桥接电路，其由第3桥臂和第4桥臂构成，该第3桥臂将第5开关和第6开关串联连接而成，该第5开关和第6开关分别并联连接有回流元件和电容元件，该第4桥臂将第7开关和第8开关串联连接而成，该第7开关和第8开关分别并联连接有回流元件和电容元件；变压器，其一次绕组经由电抗器连接于所述第1桥接电路，二次绕组连接于所述第2桥接电路；以及控制电路，其对于所述第1桥接电路和所述第2桥接电路，分别使配置于各桥接电路的4个开关接通关闭，进行第1直流电压与第2直流电压之间的双向电压变换，在从使所述第1开关和所述第4开关接通的第1模式转移至使所述第4开关关闭的第2模式后，使所述第3开关接通，利用所述第2直流电压励磁的第1期间内流过所述电抗器的电流的朝向反转时，所述控制电路根据由所述第2直流电压引起的电流或所述第2直流电压对所述电抗器进行励磁的励磁电流，对所述第2桥接电路的与接通关闭反转的各开关连接的所述电容元件进行充放电。...

【技术特征摘要】
2015.08.31 JP 2015-1702151.一种双向DC/DC转换器，其特征在于，具有：第1桥接电路，其由第1桥臂和第2桥臂构成，该第1桥臂将第1开关和第2开关串联连接而成，该第1开关和第2开关分别并联连接有回流元件和电容元件，该第2桥臂将第3开关和第4开关串联连接而成，该第3开关和第4开关分别并联连接有回流元件和电容元件；第2桥接电路，其由第3桥臂和第4桥臂构成，该第3桥臂将第5开关和第6开关串联连接而成，该第5开关和第6开关分别并联连接有回流元件和电容元件，该第4桥臂将第7开关和第8开关串联连接而成，该第7开关和第8开关分别并联连接有回流元件和电容元件；变压器，其一次绕组经由电抗器连接于所述第1桥接电路，二次绕组连接于所述第2桥接电路；以及控制电路，其对于所述第1桥接电路和所述第2桥接电路，分别使配置于各桥接电路的4个开关接通关闭，进行第1直流电压与第2直流电压之间的双向电压变换，在从使所述第1开关和所述第4开关接通的第1模式转移至使所述第4开关关闭的第2模式后，使所述第3开关接通，利用所述第2直流电压励磁的第1期间内流过所述电抗器的电流的朝向反转时，所述控制电路根据由所述第2直流电压引起的电流或所述第2直流电压对所述电抗器进行励磁的励磁电流，对所述第2桥接电路的与接通关闭反转的各开关连接的所述电容元件进行充放电。2.根据权利要求1所述的双向DC/DC转换器，其特征在于，在从使所述第2开关和所述第3开关接通的第1模式转移至使所述第2开关关闭的第2模式后，使所述第1开关接通，利用所述第2直流电压励磁的第1期间内流过所述电抗器的电流的朝向反转时，所述控制电路根据由所述第2直流电压引起的电流或所述第2直流电压对所述电抗器进行励磁的励磁电流，对所述第2桥接电路的与接通关闭反转的各开关连接的所述电容元件进行充放电。3.根据权利要求1或2所述的双向DC/DC转换器，其特征在于，在使所述第2桥接电路的各开关的接通关闭反转，所述电抗器因所述第2直流电压向反方向励磁的第2期间内流过所述电抗器的电流再次反转时，所述控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：末广丰，
申请(专利权)人：三垦电气株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP