具有过冲保护的双向无负载控制制造技术

本发明专利技术涉及具有过冲保护的双向无负载控制。一种操作隔离的双向ｄｃ／ｄｃ转换器以在无负载条件下在宽电压范围上提供电压调节并且对于升压模式主开关晶体管提供过冲保护的方法使用新的升压模式驱动波形。该新波形在升压模式期间驱动开关Ｓ２和Ｓ４关断，并且只有Ｓ１和Ｓ３被开关以提供无负载条件下的反向能量流。在升压模式，Ｃ１和Ｃ２当升压模式驱动晶体管在前向能量流期间关断时，提供隔离变压器的漏电感导致的过冲保护，并且在用于升压模式下的电压调节的反向能量流期间为反向能量流提供存储的能量。在降压模式，Ｃ１和Ｃ２为降压模式主开关晶体管Ｓ２和Ｓ４提供软开关。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及切换功率转换电路，包括但不限于双向功率转换电路.
技术介绍
双向、隔离的DC-DC逆变器(inverter)在广泛的应用范围中都是有用的.这些应用的例子包括但不限于用于混合式电动车辆以及纯电 动车辆的不间断电源、电池充电系统、辅助电源.图1示出了基本的双电感器双向DC-DC转换器(converter).在 升压模式下，开关Ql和Q2用作主开关器件，以将功率从Vlo传输到 Vhi。在降压(buck)模式下，开关S1-S4用作主开关器件以将功率从 Vhi传输到Vlo。已经认识到当在低工作循环(duty cycle)运行时，双电感器升 压转换器遭受有限的输出电压调节范围.更特别地，当负栽低于这种 类型的转换器电路的最小输入功率，由于电感器中过量的能量存储， 负栽的进一步减小导致输出电压的异常增加.Yan等已经提出一种避免 输出电压中的这些增加的解决方案.("IsolatedTwo-inductor Boost Converter with One Magnetic Core," Eighteenth Annual Applied Power Electronics Conference and Exposition, Feb.9-13，2003， Miami Beach, Fla. ， pp. 879-885.)使用与双电感器串联的辅助变压器， 以将两个输入电流路径进行磁耦合，确保这两个电感器中的电流是相 同的。因此，当负栽不提取电流时，消除了电感器电流。Yan等公开的 磁部件提供了一种具有一个变压器的隔离的双电感器升压转换器，该 部件具有内在耦合的两个电感器绕组，并且实施为在三腿磁芯中具有 一个间隙。然而，使用辅助变压器的电路和使用Yan等的磁部件的那 些电路可能要求这些绕组或部件能够承栽高电流.DC-DC转换器的另一个示例被Li等公开。("A Natural ZVS High-power Bi-direction dc-to-dc Converter with Minimum number of Devices",在IEEE Industry Applications Society Annual Meeting 提供，Sept. 30-Oct. 4， 2001， Chicago, III. ， pp. 1874-1881.)该转换器 用放置在隔离变压器的每側上的双半桥来操作.当功率从低压側流到高压側时，该电路运行在升压模式.相反地，当功率以相反方向流动， 该电路工作在降压模式以对用于提供功率给低压部分的电池进行再充电.为了支持双向性，使用复杂的十三步换向程序(thirteen-step commutation procedure)，其依赖于指定时刻的各个电流的幅度.图2示出了在转让给与本专利技术申请相同的受让人的美国序列号US No. 10/881213，标题为 "DC Converter Circuit with Overshoot Protection"中描述了一种转换器.当Sl-S4用作降压模式的主开关 器件时，附加电容器CI和C2提供S2和S4的软开关，并在Ql和Q2 用作升压模式的主开关器件时提供Ql和Q2的过冲保护.图3示出了在Kajouke等的美国专利公开号2005/0024904Al、美 国序列号10/630496中所描述的门驱动控制波形，上述专利被转让给 与本申请相同的受让人.这个公开描述了一种控制方法，该方法通常 可以应用于包括如图1和图2所示的转换器的任何双向转换器以实现 任意方向上的无负栽运行.当该方法被应用到图2中示出的电路时， 其提供了降压模式(功率从Vhi流向Vlo)下的无负栽运行.然而，当 该方法被应用于升压模式(功率从Vlo流向Vhi )时，由CI和C2提供 的用于Ql和Q2的过冲保护被S2和S4的开关动作毁坏，其中仅为了 无负栽运行才需要S2和S4.在图2示出的运行在升压模式下的电路的正常运行中，开关Ql和 Q2用作主开关器件，并且开关Sl-S4用作具有内部反平行的二极管的 整流器.然而，当运行在无负栽条件时，最小量能量将必须从电源Vlo 流向Vhi，因为Ql和Q2不能同时被切断.需要这个条件以避免可以导 致开关之间的毁坏性电压尖脉冲的流过电感器的电流的突然改变.如 果即使最小量能量从电源Vlo流向Vhi并且没有从Vhi返回Vlo的反 向能量，则电容器CO上的输出电压将继续增长，因此从而不能被调节. Kajouke等提出的方法(美国序列号10/630496 )使用开关Sl-S4提供 反向能量流以平衡掉从电源Vlo正向流向Vhi的最小量能量，然而， 开关S2和S4的开关动作将毁坏用于开关Ql和Q2的过冲保护条件，需要的是一种电路和操作该电路的方法，该电路将在无负栽条件 下在宽电压范闺上提供电压调节，并且还将提供用于Ql和Q2的过冲 保护
技术实现思路
本专利技术的电路实施例包括控制电路和转换器.该转换器是隔离的 双向dc/dc转换器，其包括具有初级线围和次级线围的变压器、辆合到变压器的初级线團的升压模式主开关电路、耦合到变压器的次级线 團的降压模式主开关电路以及升压模式过冲保护电路.降压模式主开关电路包括耦合在次级线围的笫一引线和负栽的第一端子之间的笫一 开关、耦合在次级线围的笫二引线和负栽的笫一端子之间的第二开关、 耦合在次级线闺的第一引线和负栽的第二端子之间的笫三开关以及耦 合在次级线團的第二引线和负栽的第二端子之间的笫四开关.控制电 路耦合到笫一、笫二、笫三和笫四开关并且可搮作以控制降压模式主 开关电路在第一半循环期间从基态改变到第一半循环状态.基态是第 一、第二、笫三和第四开关都关断的状态.笫一半循环状态是第一开 关接通并且第二、第三和第四开关都关断的状态.控制电路还可操作 以控制降压模式主开关电路在第一半循环的结束从第一半循环状态改 变到基态.控制电路还可操作以控制降压模式主开关电路在笫二半循 环期间从基态改变到第二半循环状态.第二半循环状态是笫三开关接 通并且第一、第二和第四开关都关断的状态.本专利技术的方法实施例操作隔离的双向dc/dc转换器以在无负栽条件下在宽的电压范围上提供电压调节并且还使用新的升压模式驱动波 形给升压模式主开关晶体管提供过冲保护，该新波形在升压模式期间驱动开关S2和S4关断，并且只开关Sl和S3被切换以在无负栽时提供反向能量流。在升压模式下，C1和C2当升压模式驱动晶体管在前向能量流期间关断时提供由隔离变压器的漏电感造成的过冲保护，并且用于反向能量i.在降压模式下，C;和C2 ^降压模式主开关晶体管 S2和S4提供软开关.与包括降压模式主开关电路的隔离的双向dc/dc转换器相关联， 其中该降压模式主开关电路又包括第一、第二、第三和第四开关，本专利技术的一种处理器可读介质实施例包括可用处理器操作的多个指令 组，其用于控制降压模式主开关电路在第一半循环期间从基态改变到 第一半循环状态。基态是笫一、笫二、笫三和第四开关在关断状态的 状态。第一半循环状态是第一开关在导通状态并且第二、第三和第四 开关都在关断状态的状态.该实施例还包括可用处理器操作的多个指令组，用于控制降压模式主开关电路在第一半循环的结束从第一半循 环状态改变到基态，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括控制电路和转换器的电路，其中：该转换器是隔离的双向ｄｃ／ｄｃ转换器，其包括具有初级线圈和次级线圈的变压器、耦合到变压器的初级线圈的升压模式主开关电路、耦合到变压器的次级线圈的降压模式主开关电路、以及升压模式过冲保护电路；降压模式主开关电路包括耦合在次级线圈的第一引线和负载的第一端子之间的第一开关、耦合在次级线圈的第二引线和负载的第一端子之间的第二开关、耦合在次级线圈的第一引线和负载的第二端子之间的第三开关以及耦合在次级线圈的第二引线和负载的第二端子之间的第四开关；控制电路耦合到第一、第二、第三和第四开关并且可操作以控制降压模式主开关电路在第一半循环期间从基态改变到第一半循环状态，基态是第一、第二、第三和第四开关都关断的状态，第一半循环状态是第一开关接通并且第二、第三和第四开关都关断的状态；控制电路还可操作以控制降压模式主开关电路在第一半循环的结束从第一半循环状态改变到基态；控制电路还可操作以控制降压模式主开关电路在第二半循环期间从基态改变到第二半循环状态，第二半循环状态是第三开关接通并且第一、第二和第四开关都关断的状态。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：K陈，SE舒尔茨，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US[]