功率转换设备制造技术

提供了一功率转换设备，当存在问题时，使用该设备，通过防止累积在电抗器中的电感能量由机械开关吸收，从而可能延长机械开关的寿命。当存在问题时机械开关SW被关闭时，通过将累积在电抗器L中的能量经由二极管DPA或DNA释放至电容器C而防止累积在电抗器L中的电感能量由机械开关SW吸收，因此能延长机械开关SW的寿命。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及功率转换设备，诸如DC-DC转换器，使用该功率转换设备可能延长机械开关的寿命并当存在轻负载时减少电抗器中发生的损失。
技术介绍
图7是目前已知的升压DC-DC转换器的主要部分的配置图。这在，例如，非专利文献I中示出。图7是提供功率给负载DC-DC转换器，其通过以合适的时间比交替地导通和截止作为开关元件(在图中，是绝缘栅双极晶体管=IGBTM^ TP和TN来将直流电源Vs的电压(=输入电压Vin)转换为高于Vs的电压的电压(=输出电压Vout)。 还有，在图7中，负载是假设是汽车马达等的电流源Load，不过即使当电流源Load的电流ILoad的方向与图中所示的方向相反时，TP和TN仍以合适的时间比导通和截止，从而施加给负载(=该电流源Load)的电压(=输出电压Vout)是所需的电压。在这种情况下，电抗器L的电流IL在与图中所示方向相反的方向上流动，且从该负载(=电流源马达等)再生功率给直流电源Vs。以此方式，在图7的电路设置的情况下，从直流电源Vs到电流源或从电流源到直流电源Vs的双向功率流(双向流)是可能的。当DC-DC转换器存在问题时，作为机械开关的在图中的SW断开(关掉)电路。由于该机械开关能耐噪声且低成本，因此该机械开关被广泛地使用。还有，作为接触开关的机械开关，它可以是闸刀开关、断路器、具有触点的继电器开关等，也包括插头插入插槽和从插槽移除。尽管在非专利文献I中没有直接示出机械开关，但是它对于实际设备而言是必要的。图8是目前已知的另一种升压DC-DC转换器的配置图。尽管在图7中双向功率流是可能的，但是存在这样的情况，其中取决于负载，一个方向的功率流是足够的，即足以向负载提供功率(单向流)。在这种情况下，可能省略图7的TP。还有，在流过电抗器L的电流IL沿着图5中箭头方向流动的情况下，功率流和电流方向是单向的。图9是目前已知的降压DC-DC转换器的配置图。图8是通过升高直流电源Vs的电压而将功率提供给负载的升压DC-DC转换器，而图9的电路设置是通过降低直流电源Vs的电压而将功率提供给负载的降压DC-DC转换器。在这种情况下，可能省略图7的TN。还有，在流过电抗器L的电流IL沿着图中箭头方向流动的情况下，功率流和电流方向是单向的(单向流)。还有，在专利文献I中，描述了如何通过提供与机械开关串联的电子开关、并通过首先关闭电子开关、然后关闭机械开关设置没有高电压施加至该机械开关来防止电弧(arc)ο还有，在专利文献2中，描述了如何将谐振电路与机械开关并联连接，使直流电源系统的正常电流和谐振电流之和流过机械开关，且当该和为零时关闭该机械开关。相关技术文献专利文献专利文献I JP-A-2007-213842专利文献2 JP-A-2007-252164非专利文献非专利文献I :Ε· K. Sato 等人的“Double DC-DC Converter for UninterruptiblePower Supply Applications (用于不间断电源应用的双DC-DC转换器)”。2010国际电力电子会议(2010International Power Electronics Conference), 635-642 页，2010。本专利技术的概要 本专利技术要解决的问题在图7、图8和图9所示的电路中，机械开关SW是用于断开直流电源Vs或负载(电流源Load)与功率转换设备之间的电连接，且当功率转换设备出现问题时、或者当负载出现问题时，该机械开关SW动作(断开)。此处，由于机械开关SW必然消耗累积在电抗器L中的电感能量，因此一般指定连接至机械开关SW的电感的允许值。然而，通常，即使当连接了具有所指定的电感的电抗器L时，当机械开关SW被切断(打开)时仍产生电弧，从而磨损了机械开关SW且缩短了机械开关SW的寿命。还有，当闻于所指定的电感的电感被连接时，问题在于机械开关SW的寿命变得明显更短等。特定地，在图7和图8中，累积在电抗器L中的所有能量由在机械开关被切断时所产生的电弧所消耗。当以此方式在机械开关SW断开时产生电弧时，机械开关的接触被损坏，且其寿命被缩短。还有，在图9中，由于当机械开关SW被切断时累积在电抗器L中的能量由电容器C所吸收，因此可能抑制机械开关SW的寿命的缩短。然而，当电容器C的电容较小时，由于吸收了累积在电抗器L中的能量，电容器C的电压明显上升，这意味着有必要通过使用具有较大耐受电压的电容器、或者使用具有较大电容的电容器来将电容器的电压设置为等于或低于电容器的耐受电压，这意味着电容器引起设备尺寸的增加。还有，尽管假设各种负载被连接作为功率转换设备的负载，但是一般来说，输出电压Vout越高，功率转换设备的输出功率越高，且反之，输出电压Vout越低，功率转换设备的输出功率越低。此处，使用升压DC-DC转换器，假设将在其中当负载较轻(当设备输出功率较低)时，输出电压Vout等于输入电压Vin的条件下执行驱动。然而，严格地说，由于半导体元件(例如，二极管DP)电压降的效果等，输出电压Vout不一定等于输入电压Vin。在这种情况下，原则上，电抗器L不是必须的。然而，存在的问题在于，电抗器L安装在电路中，由于流过电抗器L的电流引起损失发生。还有，在专利文献I和2中，添加至机械开关SW的电路以及控制该电路的电路是大规模的，从而导致成本的上升。还有，当存在轻负载时输出电压和输入电压相同，不可能解决流过电抗器L的电流IL的损失的问题。本专利技术的目的在于提供功率转换设备，使用该功率转换设备，可能通过消除当存在问题时机械开关对累积在电抗器中的电感能量的吸收而解决上述问题，且不会引起设备尺寸的增加，因此延长了机械开关的寿命。还有，本专利技术的目的在于提供功率转换设备，使用该功率转换设备，可能当存在轻负载时减少电抗器中的损失。解决问题的手段为了实现上述目的，根据权利要求I所述的本专利技术，功率转换设备(例如，图I的升压DC-DC转换器100)，包括通过串联连接(例如，通过连接图I的TP的发射极和TN的集电极)第一功率半导体开关(例如，图I的TP和DP)和第二功率半导体开关(例如，图I的TN和DN)构成的功率半导体串联电路、与该功率半导体串联电路并联连接的电容器(例如，图I的C)，以及电抗器(例如，图I的L)，该电抗器的一端连接至该第一功率半导体开关和该第二功率半导体开关的串联连接点(例如，图I的TP的发射极和TN的集电极的连接点)，该功率转换设备被设置为包括第一功率二极管(例如，图I的DPA)，其阳极连接至电抗器的另一端且其阴极连接至该功率半导体串联电路的高电位侧端(例如，图I的TP的集电极侧端)，以及第二功率二极管(例如，图I的DNA)，其阴极连接至电抗器的另一端，且其阳极连接至功率半导体串联电路的低电位侧端(例如，图I的TN的发射极侧端)。例如，图I中电、抗器的另一端经由机械开关SW连接至直流电源Vs的正电极，且电容器连接至图I的负载Load0还有，根据权利要求2所述的本专利技术，功率转换设备，包括通过串联连接(例如，通过连接图2的DP的阳极和TN的集电极)第一功率二极管(例如，图2的DP)和功率半导体开关(例如，图2的TN和DN)构成的功率半导体串联电路，与该功率半导体串联电路并联连接的电容器(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.07 JP 2010-2272321.一种功率转换设备，包括 通过将第一功率半导体开关和第二功率半导体开关串联连接而构成的功率半导体串联电路； 并联连接到所述功率半导体串联电路的电容器；以及 电抗器，其一端连接至所述第一功率半导体开关和所述第二功率半导体开关的串联连接点， 所述功率转换设备的特征在于包括 第一功率二极管，其阳极连接至所述电抗器的另一端且其阴极连接至所述功率半导体串联电路的闻电位侧端；且 第二功率二极管，其阴极连接至所述电抗器的另一端且其阳极连接至所述功率半导体串联电路的低电位侧端。2.—种功率转换设备，包括 通过将第一功率二极管和功率半导体开关串联连接而构成的功率半导体串联电路； 并联连接到所述功率半导体串联电路的电容器；以及 电抗器，其一端连接至所述第一功率二极管和所述功率半导体开关的串联连接点， 所述功率转换...

【专利技术属性】
技术研发人员：小高章弘，鸟羽章夫，鹢头政和，藤田光悦，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：