[发明专利]功率转换装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于DC电源的功率转换装置，该功率转换装置使用诸如功率MOSFET的开关元件。

背景技术

逆变器、DC-DC转换器等用作用于DC电源的功率转换装置，该功率转换装置使用诸如功率MOSFET的开关元件。

在图14A中由附图标记90示出和指示一个示意性的功率转换装置。该功率转换装置90包括构成逆变电路的一相的基本部分的半桥电路。该半桥电路包括高压侧开关元件SW1和低压侧开关元件SW2。通过互补性地操作开关元件SW1和SW2，将DC电压E1转换为AC电压，以将电功率提供给电感负载LD。

可以使用功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)、SJ-MOSFET(超级结(super-junction)MOSFET)等作为开关元件SW1和SW2。开关元件SW1和SW2具有分别是体二极管的寄生二极管D1和D2。在驱动电感负载LD时，寄生二极管D1和D2用作续流二极管(freewheeling diode)。然而该寄生二极管D1和D2通常具有差的反向恢复特性。因此，在反向恢复时间产生在二极管中反向流动的大反向恢复电流，并且感应出浪涌电压和称为振铃(ringing)的共振。

功率转换装置90如图14B所示进行操作，其中以放大的方式示出在开关元件SW1导通时产生的电流IS1和电压V2的上升特性。在逆变器电路中，为了防止开关元件SW1和SW2同时导通而造成电源的短路，通常提供大约几微秒(μm)的时间段作为如图14B所示的死区时间段(ΔTd)。当在续流电流在死区时间段ΔTd期间从电感负载LD正向流动至寄生二极管D2的情况下开关元件SW1导通时，将负载电流切换至流向开关元件SW1的电流IS1。在该情况下，将反向电压施加至寄生二极管D2。因此，如由图14B中的电流IS1和电压V2的波形所示，叠加了大的反向恢复电流并产生电流浪涌和电压浪涌。即使在寄生二极管D2中的少量载流子消失并且寄生二极管D2关断之后，由于导电电线的寄生电感和寄生电阻以及开关元件SW1和寄生二极管D1的电容而产生振铃(持续共振)。

在以下专利文献1中公开了作为开关电源装置的一种示例装置，其解决了反向恢复电流的上述缺陷，该开关电源装置包括主振荡元件TR1和同步整流元件。

专利文献1：JP 2009-273230A(US2011/0018512)

专利文献1公开了图15A和15B中示出的开关电源装置20，图15A和15B示出图15C中所示的时间段TD和TE中的操作状态。该装置20配置为抑制恢复电流。

开关电源装置20将输入电压转换为期望的DC电压，以给负载LD提供电功率。它包括与输入电源E串联连接主振荡元件TR1、互补性地导通和关断的同步整流元件SR1以及寄生二极管DSR1，将该寄生二极管DSR1以将电流提供给平滑电路16的方向连接到同步整流元件SR1的两端，该平滑电路16包括串联连接的电感器L0和电容器C0。在寄生二极管DSR1的两端，设置整流协助电路22。该整流协助电路22由辅助开关元件Q1和辅助电容器C1的串联电路构成，该串联电路由控制电路(未图示)驱动。通过图15C中所示的控制脉冲Vga、Vgb以及Vgc来控制主振荡元件TR1、同步整流元件SR1以及辅助开关元件Q1。控制脉冲Vga、Vgb以及Vgc的信号电平，并且因此控制元件TR1、SR1以及Q1的导通/关断状态，以在每个周期时间段改变，该每个周期时间段由图15C中指示的时间段TA、TB、TC、TD以及TE构成。

在开关电源装置20中，在如图15A所示的时间段TD中由控制脉冲Vga来关断主振荡元件TR1，并且由控制脉冲Vgb来导通同步整流元件SR1。辅助开关元件Q1由控制脉冲Vgc来保持关断。当主振荡元件TR1从导通状态变为关断时，电感器L0产生反电动势。如图15A中的虚线箭头所示，电流因此在由电容器C0、负载LD以及同步整流元件SR1构成的路径中流动。因此，在主振荡元件TR1的导通状态期间在电感器L0中充入的电磁能量被释放。因为同步整流元件SR1的导通电阻小，在寄生二极管DSR1中没有正向流动的正向电流。该正向是用于充电造成反向恢复电流的反向恢复电荷。