[发明专利]双向DC/DC转换器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于2012年10月12日提交的日本专利申请No.2012-226966并要求其优先权，该申请的内容通过引用结合于此。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及隔离型和谐振型的双向DC/DC转换器，应用于具有宽幅输入和输出电压的设备，诸如电池充电器。

2.背景技术

图4示出隔离型的常规的双向DC/DC转换器。该双向DC-DC转换器，包括：具有V1的DC电压的第一DC电压源1、具有V2的DC电压的第二DC电压源2、平滑电容器3和4、隔离变压器17、第一桥接电路18、第二桥接电路19、和平滑电感器24。变压器17具有初级绕组N1和次级绕组N2，其绕组的数量用相同参考标记N1和N2代表。

第一桥接电路18具有半导体开关元件并当功率从第一DC电压源1流向第二DC电压源2时将DC功率转换为AC功率，且当功率从第二DC电压源2流向第一DC电压源1时将AC功率转换为DC功率。第二桥接电路19具有半导体开关元件并当功率从第一DC电压源1流向第二DC电压源2时将AC功率转换为DC功率，且当功率从第二DC电压源2流向第一DC电压源1时将DC功率转换为AC功率。

构成第一和第二桥接电路18和19的半导体功率元件可以是诸如IGBT或具有反并联二极管的MOSFET之类的反向导电元件。

专利文献1公开了等同于这种类型的双向DC/DC转换器的常规技术。

图4中的第一和第二桥接电路18和19中的每一个同时展现出将AC功率转换为DC功率以及将DC功率转换为AC功率的能力。因此，图4的双向DC/DC转换器不需要装配有对应于功率流方向的独特的专用电路且可以是简化的小型设备。

专利文献1中公开的双向DC/DC转换器基于脉宽调制（PWM）控制进行硬开关。作为结果，当功率从第一DC电压源1流向第二DC电压源2时，半导体开关元件经受浪涌电压V2+△V，超过整流操作中第二桥接电路19的半导体开关元件截止的时间过程中（其中二极管处于反向恢复过程中）在开关元件两端的第二DC电压源2的电压V2。作为结果，构成第二桥接电路19的半导体开关元件必须是具有高耐受电压的半导体开关元件，这一般产生较大损失。这引起设备的低效率的问题。在功率从第二DC电压源2流向第一DC电压源1的情况下，在第一桥接电路18中也出现这个问题。

例如，文献2中公开了解决这个问题的常规技术，其为利用LC谐振电路的谐振现象执行脉冲频率调制（PFM）的谐振型双向DC/DC转换器。

图5示出常规的谐振型双向DC/DC转换器的主电路的构造的示例。对于与图4中那些电路元件起相同功能的图5中的电路组件给予相同的标号并省略其描述，且此处主要解释不同点。

参看图5，这个谐振型双向DC/DC转换器包括谐振电感器13和14、以及谐振电容器15和16。第一桥接电路18由作为半导体开关元件的IGBT 5到8构成，每一个IGBT具有反并联的二极管，且第二桥接电路19由IGBT 9到12构成。IGBT 5到12的栅极端子，以及栅极信号，标记为标号G1到G8。

图6和7示出用于为IGBT 5到12生成栅极信号G1到G8的控制装置的构造。

图6示出用于为IGBT 5到8生成栅极信号G1到G4的构造，包括用于检测第二DC电压源2的电压V2和电流I2的第二检测电路21、以及根据检测电路21所检测到的值用于生成栅极信号G1到G4的第一控制电路25。图7示出用于为IGBT 9到12生成栅极信号G5到G8的构造，包括用于检测第一DC电压源1的电压V1和电流I1的第一检测电路20、以及根据检测电路20所检测到的值用于生成栅极信号G5到G8的第二控制电路26。通过各相应栅极驱动电路（图中未示出）向IGBT 5到12给出所有栅极信号G1到G8。

在其中在图5的DC/DC转换器中，功率从第一DC电压源1流向第二DC电压源2的情况下，在所伴随的二极管的反向恢复的过程中，整流操作中的半导体开关元件9到12的每一个的电压被钳制在第二DC电压源2的电压V2处。在其中功率从第二DC电压源2流向第一DC电压源1的情况下，整流操作中半导体开关元件5到8的每一个的电压被钳制在第一DC电压源1的电压V1处。

因此，此处使用的半导体开关元件5到12可以是具有低耐受电压的半导体开关元件，一般产生较小损失。因此，图5的双向DC/DC转换器相比图4的双向DC/DC转换器展现出更高的效率。

如上所述，执行频率调制控制的谐振型双向DC/DC转换器可改进转换器的效率。