專利名稱：一種控制dc-dc轉(zhuǎn)換器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制有半橋結(jié)構(gòu)的DC-DC轉(zhuǎn)換器的方法。
現(xiàn)參考圖5，傳統(tǒng)的DC-DC轉(zhuǎn)換器包括第一串聯(lián)電路，其包括金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)1和2且并聯(lián)到直流電源10；第二串聯(lián)電路，其包括電容3和變壓器9的初級(jí)繞組，且并聯(lián)到MOSFET 2；一緩沖電容4并聯(lián)到MOSFET 2上；以及包括二極管11的整流及平滑電路5連接到變壓器9的次級(jí)繞組7，而二極管12連接到變壓器9的另一次級(jí)繞組8。第一輸出電壓檢測(cè)電路16檢測(cè)輸出電壓V0。三角波發(fā)生器電路14產(chǎn)生三角波信號(hào)，其頻率相應(yīng)于輸出電壓V0與參考輸出電壓之差而變化。比較器15比較該三角波信號(hào)的頻率和通斷比設(shè)定電路(on-off ratio setting circuit)13的輸出。驅(qū)動(dòng)器電路18按固定的50％的通斷比交替地接通和斷開MOSFET 1和2。
如上所述，圖5所示的傳統(tǒng)DC-DC轉(zhuǎn)換器通過(guò)以固定的通斷比改變MOSFET 1和2的開關(guān)頻率Fs而控制輸出電壓。因?yàn)樯鲜龅腄C-DC轉(zhuǎn)換器是通常的電流共振型轉(zhuǎn)換器，且因?yàn)槠洳僮髋c普通的一樣，所以省略對(duì)傳統(tǒng)DC-DC轉(zhuǎn)換器的詳細(xì)說(shuō)明。
在傳統(tǒng)DC-DC轉(zhuǎn)換器中，變壓器的激勵(lì)電感應(yīng)足夠低以防止開關(guān)頻率增加太大。
圖6是關(guān)于開關(guān)頻率Fs在DC電源電壓Ed為100V和400V下，通斷比D對(duì)輸出功率Po的一組曲線。在傳統(tǒng)的DC-DC變壓器中，雖然開關(guān)頻率根據(jù)負(fù)載條件和來(lái)自DC電源的輸入電壓而在一定程度上變化，但通斷比D幾乎沒有顯示出變化。
圖7是一波形圖，描述分別流經(jīng)MOSFET 1和2的電流IQ1和IQ2，以及分別流經(jīng)二極管11和12的電流ID11和ID12，其中二極管11和12連接到額定負(fù)載條件下的變壓器次級(jí)繞組一側(cè)。圖8是一波形圖，描述分別流經(jīng)MOSFET 1和2的電流IQ1和IQ2，以及分別流經(jīng)二極管11和12的電流ID11和ID12，其中二極管11和12連接到輕負(fù)載條件下的變壓器次級(jí)繞組一側(cè)。
減少變壓器的激勵(lì)電感從而防止在輕負(fù)載條件下開關(guān)頻率增加太大，結(jié)果使得在額定負(fù)載和輕負(fù)載條件下高激勵(lì)電流流入變壓器，如圖7和圖8所示的IQ1和IQ2。該激勵(lì)電流引起電抗性電流，其進(jìn)一步引起在電路中阻抗上的損失，該阻抗例如為MOSFET和變壓器繞組的電阻。由于所引起的損失，上述DC-DC轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率低于輕負(fù)載條件下的轉(zhuǎn)換效率。
按前述觀點(diǎn)，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種控制DC-DC轉(zhuǎn)換器的方法，其有利于防止開關(guān)頻率在輕負(fù)載條件下增加，且促進(jìn)DC-DC轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率。
有利的是，通斷比相應(yīng)于輸出電壓改變，而開關(guān)頻率相應(yīng)于DC電源的電壓改變。
有利的是，當(dāng)通斷比固定于一特定值時(shí)主要是開關(guān)頻率改變，當(dāng)開關(guān)頻率達(dá)到一預(yù)定值后即被固定于該預(yù)定值而使通斷比改變，從而防止開關(guān)頻率超過(guò)該預(yù)定值變得更高。
圖2是電源電壓Ed為100V和400V時(shí)，一組關(guān)于開關(guān)頻率Fs和通斷比D與輸出功率Po的曲線。
圖3是一DC-DC轉(zhuǎn)換器的方框電路圖，該DC-DC轉(zhuǎn)換器通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的控制方法來(lái)控制。
圖4是電源電壓Ed為400V時(shí)，一對(duì)關(guān)于開關(guān)頻率Fs和通斷比D與輸出功率Po的曲線。
圖5是一傳統(tǒng)DC-DC轉(zhuǎn)換器的方框電路圖。
圖6是DC電源電壓Ed為100V和400V時(shí)，一組關(guān)于開關(guān)頻率Fs和通斷比D與輸出功率Po的曲線。
圖7是一波形圖，說(shuō)明在額定負(fù)載條件下，流過(guò)圖5中MOSFET的電流，以及流過(guò)連接到圖5中變壓器的次級(jí)側(cè)的二極管的電流。
圖8是一波形圖，說(shuō)明在輕負(fù)載條件下，流過(guò)圖5中MOSFET的電流，以及流過(guò)連接到圖5中變壓器的次級(jí)側(cè)的二極管的電流。


圖1是一DC-DC轉(zhuǎn)換器的方框圖，該DC-DC轉(zhuǎn)換器通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的控制方法來(lái)控制。
參考圖1，根據(jù)第一實(shí)施方案的DC-DC轉(zhuǎn)換器的主電路和傳統(tǒng)的DC-DC轉(zhuǎn)換器的主電路相同。根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的DC-DC轉(zhuǎn)換器和傳統(tǒng)的DC-DC轉(zhuǎn)換器不同，這是因?yàn)楦鶕?jù)第一實(shí)施方案的DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括了第二電壓檢測(cè)器電路17，其輸出被輸入到三角波發(fā)生電路14，也因?yàn)榈谝浑妷簷z測(cè)電路16的輸出還被輸入到通斷比設(shè)定電路13。
圖2是DC電源電壓Ed為100V和400V時(shí)，關(guān)于開關(guān)頻率Fs和通斷比D與輸出功率Po(電壓Vo與電流ID11和ID12的乘積)的一組曲線。
在上述電路中，由三角波發(fā)生電路14產(chǎn)生的三角波信號(hào)的振蕩頻率，也就是開關(guān)頻率Fs，相應(yīng)于由DC電源饋入的輸入電壓Ed而改變，且被第二電壓檢測(cè)器電路17檢測(cè)。使得對(duì)應(yīng)于100V和400V的輸入電壓Ed的三角波信號(hào)的振蕩頻率互不相同。在同一時(shí)間，MOSFET 1和2的通斷比D相應(yīng)于被第一電壓檢測(cè)器電路16檢測(cè)到的輸出電壓Vo而調(diào)整(改變)，如圖2所示。由此控制輸出電壓Vo。對(duì)任意一個(gè)DC電源電壓Ed，開關(guān)頻率Fs被預(yù)先設(shè)定為一個(gè)值，在該值下，通斷比D在額定負(fù)載條件下大約是50％，因?yàn)樵诒景l(fā)明所應(yīng)用的DC-DC轉(zhuǎn)換器中，最高轉(zhuǎn)換效率是在通斷比大約為50％時(shí)獲得的。
圖3是一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器的方框電路圖，該DC-DC轉(zhuǎn)換器通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施方案的控制方法來(lái)控制。
現(xiàn)參考圖3，根據(jù)第二實(shí)施方案的DC-DC轉(zhuǎn)換器的主電路和傳統(tǒng)DC-DC轉(zhuǎn)換器的主電路相同。根據(jù)該第二實(shí)施方案的DC-DC轉(zhuǎn)換器則不同于傳統(tǒng)的DC-DC轉(zhuǎn)換器，這是因?yàn)槠渲衼?lái)自第一電壓檢測(cè)器電路16的輸出不僅被輸入到三角波發(fā)生器電路14，還被輸入到通斷比設(shè)定電路13。
圖4是DC電源電壓Ed為400V時(shí)，關(guān)于開關(guān)頻率Fs和通斷比D與輸出功率Po的一對(duì)曲線。
如圖3所示配置的電路基本通過(guò)改變開關(guān)頻率Fs同時(shí)將通斷比D固定于50％來(lái)調(diào)整輸出電壓Vo。在輕負(fù)載和類似條件下，當(dāng)開關(guān)頻率Fs超過(guò)一特定限制時(shí)，圖3中的DC-DC轉(zhuǎn)換器通過(guò)改變通斷比D同時(shí)將開關(guān)頻率Fs固定于如圖4中所示的一個(gè)特定值來(lái)控制輸出電壓Vo。發(fā)明效果因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明而防止了開關(guān)頻率顯著增加，且減小了變壓器的激勵(lì)電流，甚至當(dāng)變壓器的激勵(lì)電感比傳統(tǒng)的激勵(lì)電感高時(shí)，電抗性電流所引起的損失也被減小。根據(jù)本發(fā)明，DC-DC轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率特別是在輕負(fù)載條件下得到了改進(jìn)。參考數(shù)字和符號(hào)的指代物1，2金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)3，4，5電容6，7，8繞組
9變壓器10DC電壓源11，12二極管13通斷比設(shè)定電路14三角波發(fā)生電路15比較器16第一電壓檢測(cè)器電路17第二電壓檢測(cè)器電路18驅(qū)動(dòng)器電路
權(quán)利要求
1.一種控制DC-DC轉(zhuǎn)換器的方法，該DC-DC轉(zhuǎn)換器包括第一串聯(lián)電路，所述串聯(lián)電路包括兩個(gè)開關(guān)器件且連接到DC電源的正端和負(fù)端之間，該DC-DC轉(zhuǎn)換器還包括第二串聯(lián)電路，所述第二串聯(lián)電路包括一個(gè)或多個(gè)電容和一變壓器的初級(jí)繞組且連接到其中一個(gè)所述開關(guān)器件，該DC-DC轉(zhuǎn)換器接通或關(guān)斷所述開關(guān)器件，借此在所述變壓器的次級(jí)繞組兩端產(chǎn)生正的和負(fù)的電壓，且該DC-DC轉(zhuǎn)換器導(dǎo)通在所述變壓器的次級(jí)繞組兩端所產(chǎn)生的正的和負(fù)的電壓的半波整流和全波整流，從而獲得DC輸出，所述方法包括改變所述開關(guān)器件的開關(guān)頻率和通斷比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法特征在于包括所述通斷比相應(yīng)于輸出電壓且所述開關(guān)頻率相應(yīng)于DC電源電壓而改變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法特征在于包括在使所述通斷比固定于一特定值時(shí)，主要改變所述開關(guān)頻率，而當(dāng)所述開關(guān)頻率達(dá)到一預(yù)定值后，即使得所述開關(guān)頻率固定于該預(yù)定值而改變所述通斷比，從而防止所述開關(guān)頻率超過(guò)所述預(yù)定值變得更高。
全文摘要
提供一種控制DC－DC轉(zhuǎn)換器的方法，其在輕負(fù)載條件下，甚至DC－DC轉(zhuǎn)換器中變壓器的激勵(lì)電感較高時(shí)，有利于防止開關(guān)頻率增加，促進(jìn)DC－DC轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率。根據(jù)本發(fā)明的DC－DC轉(zhuǎn)換器包括第一串聯(lián)電路，其包括連接到DC電源(10)的正、負(fù)端之間的開關(guān)器件(1)和(2)；第二串聯(lián)電路，其包括電容器(3)和變壓器(9)的初級(jí)繞組(6)，與開關(guān)器件(2)并聯(lián)。其交替接通和關(guān)斷開關(guān)器件(1)和(2)而在變壓器(9)的次級(jí)繞組(7)和(8)兩端產(chǎn)生正負(fù)電壓，通過(guò)產(chǎn)生于次級(jí)繞組(7)和(8)的正負(fù)電壓的全波整流而獲得DC輸出，且通過(guò)以驅(qū)動(dòng)電路(18)同時(shí)改變開關(guān)器件(1)和(2)的開關(guān)頻率和通斷比控制該DC輸出電壓，而無(wú)須減少變壓器的激勵(lì)電感。
文檔編號(hào)H02M3/335GK1477774SQ0315027
公開日2004年2月25日 申請(qǐng)日期2003年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月26日
發(fā)明者小高章弘 申請(qǐng)人:富士電機(jī)株式會(huì)社