專利名稱：?jiǎn)蜗騞c－dc變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將輸入的電力電壓向不同的電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換的單向DC-DC變換器。
背景技術(shù)：
將輸入的電力電壓轉(zhuǎn)換為希望的電壓后進(jìn)行輸出的單向DC-DC變換器，通過軟開關(guān)技術(shù)來降低開關(guān)損失，由此可以實(shí)現(xiàn)高效率化。同時(shí)，可以通過使開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)頻率高頻化，可使電感器及電容器等無源元件小型化。
在專利文獻(xiàn)1中公開了可軟開關(guān)的單向DC-DC變換器。主電路的基本結(jié)構(gòu)為在直流電源上直接連接主開關(guān)元件后串聯(lián)連接電感器和負(fù)載，對(duì)于所述直流電源與主開關(guān)元件的串聯(lián)電路，連接了含有輔助開關(guān)元件的輔助共振電路。
另外，在非專利文獻(xiàn)1中公開了通過電感器抑制主開關(guān)元件的電流變化率的零電流開關(guān)(ZCS)方式的單向DC-DC變換器。
此外，關(guān)于雙向DC-DC變換器中的可軟開關(guān)的電路結(jié)構(gòu)，例如已知的有專利文獻(xiàn)2等。
特開2005-318766號(hào)公報(bào)[非專利文獻(xiàn)1]“電動(dòng)汽車用98.5％高效率斬波電路QRAS的提案與實(shí)驗(yàn)”弦田等，電學(xué)論D，125卷11號(hào)，2005年[專利文獻(xiàn)2]特開2004-129393號(hào)公報(bào)可是，在專利文獻(xiàn)1所示的電路中，主開關(guān)元件與輔助主開關(guān)元件的基準(zhǔn)電位不同，所以作為控制電路用，需要2組絕緣電源，由此既復(fù)雜又高價(jià)。另外，由于需要流入共振用的電感器的電流較大、相當(dāng)于主電感器的1/2以上的大小，所以尺寸/重量變大。此外，因?yàn)閷⒅鏖_關(guān)元件與直流電源直接串聯(lián)連接，所以不得不斷續(xù)電源電流，而無法向大容量化發(fā)展。
本發(fā)明的目的是提供作為控制電路用不需要多個(gè)絕緣電源、使控制電路簡(jiǎn)單的單向DC-DC變換器。
另外，本發(fā)明的其它目的是，提供作為輔助電感器可采用較小容量的電感器、可減輕尺寸/重量的單向DC-DC變換器。
此外，本發(fā)明的其它目的是，提供不用斷續(xù)電源電流、可以大容量化的單向DC-DC變換器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明，其一方面， 是一種單向DC-DC變換器，具備第1開關(guān)元件，其使從直流電源向第1電感器流動(dòng)的電流斷續(xù)；二極管，其反向并聯(lián)連接到該第1開關(guān)元件上；緩沖電容器，其并聯(lián)連接到所述第1開關(guān)元件上；控制裝置，其使所述第1開關(guān)元件接通/關(guān)斷以控制其工作狀態(tài)；電路單元，其在含有接通所述第1開關(guān)元件的時(shí)刻的短期間、向反向并聯(lián)連接的所述二極管流入電流；和二極管，其將在所述電感器中積蓄的能量向輸出側(cè)放出，其特征在于，所述電路單元，具有第2電感器，其與所述第1電感器磁耦合；和第2開關(guān)元件，其利用在該第2電感器中積蓄的能量，向反向并聯(lián)連接的所述二極管流入電流。
在本發(fā)明理想的實(shí)施方式中，具有連接在直流電源上的第1電感器和第1開關(guān)元件的串聯(lián)連接體；連接在所述第1開關(guān)元件的兩端間的第2電感器和第2開關(guān)元件的串聯(lián)連接體；平滑電路，其平滑所述第1開關(guān)元件的兩端間電壓后取出輸出電壓；和在使所述第1開關(guān)元件接通之前，使所述第2開關(guān)元件接通的單元。
另外，在本發(fā)明理想的其它實(shí)施方式中，連接在直流電源上的第1電感器和第1開關(guān)元件的串聯(lián)連接體；連接在所述第1開關(guān)元件的兩端間的第2電感器和第2開關(guān)元件的串聯(lián)連接體；平滑電路，其平滑所述第1電感器的兩端間電壓后，取出輸出電壓；和在使所述第1開關(guān)元件接通之前，使所述第2開關(guān)元件接通的單元。
本發(fā)明，其它方面，是一種單向DC-DC變換器，具備第1開關(guān)元件，使從直流電源向第1電感器流動(dòng)的電流斷續(xù)；二極管，其反向并聯(lián)連接到該第1開關(guān)元件上；緩沖電容器，其并聯(lián)連接到所述第1開關(guān)元件上；控制裝置，使所述第1開關(guān)元件接通/關(guān)斷以控制其工作狀態(tài)；電路單元，在含有接通所述第1開關(guān)元件的時(shí)刻的短期間、向反向并聯(lián)連接的所述二極管流入電流；和二極管，其將在所述電感器中積蓄的能量向輸出側(cè)放出，其特征在于，所述電路單元，具有第2電感器，其插入到從直流電源向所述第1電感器以及所述第1開關(guān)元件流動(dòng)的電流路徑內(nèi)；和第2開關(guān)元件，其利用在該第2電感器中積蓄的能量，向反向并聯(lián)連接的所述二極管流入電流。
本發(fā)明理想的實(shí)施方式中，具有連接在直流電源上的第1、第2電感器和第1開關(guān)元件的串聯(lián)連接體；連接在所述第2電感器的兩端間的電容器和第2開關(guān)元件的串聯(lián)連接體；二極管，其反向并聯(lián)連接到所述第2開關(guān)元件上；平滑電路，其平滑所述第2電感器和所述第1開關(guān)元件的串聯(lián)電路的兩端間電壓后取出輸出電壓；和在使所述第1開關(guān)元件接通之前，使所述第2開關(guān)元件關(guān)斷的單元。
根據(jù)本發(fā)明理想的實(shí)施方式，可以提供作為控制電路用、不需要多個(gè)絕緣電源、控制電路簡(jiǎn)單的單向DC-DC變換器。
另外，根據(jù)本發(fā)明理想的實(shí)施方式，可以提供作為輔助電感器、能采用較小容量的電感器、可減輕尺寸/重量的單向DC-DC變換器。
此外，根據(jù)本發(fā)明理想的實(shí)施方式，可以提供不使電源電流斷續(xù)、可大容量化的單向DC-DC變換器。
本發(fā)明的其它目的與特征在以下敘述的實(shí)施方式中變得更清楚。


圖1是本發(fā)明第1實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖。
圖2是說明本發(fā)明第1實(shí)施方式的動(dòng)作的各部的電壓電流波形圖。
圖3是表示本發(fā)明實(shí)施方式中的主IGBT的導(dǎo)通比與升降壓比的關(guān)系曲線圖。
圖4是本發(fā)明第2實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖。
圖5是本發(fā)明第3實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖。
圖6是本發(fā)明第4實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖。
圖7是說明本發(fā)明第4實(shí)施方式的動(dòng)作的各部的電壓電流波形圖。
圖8是本發(fā)明第5實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖。
圖9是說明本發(fā)明第5實(shí)施方式的動(dòng)作的各部的電壓電流波形圖。
圖10是本發(fā)明第6實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖。
圖11是本發(fā)明第7實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖。
圖12是本發(fā)明第8實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖。
圖13是本發(fā)明第9實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖。
圖14是本發(fā)明第10實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖。
圖15是本發(fā)明第11實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖。
圖16是本發(fā)明第12實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖。
圖17是本發(fā)明第13實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖。
圖18是本發(fā)明第14實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖。
圖19是本發(fā)明第15實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖。
圖20是本發(fā)明第16實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖。
圖21是本發(fā)明第17實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖。
圖22是在本發(fā)明的實(shí)施方式中可采用的電感器構(gòu)造例圖。
圖23是圖22的變形例圖(其一)。
圖24是圖22的變形例圖(其二)。
圖25是在本發(fā)明的實(shí)施方式中可采用的變壓器的構(gòu)造例圖。
圖26是在本發(fā)明的實(shí)施方式中可采用的其它的變壓器的構(gòu)造例圖。
圖27是本發(fā)明的單向DC-DC變換器的負(fù)載的實(shí)施方式電路圖。
圖28是可以采用本發(fā)明的單向DC-DC變換器的感應(yīng)加熱裝置的安裝結(jié)構(gòu)例圖。
圖29是本發(fā)明第18實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖。
圖30是本發(fā)明第19實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖。
圖31是本發(fā)明第20實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖。
圖32是表示本發(fā)明單向DC-DC變換器中的、耦合電感器的耦合度與DC-DC變換器的轉(zhuǎn)換效率的關(guān)系曲線圖。
圖33是本發(fā)明單向DC-DC變換器中的耦合電感器的耦合度與動(dòng)作電流·電壓波形的關(guān)系圖。
符號(hào)說明1.商用交流電源；2.整流電路；3、4.濾波電路；5.高頻濾波器；101、501.第1開關(guān)元件(主IGBT)；102、502.主IGBT的反向并聯(lián)二極管；103、503.主IGBT的緩沖電容器；104、504、804.第2開關(guān)元件(輔助IGBT)；105、505、805.輔助IGBT的反向并聯(lián)二極管；108、507、601.電感器；108a、507a、601a、808.第1電感器(主電感器)；108b、507b、601b、809.第2電感器(輔助電感器)；601c.第3電感器；1001、1102、1601.回掃變壓器(電感器)；112、1203.負(fù)載；1301、1401.正向變壓器；2709.加熱線圈；2800.感應(yīng)加熱裝置框架；2801.頂板；2802、2804.變換器/逆變器基板，2803.共振電容器基板；具體實(shí)施方式
(第1實(shí)施方式)首先，采用圖1、圖2對(duì)本發(fā)明的第1實(shí)施方式進(jìn)行說明。
圖1是本發(fā)明第1實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施方式是可以進(jìn)行輸出比輸入電壓高的電壓的升壓動(dòng)作、和輸出比輸入電壓低的電壓的降壓動(dòng)作的升降壓形式的單向DC-DC變換器。
說明圖1的主電路結(jié)構(gòu)，直流電源具有商用交流電源1、以電感器3以及電容器4組成的濾波電路、整流電路2、和高頻濾波器5。即，商用交流電源1的交流電壓經(jīng)由以電感器3以及電容器4組成的濾波電路，在整流電路2中進(jìn)行全波整流，通過以電感器和電容器構(gòu)成的高頻濾波器5轉(zhuǎn)換為平滑的直流電壓。
高頻濾波器5的電容器的兩端a-b點(diǎn)間的直流電源，與主(第1)電感器108a和作為主(第1)開關(guān)元件的IGBT101的串聯(lián)電路進(jìn)行連接。在該主IGBT101上反向并聯(lián)連接二極管102，還并聯(lián)連接緩沖電容器103。為了取出輸出電壓，在主IGBT101的兩端c-b間連接電容器106與電感器109的串聯(lián)電路，在該電感器109的兩端d-b間連接二極管107和電容器110的串聯(lián)電路。該電容器110的兩端是單向DC-DC變換器的輸出端子，連接著負(fù)載112。
以上是一般的單向DC-DC變換器的一結(jié)構(gòu)，在其上附加著本發(fā)明的零壓零流開關(guān)(ZVZCS)電路。
即，在作為主(第1)開關(guān)元件的IGBT101的兩端c-b間，連接有輔助(第2)電感器108b、二極管111、和作為輔助(第2)開關(guān)元件的IGBT104的串聯(lián)電路。在該輔助IGBT104上還反向并聯(lián)有二極管105。此外，輔助(第2)電感器108b與主(第1)電感器108a磁耦合。
圖2是說明本發(fā)明第1實(shí)施方式的動(dòng)作的各部的電壓電流波形圖。一邊參照此圖，一邊說明第1實(shí)施方式的動(dòng)作。首先，在時(shí)刻t0之前，在主IGBT101以及輔助IGBT104的柵極上沒有施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)，兩IGBT是關(guān)斷狀態(tài)。在時(shí)刻t0，當(dāng)輔助IGBT104的驅(qū)動(dòng)信號(hào)接通時(shí)，向緩沖電容器103充電的電荷以緩沖電容器103→輔助電感器108b→二極管111→輔助IGBT104→緩沖電容器103的回路進(jìn)行放電，以釋放電荷。此時(shí)流動(dòng)的電流通過輔助電感器108b的漏電感而構(gòu)成di/dt平緩的ZCS，這樣可以降低輔助IGBT104的接通損失。另一方面，通過輔助IGBT104的接通，使在輔助電感器108b中積蓄的能量，以電感器108b→二極管111→輔助IGBT104→二極管102→電感器108b的回路流通電流Is(即，-Im)。因此，在此之后的時(shí)刻t1，如果對(duì)主IGBT101施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)，則在二極管102通電的期間接通主IGBT101。即，主IGBT101可以構(gòu)成零電壓開關(guān)(以下稱為ZVS)、零電流開關(guān)(以下稱為ZCS)。因此，就不發(fā)生隨著主IGBT101的接通而引起的開關(guān)損失。
接著，在時(shí)刻t2，開始向主IGBT101流過電流，在時(shí)刻t3，在電感器108b→二極管111→輔助IGBT104→二極管102→電感器108b的回路中不流過電流。另一方面，電流以直流電源的正極a→電感器108a→主IGBT101→直流電源的負(fù)極b這樣的流向流動(dòng)，同時(shí)以電容器106→電感器109這樣的流向流動(dòng)。
在時(shí)刻t4，關(guān)斷主IGBT101以及輔助IGBT104的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。首先，當(dāng)切斷主IGBT101的電流時(shí)，在時(shí)刻t4至t5的期間從直流電源向電感器108a、緩沖電容器103流入電流，主IGBT101的集電極-發(fā)射極的間電壓，根據(jù)緩沖電容器103的容量和以切斷電流值決定的dv/dt而上升。即，通過緩沖電容器103使主IGBT101的集電極-發(fā)射極間電壓的dv/dt平緩，由此可以作成ZVS，可以降低關(guān)斷損失。另一方面，在輔助IGBT104上，時(shí)刻t3之后沒有流過電流，所以在時(shí)刻t4上關(guān)斷時(shí)不發(fā)生關(guān)斷損失。在主電感器108a中積蓄的能量，經(jīng)由電容器106、二極管107對(duì)電容器110進(jìn)行充電，在電感器109中積蓄的能量，也經(jīng)由二極管107對(duì)電容器110進(jìn)行充電。
之后，當(dāng)在時(shí)刻t6接通輔助IGBT104時(shí)，已充入緩沖電容器103的電荷以緩沖電容器103→輔助電感器108b→二極管111→輔助IGBT104→緩沖電容器103的回路流動(dòng)電流，以釋放電荷。此時(shí)流動(dòng)的電流，通過輔助電感器108b的漏電感而構(gòu)成di/dt平緩的ZCS，這樣可以降低接通損失。這里，當(dāng)將從時(shí)刻t6到t1的時(shí)間差設(shè)為Δt時(shí)，通過使輔助IGBT104比主IGBT101早接通Δt，來釋放緩沖電容器103的電荷，抑制向主IGBT101流入的沖擊電流。關(guān)于該時(shí)間差Δt的最佳值，在主IGBT101的集電極-發(fā)射極間電壓成為了零V的瞬間，接通主IGBT101的定時(shí)為效率最高。
圖3是表示相對(duì)于主IGBT101的導(dǎo)通比的升降壓比的關(guān)系曲線圖。這里，將輸入電壓與輸出電壓的比稱為升降壓比。升降壓比未滿1.0時(shí)為降壓動(dòng)作，超過1.0時(shí)為升壓動(dòng)作。如圖3所示，在主IGBT101的導(dǎo)通比為0.5時(shí)，升降壓比成為1.0，在導(dǎo)通比不足0.5時(shí)可成為降壓動(dòng)作，在導(dǎo)通比超過0.5時(shí)可成為升壓動(dòng)作。
另外，如果輔助IGBT104是反向擊穿電壓阻斷型，則二極管111也可以省略。
這樣，本實(shí)施方式成為以下這樣的結(jié)構(gòu)。首先，連接有從直流電源(1～5)向第1電感器108a流動(dòng)的電流斷續(xù)的第1開關(guān)元件101、在該第1開關(guān)元件101上反向并聯(lián)連接的二極管102、在該第1開關(guān)元件101上并聯(lián)連接的緩沖電容器103。具備使該第1開關(guān)元件101接通/關(guān)斷以控制其工作狀態(tài)的控制裝置(無圖示)。其次具備在含有接通第1開關(guān)元件101的時(shí)刻的短期間(t0～t2)、向反向并聯(lián)連接的所述二極管102流入電流的電路單元(104、108b、111)。此外，還以具備將在所述電感器108a中積蓄的能量向輸出側(cè)放出的二極管107的單向DC-DC變換器作為前提。這里是具備以下部件的單向DC-DC變換器，第2電感器108b，其與第1電感器108a磁耦合；和第2開關(guān)元件104，其利用在該電感器108b中積蓄的能量，向反向并聯(lián)的二極管102流入電流。
根據(jù)本實(shí)施方式，通過具備由輔助電感器、輔助IGBT104、二極管111、以及緩沖電容器103構(gòu)成的輔助共振電路，可以構(gòu)成ZVS、ZCS接通，ZVS關(guān)斷，由此可以大幅降低損失。另外，因?yàn)榭梢源蠓档烷_關(guān)損失，所以可以成為高頻化，可以實(shí)現(xiàn)電感器和電容器的小型化以及降低成本。此外，通過對(duì)主IGBT101的導(dǎo)通比的控制還可以進(jìn)行從降壓到升壓的輸出。
(第2實(shí)施方式)圖4是本發(fā)明第2實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施方式也是升降壓形式的軟開關(guān)單向DC-DC變換器。在圖4中，對(duì)與圖1相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同符號(hào)，以避免重復(fù)說明。
本實(shí)施方式與第1實(shí)施方式不同的點(diǎn)是，從作為主開關(guān)元件的IGBT101的兩端c-b來的輸出電壓的取出方法，是交換了圖1的二極管107和第3電感器109的連接位置的結(jié)構(gòu)。在主IGBT101的兩端c-b間連接著電容器106與二極管401的串聯(lián)電路，在該二極管401的兩端d-b間連接著第3電感器402與電容器110的串聯(lián)電路。該電容器110的兩端是單向DC-DC變換器的輸出端子，連接著負(fù)載112。
接著，對(duì)動(dòng)作進(jìn)行說明，電壓電流波形圖與圖2完全形同。即，通過在向二極管102流入電流的期間接通主IGBT101，可以構(gòu)成零電壓開關(guān)(以下稱為ZVS)、零電流開關(guān)(以下稱為ZCS)，從而不發(fā)生接通開關(guān)損失。另外，在主IGBT101關(guān)斷時(shí)，通過緩沖電容器103使主IGBT101的集電極、發(fā)射極間電壓的dv/dt變?yōu)槠骄?，由此可作成ZVS，可以降低關(guān)斷損失。另一方面，在輔助IGBT104關(guān)斷時(shí)，因?yàn)樵谳o助IGBT104中沒有流過電流所以不發(fā)生關(guān)斷損失。
與圖1不同的點(diǎn)是在電感器108a中積蓄的能量經(jīng)由二極管401流通電流，使對(duì)電容器106進(jìn)行充電。在第3電感器402中積蓄的能量，經(jīng)由二極管401對(duì)電容器110進(jìn)行充電。此時(shí)充電的能量產(chǎn)生與輸入電壓正負(fù)相反的電壓。即b點(diǎn)成為高電位側(cè)。
主IGBT101的導(dǎo)通比與升降壓比的關(guān)系，與第1實(shí)施方式相同，如圖3所示。
(第3實(shí)施方式)圖5是本發(fā)明第3實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖，本實(shí)施方式也是升降壓形式的軟開關(guān)單向DC-DC變換器。在圖5中，對(duì)與圖1以及圖4相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同符號(hào)，以避免重復(fù)說明。
說明圖5的主電路結(jié)構(gòu)，在直流電源a-b端子間連接主IGBT501和主電感器507a的串聯(lián)電路，主IGBT501與二極管502反向并聯(lián)連接，與緩沖電容器503并聯(lián)連接。在主電感器507a的兩端e-b間連接著電容器503和二極管508的串聯(lián)電路，在該二極管508的兩端d-b間連接著第3電感器509和電容器110的串聯(lián)電路。該電容器110的兩端是單向DC-DC變換器的輸出端子，連接著負(fù)載112。
在主IGBT501的兩端a-e間連接著二極管506、輔助IGBT504、以及輔助(第2)電感器507b的串聯(lián)電路。另外，二極管505與輔助IGBT504反向并聯(lián)連接。
接著，對(duì)動(dòng)作進(jìn)行說明，因?yàn)殡妷弘娏鞑ㄐ螆D與圖2完全相同，所以一邊參照?qǐng)D2一邊進(jìn)行說明。首先說明主IGBT501以及輔助IGBT504處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)。因?yàn)闆]有對(duì)主IGBT501以及輔助IGBT504的柵極施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所以主IGBT501以及輔助IGBT504處于關(guān)斷狀態(tài)，不流過電流。接著對(duì)從時(shí)刻t1到t6的動(dòng)作進(jìn)行說明。在時(shí)刻t1對(duì)主IGBT501施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過電感器507b積蓄的能量，在電感器507b、二極管502、二極管506、輔助IGBT504的回路中流動(dòng)電流Is(-Im)。因此，在主IGBT501中沒有流過電流。即，通過在二極管502上流過電流的期間導(dǎo)通主IGBT501，可以構(gòu)成ZVS、ZCS，以不產(chǎn)生開關(guān)損失。接著，在時(shí)刻t2開始向主IGBT501流過電流，在時(shí)刻t3，在電感器507b、二極管502、二極管111、輔助IGBT504中不流過電流。另一方面，在電感器507a、主IGBT501中流過電流，同時(shí)在電容器106、電感器509中流過電流。在時(shí)刻t4當(dāng)關(guān)斷主IGBT501以及輔助IGBT504時(shí)，切斷主IGBT501的電流，在時(shí)刻t4至t5的期間，從電源向電感器507a、緩沖電容器503流過電流。這里，主IGBT501的集電極、發(fā)射極的間電壓，根據(jù)以緩沖電容器503的容量和切斷電流值決定的dv/dt而上升。即，通過緩沖電容器503使主IGBT501的集電極、發(fā)射極間電壓的dv/dt平緩，由此可以作成ZVS，可以降低關(guān)斷損失。另一方面，在輔助IGBT504上沒有流過電流，所以不發(fā)生關(guān)斷損失。在主電感器507a中積蓄的能量經(jīng)由二極管508流動(dòng)電流，使對(duì)電容器106進(jìn)行充電。在電感器509中積蓄的能量在電容器110、二極管508中流過電流，以進(jìn)行充電。當(dāng)在時(shí)刻t6接通輔助IGBT504時(shí)，已充入緩沖電容器503的電荷在電感器508b、緩沖電容器503、二極管506、輔助IGBT504、電感器507b的回路中流動(dòng)電流，以釋放電荷。此時(shí)流動(dòng)的電流通過電感器507b的漏電感而成為di/dt平緩，構(gòu)成ZCS，這樣可以降低接通損失。這里，當(dāng)將從時(shí)刻t6到t1的時(shí)間差設(shè)為Δt時(shí)，通過使輔助IGBT504比主IGBT501早接通Δt，來釋放緩沖電容器503的電荷，抑制向主IGBT501流入的沖擊電流。Δt的最佳值只要設(shè)為在主IGBT501的集電極、發(fā)射極的間電壓成為了零V的瞬間接通主IGBT501的定時(shí)，效率就成為最高。
主IGBT501的導(dǎo)通比與升降壓比的關(guān)系，與第1實(shí)施方式相同表示在圖3中。
如以上說明根據(jù)本實(shí)施方式，通過具備由IGBT、二極管、緩沖電容器、以及電感器構(gòu)成的輔助共振電路，可以構(gòu)成ZVS、ZCS接通，ZVS關(guān)斷，由此可以大幅降低損失。此外，因?yàn)榭梢源蠓档烷_關(guān)損失所以可以成為高頻化，可以實(shí)現(xiàn)電感器以及電容器的小型化以及成本的降低。另外，通過控制主IGBT501的導(dǎo)通比，可以進(jìn)行高精度的升降壓動(dòng)作。
(第4實(shí)施方式)圖6是本發(fā)明第4實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施方式也是升降壓形式的軟開關(guān)單向DC-DC變換器。在圖6中，對(duì)與圖1、圖4以及圖5相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同符號(hào)，以避免重復(fù)說明。
說明圖6的結(jié)構(gòu)。在圖6中與圖1不同的點(diǎn)是，將電感器601作成了3線圈耦合型電感器。
圖7是說明本發(fā)明第4實(shí)施方式的動(dòng)作的各部的電壓電流波形圖。
動(dòng)作與第1實(shí)施方式相同，不同點(diǎn)是由于電感器601c與電感器601a耦合，所以在電感器601c中產(chǎn)生與充電至電容器106中的電壓反向的電壓。因此，施加在電感器601c上的電壓減少，如圖7所示，流動(dòng)的電流Icoil的電流變化(di/dt)變小。由此電感器601a～601c的鐵心內(nèi)部的磁通量變化變小，可降低在鐵心的損失。
如以上所述根據(jù)本實(shí)施方式，通過成為將電感器纏繞在1個(gè)鐵心上這樣的結(jié)構(gòu)，可以抑制鐵心內(nèi)部的磁通量變化，可以大幅降低鐵心損失。另外，因?yàn)殡娏髯兓沧兩伲赃€可以降低電感器中自身線圈的損失。此外，由于線圈不使用絞合(litz)線等高效的線材而使用單線，所以在降低成本上也有效果。
(第5實(shí)施方式)圖8是本發(fā)明第5實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖，本實(shí)施方式也是升降壓形式的軟開關(guān)DC-DC變換器。在圖8中，對(duì)與圖1～圖7相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同符號(hào)，以避免重復(fù)說明。
說明圖8的主電路結(jié)構(gòu)。此實(shí)施方式與第1實(shí)施方式相同，在直流電源端子a-b間具備使流入第1電感器808的電流斷續(xù)的第1開關(guān)元件101。另外，具有反向并聯(lián)連接到該第1開關(guān)元件101上的二極管102、和并聯(lián)連接到所述第1開關(guān)元件101上的緩沖電容器103這樣的點(diǎn)是相同的。此外具有使該第1開關(guān)元件101接通/關(guān)斷以控制其工作狀態(tài)的控制裝置、和將在所述電感器808中積蓄的能量向輸出側(cè)放出的二極管107這樣的點(diǎn)也是相同的。
這里，在含有接通所述第1開關(guān)元件101的時(shí)刻的短期間中，向反向并聯(lián)連接的所述二極管102流入電流的電路單元的結(jié)構(gòu)不同。即，所述電路單元，具有被插入到從直流電源流過第1電感器808以及第1開關(guān)元件101的電流路徑內(nèi)的第2電感器809。另外，還具有第2開關(guān)元件804，其利用積蓄在該第2電感器809中的能量，在反向并聯(lián)連接的所述二極管102中流過電流。具體來說，在第2電感器809的兩端間連接著電容器810與輔助(第2)開關(guān)元件804的串聯(lián)電路。在該輔助開關(guān)元件804中反向并聯(lián)連接著二極管805，并聯(lián)連接著緩沖電容器806。
圖9是說明本發(fā)明第5實(shí)施方式的動(dòng)作的各部的電壓電流波形圖，一邊參照此圖一邊說明動(dòng)作。在主IGBT101、輔助IGBT804為關(guān)斷狀態(tài)下的動(dòng)作與上述第1實(shí)施方式相同。在時(shí)刻t1對(duì)主IGBT101施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過在主電感器809中積蓄的能量，在主電感器809、電容器106、二極管807、電容器110、二極管102的回路中流過電流-Im，所以在主IGBT101中沒有流過電流。由此可以實(shí)現(xiàn)ZVS、ZCS接通。接著，當(dāng)在時(shí)刻t2主電感器809的能量用盡時(shí)，主IGBT101導(dǎo)通，從直流電源向主電感器808、輔助電感器809、以及主IGBT101的串聯(lián)電路流過電流。同時(shí)，在電感器109→電容器106→輔助電感器809→主IGBT101→電感器109的回路中流過電流。當(dāng)在時(shí)刻t3切斷主IGBT101時(shí)，來自直流電源的電流以主電感器808、輔助電感器809、緩沖電容器103的路徑流動(dòng)。另外，在電容器106、輔助電感器809、緩沖電容器103、電感器109的路徑中流過電流，主IGBT101的集電極、發(fā)射極的間電壓，根據(jù)以緩沖電容器103的容量和切斷電流值來決定的dv/dt而上升。即，通過緩沖電容器103使主IGBT101的集電極、發(fā)射極間電壓的dv/dt平緩，由此可以作成ZVS，可以降低關(guān)斷損失。另外，在主電感器808中積蓄的能量在二極管805、電容器810的路徑中流動(dòng)。此外，在主電感器808中積蓄的能量，在電容器106、二極管107、電容器110的路徑和電感器109、二極管107的路徑中流過電流，向負(fù)載112提供能量。接著，在時(shí)刻t4對(duì)輔助IGBT804施加接通信號(hào)，而且因?yàn)槭嵌O管805的導(dǎo)通期間，所以在輔助IGBT804中不流過電流。即，可以實(shí)現(xiàn)ZVS、ZCS接通。在時(shí)刻t5輔助電感器809的能量用盡，在電容器810、輔助IGBT804、輔助電感器809中流過電流。接著，在時(shí)刻t6切斷輔助IGBT804時(shí)，在電容器810、電容器806、輔助電感器809的路徑中流過電流，輔助IGBT804的兩端電壓，根據(jù)以緩沖電容器806的容量和切斷電流值來決定的dv/dt而上升。即，通過緩沖電容器806使輔助IGBT804的集電極、發(fā)射極間電壓的dv/dt平緩，由此可以作成ZVS，可以降低關(guān)斷損失。
如以上說明根據(jù)本實(shí)施方式，通過具備由IGBT、電容器、電感器構(gòu)成的輔助共振電路，可以構(gòu)成ZVS、ZCS接通，ZVS關(guān)斷，由此可以大幅降低損失。此外，因?yàn)榭梢源蠓档烷_關(guān)損失所以可以成為高頻化，可以實(shí)現(xiàn)電感器以及電容器的小型化以及成本的降低。另外，通過控制主IGBT101的導(dǎo)通比，可以進(jìn)行高精度的升降壓動(dòng)作。
(第6實(shí)施方式)圖10是本發(fā)明第6實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖，本實(shí)施方式也是升降壓形式的軟開關(guān)單向DC-DC變換器。在圖10中，對(duì)與圖1～圖8相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同符號(hào)，以避免重復(fù)說明。
說明圖10的主電路結(jié)構(gòu)，與第1實(shí)施方式不同的點(diǎn)是將主電感器108a、輔助電感器108b變?yōu)榱嘶貟咦儔浩?電感器)1001a～1001c。另外，回掃變壓器的二次線圈1001b經(jīng)由作為平滑電路的二極管107和電容器110連接著負(fù)載112。
關(guān)于軟開關(guān)動(dòng)作與第1實(shí)施方式相同。作為動(dòng)作不同的點(diǎn)是基于回掃變壓器(電感器)的能量的傳輸。對(duì)于能量的傳輸方法進(jìn)行說明。當(dāng)主IGBT101接通時(shí)，電流在回掃變壓器1001的一次線圈1001a、主IGBT101的路徑和電感器109、電容器106、主IGBT101的路徑中流動(dòng)。在該主IGBT101接通的期間通過流入回掃變壓器1001a的電流來磁化鐵心，積蓄能量。接著，當(dāng)主IGBT101關(guān)斷時(shí)，積蓄在回掃變壓器1001中的能量，向二次線圈1001b放出，向平滑用的二極管107、電容器110充電。
如以上所述根據(jù)本實(shí)施方式，作為主、輔助電感器使用回掃變壓器，由此可以通過改變其一次、二次線圈比來實(shí)現(xiàn)大幅的升降壓比。
(第7實(shí)施方式)圖11是本發(fā)明第7實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖，本實(shí)施方式也是升降壓形式的軟開關(guān)單向DC-DC變換器。在圖11中，對(duì)與圖1～圖10相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同符號(hào)，以避免重復(fù)說明。
說明圖11的主電路結(jié)構(gòu)，與第1實(shí)施方式不同的點(diǎn)是將主電感器109變?yōu)榛貟咦儔浩?電感器)1102，在回掃變壓器1102的二次線圈側(cè)，經(jīng)由作為平滑電路的二極管107和電容器110連接有負(fù)載112。
對(duì)動(dòng)作進(jìn)行說明。關(guān)于軟開關(guān)動(dòng)作與第1實(shí)施方式相同。作為動(dòng)作不同的點(diǎn)是基于回掃變壓器1102的能量的傳輸。對(duì)于能量的傳輸方法進(jìn)行說明。當(dāng)主IGBT101接通時(shí)，電流在主電感器1101a、主IGBT101的路徑和回掃變壓器1102的一次線圈、電容器106、主IGBT101的路徑中流動(dòng)。在該主IGBT101接通的期間通過流入回掃變壓器1102的一次線圈的電流來磁化鐵心，積蓄能量。接著，當(dāng)主IGBT101關(guān)斷時(shí)，積蓄在回掃變壓器1002中的能量向二次線圈放出，向平滑用的二極管107、電容器110充電。
如以上所述根據(jù)本實(shí)施方式，使用回掃變壓器，由此可以通過改變一次、二次線圈比來實(shí)現(xiàn)大幅的升降壓比。
(第8實(shí)施方式)圖12是本發(fā)明第8實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖，本實(shí)施方式也是升降壓形式的軟開關(guān)單向DC-DC變換器。在圖12中，對(duì)與圖1～圖11相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同符號(hào)，以避免重復(fù)說明。
說明圖12的主電路機(jī)構(gòu)，與第1實(shí)施方式不同的點(diǎn)是將主電感器108和輔助電感器109分別變?yōu)榱嘶貟咦儔浩?001和1102。各回掃變壓器二次側(cè)的整流電路與第6～7的實(shí)施方式相同。
關(guān)于軟開關(guān)動(dòng)作與第1實(shí)施方式相同，作為回掃變壓器的動(dòng)作與第6～7實(shí)施方式相同。
如以上所述根據(jù)本實(shí)施方式，用1個(gè)主開關(guān)元件可以驅(qū)動(dòng)2個(gè)回掃變壓器，可以分別提供不同的電壓。另外，通過由輔助開關(guān)元件、二極管、電容器構(gòu)成的輔助共振電路可以構(gòu)成軟開關(guān)，這樣在低損失、低噪音方面有效果。
(第9實(shí)施方式)圖13是本發(fā)明第9實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖，本實(shí)施方式也是升降壓形式的軟開關(guān)單向DC-DC變換器。在圖13中，對(duì)與圖1～圖12相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同符號(hào)，以避免重復(fù)說明。
與圖12的實(shí)施方式不同的點(diǎn)是將回掃變壓器1102置換為正向(forward)變壓器1301。關(guān)于動(dòng)作與圖12的實(shí)施方式相同。作為不同點(diǎn)是正向變壓器1301的能量傳輸方法。對(duì)于正向變壓器的能量傳輸方法進(jìn)行說明。當(dāng)主IGBT101接通時(shí)，由電源向回掃變壓器1001的一次線圈a、主IGBT101的路徑和正向變壓器1301的一次線圈、電容器106、主IGBT101的路徑流過電流。此時(shí)正向變壓器1301在二次線圈上產(chǎn)生以匝數(shù)比決定的電壓。該產(chǎn)生的電壓流入二極管1302、電感器1304、電容器1305進(jìn)行充電。接著當(dāng)關(guān)斷主IGBT101時(shí)，在正向變壓器1301的一次線圈上沒有流過電流，所以在二次線圈上不產(chǎn)生電壓。由此二極管1302成為關(guān)斷。通過電感器1304的積蓄能量在電感器1304、電容器1305、二極管1303中流動(dòng)電流，電感器1304的能量被放出到電容器1305中。
(第10實(shí)施方式)圖14是本發(fā)明第10實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖，表示使用了正向變壓器和回掃變壓器的軟開關(guān)單向DC-DC變換器。在圖14中，對(duì)與圖13相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同符號(hào)，以避免重復(fù)說明。
與圖13的實(shí)施方式不同的點(diǎn)是將回掃變壓器1001變?yōu)榱苏蜃儔浩?401，將正向變壓器1301變?yōu)榱嘶貟咦儔浩?102。關(guān)于動(dòng)作與第8～第9實(shí)施方式相同。
(第11實(shí)施方式)圖15是本發(fā)明第11實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖，表示使用了正向變壓器的軟開關(guān)單向DC-DC變換器。在圖15中，對(duì)與圖14相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同符號(hào)。
與圖10的實(shí)施方式不同的點(diǎn)是將回掃變壓器1002變?yōu)榱苏蜃儔浩?301。關(guān)于動(dòng)作與第10實(shí)施方式相同。
(第12實(shí)施方式)圖16是本發(fā)明第12實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖，表示使用了回掃變壓器的軟開關(guān)單向DC-DC變換器。在圖16中，對(duì)與圖8相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同符號(hào)。
與圖8的實(shí)施方式不同的點(diǎn)是，將主電感器808變?yōu)榱嘶貟咦儔浩?601。關(guān)于動(dòng)作與圖8的實(shí)施方式的軟開關(guān)動(dòng)作以及圖10的實(shí)施方式的回掃變壓器的動(dòng)作相同。
(第13實(shí)施方式)圖17是本發(fā)明第13實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖，表示使用了回掃變壓器的軟開關(guān)單向DC-DC變換器。在圖17中，對(duì)與圖8以及圖16相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同符號(hào)。
與圖8的實(shí)施方式不同的點(diǎn)是將電感器109變?yōu)榱嘶貟咦儔浩?102。關(guān)于動(dòng)作與圖8的實(shí)施方式的軟開關(guān)動(dòng)作以及圖11的實(shí)施方式的回掃變壓器1102的動(dòng)作相同。
(第14實(shí)施方式)圖18是本發(fā)明第14實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖，表示使用了回掃變壓器1102的軟開關(guān)單向DC-DC變換器。在圖18中，對(duì)與圖16以及圖17相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同符號(hào)。
與圖17的實(shí)施方式不同的點(diǎn)是將主電感器808變?yōu)榱嘶貟咦儔浩?601。關(guān)于動(dòng)作與圖8的實(shí)施方式的軟開關(guān)動(dòng)作以及圖12的實(shí)施方式的回掃變壓器的動(dòng)作相同。
(第15實(shí)施方式)
圖19是本發(fā)明第15實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖，表示使用了回掃變壓器1102和正向變壓器1301的軟開關(guān)DC-DC變換器。在圖19中，對(duì)與圖18相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同符號(hào)。
與圖18的實(shí)施方式不同的點(diǎn)是將回掃變壓器1102變?yōu)榱苏蜃儔浩?301。關(guān)于動(dòng)作，與圖8的實(shí)施方式的軟開關(guān)動(dòng)作以及圖13的實(shí)施方式的回掃變壓器1001以及正向變壓器1301的動(dòng)作相同。
(第16實(shí)施方式)圖20是本發(fā)明第16實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖，表示使用回掃變壓器1001和正向變壓器1301、將各自的變壓器的輸出連接在同一負(fù)載1203上的軟開關(guān)DC-DC變換器。在圖20中，對(duì)與圖13相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同符號(hào)。
與第9實(shí)施方式(圖13)不同的點(diǎn)是將由正向變壓器1301二次側(cè)的二極管1302、電感器1304、二極管1303構(gòu)成的平滑電路的輸出與電容器110連接。關(guān)于動(dòng)作，與第9實(shí)施方式的動(dòng)作相同。
(第17實(shí)施方式)圖21是本發(fā)明第17實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖，表示使用回掃變壓器1601和正向變壓器1301、將各自的變壓器的輸出連接在同一負(fù)載112上的軟開關(guān)單向DC-DC變換器。在圖21中，對(duì)與圖19相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同符號(hào)。
與第15實(shí)施方式(圖19)不同的點(diǎn)是將正向變壓器1301二次側(cè)的輸出與電容器110連接。關(guān)于動(dòng)作與第15實(shí)施方式的動(dòng)作相同。
圖22是在本發(fā)明的實(shí)施方式中可采用的電感器構(gòu)造例圖。該電感器是作為第1～4實(shí)施方式中的電感器108最佳的結(jié)構(gòu)。
作為電感器的線圈構(gòu)造為在電感器鐵心2200上纏繞一次線圈2201，在該一次線圈上纏繞三次線圈2203，還在三次線圈上纏繞二次線圈2202這樣的構(gòu)造。一次線圈2201對(duì)應(yīng)于電感器108a，二次線圈2202對(duì)應(yīng)于電感器108b，三次線圈對(duì)應(yīng)于電感器108c。
通過成為這樣的構(gòu)造，可以在同一鐵心上纏繞線圈，以實(shí)現(xiàn)小型化。
圖23、圖24表示圖22的變形例。圖23為這樣的結(jié)構(gòu)，將一次線圈2201和三次線圈2203交互纏繞，在該一次線圈2201和三次線圈2203上纏繞了二次線圈2202。
另一方面，圖24為這樣的結(jié)構(gòu)，將一次線圈2201、二次線圈2202、三次線圈2203并排纏繞。
這樣，通過將線圈彼此間接近地配置來增大線圈彼此間的磁耦合，減少漏電感。由此，可以降低漏磁場(chǎng)，可以大幅降低鐵心損失、電路的開關(guān)損失、放射噪音等。
這里，關(guān)于電感器108說明了線圈結(jié)構(gòu)，在回掃變壓器1001及1102、正向變壓器1301、1401等中也可以適用同樣的線圈結(jié)構(gòu)。
圖25是在本發(fā)明的實(shí)施方式中可以采用的變壓器結(jié)構(gòu)例圖。該變壓器是作為第8～11實(shí)施方式、第14～17實(shí)施方式中的變壓器1001、1102、1301、1401、1601可以采用的構(gòu)造。
作為變壓器的線圈結(jié)構(gòu)為在環(huán)形鐵心2500上將第1回掃變壓器的一次線圈2511、二次線圈2512、三次線圈2513和第2回掃變壓器的一次線圈2521、二次線圈2522纏繞在同一鐵心上的結(jié)構(gòu)。第1回掃變壓器的一次線圈2511對(duì)應(yīng)于電感器1101a，二次線圈2512對(duì)應(yīng)于電感器1101b，第2回掃變壓器的一次線圈2521對(duì)應(yīng)于變壓器1102的一次線圈，二次線圈2522對(duì)應(yīng)于變壓器1102的二次線圈。
通過采用這樣的線圈結(jié)構(gòu)可以在同一鐵心上纏繞線圈，以實(shí)現(xiàn)小型化。
這里，關(guān)于變壓器1101說明了線圈結(jié)構(gòu)，在回掃變壓器1001及1102、正向變壓器1301、1401等中也可以適用同樣的線圈結(jié)構(gòu)。
圖26是在本發(fā)明的實(shí)施方式中可采用的其它變壓器的構(gòu)造例圖。該變壓器是作為第8～11實(shí)施方式、第14～17實(shí)施方式中的變壓器1001、1102、1301、1401和1601可以采用的構(gòu)造。
作為變壓器的線圈結(jié)構(gòu)為在EI鐵心2600上將第1回掃變壓器的一次線圈2611、二次線圈2612、三次線圈2613和第2回掃變壓器的一次線圈2621、二次線圈2622纏繞在同一鐵心上。第1回掃變壓器的一次線圈2611對(duì)應(yīng)于電感器1101a，二次線圈2612對(duì)應(yīng)于變壓器1101b，第2回掃變壓器的一次線圈2621對(duì)應(yīng)于變壓器1102的一次線圈，二次線圈2622對(duì)應(yīng)于變壓器1102的二次線圈。
通過采用這樣的線圈結(jié)構(gòu)可以在同一鐵心上纏繞線圈，以實(shí)現(xiàn)小型化。
這里，關(guān)于變壓器1101說明了線圈結(jié)構(gòu)，在回掃變壓器1001及1102、正向變壓器1301、1401等中也可以適用同樣的線圈結(jié)構(gòu)。
圖27是表示可由本發(fā)明的單向DC-DC變換器供電的負(fù)載的實(shí)施方式的電路圖。在本實(shí)施方式中表示感應(yīng)加熱裝置的逆變器(inverter)電路。
在變換器的輸出端子2701、2702間連接主IGBT2703和輔助IGBT2704的串聯(lián)電路。在各自的IGBT上反向并聯(lián)連接二極管2705、2706，還各自并聯(lián)連接緩沖電容器2707、2708。并且，與輔助IGBT2704并聯(lián)連接著加熱線圈2709和共振電容器2710的串聯(lián)電路。
圖28是可以采用本發(fā)明的單向DC-DC變換器的感應(yīng)加熱裝置的安裝結(jié)構(gòu)例圖。
在感應(yīng)加熱裝置的框架2800上有頂板2801，在框架2800內(nèi)安裝有逆變器以及變換器基板2802、共振電容器基板2803、逆變器以及變換器基板2804，其中，逆變器以及變換器基板2804安裝在共振電容器基板2803之上。
(第18實(shí)施方式)圖29是本發(fā)明第18實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖，本實(shí)施方式也是升降壓形式的軟開關(guān)單向DC-DC變換器。在圖29中，對(duì)與圖1相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同符號(hào)。
與第1實(shí)施方式不同的點(diǎn)是從輔助電感器108b經(jīng)由追加的電感器2901，與二極管111和輔助IGBT104的串聯(lián)電路漸進(jìn)行連接。
動(dòng)作可以與第1實(shí)施方式進(jìn)行同樣地說明。作為本實(shí)施方式的特征是，不用根據(jù)輔助電感器108b的電感系數(shù)值就可以單獨(dú)設(shè)定追加電感器2901的電感值。在第1實(shí)施方式中，為了增大輔助電感器108b的電感值，需要增大電感器108的匝數(shù)比?？墒牵?dāng)增大匝數(shù)比時(shí)需要提高輔助IGBT104的耐壓。因此，不依據(jù)電感器108的匝數(shù)比，通過任意值的追加電感器2901可以任意地控制電流Is的變化率di/dt，而不用提高輔助IGBT104的耐壓，這樣可成為噪音少、穩(wěn)定的動(dòng)作。
(第19實(shí)施方式)
圖30是本發(fā)明第19實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖。在圖30中，對(duì)與圖1相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同符號(hào)。
該實(shí)施方式與第1實(shí)施方式不同的點(diǎn)是，與主電感器108獨(dú)立地設(shè)計(jì)耦合電感器3001，作成了輔助電感器3001b和第3電感器3001c。
關(guān)于動(dòng)作以及效果，可以進(jìn)行與第1實(shí)施方式完全相同地說明。
(第20實(shí)施方式)圖31是本發(fā)明第20實(shí)施方式的單向DC-DC變換器的主電路結(jié)構(gòu)圖。在圖31中，對(duì)與圖1相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同符號(hào)。
本實(shí)施方式與第1實(shí)施方式不同的點(diǎn)是，在電感器108a的兩端連接緩沖電容器103，在a點(diǎn)連接輔助開關(guān)元件的IGBT104的發(fā)射極端子。
關(guān)于動(dòng)作以及效果可以進(jìn)行與第1實(shí)施方式相同地說明。在本實(shí)施方式中，可以降低輔助IGBT104的集電極、發(fā)射極間電壓Vs。在輔助IGBT104的集電極-發(fā)射極之間施加的電壓Vs，為變換器的輸出電壓、和通過主電感器與輔助電感器的匝數(shù)比產(chǎn)生的電壓的和。因此，可以降低輔助IGBT104的元件耐壓，可以實(shí)現(xiàn)更低損失的變換器。
圖32是表示本發(fā)明單向DC-DC變換器中的、耦合電感器的耦合度與DC-DC變換器的轉(zhuǎn)換效率的關(guān)系曲線圖。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖32所示通過電感器的耦合度設(shè)定在0.2～0.9之間，可以達(dá)到轉(zhuǎn)換效率90％以上。該機(jī)構(gòu)通過電感器的耦合度成為弱耦合，使在二次側(cè)形成的漏電感變大。漏電感L1通過公式(1)來決定。
L1＝L×(1-k) (1)這里，L是二次側(cè)電感值，k是耦合度。另外，該耦合度k通過公式(2)來決定。
k=(L-L′)/L---(2)]]>這里，L’是一次側(cè)短路時(shí)的二次側(cè)電感值。
根據(jù)上述計(jì)算式，通過減小耦合度k使漏電感變大，流入二次側(cè)的電流Is的斜率dIi/dTi變小。因此，電流Is與電壓Vs的重疊減少，可以降低損失。
圖33是本發(fā)明單向DC-DC變換器中的耦合電感器的耦合度k與動(dòng)作電流·電壓波形的關(guān)系圖，此圖(A)表示耦合度k為0.2～0.9，此圖(B)表示耦合度k不足0.2的情況。
在使耦合度k成為了0.2～0.9時(shí)，如圖33(A)所示，流入二次側(cè)的電流Is的斜率dIi/dTi變小，電流Is與電壓Vs的重疊減少，可以降低損失。
另一方面，當(dāng)耦合度k成為不足0.2時(shí)，成為如圖33(B)所示的動(dòng)作波形，因?yàn)槁╇姼兄颠^大，所以電流Is的減少斜率dId/dTd過小，而構(gòu)成了硬開關(guān)。
這樣，通過使耦合電感器的耦合度k成為0.2～0.9，可以確保轉(zhuǎn)換效率90％以上。
在以上的實(shí)施方式中，以作為開關(guān)元件采用IGBT的例子為中心來進(jìn)行了說明?？墒?，本發(fā)明的單向DC-DC變換器，不限于IGBT，可以使用功率MOSFET及其它的絕緣柵半導(dǎo)體裝置、雙極晶體管等，可以得到相同的效果，這點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種單向DC-DC變換器，具備第1開關(guān)元件，其使從直流電源向第1電感器流動(dòng)的電流斷續(xù)；二極管，其反向并聯(lián)連接到該第1開關(guān)元件上；緩沖電容器，其并聯(lián)連接到所述第1開關(guān)元件上；控制裝置，使所述第1開關(guān)元件接通/關(guān)斷、以控制其工作狀態(tài)；電路單元，其在含有接通所述第1開關(guān)元件的時(shí)刻的短期間、向反向并聯(lián)連接的所述二極管流入電流；和二極管，其將在所述電感器中積蓄的能量向輸出側(cè)釋放，其特征在于，所述電路單元，具有第2電感器，其與所述第1電感器磁耦合；和第2開關(guān)元件，其利用在該第2電感器中積蓄的能量，向反向并聯(lián)連接的所述二極管流入電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單向DC-DC變換器，其特征在于，具有連接在直流電源上的第1電感器和第1開關(guān)元件的串聯(lián)連接體；連接在所述第1開關(guān)元件的兩端間的第2電感器和第2開關(guān)元件的串聯(lián)連接體；平滑電路，其平滑所述第1開關(guān)元件的兩端間電壓后取出輸出電壓；和在使所述第1開關(guān)元件接通之前，使所述第2開關(guān)元件接通的單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單向DC-DC變換器，其特征在于，具有連接在直流電源上的第1電感器和第1開關(guān)元件的串聯(lián)連接體；連接在所述第1開關(guān)元件的兩端間的第2電感器和第2開關(guān)元件的串聯(lián)連接體；平滑電路，其平滑所述第1電感器的兩端間電壓后取出輸出電壓；和在使所述第1開關(guān)元件接通之前，使所述第2開關(guān)元件接通的單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單向DC-DC變換器，其特征在于所述平滑電路，具有連接在所述第1開關(guān)元件的兩端間的電容器和電感器的串聯(lián)電路、以及連接在該電感器的兩端間的二極管和電容器的串聯(lián)電路，并在該電容器的兩端間連接有負(fù)載。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單向DC-DC變換器，其特征在于所述平滑電路，具有連接在所述第1開關(guān)元件的兩端間的電容器和二極管的串聯(lián)電路、以及連接在該二極管的兩端間的電感器和電容器的串聯(lián)電路，并在該電容器的兩端間連接有負(fù)載。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單向DC-DC變換器，其特征在于，所述平滑電路內(nèi)的所述電感器，與所述第1、第2電感器磁耦合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單向DC-DC變換器，其特征在于，具有回掃變壓器，所述第1電感器是所述回掃變壓器的一次線圈，從其二次線圈經(jīng)由所述二極管和電容器連接有負(fù)載。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單向DC-DC變換器，其特征在于，具有回掃變壓器，在所述第1開關(guān)元件的兩端間連接電容器和所述回掃變壓器的一次線圈的串聯(lián)電路，從所述回掃變壓器的二次線圈經(jīng)由所述二極管和電容器連接有負(fù)載。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的單向DC-DC變換器，其特征在于，在所述第1開關(guān)元件的兩端間連接電容器和第2回掃變壓器的一次線圈的串聯(lián)電路，從所述第2回掃變壓器的二次線圈經(jīng)由整流平滑電路連接有第2負(fù)載。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的單向DC-DC變換器，其特征在于，將所述第1、第2回掃變壓器的至少一個(gè)做成了正向變壓器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的單向DC-DC變換器，其特征在于，構(gòu)成為將所述第1、第2變壓器的輸出并聯(lián)提供給同一負(fù)載。
12.一種單向DC-DC變換器，具備第1開關(guān)元件，使從直流電源向第1電感器流動(dòng)的電流斷續(xù)；二極管，其反向并聯(lián)連接到該第1開關(guān)元件上；緩沖電容器，其并聯(lián)連接到所述第1開關(guān)元件上；控制裝置，使所述第1開關(guān)元件接通/關(guān)斷以控制其工作狀態(tài)；電路單元，在含有接通所述第1開關(guān)元件的時(shí)刻的短期間、向反向并聯(lián)連接的所述二極管流入電流；和二極管，其將在所述電感器中積蓄的能量向輸出側(cè)釋放，其特征在于，所述電路單元，具有第2電感器，其被插入到從直流電源向所述第1電感器以及所述第1開關(guān)元件流動(dòng)的電流通路內(nèi)；和第2開關(guān)元件，其利用在該第2電感器中積蓄的能量，向反向并聯(lián)連接的所述二極管流入電流。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的單向DC-DC變換器，其特征在于，具有連接在直流電源上的第1、第2電感器和第1開關(guān)元件的串聯(lián)連接體；連接在所述第2電感器的兩端間的電容器和第2開關(guān)元件的串聯(lián)連接體；二極管，其反向并聯(lián)連接到所述第2開關(guān)元件上；平滑電路，其平滑所述第2電感器和所述第1開關(guān)元件的串聯(lián)電路的兩端間電壓后取出輸出電壓；和在使所述第1開關(guān)元件接通之前，使所述第2開關(guān)元件關(guān)斷的單元。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的單向DC-DC變換器，其特征在于，具有回掃變壓器，所述第1電感器，是所述回掃變壓器的一次線圈，從其二次線圈經(jīng)由所述二極管和電容器連接有負(fù)載。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的單向DC-DC變換器，其特征在于，具有回掃變壓器，在所述第1開關(guān)元件的兩端間連接電容器和所述回掃變壓器的一次線圈的串聯(lián)電路，從所述回掃變壓器的二次線圈經(jīng)由所述二極管和電容器連接有負(fù)載。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的單向DC-DC變換器，其特征在于，在所述第2電感器和所述第1開關(guān)元件的串聯(lián)電路的兩端間連接電容器和第2回掃變壓器的一次線圈的串聯(lián)電路，從所述第2回掃變壓器的二次線圈經(jīng)由整流平滑電路連接有第2負(fù)載。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的單向DC-DC變換器，其特征在于，將所述第1、第2回掃變壓器的至少一個(gè)做成了正向變壓器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的單向DC-DC變換器，其特征在于，構(gòu)成為將所述第1、第2變壓器的輸出并聯(lián)提供給同一負(fù)載。
19.一種單向DC-DC變換器，具備第1開關(guān)元件，使從直流電源向第1電感器流動(dòng)的電流斷續(xù)；二極管，其反向并聯(lián)連接到該第1開關(guān)元件上；緩沖電容器，其并聯(lián)連接到所述第1開關(guān)元件上；控制裝置，使所述第1開關(guān)元件接通/關(guān)斷以控制其工作狀態(tài)；電路單元，在含有接通所述第1開關(guān)元件的時(shí)刻的短期間、向反向并聯(lián)連接的所述二極管流入電流；和二極管，其將在所述電感器中積蓄的能量向輸出側(cè)釋放，其特征在于，具有連接在直流電源上的第1電感器和第1開關(guān)元件的串聯(lián)連接體；連接在所述第1開關(guān)元件的兩端間的第2電感器和第2開關(guān)元件的串聯(lián)連接體；平滑電路，其平滑所述第1開關(guān)元件的兩端間電壓后取出輸出電壓；和在使所述第1開關(guān)元件接通之前，使所述第2開關(guān)元件接通的單元。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的單向DC-DC變換器，其特征在于，所述第2電感器，與所述第1電感器磁耦合。
全文摘要
本發(fā)明提供一種單向DC－DC變換器，其不需要多個(gè)絕緣電源，控制電路簡(jiǎn)單，可以使用小容量的輔助電感器，可以減輕尺寸/重量，不用使電源電壓斷續(xù)、可大容量化。單向DC－DC變換器，用主IGBT101來斷續(xù)流入第1電感器108a的電流，并具備有將在電感器108a中積蓄的能量向輸出側(cè)放出的二極管107，其特征在于，具備輔助IGBT104，該輔助IGBT104利用在與主電感器108a磁耦合的輔助電感器108b中積蓄的能量向反向并聯(lián)二極管102流入電流。由此，在含有接通主IGBT101的時(shí)刻的短期間(t0～t2)，向反向并聯(lián)二極管102流入電流，實(shí)現(xiàn)ZVZCS。
文檔編號(hào)H02M3/155GK101051789SQ20071008477
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2007年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月6日
發(fā)明者宇留野純平, 莊司浩幸, 葉田玲彥, 神長(zhǎng)保男 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所, 日立空調(diào)·家用電器株式會(huì)社