[发明专利]DC－DC变换器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及把输入的直流电压变换为不同大小的直流电压的单向DC-DC变换器及其控制方法。

背景技术

把输入的直流电压变换为希望大小的直流电压并输出的升降压DC-DC变换器，使用软开关(Soft Switching)技术减小开关损耗，由此能够实现高效率化。与此相伴，通过使开关元件的驱动频率高频化，能够使电感器或者电容器等无源元件小型化。

在非专利文献1中，公开了串联连接共用主电感器的降压变换器和升压变换器，根据输入输出电压中哪一个较大的比较结果，选择地驱动所述降压变换器和升压变换器的单向DC-DC变换器。主电路的基本结构，首先，具有：直流电源；和降压变换器电路，其包含使从该直流电源通过主电感器流向直流负载的电流通断的第一主开关元件。其次，具有升压变换器电路，其包含将所述负载短路，使从直流电源在所述主电感器中积蓄能量的电路的电流通断的第二主开关元件。这里，在所述第一、第二主开关元件上分别并联连接第一、第二缓冲电容器，另外，分别逆并联连接二极管。并且，具有使所述第一以及第二主开关元件导通/关断，控制其占空比的控制装置；和通过该主开关元件的导通/关断动作，向所述负载侧放出在所述主电感器中积蓄的能量的输出二极管。

其次，在非专利文献2中公开了在升压斩波型的单向DC-DC变换器中，通过电感器抑制主开关元件的电流变化率的零电流开关(ZCS)方式。

另外，在专利文献1中公开了可以软开关的单向DC-DC变换器。这里，在直流电源上直接通过主开关元件后串联连接电感器和负载的降压变换器电路中，对于直流电源和主开关元件的串联电路，连接了包含辅助开关元件的辅助谐振电路。

另外，在专利文献2中公开了，和专利文献1同样地，在降压变换器电路中，对于直流电源和主开关元件的串联电路，连接具有辅助开关元件和变压器的辅助谐振电路的技术。

另一方面，在专利文献3中，公开了在具有升压变换器电路的单向DC-DC变换器中，对于直流电源和主开关元件的串联电路，连接辅助开关元件、辅助电感器、以及二极管的串联电路。这里，使辅助电感器和主电感器磁耦合，另外，在导通主开关前使辅助开关元件导通。

【非专利文献1】Grover Victor Torrico Bascope“Single-Phase High PowerFactor Variable Output Voltage Rectifier，Using Buck+Boost Converter：ControlAspects，Design and Experimentation”

【非专利文献2】弦田他「電気自動車用98.5％高効率チヨツパ回路QRASの提案と実験」電学論D，125卷11号，2005年

【专利文献1】特开2005-318766号公报

【专利文献2】特开2006-14454号公报

【专利文献3】特开平6-311738号公报

发明内容

在非专利文献1中公开的单向DC-DC变换器的主电路原样不变时，有主开关元件的开关损耗大、难以高频化、装置尺寸变大的缺点。

另一方面，在非专利文献2以及专利文献1～3中分别公开的单向DC-DC变换器的主电路结构中，相对于直流电源电压，输出电压的控制范围偏向某一方，限定了适用对象。即在专利文献1、2的升压变换器电路中，有不能进行比直流电源电压低的输出电压的控制的缺点；在非专利文献2和专利文献3的降压变换器电路中，有不能进行比直流电源电压高的输出电压的控制的缺点。

另外，在专利文献1和专利文献2中，在其原理上，作为谐振用(辅助)电感器，需要相当于主电感器的1/2以上大小的电感器，有辅助电感器的尺寸/重量变大的缺点。

而且，在专利文献2中，根据使用变压器和其电路结构的关系，存在担心由于漏电感的影响而发生电压浪涌的缺点。

本发明的目的是提供一种在较宽的电压控制范围内实现可靠的软开关的DC-DC变换器。

另外，本发明的另一目的是提供一种DC-DC变换器，其能够减轻用于在较宽的电压控制范围内实现可靠的软开关的辅助电感器的尺寸/重量，能够大容量化。

本发明的一方面的特征在于，在直流电源和直流负载之间串联连接共用主电感器的降压变换器电路和升压变换器电路，利用在和所述主电感器磁耦合的第一、第二辅助电感器中积蓄的能量，在包含导通所述降压以及升压变换器电路的主开关元件的时刻在内的短期间内，使电流流过与所述主开关元件逆并联的二极管。

在本发明的优选实施方式中，特征在于，所述第一、第二辅助电感器和所述主开关元件磁性松耦合。