專利名稱：Dc/dc電力轉換裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及將直流電壓轉換為升壓或者降壓的直流電壓的DC/DC電力轉換裝置。
背景技術：
以往的DC/DC電力轉換裝置利用開關元件的接通斷開動作控制向電抗器儲存和釋放能量的量來進行從直流向直流的電壓轉換。另外，由于該電抗器存在大形且重這樣的課題，所以公開了如下技術利用電容器的充放電，使對電抗器施加的電壓降低，使該電抗器所需的電感值降低，從而使電抗器小形、輕量化(例如，參照專利文獻1、2)。專利文獻1 日本特開昭61-92162號公報專利文獻2 日本特開2005-2M060號公報

發(fā)明內容
在這些以往的DC/DC電力轉換裝置中，通過使開關元件以某一定的開關頻率進行接通斷開動作來控制向電抗器儲存和釋放能量而升壓或者降壓至規(guī)定的電壓并向負載供給電壓。并且，通過該開關元件的接通斷開動作，在開關元件中產生開關損耗，開關頻率越高，該損耗越大。另外，如果為了抑制開關損耗而降低開關頻率，則存在如下問題電抗器的電流脈動變大，其電流、電壓變化的大小成為原因而輻射噪聲、傳導噪聲變大，周圍的裝置、 設備產生誤動作，電流有效值變大，所以電抗器、布線的損耗增大。可是，DC/DC電力轉換裝置有時與將直流轉換為交流的逆變器組合來構成系統(tǒng)。例如，有太陽能發(fā)電用電力轉換系統(tǒng)、空調器、混合動力汽車的電氣驅動系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)中使用的DC/DC電力轉換裝置根據電源的狀態(tài)(例如，太陽能發(fā)電系統(tǒng)的太陽能電池的光的照射量)、負載的狀態(tài)(例如，混合動力汽車的電氣驅動系統(tǒng)的馬達的轉速)，控制其輸出電壓，因此控制與該電壓轉換相關的電壓比。由于通過控制開關元件的導通率、所謂占空系數來調整該電壓比，所以相伴于此， 電抗器的電流脈動的大小也變化。因此，在以往的DC/DC電力轉換裝置中，通過加入與這些電壓比的變化相伴的電抗器的電流脈動變動來設定開關元件的開關頻率，但如上所述，開關損耗和與電抗器電流相伴的缺點具有相反的關系，其設定不容易。因此，存在如下課題無法充分對應于目前的謀求降低寬動作范圍中的平均功耗量這樣的高度的節(jié)能化要求。本發(fā)明是為了解決上述那樣的課題而完成的，其目的在于得到一種能夠降低直流電壓比寬的范圍中的平均的功耗量的DC/DC電力轉換裝置。本發(fā)明涉及的DC/DC電力轉換裝置，具備高壓電壓端子；低壓電壓端子；元件串聯(lián)體，連接在高壓電壓端子之間，將多個整流元件相互串聯(lián)連接而成；開關元件，與多個整流元件的全部或者一部分分別并聯(lián)連接；電容器，與多個整流元件并聯(lián)連接并保持對高壓電壓端子之間的電壓進行分壓而得到的電壓；電抗器，一端與低壓電壓端子的一方連接且另一端與整流元件的串聯(lián)連接點連接，根據開關元件的開關動作而通電并進行能量的儲存釋放；以及控制電路，通過控制開關元件的接通斷開動作而進行高壓電壓端子間的電壓與低壓電壓端子間的電壓之間的直流電壓轉換的控制，其中，控制電路為了使電抗器中流過的電流脈動的大小不論直流電壓轉換的電壓比而都成為規(guī)定的限制值以下，根據電壓比變更對開關元件進行接通斷開的開關頻率。如上所述，本發(fā)明的DC/DC電力轉換裝置的控制電路為了使電抗器中流過的電流脈動的大小不論直流電壓轉換的電壓比而都成為規(guī)定的限制值以下，根據電壓比變更了對開關元件進行接通斷開的開關頻率，所以能夠將電抗器的電流脈動抑制為限制值以下，因此將與該電流脈動相伴的損耗、缺點抑制為一定以下的等級，并且降低電壓比寬的范圍內的開關頻率的平均值，相比于不論電壓比多少而將開關頻率設為恒定的以往的情況，能夠降低平均的功耗量。

發(fā)明內容


圖1是示出本發(fā)明的實施方式1的DC/DC電力轉換裝置的電路結構的圖。圖2是示出在本發(fā)明的實施方式1的升壓動作中，調整為IXVl < V2 < 2XV1時的柵極電壓波形、和電抗器Lc的電流IL的波形的圖。圖3是示出在本發(fā)明的實施方式1的升壓動作中，調整為2XV1 < V2時的柵極電壓波形、和電抗器Lc的電流IL的波形的圖。圖4是示出在本發(fā)明的實施方式1的降壓動作中，調整為1XV2彡Vl >0. 5XV2 時的柵極電壓波形、和電抗器Lc的電流IL的波形的圖。圖5是示出在本發(fā)明的實施方式1的降壓動作中，調整為0. 5XV2 > Vl時的柵極電壓波形、和電抗器Lc的電流IL的波形的圖。圖6是示出在本發(fā)明的實施方式1的升壓動作中，電抗器Lc的電流脈動的大小相同的開關頻率與輸出電壓的關系的圖。圖7是示出本發(fā)明的實施方式2的DC/DC電力轉換裝置的電路結構的圖。圖8是示出在本發(fā)明的實施方式2的升壓動作中，調整為IXVl < V2 < 2XV1時的柵極電壓波形、和電抗器Lc的電流IL的波形的圖。圖9是示出在本發(fā)明的實施方式2的升壓動作中，調整為2XV1 <V2時的柵極電壓波形、和電抗器Lc的電流IL的波形的圖。圖10是示出在本發(fā)明的實施方式2的降壓動作中，調整為IXV2彡Vl >0. 5XV2 時的柵極電壓波形、和電抗器Lc的電流IL的波形的圖。圖11是示出在本發(fā)明的實施方式2的降壓動作中，調整為0. 5XV2 > Vl時的柵極電壓波形、和電抗器Lc的電流IL的波形的圖。圖12是示出作為說明本發(fā)明的實施方式3的DC/DC電力轉換裝置的升壓動作的前提，在電壓比的全部范圍內將開關頻率設為恒定的情況下的輸出電壓與電流脈動的關系的圖。圖13是說明本發(fā)明的實施方式3的DC/DC電力轉換裝置的升壓動作的圖，是示出在電壓比的全部范圍內切換2種開關頻率的情況下的輸出電壓與電流脈動的關系的圖。
具體實施例方式實施方式1.以下，說明本發(fā)明的實施方式1的DC/DC電力轉換裝置。圖1示出本發(fā)明的實施方式1的DC/DC電力轉換裝置的電路結構。如圖1所示， DC/DC電力轉換裝置具有如下DC/DC電力轉換功能將輸入到低壓電壓端子VL與Vcom之間的電壓Vl轉換為升壓到Vl以上的電壓V2而輸出到高壓電壓端子VH與Vcom之間(升壓動作)、或者將輸入到高壓電壓端子VH與Vcom之間的電壓V2轉換為降壓到V2以下的電壓Vl而輸出到低壓電壓端子VL與Vcom之間(降壓動作)。DC/DC電力轉換裝置包括主電路110和控制電路120。主電路110包括平滑電容器CL、CH，對輸入輸出電壓V1、V2進行平滑化；作為開關元件的4個IGBTansulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極晶體管)Sl S4 (以下，適當簡記為Sl等)；4個第1 第4整流元件Dl D4 (以下，適當地簡記為Dl等)，以在與IGBT的導通方向相逆的方向上導通的方式與各IGBT并聯(lián)地連接；電抗器Lc，連接在低壓電壓端子VL與由IGBT以及整流元件構成的開關元件群之間；以及電容器Cp，連接在開關元件群之間。進而，詳細說明電路的連接。平滑電容器CL的兩個端子分別連接到低壓電壓端子 VL和Vcom，低壓電壓端子Vcom被接地。平滑電容器CH的低壓側端子連接到高壓電壓端子 Vcom,高壓側端子連接到高壓電壓端子VH0Sl的發(fā)射極端子連接到低壓電壓端子Vcom，集電極端子連接到S2的發(fā)射極端子， S2的集電極端子連接到S3的發(fā)射極端子。S3的集電極端子連接到S4的發(fā)射極端子，S4的集電極端子連接到高壓電壓端子VH。Dl的陽極端子連接到Sl的發(fā)射極端子，陰極端子連接到集電極端子，D2的陽極端子連接到S2的發(fā)射極端子，陰極端子連接到集電極端子。D3 的陽極端子連接到S3的發(fā)射極端子，陰極端子連接到集電極端子，D4的陽極端子連接到S4 的發(fā)射極端子，陰極端子連接到集電極端子。電抗器Lc連接在S2與D2的并聯(lián)體以及S3與D3的并聯(lián)體的串聯(lián)連接點和低壓電壓端子VL之間。電容器Cp并聯(lián)連接于相互串聯(lián)連接的S2與D2的并聯(lián)體以及S3與D3 的并聯(lián)體。S1、S2、S3、S4的柵極端子、和電壓端子VH、VL、Vcom連接到控制電路120。對Si、 S2、S3、S4的柵極端子，輸入以各IGBT的發(fā)射極端子的電壓為基準的柵極信號。接下來，說明動作。首先，敘述升壓動作。該DC/DC電力轉換裝置在輸入輸出電壓的關系中，在V2大于等于IXVl且小于2XV1的情況和大于2XV1的情況下動作不同。首先，說明如下動作在高壓電壓端子VH-Vcom之間，作為電壓V2升壓至IXVl彡V2 < 2XV1 而輸出。在該情況下，電壓Vl的直流電源(平滑電容器CL設為其電容大，在規(guī)定的時間內的動作中也可以視為直流電源)連接到低壓電壓端子VL-Vcom之間，在高壓電壓端子 VH-Vcom之間連接直流負載，處于通過VL-Vcom — VH-Vcom的路徑消耗能量的狀態(tài)。圖2示出IGBTSl與S2的柵極信號電壓波形、和電抗器Lc的電流IL的波形。另外，IGBT在柵極信號是高電壓時接通。在穩(wěn)定狀態(tài)下，在電容器Cp中積蓄電壓0.5XV2的電壓。在升壓動作中，S3和S4處于斷開的狀態(tài)且Sl和S2進行接通斷開的動作。動作由下述4個模式構成。在Sl的柵極電壓是高電壓、S2的柵極電壓是低電壓的狀態(tài)(圖2的時間帶(1)) 下，Sl是接通、S2是斷開，所以通過以下的路徑，能量轉移到電抗器Lc和電容器Cp。CL — Lc — D3 — Cp — Sl — CLS卩，通過向經由電容器Cp連接于平滑電容器CL即低壓電壓端子VL、Vcom之間的電抗器Lc通電，進行利用電抗器Lc的能量儲存動作。在Sl的柵極電壓是低電壓、S2的柵極電壓是低電壓的狀態(tài)(圖2的時間帶O)) 下，Sl是斷開、S2是斷開，所以通過以下的路徑，Lc中積蓄的能量轉移到電容器CH。CL — Lc — D3 — D4 — CH — CL在Sl的柵極電壓是低電壓、S2的柵極電壓是高電壓的狀態(tài)(圖2的時間帶(3)) 下，Sl是斷開、S2是接通，所以通過以下的路徑，Cp中積蓄的能量轉移到電容器CH，并且在電抗器Lc中積蓄能量。CL — Lc — S2 — Cp — D4 — CH — CLS卩，在此也通過向經由電容器Cp連接于低壓電壓端子VL、Vcom之間的電抗器Lc 通電，進行利用電抗器Lc的能量儲存動作。在Sl的柵極電壓是低電壓、S2的柵極電壓是低電壓的狀態(tài)(圖2的時間帶G)) 下，Sl是斷開、S2是斷開，所以通過以下的路徑，Lc中積蓄的能量轉移到電容器CH。CL — Lc — D3 — D4 — CH — CL通過反復該一連串的動作，在IXVl < 2XV1的范圍內，對輸入的電壓Vl進行升壓調整，作為電壓V2輸出。另外，在上述范圍內，Vl =V2相當于將Si、S2都維持為斷開的狀態(tài)。接下來，說明在高壓電壓端子VH-Vcom之間，作為電壓V2升壓至V2 > 2 X Vl而輸出的動作。在該情況下，也同樣地，在高壓電壓端子VH-Vcom之間連接直流負載，處于通過 VL-Vcom — VH-Vcom的路徑消耗能量的狀態(tài)。圖3示出IGBTSl與S2的柵極信號電壓波形、和電抗器Lc的電流IL的波形。在該情況下，也在穩(wěn)定狀態(tài)下，在電容器Cp中積蓄電壓0. 5XV2的電壓。同樣地，在升壓動作中，S3和S4是斷開的狀態(tài)，Sl和S2進行接通斷開的動作。動作由下述4個模式構成。在Sl的柵極電壓是高電壓、S2的柵極電壓是高電壓的狀態(tài)(圖3的時間帶(5)) 下，Sl是接通、S2是接通，所以通過以下的路徑，能量轉移到電抗器Lc。CL — Lc — S2 — Sl — CLS卩，通過向不經由電容器Cp而直接連接在低壓電壓端子VL、Vcom之間的電抗器Lc 通電，進行利用電抗器Lc的能量儲存動作。在Sl的柵極電壓是高電壓、S2的柵極電壓是低電壓的狀態(tài)(圖3的時間帶(6)) 下，Sl是接通、S2是斷開，所以通過以下的路徑，Lc中積蓄的能量轉移到電容器Cp。CL — Lc — D3 — Cp — Sl — CL在Sl的柵極電壓是高電壓、S2的柵極電壓是高電壓的狀態(tài)(圖3的時間帶(7)) 下，Sl是接通、S2是接通，所以通過以下的路徑，能量轉移到電抗器Lc。CL — Lc — S2 — Sl — CL即，在此也通過向不經由電容器Cp而直接連接在低壓電壓端子VL、Vcom之間的電抗器Lc通電，進行利用電抗器Lc的能量儲存動作。在Sl的柵極電壓是低電壓、S2的柵極電壓是高電壓的狀態(tài)(圖3的時間帶(8)) 下，Sl是斷開、S2是接通，所以通過以下的路徑，Lc中積蓄的能量和電容器Cp中積蓄的能量轉移到電容器CH。CL — Lc — S2 — Cp — D4 — CH—CL通過反復該一連串的動作，在V2 > 2 X Vl的范圍內，對輸入的電壓Vl進行升壓調整，作為電壓V2輸出。接下來，敘述降壓動作。即使是降壓動作，在輸入輸出電壓的關系中，在V2大于等于IXVl且小于2XV1的情況和大于2XV1的情況下動作也不同。首先，說明在低壓電壓端子VL-Vcom之間，作為電壓Vl降壓至1XV2彡Vl > 0. 5XV2而輸出的動作。在該情況下，電壓V2的直流電源(平滑電容器CH被設為其電容大，在規(guī)定的時間內的動作中也可以視為直流電源)連接到高壓電壓端子VH-Vcom之間，在低壓電壓端子 VL-Vcom之間連接直流負載，處于通過VH-Vcom — VL-Vcom的路徑消耗能量的狀態(tài)。圖4示出IGBTS3與S4的柵極信號電壓波形、和電抗器Lc的電流IL的波形。由于將升壓動作時的電流表示為正的方向，所以在此將IL表示為負的電流。在穩(wěn)定狀態(tài)下， 在此也在電容器Cp中積蓄了電壓0. 5XV2的電壓。在降壓動作中，Sl和S2是斷開的狀態(tài)且S3和S4進行接通斷開的動作。動作由下述4個模式構成。在S3的柵極電壓是高電壓、S4的柵極電壓是高電壓的狀態(tài)(圖4的時間帶(9)) 下，S3是接通、S4是接通，所以通過以下的路徑，能量轉移到電抗器Lc和電容器CL。CH — S4 — S3 — Lc — CL — CHS卩，通過向不經由電容器Cp而直接連接在高壓電壓端子VH、Vcom之間的電抗器Lc 通電，進行利用電抗器Lc的能量儲存動作。在S3的柵極電壓是高電壓、S4的柵極電壓是低電壓的狀態(tài)(圖4的時間帶(10)) 下，S3是接通、S4是斷開，所以通過以下的路徑，Lc和Cp中積蓄的能量轉移到電容器CL。Cp — S3 — Lc — CL — Dl — Cp在S3的柵極電壓是高電壓、S4的柵極電壓是高電壓的狀態(tài)(圖4的時間帶(11)) 下，S3是接通、S4是接通，所以通過以下的路徑，能量轉移到電抗器Lc和電容器CL。CH — S4 — S3 — Lc — CL — CH即，在此也通過向不經由電容器Cp而直接連接在高壓電壓端子VH、Vcom之間的電抗器Lc通電，進行利用電抗器Lc的能量儲存動作。在S3的柵極電壓是低電壓、S4的柵極電壓是高電壓的狀態(tài)(圖4的時間帶(12)) 下，S3是斷開、S4是接通，所以通過以下的路徑，電抗器Lc的能量轉移到電容器CH，并且在電容器Cp中積蓄能量。CH — S4 — Cp — D2 — Lc — CL — CH通過反復該一連串的動作，在1XV2彡Vl > 0. 5XV2的范圍內，對輸入的電壓V2 進行降壓調整，作為電壓Vi而輸出。另外，在上述范圍內，Vl =V2相當于將S3、S4都維持為接通的狀態(tài)。接下來，說明在低壓電壓端子VL-Vcom之間，作為電壓Vl降壓至Vl < 0. 5XV2而輸出的動作。在該情況下，也同樣地，在低壓電壓端子VL-Vcom之間連接直流負載，處于通過VH-Vcom — VL-Vcom的路徑消耗能量的狀態(tài)。圖5示出IGBTS3與S4的柵極信號電壓波形、和電抗器Lc的電流IL的波形。在此也將電流IL表示為負的電流。在該情況下，也在穩(wěn)定狀態(tài)下，在電容器Cp中積蓄了電壓 0.5XV2的電壓。同樣地，在降壓動作中，Sl和S2是斷開的狀態(tài)且S3和S4進行接通斷開的動作。動作由下述4個模式構成。在S3的柵極電壓是高電壓、S4的柵極電壓是低電壓的狀態(tài)(圖5的時間帶(13)) 下，S3是接通、S4是斷開，所以通過以下的路徑，Cp的能量轉移到CL，并且在電抗器Lc中
積蓄能量。Cp — S3 — Lc — CL — Dl — Cp由于電容器Cp積蓄對高壓電壓端子VH-Vcom之間的電壓V2進行分壓而得到的電壓(0. 5 X V2)，所以通過上述路徑，通過向經由電容器Cp連接在高壓電壓端子VH、Vcom之間的電抗器Lc通電，進行利用電抗器Lc的能量儲存動作。在S3的柵極電壓是低電壓、S4的柵極電壓是低電壓的狀態(tài)(圖5的時間帶(14)) 下，S3是斷開、S4是斷開，所以通過以下的路徑，Lc中積蓄的能量轉移到電容器CL。Lc — CL — Dl — D2 — Lc在S3的柵極電壓是低電壓、S4的柵極電壓是高電壓的狀態(tài)(圖5的時間帶(15)) 下，S3是斷開、S4是接通，所以通過以下的路徑，CH的能量轉移到CL，并且積蓄到電抗器Lc 和電容器Cp。CH — S4 — Cp — D2 — Lc — CL — CHS卩，在此也通過向經由電容器Cp連接在高壓電壓端子VH、Vcom之間的電抗器Lc 通電，進行利用電抗器Lc的能量儲存動作。在S3的柵極電壓是低電壓、S4的柵極電壓是低電壓的狀態(tài)(圖5的時間帶(16)) 下，S3是斷開、S4是斷開，所以通過以下的路徑，Lc中積蓄的能量轉移到電容器CL。Lc — CL — Dl — D2 — Lc通過反復該一連串的動作，在Vl <0.5XV2的范圍內，對輸入的電壓V2進行降壓調整，作為電壓Vl輸出。本DC/DC電力轉換裝置通過如以上說明那樣地動作，能夠進行升降壓的動作。但是，如上所述，如果電抗器的電流脈動變大，則構成電抗器的磁性體的損耗變大，電抗器發(fā)熱，從而溫度上升并電感值降低而無法發(fā)揮電抗器的功能，或者由于熱而破損。另外，如果電流脈動變大，則從電抗器輻射的電磁噪聲、噪音變大，對其周邊造成惡劣影響。由此，必須使電抗器的電流脈動成為某大小以下。因此，以往以不論在什么樣的電壓比的條件下電流脈動都成為能夠容許的值的方式，選擇了接通斷開開關元件的開關頻率和電抗器的電感值。相對于此，本發(fā)明的DC/DC電力轉換裝置進而通過根據輸入輸出電壓比變更接通斷開開關元件的開關頻率，從而無需使電抗器的電流脈動的大小變化就降低開關元件的開關損耗，在DC/DC電力轉換裝置的寬的動作范圍內降低功耗量。接下來，為了清楚說明使該開關頻率變化的要領，求出在開關頻率f、電流脈動的峰-峰值Δ I、電抗器的電感L、以及與升降壓動作相關的電壓VI、V2之間成立的關系式。由于該關系式根據之前的圖2 圖5中說明的、升壓動作或者降壓動作、以及這些電壓轉換范圍而不同，所以以下針對這些各情形的每一個情形求出。首先，說明之前的圖2的、在IXVl ^V2< 2XV1的范圍內對輸入的電壓Vl進行升壓調整并作為電壓V2輸出的情況。在將S1、S2中的某一個的柵極電壓是高的期間(圖2的時間帶(1)、(3)的期間) 設為Ton、將從Sl斷開到S2接通的期間(圖2的時間帶(2)的期間)、從S2斷開到Sl接通的期間(圖2的時間帶⑷的期間)設為Toff時，由于電容器Cp的電壓是0. 5XV2，所以在Ton的期間中，式(1)成立。V1-V2/2 = LXA I/Ton... (1)另外，在Toff的期間中，式⑵成立。V2-V1 = LXA I/Toff— (2)開關元件的開關周期T = Ι/f是各期間之和，所以式(3)成立。T = 1/f = 2X (Ton+Toff)…(3)根據式⑴ (3)，開關頻率f用式(4)表示。f = (V2-V1) X (2V1-V2)/(2XLX AIXV2)— (4)接下來，說明之前的圖3的、在V2 > 2XV1的范圍內對輸入的電壓Vl進行升壓調整并作為電壓V2輸出的情況。如果在S1、S2的柵極電壓同時成為高的期間(兩方都接通的期間)中，將從Sl接通到S2成為斷開的期間(圖3的時間帶(5)的期間)、從S2接通到Sl斷開的期間(圖3 的時間帶(7)的期間)設為Ton，將S1、S2中的某一個斷開的期間(圖3的時間帶(6)、(8) 的期間)設為Toff，則在Ton的期間中，式(5)成立。Vl = LX Δ I/Ton— (5)電容器Cp的電壓是0.5XV2，所以在Toff的期間中，式(6)成立。V2-V2/2-V1 = LXA I/Toff— (6)根據式(5)、(6)、(3)，開關頻率f用式(7)表示。f = VlX (V2-2XV1)/(2XLX AIXV2)— (7)接下來，說明之前的圖4的、在1XV2彡Vl > 0. 5XV2的范圍內對輸入的電壓V2 進行降壓調整并作為電壓Vl輸出的情況。如果在S3、S4的柵極電壓同時高的期間(兩方都接通的期間)中，將從S3接通到 S4斷開的期間(圖4的時間帶(9)的期間)、從S4接通到S3斷開的期間(圖4的時間帶 (11)的期間)設為Ton，將S3、S4中的某一個斷開的期間(圖4的時間帶(10)、(12)的期間)設為Toff，則在Ton的期間中，式(8)成立，在Toff的期間中，式(9)成立。V2-V1 = LXA I/Ton... (8)V1-V2/2 = LXA I/Toff— (9)根據式(8)、(9)、(3)，開關頻率f用式(10)表示。f = (V2-V1) X (2V1-V2)/(2XLX AIXV2)— (10)接下來，說明之前的圖5的、在Vl < 0. 5XV2的范圍內對輸入的電壓V2進行降壓調整并作為電壓Vi輸出的情況。如果將S3、S4中的某一個的柵極電壓高的期間(圖5的時間帶(13)、(15)的期間)設為Ton、將從S3斷開到S4接通的期間(圖5的時間帶(14)的期間)、從S4斷開到S3接通的期間(圖5的時間帶(16)的期間)設為Toff，則在Ton的期間中，式(11)成立， 在Toff的期間中式(12)成立。V2-V2/2-V1 = LXA I/Ton... (11)Vl = LX Δ I/Toff— (12)根據式(11)、(12)、(3)，開關頻率f用式(13)表示。f = VlX (V2-2XV1)/(2XLX AIXV2)— (13)如果將電壓比(V2/V1)設為k，則式(4)和式(10)相同，并且，式(7)和式(13) 相同，著眼于此，不區(qū)分升降壓動作，開關頻率f根據電壓比k的范圍用以下的式(14)和式 (15)表示。在1≤k<2的情況下f = (Vl/(2XLX Δ I)) X (k-1) X (2-k)/k— (14)在k> 2的情況下f = (V1/(2XLX Δ I)) X (k-2)/k— (15)因此，控制電路120輸入作為電抗器的電流脈動Δ I容許的值，并使開關頻率f根據電壓比k變化為用式(14)或者式(1 計算出的值，從而當然無需使電抗器的電流脈動的大小變化就能夠降低開關元件的開關損耗，并能夠在DC/DC電力轉換裝置的寬的動作范圍內降低功耗量。由于功耗量降低，對裝置進行冷卻的負擔減輕，從而還實現(xiàn)裝置的小形輕量化，裝置的耐久性也提高。例如，作為具體例，在升壓動作中，設為Vl = 250V、AI = 24A、L = 100 μ H的情況下，輸出電壓V2和電流脈動成為相同的開關頻率的關系如圖6所示。從圖可知，在輸出電壓350V的情況下，需要9kHz左右的開關頻率，但在輸出520V的情況下，可以是2kHz左右的開關頻率。因此，能夠在輸出500V附近處減小開關頻率，其結果，IGBT的開關損耗變小，所以能夠實現(xiàn)損耗小的動作。在該電壓條件中，在輸出250V至350V中，根據電壓的增加而使頻率增加，在350V 至500V中，根據電壓的增加而使頻率減少，在500V以上，根據電壓的增加而使頻率增加。通過這樣動作，在動作區(qū)域中形成損耗小的動作區(qū)域，所以相比于以一定的頻率動作的情況， 能夠大幅削減功耗量。同樣地，在降壓動作中，也根據上述式，以根據輸入輸出的電壓比所決定的開關頻率動作，從而能夠大幅削減功耗量。另外，在式(14)、式(15)中，在公式的適用上，去除了電壓比k = 2的情況，但在希望以電壓比k = 2輸出的情況下，實際上，例如通過作為f設定為幾百Hz或者IkHz左右的充分小的值，從而不會增大電流脈動就能夠實現(xiàn)低損耗下的運轉。如上述的說明，只有在升壓動作的情況下，不需要S3、S4，只有在降壓動作的情況下，不需要Si、S2。因此，在可以只有單向的功能的情況下，設為省略了不需要的開關元件的結構即可。實施方式2.以下，說明本發(fā)明的實施方式2的DC/DC電力轉換裝置。相對前面的實施方式1的DC/DC電力轉換裝置，電路結構的一部分不同，但與升降壓相關的控制動作基本上相同。圖7示出本發(fā)明的實施方式2的DC/DC電力轉換裝置的電路結構。如圖7所示， DC/DC電力轉換裝置具有如下DC/DC電力轉換功能將輸入到低壓電壓端子VL與VcomL之間的電壓Vl轉換為升壓至Vl以上的電壓V2而輸出到高壓電壓端子VH與VcomH之間(升壓動作)、或者將輸入到高壓電壓端子VH與VcomH之間的電壓V2轉換為降壓至V2以下的電壓Vl而輸出到低壓電壓端子VL與VcomL之間(降壓動作)。DC/DC電力轉換裝置包括主電路210和控制電路220。主電路210包括平滑電容器(^、011、012，對輸入輸出電壓￥1、￥2進行平滑化；作為開關元件的4個IGBTSl S4 (以下，適當簡記為Sl等)；4個第1 第4整流元件Dl D4 (以下，適當簡記為Dl等)，以在與IGBT的導通方向相逆的方向上導通的方式與各IGBT并聯(lián)地連接；以及電抗器Lc，連接在低壓電壓端子VL與由IGBT以及整流元件構成的開關元件群之間。另外，平滑電容器CHl、CH2還作為保持對高壓電壓端子VH與VcomH之間的電壓V2 進行分壓而得到的電壓的電容器發(fā)揮功能。進而，詳細說明電路的連接。平滑電容器CL的兩個端子分別連接到低壓電壓端子VL和VcomL。平滑電容器CHl的高壓側端子連接到高壓電壓端子VH，低壓側端子連接到平滑電容器CH2的高壓側端子，平滑電容器CH2的低壓側端子連接到高壓電壓端子VcomH。 VcomH被接地。Sl的發(fā)射極端子連接到高壓電壓端子VcomH，集電極端子連接到S2的發(fā)射極端子，并且連接到低壓電壓端子VcomL。S2的集電極端子連接到S3的發(fā)射極端子。S3的集電極端子連接到S4的發(fā)射極端子，S4的集電極端子連接到高壓電壓端子VH。Dl的陽極端子連接到Sl的發(fā)射極端子，陰極端子連接到集電極端子，D2的陽極端子連接到S2的發(fā)射極端子，陰極端子連接到集電極端子。D3的陽極端子連接到S3的發(fā)射極端子，陰極端子連接到集電極端子，D4的陽極端子連接到S4的發(fā)射極端子，陰極端子連接到集電極端子。電抗器Lc連接到S3與D3的并聯(lián)體以及S4與D4的并聯(lián)體的串聯(lián)連接點和低壓電壓端子VL之間。平滑電容器CHl并聯(lián)連接于相互串聯(lián)連接的S3與D3的并聯(lián)體以及S4 與D4的并聯(lián)體，平滑電容器CH2并聯(lián)連接于相互串聯(lián)連接的Sl與Dl的并聯(lián)體以及S2與 D2的并聯(lián)體。S1、S2、S3、S4的柵極端子、和電壓端子VH、VL、VcomL、VcomH連接到控制電路220。 對S1、S2、S3、S4的柵極端子，輸入以各IGBT的發(fā)射極端子的電壓為基準的柵極信號。接下來，說明動作。首先，敘述升壓動作。該DC/DC電力轉換裝置在輸入輸出電壓的關系中，在V2大于等于IXVl且小于2XV1的情況和大于2XV1的情況下動作不同。首先，說明在高壓電壓端子VH-VcomH之間作為電壓V2升壓至IXVl ^ V2 < 2XV1而輸出的動作。在該情況下，電壓Vl的直流電源(平滑電容器CL被設為其電容大，在規(guī)定的時間內的動作中也可以視為直流電源)連接到低壓電壓端子VL-VcomL之間，在高壓電壓端子 VH-VcomH之間連接直流負載，處于通過VL-VcomL — VH-VcomH的路徑消耗能量的狀態(tài)。圖8示出IGBTS2與S3的柵極信號電壓波形、和電抗器Lc的電流IL的波形。另夕卜，IGBT在柵極信號是高電壓時接通。在穩(wěn)定狀態(tài)下，在平滑電容器CH1、CH2中積蓄電壓 0. 5XV2的電壓。在升壓動作中，Sl和S4處于斷開的狀態(tài)且S2和S3進行接通斷開的動作。動作由下述4個模式構成。
在S2的柵極電壓是高電壓、S3的柵極電壓是低電壓的狀態(tài)(圖8的時間帶Ql)) 下，S2是接通、S3是斷開，所以通過以下的路徑，能量轉移到電容器CH1，并且在電抗器Lc
中積蓄能量。CL — Lc — D4 — CHl — S2 — CLS卩，通過向經由作為分壓電容器發(fā)揮功能的平滑電容器CHl連接于平滑電容器CL 即低壓電壓端子VL、VcomL之間的電抗器Lc通電，進行利用電抗器Lc的能量儲存動作。在S2的柵極電壓是低電壓、S3的柵極電壓是低電壓的狀態(tài)(圖8的時間帶02)) 下，S2是斷開、S3是斷開，所以通過以下的路徑，Lc中積蓄的能量轉移到平滑電容器CHl以及 CH2。CL — Lc — D4 — CHl — CH2 — Dl — CL在S2的柵極電壓是低電壓、S3的柵極電壓是高電壓的狀態(tài)(圖8的時間帶Q3)) 下，S2是斷開、S3是接通，所以通過以下的路徑，能量轉移到平滑電容器CH2，并且在電抗器 Lc中積蓄能量。CL — Lc — S3 — CH2 — Dl — CLS卩，在此也通過向經由作為分壓電容器發(fā)揮功能的平滑電容器CH2而連接在低壓電壓端子VL、VcomL之間的電抗器Lc通電，進行利用電抗器Lc的能量儲存動作。在S2的柵極電壓是低電壓、S3的柵極電壓是低電壓的狀態(tài)(圖8的時間帶04)) 下，S2是斷開、S3是斷開，所以通過以下的路徑，Lc中積蓄的能量轉移到平滑電容器CHl以及 CH2。CL — Lc — D4 — CHl — CH2 — Dl — CL通過反復該一連串的動作，在IXVl < 2XV1的范圍內，對輸入的電壓Vl進行升壓調整，作為電壓V2輸出。另外，在上述范圍內，Vl =V2相當于使S2、S3都成為斷開的狀態(tài)。接下來，說明在高壓電壓端子VH-VcomH之間作為電壓V2升壓至V2 > 2XV1而輸出的動作。在該情況下，也同樣地，在高壓電壓端子VH-VcomH之間連接直流負載，處于通過 VL-VcomL — VH-VcomH的路徑消耗能量的狀態(tài)。圖9示出IGBT2與S3的柵極信號電壓波形、和電抗器Lc的電流IL的波形。在該情況下，也在穩(wěn)定狀態(tài)下，在平滑電容器CHl以及CH2中也積蓄電壓0.5XV2的電壓。同樣地，在升壓動作中，Sl和S4處于斷開的狀態(tài)且S2和S3進行接通斷開的動作。動作由下述 4個模式構成。在S2的柵極電壓是高電壓、S3的柵極電壓是高電壓的狀態(tài)(圖9的時間帶Q5)) 下，S2是接通、S3是接通，所以通過以下的路徑，能量轉移到電抗器Lc。CL — Lc — S3 — S2 — CLS卩，通過向不經由平滑電容器CHl、CH2而直接連接在低壓電壓端子VL、VcomL之間的電抗器Lc通電，進行利用電抗器Lc的能量儲存動作。在S2的柵極電壓是高電壓、S3的柵極電壓是低電壓的狀態(tài)(圖9的時間帶Q6)) 下，S2是接通、S3是斷開，所以通過以下的路徑，Lc中積蓄的能量轉移到電容器CH1。CL — Lc — D4 — CHl — S2 — CL在S2的柵極電壓是高電壓、S3的柵極電壓是高電壓的狀態(tài)(圖9的時間帶Q7))下，S2是接通、S3是接通，所以通過以下的路徑，能量轉移到電抗器Lc。CL — Lc — S3 — S2 — CLS卩，在此也通過向不經由平滑電容器CHI、CH2而直接連接在低壓電壓端子VL、 VcomL之間的電抗器Lc通電，進行利用電抗器Lc的能量儲存動作。在S2的柵極電壓是低電壓、S3的柵極電壓是高電壓的狀態(tài)(圖9的時間帶08)) 下，S2是斷開、S3是接通，所以通過以下的路徑，Lc中積蓄的能量轉移到電容器CH2。CL — Lc — S3 — CH2 — Dl — CL通過反復該一連串的動作，在V2 > 2 X Vl的范圍內，對輸入的電壓Vl進行升壓調整，作為電壓V2輸出。接下來，敘述降壓動作。即使在降壓動作中，在輸入輸出電壓的關系中，在V2大于等于IXVl且小于2XV1的情況和大于2XV1的情況下動作也不同。首先，說明在低壓電壓端子VL-VcomL之間作為電壓Vl降壓至1XV2彡Vl > 0. 5XV2而輸出的動作。在該情況下，電壓V2的直流電源(平滑電容器CHI、CH2被設為其電容大，在規(guī)定的時間內的動作中也可以視為直流電源)連接到高壓電壓端子VH-VcomH之間，在低壓電壓端子VL-VcomL之間連接直流負載，處于通過VH-VcomH — VL-VcomL的路徑消耗能量的狀態(tài)。圖10示出IGBTSl與S4的柵極信號電壓波形、和電抗器Lc的電流IL的波形。由于將升壓動作時的電流表示為正的方向，所以在此將IL表示為負的電流。在穩(wěn)定狀態(tài)下， 在此也在平滑電容器CHl以及CH2中積蓄電壓0. 5XV2的電壓。在降壓動作中，S2和S3處于斷開的狀態(tài)且Sl和S4進行接通斷開的動作。動作由下述4個模式構成。在Sl的柵極電壓是高電壓、S4的柵極電壓是高電壓的狀態(tài)(圖10的時間帶09)) 下，Sl是接通、S4是接通，所以通過以下的路徑，能量轉移到電抗器Lc。(CH2 — CHl) — S4 — Lc — CL — Sl — (CH2 — CHl)由于平滑電容器CHl與CH2的串聯(lián)體也是連接在高壓電壓端子VH-VcomH之間的直流電源，所以可以說通過該路徑，通過向(不經由作為分壓電容器發(fā)揮功能的平滑電容器CHI、CH2)直接連接在高壓電壓端子VH、VcomH之間的電抗器Lc通電，進行利用電抗器 Lc的能量儲存動作。在Sl的柵極電壓是高電壓、S4的柵極電壓是低電壓的狀態(tài)(圖10的時間帶(30)) 下，Sl是接通、S4是斷開，所以通過以下的路徑，Lc中積蓄的能量轉移到電容器CL。CH2 — D3 — Lc — CL — Sl — CH2在Sl的柵極電壓是高電壓、S4的柵極電壓是高電壓的狀態(tài)(圖10的時間帶(31)) 下，Sl是接通、S4是接通，所以通過以下的路徑，能量轉移到電抗器Lc。(CH2 — CHl) — S4 — Lc — CL — Sl — (CH2 — CHl)S卩，在此也通過向(不經由作為分壓電容器發(fā)揮功能的平滑電容器CH1、CH2)直接連接在高壓電壓端子VH、VcomH之間的電抗器Lc通電，進行利用電抗器Lc的能量儲存動作。在Sl的柵極電壓是低電壓、S4的柵極電壓是高電壓的狀態(tài)(圖10的時間帶(32)) 下，Sl是斷開、S4是接通，所以通過以下的路徑，電抗器Lc的能量轉移到電容器CL。CHl — S4 — Lc — CL — D2 — CHl
通過反復該一連串的動作，在1 X V2彡Vl > 0. 5 X V2的范圍內，對輸入的電壓V2 進行降壓調整，作為電壓Vi輸出。另外，在上述范圍內，Vl =V2相當于將Si、S4都維持為接通的狀態(tài)。接下來，說明對低壓電壓端子VL-VcomL之間作為電壓Vl降壓至Vl < 0. 5XV2而輸出的動作。在該情況下，也同樣地，在低壓電壓端子VL-VcomL之間連接直流負載，處于通過VH-VcomH — VL-VcomL的路徑消耗能量的狀態(tài)。圖11示出IGBTSl與S4的柵極信號電壓波形、和電抗器Lc的電流IL的波形。在此也將電流IL表示為負的電流。在該情況下，也在穩(wěn)定狀態(tài)下，在平滑電容器CHl以及CH2 中積蓄電壓0. 5XV2的電壓。同樣地，在降壓動作中，S2和S3處于斷開的狀態(tài)且Sl和S4 進行接通斷開的動作。動作由下述4個模式構成。在Sl的柵極電壓是高電壓、S4的柵極電壓是低電壓的狀態(tài)(圖11的時間帶(33)) 下，Sl是接通、S4是斷開，所以通過以下的路徑，能量轉移到CL，并且在電抗器Lc中積蓄能量。CH2 — D3 — Lc — CL — Sl — CH2由于平滑電容器CH2積蓄對高壓電壓端子VH-VcomH之間的電壓V2進行分壓而得到的電壓(0.5XV2)，所以可以說通過上述路徑，通過向經由作為分壓電容器發(fā)揮功能的平滑電容器CH2而連接在高壓電壓端子VH、VcomH之間的電抗器Lc通電，進行利用電抗器 Lc的能量儲存動作。在Sl的柵極電壓是低電壓、S4的柵極電壓是低電壓的狀態(tài)(圖11的時間帶(34)) 下，Sl是斷開、S4是斷開，所以通過以下的路徑，Lc中積蓄的能量轉移到電容器CL。Lc — CL — D2 — D3 — Lc在Sl的柵極電壓是低電壓、S4的柵極電壓是高電壓的狀態(tài)(圖11的時間帶(35)) 下，Sl是斷開、S4是接通，所以通過以下的路徑，能量轉移到CL，并且積蓄到電抗器Lc。CHl — S4 — Lc — CL — D2 — CHlS卩，在此也通過向經由作為分壓電容器發(fā)揮功能的平滑電容器CHl而連接在高壓電壓端子VH、VcomH之間的電抗器Lc通電，進行利用電抗器Lc的能量儲存動作。在Sl的柵極電壓是低電壓、S4的柵極電壓是低電壓的狀態(tài)(圖11的時間帶(36)) 下，Sl是斷開、S4是斷開，所以通過以下的路徑，Lc中積蓄的能量轉移到電容器CL。Lc — CL — D2 — D3 — Lc通過反復該一連串的動作，在Vl < 0. 5 X V2的范圍內，對輸入的電壓V2進行降壓調整，作為電壓Vl輸出。與實施方式1同樣地，實施方式2的DC/DC電力轉換裝置也能夠通過如以上說明那樣動作而實現(xiàn)升降壓的動作。進而，根據與實施方式1中的說明的同樣的原理，在開關頻率f、電流脈動的峰-峰值△ I、電抗器的電感L、與升降壓動作相關的電壓V1、V2、以及電壓比k之間，成立之前說明的式(14)以及式(15)。因此，該實施方式2中的控制電路220通過輸入作為電抗器的電流脈動Δ I容許的值，并使開關頻率f根據電壓比k變化為用式(14)或者式(15)計算出的值，從而無需使電抗器的電流脈動的大小變化就能夠降低開關元件的開關損耗，能夠在DC/DC電力轉換裝置的寬的動作范圍中降低功耗量。
如上述說明，只有在升壓動作的情況下不需要S1、S4，只有在降壓動作的情況下不需要S2、S3。因此，在可以只有單向的功能的情況下，設為省略了不需要的開關元件的結構即可。實施方式3.在前面的實施方式1中，如上所述，需要根據式(14)、式(15)，使開關頻率f連續(xù)地變化以使電流脈動的大小成為恒定，存在控制變得復雜這樣的問題。另外，在電壓比k = 2中，根據兩式得不到有效的開關頻率f，所以這也如記述那樣，當希望在電壓比k = 2的附近處動作的情況下，作為開關頻率f需要設定為極小的值這樣的控制上的特別考慮。本發(fā)明的實施方式3是考慮以上的點而完成的，并非使開關頻率f與電壓比k相適應地可變，而使開關頻率f在固定的幾個種類中變化，并不將電抗器的電感值L設為那么大(不將電抗器的尺寸設為那么大)，就能夠將電流脈動抑制為某值以下，并且能夠在開關頻率低的動作區(qū)域中降低功耗量。電路結構與圖1所示的結構相同，省略再次說明。同樣地，作為DC/DC電力轉換裝置，具有如下DC/DC電力轉換功能將輸入到低壓電壓端子VL與Vcom之間的電壓Vl轉換為升壓至Vl以上的電壓V2而輸出到高壓電壓端子VH與Vcom之間(升壓動作)、或者將輸入到高壓電壓端子VH與Vcom之間的電壓V2轉換為降壓至V2以下的電壓Vl而輸出到低壓電壓端子VL與Vcom之間(降壓動作)。升壓動作、降壓動作本身如前面的實施方式1中的說明，省略重復的說明。在此， 說明將電壓比k的范圍分割為多個動作區(qū)域，在各動作區(qū)域中設定不同的2種開關頻率，根據動作區(qū)域即根據電壓比k切換開關頻率f的方法和其效果。首先，作為其前提，在升壓動作中設開關頻率f恒定為IOkHz的情況下的、輸出電壓與電流脈動ΔΙ(最大值與最小值之差)的關系如圖12所示。在此，設為Vl = 250V、電抗器的L = 100 μ H。如圖所示，在輸出電壓^OV 660V的范圍中，電流脈動在375VQ50V的1. 5倍) 時具有極大值，在500VQ50V的2倍)時取最小值，在500V以上時依賴于電壓的大小而變大，在660V時取最大值的30. 3Α。接下來，在動作區(qū)域^OV ^OV的范圍中以f = 5kHz動作的、在^OV 440V 中以f = IOkHz動作的、在440V 560V中以f = 5kHz動作的、在560V 660V中以f = IOkHz動作的情況的輸出電壓與電流脈動ΔΙ的關系如圖13所示。通過選擇這樣的頻率來動作，能夠將電抗器的電流脈動抑制為限制值30. 3A以下，并且在^OV ^0V、440V 560V的動作區(qū)域中能夠以f = 5kHz動作。另外，能夠在該f = 5kHz的動作區(qū)域中降低消耗電力，所以作為動作電壓范圍的整體觀察時能夠降低功耗量，對裝置進行冷卻的負擔減輕而還實現(xiàn)裝置的小形輕量化，裝置的耐久性也提高，整體的控制也變得簡便。另外，在上述例子中，在動作電壓范圍的整體中，有3個頻率切換點，但在動作電壓范圍是440V 660V的條件中，頻率切換點為2個。另外，在上述例中設定了 2種頻率， 但通過增加至3種、4種，能夠進一步抑制電流脈動，降低消耗電力。另外，在上述例子中說明了升壓動作，但在降壓動作中也能夠實現(xiàn)同樣的動作，能夠得到同樣的效果。另外，在實施方式2中示出的DC/DC電力轉換裝置中，也能夠實現(xiàn)同樣的動作，能夠得到同樣的效果。 進而，如實施方式1以及2的說明，在可以只有升壓動作或者降壓動作的功能的情況下，設為省略了不需要的開關元件的結構即可。
權利要求
1.一種DC/DC電力轉換裝置，具備 高壓電壓端子；低壓電壓端子；元件串聯(lián)體，連接在所述高壓電壓端子之間，將多個整流元件相互串聯(lián)連接而成； 開關元件，與所述多個整流元件的全部或者一部分分別并聯(lián)連接； 電容器，與多個所述整流元件并聯(lián)連接并保持對所述高壓電壓端子之間的電壓進行分壓而得到的電壓；電抗器，一端與所述低壓電壓端子的一方連接且另一端與所述整流元件的串聯(lián)連接點連接，根據所述開關元件的開關動作而通電并進行能量的儲存釋放；以及控制電路，通過控制所述開關元件的接通斷開動作而進行所述高壓電壓端子間的電壓與所述低壓電壓端子間的電壓之間的直流電壓轉換的控制，其特征在于，所述控制電路為了使所述電抗器中流過的電流脈動的大小不論所述直流電壓轉換的電壓比如何都成為規(guī)定的限制值以下，根據所述電壓比變更對所述開關元件進行接通斷開的開關頻率。
2.根據權利要求1所述的DC/DC電力轉換裝置，其特征在于，所述元件串聯(lián)體由從低電位側向高電位側依次相互串聯(lián)連接的第1 第4整流元件構成，所述低壓電壓端子經由所述電抗器并聯(lián)連接于所述第1整流元件與所述第2整流元件的串聯(lián)體，所述電容器并聯(lián)連接于所述第2整流元件與所述第3整流元件的串聯(lián)體，通過對所述第1 第4整流元件分別并聯(lián)連接所述開關元件，使得執(zhí)行使所述低壓電壓端子之間的電壓升壓至所述高壓電壓端子之間的電壓的升壓動作、和使所述高壓電壓端子之間的電壓降壓至所述低壓電壓端子之間的電壓的降壓動作這雙方。
3.根據權利要求1所述的DC/DC電力轉換裝置，其特征在于，所述元件串聯(lián)體由從低電位側向高電位側依次相互串聯(lián)連接的第1 第4整流元件構成，所述低壓電壓端子經由所述電抗器并聯(lián)連接于所述第1整流元件與所述第2整流元件的串聯(lián)體，所述電容器并聯(lián)連接于所述第2整流元件與所述第3整流元件的串聯(lián)體，通過對所述第1整流元件和所述第2整流元件分別并聯(lián)連接所述開關元件，使得執(zhí)行使所述低壓電壓端子之間的電壓升壓至所述高壓電壓端子之間的電壓的升壓動作。
4.根據權利要求1所述的DC/DC電力轉換裝置，其特征在于，所述元件串聯(lián)體由從低電位側向高電位側依次相互串聯(lián)連接的第1 第4整流元件構成，所述低壓電壓端子經由所述電抗器并聯(lián)連接于所述第1整流元件與所述第2整流元件的串聯(lián)體，所述電容器并聯(lián)連接于所述第2整流元件與所述第3整流元件的串聯(lián)體，通過對所述第3整流元件和所述第4整流元件分別并聯(lián)連接所述開關元件，使得執(zhí)行使所述高壓電壓端子之間的電壓降壓至所述低壓電壓端子之間的電壓的降壓動作。
5.根據權利要求1所述的DC/DC電力轉換裝置，其特征在于，所述元件串聯(lián)體由從低電位側向高電位側依次相互串聯(lián)連接的第1 第4整流元件構成，所述低壓電壓端子經由所述電抗器并聯(lián)連接于所述第2整流元件與所述第3整流元件的串聯(lián)體，所述電容器分別并聯(lián)連接于所述第1整流元件與所述第2整流元件的串聯(lián)體以及所述第3整流元件與所述第4整流元件的串聯(lián)體，通過對所述第1 第4整流元件分別并聯(lián)連接所述開關元件，使得執(zhí)行使所述低壓電壓端子之間的電壓升壓至所述高壓電壓端子之間的電壓的升壓動作、和使所述高壓電壓端子之間的電壓降壓至所述低壓電壓端子之間的電壓的降壓動作這雙方。
6.根據權利要求1所述的DC/DC電力轉換裝置，其特征在于，所述元件串聯(lián)體由從低電位側向高電位側依次相互串聯(lián)連接的第1 第4整流元件構成，所述低壓電壓端子經由所述電抗器并聯(lián)連接于所述第2整流元件與所述第3整流元件的串聯(lián)體，所述電容器分別并聯(lián)連接于所述第1整流元件與所述第2整流元件的串聯(lián)體以及所述第3整流元件與所述第4整流元件的串聯(lián)體，通過對所述第2整流元件和所述第3整流元件分別并聯(lián)連接所述開關元件，使得執(zhí)行使所述低壓電壓端子之間的電壓升壓至所述高壓電壓端子之間的電壓的升壓動作。
7.根據權利要求1所述的DC/DC電力轉換裝置，其特征在于，所述元件串聯(lián)體由從低電位側向高電位側依次相互串聯(lián)連接的第1 第4整流元件構成，所述低壓電壓端子經由所述電抗器并聯(lián)連接于所述第2整流元件與所述第3整流元件的串聯(lián)體，所述電容器分別并聯(lián)連接于所述第1整流元件與所述第2整流元件的串聯(lián)體以及所述第3整流元件與所述第4整流元件的串聯(lián)體，通過對所述第1整流元件和所述第4整流元件分別并聯(lián)連接所述開關元件，使得執(zhí)行使所述高壓電壓端子之間的電壓降壓至所述低壓電壓端子之間的電壓的降壓動作。
8.根據權利要求1 3、5、6中的任意一項所述的DC/DC電力轉換裝置，其特征在于，在所述低壓電壓端子之間連接直流電源，在所述高壓電壓端子之間連接直流負載，所述控制電路對各所述開關元件進行接通斷開控制以便通過向經由所述電容器連接在所述低壓電壓端子之間的所述電抗器通電來進行利用所述電抗器的所述能量的儲存動作，從而在將(所述高壓電壓端子之間的電壓/所述低壓電壓端子之間的電壓)設為電壓比k時，在1 < k < 2的范圍內控制升壓動作的直流電壓轉換。
9.根據權利要求1 3、5、6中的任意一項所述的DC/DC電力轉換裝置，其特征在于，在所述低壓電壓端子之間連接直流電源，在所述高壓電壓端子之間連接直流負載，所述控制電路對各所述開關元件進行接通斷開控制以便通過向不經由所述電容器而連接在所述低壓電壓端子之間的所述電抗器通電來進行利用所述電抗器的所述能量的儲存動作，從而在將(所述高壓電壓端子之間的電壓/所述低壓電壓端子之間的電壓)設為電壓比k時，在k > 2的范圍內控制升壓動作的直流電壓轉換。
10.根據權利要求1、2、4、5、7中的任意一項所述的DC/DC電力轉換裝置，其特征在于，在所述高壓電壓端子之間連接直流電源，在所述低壓電壓端子之間連接直流負載，所述控制電路對各所述開關元件進行接通斷開控制以便通過向不經由所述電容器而連接在所述高壓電壓端子之間的所述電抗器通電來進行利用所述電抗器的所述能量的儲存動作，從而在將(所述高壓電壓端子之間的電壓/所述低壓電壓端子之間的電壓)設為電壓比k時，在1 < k < 2的范圍內控制降壓動作的直流電壓轉換。
11.根據權利要求1、2、4、5、7中的任意一項所述的DC/DC電力轉換裝置，其特征在于，在所述高壓電壓端子之間連接直流電源，在所述低壓電壓端子之間連接直流負載，所述控制電路對各所述開關元件進行接通斷開控制以便通過向經由所述電容器連接在所述高壓電壓端子之間的所述電抗器通電來進行利用所述電抗器的所述能量的儲存動作，從而在將(所述高壓電壓端子之間的電壓/所述低壓電壓端子之間的電壓)設為電壓比k時，在k > 2的范圍內控制降壓動作的直流電壓轉換。
12.根據權利要求8所述的DC/DC電力轉換裝置，其特征在于，在將所述低壓電壓端子之間的電壓設為VI、將所述開關頻率設為f、將所述電抗器的電感設為L、將所述電抗器中流過的電流脈動的所述限制值設為ΔΙ時， 所述控制電路依據下式，根據所述電壓比k使所述開關頻率f變化， f = (V1A2XLX Δ I)) X (k-1) X (2-k)/k。
13.根據權利要求10所述的DC/DC電力轉換裝置，其特征在于，在將所述低壓電壓端子之間的電壓設為VI、將所述開關頻率設為f、將所述電抗器的電感設為L、將所述電抗器中流過的電流脈動的所述限制值設為ΔΙ時， 所述控制電路依據下式，根據所述電壓比k使所述開關頻率f變化， f = (V1A2XLX Δ I)) X (k-1) X (2-k)/k。
14.根據權利要求9所述的DC/DC電力轉換裝置，其特征在于，在將所述低壓電壓端子之間的電壓設為VI、將所述開關頻率設為f、將所述電抗器的電感設為L、將所述電抗器中流過的電流脈動的所述限制值設為ΔΙ時， 所述控制電路依據下式，根據所述電壓比k使所述開關頻率f變化， f = (Vl/(2XLX Δ I)) X (k-2)/k0
15.根據權利要求11所述的DC/DC電力轉換裝置，其特征在于，在將所述低壓電壓端子之間的電壓設為VI、將所述開關頻率設為f、將所述電抗器的電感設為L、將所述電抗器中流過的電流脈動的所述限制值設為ΔΙ時， 所述控制電路依據下式，根據所述電壓比k使所述開關頻率f變化， f = (V1/(2XLX Δ I)) X (k-2)/k。
16.根據權利要求1至7中的任意一項所述的DC/DC電力轉換裝置，其特征在于， 將執(zhí)行所述升壓動作或者所述降壓動作時的所述電壓比k的范圍分割為多個動作區(qū)域，所述控制電路針對每個所述動作區(qū)域設定對所述開關元件進行接通斷開的開關頻率， 以使所述電抗器中流過的所述電流脈動的大小不論所述動作區(qū)域而都成為所述限制值以下。
17.根據權利要求16所述的DC/DC電力轉換裝置，其特征在于，作為所述動作區(qū)域設置包括所述電壓比k = 2的動作區(qū)域，將在該動作區(qū)域中設定的所述開關頻率設為在其他動作區(qū)域中設定的所述開關頻率以下。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠降低直流電壓比寬的范圍中的平均的功耗量的DC/DC電力轉換裝置?？刂齐娐?120)為了使電抗器(Lc)中流過的電流脈動的大小(ΔI)不論直流電壓轉換的電壓比k(k＝V2/V1)而都成為規(guī)定的一定值，依據下式，根據電壓比k變更對IGBT(S1～S4)進行接通斷開的開關頻率f。在1≤k＜2的情況下f＝(V1/(2×L×ΔI))×(k-1)×(2-k)/k，在k＞2的情況下f＝(V1/(2×L×ΔI))×(k-2)/k。
文檔編號H02M3/155GK102474180SQ20108003438
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月26日 優(yōu)先權日2009年8月5日
發(fā)明者前川博敏, 奧田達也, 小林勝, 池田又彥, 浦壁隆浩, 田中優(yōu)矢 申請人:三菱電機株式會社