逆變器裝置制造方法
【專利摘要】具備逆變器裝置的開(kāi)關(guān)電源裝置（1）具備變壓器（T），該變壓器（T）具有磁耦合的初級(jí)繞組（n1）以及次級(jí)繞組（n2）。在初級(jí)側(cè)，電容器（C1）以及開(kāi)關(guān)元件（Q11）與初級(jí)繞組（n1）串聯(lián)連接，開(kāi)關(guān)元件（Q12）與開(kāi)關(guān)元件（Q11）串聯(lián)連接且與初級(jí)繞組（n1）以及電容器（C1）并聯(lián)連接。在次級(jí)側(cè)，由FET（21、22）構(gòu)成的雙向開(kāi)關(guān)元件（Q2）與次級(jí)繞組（n2）串聯(lián)連接?？刂齐娐罚?0）使開(kāi)關(guān)元件（Q11）以及開(kāi)關(guān)元件（Q12）交替接通，并在開(kāi)關(guān)元件（Q11）或開(kāi)關(guān)元件（Q12）的斷開(kāi)期間接通雙向開(kāi)關(guān)元件（Q2）。由此，提供能夠使用變壓器的一個(gè)次級(jí)繞組來(lái)輸出交流輸出電壓的逆變器裝置。
【專利說(shuō)明】逆變器裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及將直流電壓變換為交流電壓的逆變器裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在專利文獻(xiàn)I中公開(kāi)了具備2個(gè)電力變換電路的交流電源裝置。專利文獻(xiàn)I記載的交流電源裝置分別交替驅(qū)動(dòng)2個(gè)電力變換電路來(lái)做出正弦波的半波電壓，將一方作為正電壓輸出，將另一方作為負(fù)電壓輸出來(lái)輸出交流電壓。換言之，專利文獻(xiàn)I記載的交流電源裝置使用2個(gè)電力變換電路來(lái)生成所輸出的交流電壓的正的半周期和負(fù)的半周期。
[0003]先行技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)I JP特開(kāi)昭61 — 251480號(hào)公報(bào)
[0006]發(fā)明的概要
[0007]發(fā)明要解決的課題
[0008]但是，在專利文獻(xiàn)I記載的構(gòu)成中，存在為了輸出交流電壓而需要2個(gè)變壓器這樣的增加裝置內(nèi)的部件個(gè)數(shù)并使裝置的尺寸變大的問(wèn)題。另外，在專利文獻(xiàn)I記載的電路(參考專利文獻(xiàn)I的圖1)中，例如在輸出負(fù)極份的電壓的情況下，由于電流從輸出側(cè)逆流到生成正極份的電力變換電路側(cè)，因此不能得到正常的交流輸出電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為此，本發(fā)明的目的在于，提供能使用變壓器的I個(gè)次級(jí)繞組來(lái)輸出交流輸出電壓的逆變器裝置。
[0010]用于解決課題的手段
[0011]本發(fā)明所涉及的逆變器裝置將所輸入的直流電壓變換為交流電壓并輸出，其特征在于，具備:具有磁耦合的初級(jí)繞組以及次級(jí)繞組的變壓器；與所述初級(jí)繞組串聯(lián)連接的電容器；與所述初級(jí)繞組串聯(lián)連接的第I開(kāi)關(guān)元件；與該第I開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)連接且與串聯(lián)連接的所述初級(jí)繞組以及所述電容器并聯(lián)連接的第2開(kāi)關(guān)元件；與所述次級(jí)繞組串聯(lián)連接且對(duì)所述次級(jí)繞組雙向?qū)ǖ拈_(kāi)關(guān)電路；和分別使所述第I開(kāi)關(guān)元件、所述第2開(kāi)關(guān)元件以及所述開(kāi)關(guān)電路接通斷開(kāi)的控制單元，所述控制單元交替接通所述第I開(kāi)關(guān)元件以及所述第2開(kāi)關(guān)元件，并在所述第I開(kāi)關(guān)元件或所述第2開(kāi)關(guān)元件的斷開(kāi)期間，接通所述開(kāi)關(guān)電路。
[0012]在該構(gòu)成中，通過(guò)雙向?qū)ǖ拈_(kāi)關(guān)電路來(lái)使流過(guò)變壓器的次級(jí)繞組的電流雙向流動(dòng)，以I個(gè)次級(jí)繞組得到交流電壓。例如，能通過(guò)在第2開(kāi)關(guān)元件的接通時(shí)接通開(kāi)關(guān)電路來(lái)生成交流電壓的正電壓。另外，能通過(guò)在第I開(kāi)關(guān)元件的接通時(shí)接通開(kāi)關(guān)電路來(lái)生成交流電壓的負(fù)電壓。
[0013]在本發(fā)明所涉及的逆變器裝置中，也可以構(gòu)成為:所述控制單元夾著死區(qū)時(shí)間以大致50%的占空比分別接通斷開(kāi)所述第I開(kāi)關(guān)元件以及所述第2開(kāi)關(guān)元件。[0014]在該構(gòu)成中，初級(jí)側(cè)的開(kāi)關(guān)元件的控制變得簡(jiǎn)單，能實(shí)現(xiàn)電路的簡(jiǎn)單化以及低成本化。
[0015]在本發(fā)明所涉及的逆變器裝置中，也可以構(gòu)成為:所述控制單元將由所述電容器以及所述變壓器的漏電感產(chǎn)生的諧振的半周期以上的固定時(shí)間作為所述第I開(kāi)關(guān)元件或所述第2開(kāi)關(guān)元件的接通期間，在固定了接通期間的所述第I開(kāi)關(guān)元件或所述第2開(kāi)關(guān)元件的接通時(shí)接通所述開(kāi)關(guān)電路。
[0016]在該構(gòu)成中，流過(guò)次級(jí)側(cè)的電流成為零電流開(kāi)關(guān)(ZCS)通路以及斷路，能降低開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)關(guān)損耗。
[0017]在本發(fā)明所涉及的逆變器裝置中，也可以構(gòu)成為:所述開(kāi)關(guān)電路包含2個(gè)具有體二極管的FET，按照使所述體二極管的朝向成為相反方向地串聯(lián)連接所述FET。
[0018]在該構(gòu)成中，若接通一方的FET則能通過(guò)另一方的FET的體二極管阻止逆電流。由此，能使用通常的MOS - FET。
[0019]在本發(fā)明所涉及的逆變器裝置中，優(yōu)選構(gòu)成為:所述控制單元對(duì)應(yīng)于在所述次級(jí)繞組感應(yīng)的電壓而流動(dòng)的電流的朝向來(lái)接通2個(gè)所述FET的一方。
[0020]在該構(gòu)成中，若接通一方的FET則能通過(guò)另一方的FET的體二極管來(lái)阻止逆電流，因此能阻止從次級(jí)側(cè)向初級(jí)側(cè)的能量的再生。
[0021]在本發(fā)明所涉及的逆變器裝置中，也可以構(gòu)成為:所述開(kāi)關(guān)電路具有能在I個(gè)方向?qū)ǖ拈_(kāi)關(guān)元件，使導(dǎo)通方向成為相反方向地并聯(lián)連接所述開(kāi)關(guān)元件。
[0022]在該構(gòu)成中，例如使用IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)。
[0023]在本發(fā)明所涉及的逆變器裝置中，優(yōu)選構(gòu)成為:所述控制單元對(duì)所述第I開(kāi)關(guān)元件、所述第2開(kāi)關(guān)元件以及所述開(kāi)關(guān)電路的至少一者進(jìn)行PWM控制來(lái)輸出正弦波電壓。
[0024]在該構(gòu)成中，能通過(guò)進(jìn)行PWM控制來(lái)效率良好地生成正弦波電壓。
[0025]發(fā)明效果
[0026]根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)設(shè)置雙向?qū)ǖ拈_(kāi)關(guān)電路，即使設(shè)置一個(gè)變壓器次級(jí)繞組也能從直流電壓得到交流電壓。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是表示實(shí)施方式I所涉及的開(kāi)關(guān)電源裝置的等效電路的圖。
[0028]圖2是表示開(kāi)關(guān)元件的接通斷開(kāi)的定時(shí)、與從輸出端子輸出的交流電壓Vout的關(guān)系的圖。
[0029]圖3是表示交流電壓的正電壓輸出時(shí)的各開(kāi)關(guān)元件的電流波形的圖。
[0030]圖4是表示交流電壓的負(fù)電壓輸出時(shí)的各開(kāi)關(guān)元件的電流波形的圖。
[0031]圖5是表示實(shí)施方式2中的開(kāi)關(guān)元件的接通斷開(kāi)的定時(shí)、與從輸出端子輸出的交流電壓Vout的關(guān)系的圖。
[0032]圖6是表示交流電壓的正電壓輸出時(shí)的各開(kāi)關(guān)元件的電流波形的圖。
[0033]圖7是表示實(shí)施方式3中的開(kāi)關(guān)元件的接通斷開(kāi)的定時(shí)、與從輸出端子輸出的交流電壓Vout的關(guān)系的圖。
[0034]圖8是表示交流電壓的正電壓輸出時(shí)的各開(kāi)關(guān)元件以及雙向開(kāi)關(guān)元件的FET的電流波形的圖。
[0035]圖9A是表示初級(jí)側(cè)的電路構(gòu)成的變形例的圖。
[0036]圖9B是表示初級(jí)側(cè)的電路構(gòu)成的變形例的圖。
[0037]圖10是表示開(kāi)關(guān)電源裝置中的雙向開(kāi)關(guān)元件的構(gòu)成為不同的電路的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038](實(shí)施方式I)
[0039]以下說(shuō)明具備本發(fā)明所涉及的逆變器裝置的開(kāi)關(guān)電源裝置。圖1是表示實(shí)施方式I所涉及的開(kāi)關(guān)電源裝置的等效電路的圖。本實(shí)施方式所涉及的開(kāi)關(guān)電源裝置I具備:具有I個(gè)初級(jí)繞組和I個(gè)次級(jí)繞組的變壓器T，將輸入的直流電壓變換為交流電壓并輸出。
[0040]開(kāi)關(guān)電源裝置I具備初級(jí)繞組nl以及次級(jí)繞組n2磁耦合的變壓器T。圖中的Lleak是變壓器T的初級(jí)側(cè)的漏電感，Lm是勵(lì)磁電感。在圖1中示出了漏電感Lleak形成在初級(jí)側(cè)的等效電路，但漏電感Lleak也可以形成在次級(jí)側(cè)。
[0041]開(kāi)關(guān)電源裝置I在初級(jí)側(cè)具備從輸入電源Vin輸入直流電壓的一組輸入端子Pi(+)> Pi (一)，在次級(jí)側(cè)具備輸出交流電壓Vout的一組輸出端子Po ( +)> Po (一)。輸入端子Pi (+)是高電位側(cè)，輸入端子Pi (—)是低電位側(cè)。另外，輸出端子Po (+)、輸出端子Po (—)輸出交流電壓Vout的正電壓以及負(fù)電壓。
[0042]開(kāi)關(guān)電源裝置I在初級(jí)側(cè)具有串聯(lián)連接的第I開(kāi)關(guān)元件Qll以及第2開(kāi)關(guān)元件Q12，在次級(jí)側(cè)具有雙向開(kāi)關(guān)元件(開(kāi)關(guān)電路)Q2。開(kāi)關(guān)元件Q11、Q12分別是具有體二極管(寄生二極管)的η型MOS — FET。雙向開(kāi)關(guān)元件Q2由具有體二極管的2個(gè)η型MOS — FET21、22構(gòu)成，使體二極管的正向彼此成為相反方向地連接FET21的源極和FET22的源極來(lái)構(gòu)成。開(kāi)關(guān)元件Q11、Q12以及雙向開(kāi)關(guān)元件Q2 (具體地是FET21、22的柵極)與控制電路10連接。
[0043]控制電路10對(duì)各開(kāi)關(guān)元件施加脈沖狀的驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。另外，構(gòu)成為以相同的控制電路10對(duì)初級(jí)側(cè)的開(kāi)關(guān)元件Q11、Q12和次級(jí)側(cè)的雙向開(kāi)關(guān)元件Q2進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，但也可以以不同的控制電路來(lái)控制各開(kāi)關(guān)元件。
[0044]開(kāi)關(guān)元件Q12使其漏極與輸入端子Pi (+)連接。另外，開(kāi)關(guān)元件Qll使其源極與輸入端子Pi (一)連接，使其漏極與開(kāi)關(guān)元件Q12的源極連接。
[0045]另外，在輸入端子Pi(+)連接電容器Cl的一端。該電容器Cl的另一端與變壓器T的初級(jí)繞組nl連接，并進(jìn)一步介由初級(jí)繞組nl與開(kāi)關(guān)元件Qll的源極(或開(kāi)關(guān)元件Q12的漏極)連接。電容器Cl和上述的變壓器T的漏電感Lleak構(gòu)成串聯(lián)諧振電路。
[0046]變壓器T的次級(jí)繞組n2的一端介由雙向開(kāi)關(guān)元件Q2而與輸出端子Po(+)連接，另一端與輸出端子Po (—)連接。更詳細(xì)地，在次級(jí)繞組n2連接構(gòu)成雙向開(kāi)關(guān)元件Q2的FET21的漏極，F(xiàn)ET22的漏極與輸出端子Po (—)連接。
[0047]在輸出端子Po (+)、Po (—)連接電容器C2。在變壓器T的次級(jí)繞組n2感應(yīng)的脈沖電壓介由雙向開(kāi)關(guān)元件Q2傳遞到輸出端子側(cè)。電容器C2對(duì)該脈沖電壓進(jìn)行平滑。
[0048]該構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電源裝置I由控制電路10使初級(jí)側(cè)的開(kāi)關(guān)元件Qll、Q12交替接通斷開(kāi)，對(duì)應(yīng)于其定時(shí)來(lái)對(duì)雙向開(kāi)關(guān)元件Q2進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，由此從輸出端子Po (+)、Po (-)輸出交流電壓Vout。
[0049]圖2是表示開(kāi)關(guān)元件Q11、Q12、Q2的接通斷開(kāi)的定時(shí)、與從輸出端子Po (+)、Po(一)輸出的交流電壓Vout的關(guān)系的圖。以下將雙向開(kāi)關(guān)元件Q2接通稱作FET21、22兩者接通，將雙向開(kāi)關(guān)元件Q2斷開(kāi)稱作FET21、22兩者斷開(kāi)。
[0050]控制電路10以?shī)A著微小的死區(qū)時(shí)間的大致50%的固定占空比來(lái)使開(kāi)關(guān)元件Q11、Q12分別交替接通。詳細(xì)地，在設(shè)為固定周期T時(shí)，控制電路10在T/2之間使開(kāi)關(guān)元件Qll接通，使開(kāi)關(guān)元件Q12斷開(kāi)?？刂齐娐?0在開(kāi)關(guān)元件Q12的體二極管導(dǎo)通的期間使開(kāi)關(guān)元件Qll通路來(lái)進(jìn)行開(kāi)關(guān)元件Qll的零電壓開(kāi)關(guān)動(dòng)作。接下來(lái)，控制電路10使開(kāi)關(guān)元件Qll斷開(kāi)T/2的期間，使開(kāi)關(guān)元件Q12接通。控制電路10在開(kāi)關(guān)元件Qll的體二極管導(dǎo)通的期間使開(kāi)關(guān)元件Q12通路來(lái)進(jìn)行開(kāi)關(guān)元件Q12的零電壓開(kāi)關(guān)動(dòng)作。
[0051 ] 然后，在交流電壓Vout的正電壓的輸出期間，控制電路10在開(kāi)關(guān)元件Q12的接通期間使雙向開(kāi)關(guān)元件Q2接通。另外，在交流電壓Vout的負(fù)電壓的輸出期間，控制電路10在開(kāi)關(guān)元件Qll的接通期間使雙向開(kāi)關(guān)元件Q2接通。即，控制電路10能通過(guò)選擇在開(kāi)關(guān)元件Qll和開(kāi)關(guān)元件Q12的哪一者的斷開(kāi)期間使雙向開(kāi)關(guān)元件Q2接通來(lái)控制對(duì)交流電壓Vout輸出正電壓，還是輸出負(fù)電壓。
[0052]在接通雙向開(kāi)關(guān)元件Q2時(shí)，控制電路10對(duì)雙向開(kāi)關(guān)元件Q2的接通期間(驅(qū)動(dòng)電壓的脈沖寬度)進(jìn)行PWM控制來(lái)生成正弦波狀的電壓。在雙向開(kāi)關(guān)元件Q2的接通期間短的情況下，輸出電壓變低，在雙向開(kāi)關(guān)元件Q2的接通期間長(zhǎng)的情況下，輸出電壓變高。由此，從輸出端子Po (+)、Po (—)輸出交流電壓Vout。
[0053]如此，通過(guò)開(kāi)關(guān)元件Q11、Q12的ZVS動(dòng)作降低了開(kāi)關(guān)損耗，能實(shí)現(xiàn)基于損耗降低的高效率化、小型化。另外，通過(guò)ZVS動(dòng)作施加給開(kāi)關(guān)元件Q11、Q12的電壓與輸入電源Vin的電壓大致相等。由此能使用低耐壓的FET、即低接通電阻的FET，能實(shí)現(xiàn)小型、高效率。
[0054]以下進(jìn)一步詳述流過(guò)如圖2那樣接通斷開(kāi)的各開(kāi)關(guān)元件Q11、Q12、Q2的電流。
[0055]圖3是表示交流電壓的正電壓輸出時(shí)的各開(kāi)關(guān)元件Ql 1、Ql2、Q2的電流波形的圖。在圖3中，Idl是開(kāi)關(guān)Qll的電流波形，Id2是開(kāi)關(guān)Q12的電流波形，In2是流過(guò)次級(jí)繞組n2以及雙向開(kāi)關(guān)元件Q2的電流波形。
[0056]在開(kāi)關(guān)元件Qll接通、開(kāi)關(guān)元件Q12以及雙向開(kāi)關(guān)元件Q2斷開(kāi)的情況下，在初級(jí)偵牝從輸入電源Vin起在電容器Cl、漏電感Lleak、勵(lì)磁電感Lm、以及開(kāi)關(guān)元件Qll的環(huán)路流過(guò)電流。在次級(jí)側(cè)，由于雙向開(kāi)關(guān)元件Q2斷開(kāi)，因此不流過(guò)電流。
[0057]另外，此時(shí)在初級(jí)側(cè)，通過(guò)由電容器Cl、漏電感Lleak以及勵(lì)磁電感Lm構(gòu)成的串聯(lián)諧振電路產(chǎn)生諧振，但由于相對(duì)于開(kāi)關(guān)元件Qll、Q12的開(kāi)關(guān)頻率，該串聯(lián)諧振電路的諧振頻率充分小，因此開(kāi)關(guān)元件Qll的電流Idl大致直線變化。
[0058]在開(kāi)關(guān)元件Qll斷開(kāi)、開(kāi)關(guān)元件Q12以及雙向開(kāi)關(guān)元件Q2接通時(shí)，由電容器Cl以及漏電感Lleak產(chǎn)生諧振。此時(shí)流過(guò)的諧振電流介由變壓器T從初級(jí)側(cè)傳遞到次級(jí)側(cè)。為此，次級(jí)側(cè)的電流In2成為與基于電容器Cl以及漏電感Lleak產(chǎn)生的諧振電流相似的曲線波形。另外，在雙向開(kāi)關(guān)元件Q2的斷開(kāi)時(shí)，次級(jí)側(cè)的電流In2成為0，由電容器Cl以及漏電感Lleak產(chǎn)生的諧振結(jié)束。在雙向開(kāi)關(guān)元件Q2的斷開(kāi)后，成為由電容器Cl、漏電感Lleak以及勵(lì)磁電感Lm構(gòu)成的諧振電路，開(kāi)關(guān)元件Q12的電流大致直線變化。
[0059]另外，在雙向開(kāi)關(guān)元件Q2的斷開(kāi)期間，通過(guò)由電容器Cl、漏電感Lleak以及勵(lì)磁電感Lm構(gòu)成的串聯(lián)諧振電路產(chǎn)生諧振，但相對(duì)于開(kāi)關(guān)元件Qll、Q12的開(kāi)關(guān)頻率，該串聯(lián)諧振電路的諧振頻率充分小。因此，在雙向開(kāi)關(guān)元件Q2的斷開(kāi)期間，開(kāi)關(guān)元件Q12的電流Id2大致直線變化。
[0060]如此，在雙向開(kāi)關(guān)元件Q2接通、電流流過(guò)次級(jí)側(cè)時(shí)，流過(guò)雙向開(kāi)關(guān)元件Q2的電流In2成為以電容器Cl和漏電感Lleak為諧振要素的諧振電流的波形。為此，流過(guò)雙向開(kāi)關(guān)元件Q2的電流In2成為“O”起開(kāi)始諧振的波形。通過(guò)該動(dòng)作能得到通路時(shí)的開(kāi)關(guān)損耗少這樣的效果。
[0061 ] 圖4是表示交流電壓的負(fù)電壓輸出時(shí)的各開(kāi)關(guān)元件Ql 1、Ql2、Q2的電流波形的圖。
[0062]在開(kāi)關(guān)元件Qll以及雙向開(kāi)關(guān)元件Q2斷開(kāi)、開(kāi)關(guān)元件Q12接通的情況下，在電容器Cl、漏電感Lleak、初級(jí)繞組nl以及開(kāi)關(guān)元件Q12的環(huán)路流過(guò)電流。此時(shí)，由于雙向開(kāi)關(guān)元件Q2斷開(kāi)，因此積蓄在電容器Cl的靜電能量所產(chǎn)生的電壓施加在初級(jí)繞組nl，流過(guò)勵(lì)磁電流。因此，流過(guò)勵(lì)磁電流的開(kāi)關(guān)元件Qll的電流Idl成為大致直線增加的波形。
[0063]在開(kāi)關(guān)元件Qll以及雙向開(kāi)關(guān)元件Q2接通、開(kāi)關(guān)元件Q12斷開(kāi)的情況下，在初級(jí)偵U人輸入電源Vin在電容器Cl、漏電感Lleak、初級(jí)繞組nl以及開(kāi)關(guān)元件Qll的路徑流過(guò)電流。此時(shí)，由于流過(guò)由電容器Cl以及漏電感Lleak產(chǎn)生的諧振電流，因此開(kāi)關(guān)元件Qll的電流Idl成為諧振電流的波形。
[0064]由初級(jí)側(cè)的電容器Cl以及漏電感Lleak產(chǎn)生的諧振電流介由變壓器T從初級(jí)側(cè)傳遞到次級(jí)側(cè)。為此，電流In2成為與由電容器Cl以及漏電感Lleak產(chǎn)生的諧振電流相似的曲線波形。另外，在雙向開(kāi)關(guān)元件Q2的斷開(kāi)時(shí)，次級(jí)側(cè)的電流Ιη2成為0，基于電容器Cl以及漏電感Lleak的諧振結(jié)束。在雙向開(kāi)關(guān)元件Q2的斷開(kāi)后，成為由電容器Cl、漏電感Lleak以及勵(lì)磁電感Lm構(gòu)成的諧振電路，開(kāi)關(guān)元件Q12的電流大致直線變化。
[0065]另外，在雙向開(kāi)關(guān)元件Q2斷開(kāi)的情況下，通過(guò)由電容器Cl、漏電感Lleak以及勵(lì)磁電感Lm構(gòu)成的串聯(lián)諧振電路產(chǎn)生諧振，但由于相對(duì)于開(kāi)關(guān)元件Qll、Q12的開(kāi)關(guān)頻率，該串聯(lián)諧振電路的諧振頻率充分小，因此開(kāi)關(guān)元件Q12的電流Id2大致直線變化。
[0066]如此，在雙向開(kāi)關(guān)元件Q2接通、電流流過(guò)次級(jí)側(cè)時(shí)，流過(guò)雙向開(kāi)關(guān)元件Q2的電流In2成為以電容器Cl和漏電感Lleak為諧振要素的諧振電流的波形。為此，流過(guò)雙向開(kāi)關(guān)要素Ql的電流In2成為從“O”起開(kāi)始諧振的波形。
[0067]如以上那樣，本實(shí)施方式所涉及的開(kāi)關(guān)電源裝置I由于在次級(jí)側(cè)使用雙向開(kāi)關(guān)元件Q2，因此在與現(xiàn)有電路的對(duì)比中能減少次級(jí)繞組的數(shù)量。另外，通過(guò)同時(shí)接通雙向開(kāi)關(guān)元件Q2的FET21、22，與使FET21、22的一方接通而在另一方的體二極管流過(guò)電流的情況相t匕，二極管的正向電壓引起的導(dǎo)通損耗消失，能實(shí)現(xiàn)高效率。
[0068]另外，在從交流電壓Vout輸出正弦波電壓的情況下，在從電容器C2取出到負(fù)載側(cè)的能量小的輕負(fù)載時(shí)，由于在交流電壓的零交叉近傍，電壓未降低到零而有可能在波形中產(chǎn)生失真。但是本實(shí)施方式所涉及的開(kāi)關(guān)電源裝置I根據(jù)雙向開(kāi)關(guān)元件Q2的接通的定時(shí)不同，不管是正負(fù)哪一者的電壓都能輸出給電容器C2。由此，能將交流電壓Vout控制在設(shè)為目標(biāo)的電壓值，能抑制波形的失真。
[0069](實(shí)施方式2)
[0070]以下說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式2。由于本實(shí)施方式所涉及的開(kāi)關(guān)電源裝置的電路構(gòu)成與實(shí)施方式I相同，因此省略說(shuō)明。在本實(shí)施方式中，各開(kāi)關(guān)元件Q11、Q12、Q2的開(kāi)關(guān)控制與實(shí)施方式I相異。以下說(shuō)明該相異點(diǎn)。
[0071]圖5是表示實(shí)施方式2所涉及的開(kāi)關(guān)元件Qll、Q12、Q2的接通斷開(kāi)的定時(shí)、與從輸出端子Po (+)、Po (—)輸出的交流電壓Vout的關(guān)系的圖。作為基本動(dòng)作，與實(shí)施方式I相同，都是開(kāi)關(guān)元件Q11、Q12夾著微小的死區(qū)時(shí)間來(lái)交替接通斷開(kāi)。并且，通過(guò)在開(kāi)關(guān)元件Q12接通時(shí)接通雙向開(kāi)關(guān)元件Q2來(lái)輸出交流電壓的正電壓，通過(guò)在開(kāi)關(guān)元件Qll接通時(shí)接通雙向開(kāi)關(guān)元件Q2來(lái)輸出交流電壓的負(fù)電壓。
[0072]另外，在本實(shí)施方式中，在輸出交流電壓的正電壓的情況下，開(kāi)關(guān)元件Q12將接通期間固定在Ton。然后，調(diào)整開(kāi)關(guān)元件Qll的接通期間來(lái)調(diào)整所輸出的交流電壓的正電壓。在此，開(kāi)關(guān)元件Q12的接通期間，設(shè)定為雙向開(kāi)關(guān)元件Q2接通時(shí)流過(guò)初級(jí)側(cè)的諧振電流的諧振周期T的1/2以上、即半周期以上。諧振周期T用Τ = 2π V (ClXLleak)導(dǎo)出。雙向開(kāi)關(guān)元件Q2與固定了接通期間的開(kāi)關(guān)元件Q12同步接通斷開(kāi)。
[0073]另一方面，在輸出交流電壓的負(fù)電壓的情況下，開(kāi)關(guān)元件Qll將接通期間固定在Ton。然后，調(diào)整開(kāi)關(guān)元件Q12的接通期間來(lái)調(diào)整所輸出的交流電壓的正電壓。在此，開(kāi)關(guān)元件Qll的接通期間與正電壓的情況相同地，都是設(shè)定為雙向開(kāi)關(guān)元件Q2接通時(shí)流過(guò)初級(jí)側(cè)的諧振電流的諧振周期T的1/2以上。雙向開(kāi)關(guān)元件Q2與固定了接通期間的開(kāi)關(guān)元件Qll同步接通斷開(kāi)。
[0074]圖6是表示交流電壓的正電壓輸出時(shí)的各開(kāi)關(guān)元件Ql 1、Ql2、Q2的電流波形的圖。在圖6中，一并示出了開(kāi)關(guān)元件Q11、Q12的漏極一源極間的電壓波形。
[0075]在交流電壓的正電壓輸出時(shí)，在僅開(kāi)關(guān)元件Qll接通時(shí)，開(kāi)關(guān)元件Qll的電流Idl與流過(guò)初級(jí)繞組nl的電流相同，成為隨時(shí)間的經(jīng)過(guò)而大致直線增加的波形。另一方面，在開(kāi)關(guān)元件Q12接通時(shí)，雙向開(kāi)關(guān)元件Q2也接通，開(kāi)關(guān)元件Q12的電流Id2成為諧振電流的波形。另外，由于雙向開(kāi)關(guān)元件Q2與開(kāi)關(guān)元件Q12同步接通斷開(kāi)，因此該電流In2與開(kāi)關(guān)元件Q12的電流Id2相同地，都成為諧振電流波形。通過(guò)匹配諧振周期T來(lái)控制雙向開(kāi)關(guān)元件Q2的接通時(shí)間，在該電流In2為O附近通路。由此能得到降低開(kāi)關(guān)損耗的效果。
[0076]另外，由于在輸出交流電壓的負(fù)電壓的情況下與使圖6中的開(kāi)關(guān)元件Qll、Q12相反的圖相同，因此省略圖示以及其說(shuō)明。
[0077](實(shí)施方式3)
[0078]以下說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式3。由于本實(shí)施方式所涉及的開(kāi)關(guān)電源裝置的電路構(gòu)成、以及開(kāi)關(guān)元件Q11、Q12的開(kāi)關(guān)控制與實(shí)施方式1、2相同，因此省略說(shuō)明。在本實(shí)施方式中，雙向開(kāi)關(guān)元件Q2的開(kāi)關(guān)控制與實(shí)施方式1、2相異。以下說(shuō)明其相異點(diǎn)。
[0079]圖7是表示實(shí)施方式3所涉及的開(kāi)關(guān)元件Q11、Q12、Q2的接通斷開(kāi)的定時(shí)、與從輸出端子Po (+), Po (一)輸出的交流電壓Vout的關(guān)系的圖。圖8是表示交流電壓的正電壓輸出時(shí)的各開(kāi)關(guān)元件Q11、Q12以及雙向開(kāi)關(guān)元件Q2的FET21的電流波形的圖。
[0080]在實(shí)施方式1、2中，同時(shí)接通斷開(kāi)雙向開(kāi)關(guān)元件Q2的FET21、22，與此相對(duì)在本實(shí)施方式中，在交流電壓的正電壓的輸出時(shí)接通FET21，在負(fù)電壓的輸出時(shí)接通FET22。在接通FET21的情況下，通過(guò)FET22的體二極管來(lái)防止從輸出端子Po (+)流向次級(jí)繞組n2的逆流電流。其結(jié)果，如圖8的虛線圓圈所示那樣，在與圖6所示的波形的對(duì)比中，能防止流過(guò)雙向開(kāi)關(guān)元件Q2的FET21的電流In2成為“負(fù)”。在此所說(shuō)的“負(fù)”是指在將從FET21的漏極向源極的方向設(shè)為正時(shí)的相反朝向的方向。
[0081]另外，在接通FET22的情況下，通過(guò)FET21的體二極管來(lái)防止從次級(jí)繞組n2流向輸出端子Po (+)的逆流電流。其結(jié)果，雖未圖示，但能防止在將從FET22的漏極朝向源極的方向設(shè)為正時(shí)流過(guò)雙向開(kāi)關(guān)元件Q2的FET22的電流In2成為其相反朝向的方向的“負(fù)”。
[0082]如以上那樣，由于在流過(guò)次級(jí)側(cè)的電流在因初級(jí)側(cè)的諧振動(dòng)作而成為O后也因二極管的動(dòng)作而不產(chǎn)生電流的逆流，因此控制穩(wěn)定。另外，在實(shí)施方式I中同時(shí)接通FET21、22，但在本實(shí)施方式中，由于交替接通FET21、22，因此能通過(guò)體二極管防止逆電流。其結(jié)果，能防止從次級(jí)側(cè)向初級(jí)側(cè)的能量的再生。
[0083]另外，開(kāi)關(guān)電源裝置I的具體的構(gòu)成等能進(jìn)行適宜設(shè)計(jì)變更，記載于上述實(shí)施方式中的作用以及效果只是列舉從本發(fā)明產(chǎn)生的最適當(dāng)?shù)淖饔靡约靶Ч?，本發(fā)明的作用以及效果并不限定于記載于上述的實(shí)施方式中的作用以及效果。
[0084]例如在上述實(shí)施方式中說(shuō)明了使用變壓器T的初級(jí)側(cè)漏電感Lleak和電容器Cl作為諧振元件的情況，但使用變壓器T的次級(jí)側(cè)漏電感和電容器Cl作為諧振元件的情況也相同。該情況下需要考慮變壓器T的初級(jí)繞組nl以及次級(jí)繞組n2的繞組比。
[0085]在上述實(shí)施方式中使用變壓器T的漏電感Lleak作為諧振元件，新將另外的電感元件與變壓器T的初級(jí)繞組或次級(jí)繞組串聯(lián)連接，使用該漏電感Lleak與追加的電感元件的合成值作為諧振元件的情況也能得到相同的效果。該情況下，雖然部件個(gè)數(shù)增加，但能容易地設(shè)計(jì)所期望的諧振元件常數(shù)。
[0086]另外，電容器Cl串聯(lián)連接在初級(jí)繞組nl與輸入端子Pi (+)之間，但也可以是串聯(lián)連接在初級(jí)繞組nl與開(kāi)關(guān)元件Q1、Q2間之間的電路構(gòu)成。
[0087]進(jìn)而，初級(jí)繞組nl以及開(kāi)關(guān)元件Q1、Q2的連接構(gòu)成并不限定于圖1。圖9A以及圖9B是表示初級(jí)側(cè)的電路構(gòu)成的變形例的圖。如圖9A所示那樣，電容器Cl以及漏電感Lleak也可以在開(kāi)關(guān)元件Qll側(cè)。另外，也可以如圖9B所示那樣，開(kāi)關(guān)元件Ql1、Q12的連接位置與圖1的情況相反。
[0088]另外，例如雙向開(kāi)關(guān)元件Q2的構(gòu)成并不限定于上述的實(shí)施方式。圖10是表示與開(kāi)關(guān)電源裝置I中的雙向開(kāi)關(guān)元件Q2的構(gòu)成不同的電路的圖。漏電感LleakB成在次級(jí)側(cè)。在圖10中，雙向開(kāi)關(guān)元件Q2使集電極一發(fā)射極方向彼此相反地并聯(lián)連接IGBT23、24而構(gòu)成。這種情況下，與實(shí)施方式3相同，都能防止從次級(jí)側(cè)向初級(jí)側(cè)的能量的再生。另外，在實(shí)施方式I中，F(xiàn)ET2U22串聯(lián)連接，與此相對(duì)，在圖10中，由于IGBT23、24并聯(lián)連接，因此能降低雙向開(kāi)關(guān)元件Q2中的電壓的損耗。
[0089]標(biāo)號(hào)的說(shuō)明
[0090]1開(kāi)關(guān)電源裝置
[0091]10開(kāi)關(guān)IC (控制單元)
[0092]Cl電容器
[0093]Pi輸入端子
[0094]Po (+)輸出端子(第I輸出端子)
[0095]Po (—)輸出端子(第2輸出端子)
[0096]η I初級(jí)繞組
[0097]η2次級(jí)繞組
[0098]Lleak 漏電感
[0099]T變壓器
[0100]Qll開(kāi)關(guān)元件(第I開(kāi)關(guān)元件)[0101]Q12開(kāi)關(guān)元件(第2開(kāi)關(guān)元件)
[0102]Q2雙向開(kāi)關(guān)元件(開(kāi)關(guān)電路)
[0103]21、22FET
[0104]Vin輸入電源`
【權(quán)利要求】
1.一種逆變器裝置，將所輸入的直流電壓變換為交流電壓并輸出，具備: 具有磁耦合的初級(jí)繞組以及次級(jí)繞組的變壓器； 與所述初級(jí)繞組串聯(lián)連接的電容器； 與所述初級(jí)繞組串聯(lián)連接的第I開(kāi)關(guān)元件； 與該第I開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)連接且與串聯(lián)連接的所述初級(jí)繞組以及所述電容器并聯(lián)連接的第2開(kāi)關(guān)元件； 與所述次級(jí)繞組串聯(lián)連接且相對(duì)于所述次級(jí)繞組雙向進(jìn)行導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)電路；和 分別使所述第I開(kāi)關(guān)元件、所述第2開(kāi)關(guān)元件以及所述開(kāi)關(guān)電路接通斷開(kāi)的控制單元， 所述控制單元使所述第I開(kāi)關(guān)元件以及所述第2開(kāi)關(guān)元件交替接通，并且在所述第I開(kāi)關(guān)元件或所述第2開(kāi)關(guān)元件的斷開(kāi)期間，使所述開(kāi)關(guān)電路接通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器裝置，其中， 所述控制單元夾著死區(qū)時(shí)間以大致50%的占空比分別使所述第I開(kāi)關(guān)元件以及所述第2開(kāi)關(guān)元件接通斷開(kāi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器裝置，其中， 所述控制單元將由所述電容器以及所述變壓器的漏電感產(chǎn)生的諧振的半周期以上的固定時(shí)間作為所述第I開(kāi)關(guān)元件或所述第2開(kāi)關(guān)元件的接通期間，在固定了接通期間的所述第I開(kāi)關(guān)元件或所述第2開(kāi)關(guān)元件的接通期間，使所述開(kāi)關(guān)電路接通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的逆變器裝置，其中， 所述開(kāi)關(guān)電路包含2個(gè)具有體二極管的FET，按照使所述體二極管的朝向成為相反方向地串聯(lián)連接所述FET。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的逆變器裝置，其中， 所述控制單元與因在所述次級(jí)繞組感應(yīng)的電壓而進(jìn)行流動(dòng)的電流的朝向?qū)?yīng)地使2個(gè)所述FET的一方接通。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的逆變器裝置，其中， 所述開(kāi)關(guān)電路具有2個(gè)能在I個(gè)方向?qū)ǖ拈_(kāi)關(guān)元件，按照使導(dǎo)通方向成為相反方向地并聯(lián)連接所述開(kāi)關(guān)元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?6中任一項(xiàng)所述的逆變器裝置，其中， 所述控制單元對(duì)所述第I開(kāi)關(guān)元件、所述第2開(kāi)關(guān)元件以及所述開(kāi)關(guān)電路的至少一者進(jìn)行PWM控制來(lái)輸出正弦波電壓。
【文檔編號(hào)】H02M7/48GK103891123SQ201280051648
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月25日
【發(fā)明者】志治肇 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所