Dc-dc 變換器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及軟開(kāi)關(guān)方式的DC-DC變換器及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，已知具有如下控制電路的開(kāi)關(guān)電源裝置，即，將設(shè)置于變壓器的1時(shí)側(cè)的開(kāi)關(guān)元件接通/斷開(kāi)，斷續(xù)地對(duì)1次繞組施加電壓，由此使2次繞組產(chǎn)生感應(yīng)電壓，根據(jù)施加于2次側(cè)的負(fù)載的狀態(tài)而控制將開(kāi)關(guān)元件接通的時(shí)間(參照J(rèn)P2002 - 233146A)。對(duì)于該現(xiàn)有的開(kāi)關(guān)電源裝置公開(kāi)了如下內(nèi)容，即，在輸出要求值低的情況下，設(shè)置強(qiáng)制地?cái)嚅_(kāi)控制電路的期間，反復(fù)形成斷開(kāi)狀態(tài)和接通狀態(tài)而實(shí)現(xiàn)節(jié)電化。
[0003]在這里，已知如下軟開(kāi)關(guān)方式的DC-DC變換器，即，利用共振現(xiàn)象，在開(kāi)關(guān)元件的施加電壓變?yōu)?V或者導(dǎo)通電流變?yōu)?A之后進(jìn)行開(kāi)關(guān)元件的接通/斷開(kāi)。軟開(kāi)關(guān)方式的DC-DC變換器中具有如下特性，S卩，如果輸出值要求低于軟開(kāi)關(guān)成立的最低輸出值，則變?yōu)橛查_(kāi)關(guān)。因此，如果單純地將JP2002 - 233146A中所記載的技術(shù)應(yīng)用于軟開(kāi)關(guān)方式的DC-DC變換器，則會(huì)產(chǎn)生軟開(kāi)關(guān)未成立而損失增大的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，提供一種用于在軟開(kāi)關(guān)方式的DC-DC變換器中，即使在輸出要求值比軟開(kāi)關(guān)成立的最低輸出值低的情況下也使得軟開(kāi)關(guān)成立的技術(shù)。
[0005]本發(fā)明的一個(gè)方式的軟開(kāi)關(guān)方式的DC-DC變換器具備:開(kāi)關(guān)元件；變壓器或者電抗器；以及控制單元，其對(duì)所述開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)動(dòng)作進(jìn)行控制，該軟開(kāi)關(guān)方式的DC-DC變換器在施加于開(kāi)關(guān)元件的電壓或電流為零的狀態(tài)下進(jìn)行開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)動(dòng)作?？刂茊卧贒C-DC變換器的輸出要求值比軟開(kāi)關(guān)成立的最低輸出低的情況下，以使得DC-DC變換器的輸出大于或等于最低輸出的動(dòng)作區(qū)間、和輸出變?yōu)?的停止區(qū)間交替地重復(fù)的方式，對(duì)開(kāi)關(guān)元件的動(dòng)作進(jìn)行控制。
[0006]下面，與附圖一起對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是表示第1實(shí)施方式的DC-DC變換器的結(jié)構(gòu)的圖。
[0008]圖2是表示第1實(shí)施方式的DC-DC變換器的輸出隨時(shí)間的變化的一個(gè)例子的圖。
[0009]圖3表示將DC-DC變換器的輸出控制為軟開(kāi)關(guān)成立的最低輸出Pmin的情況下的輸出隨時(shí)間的變化的一個(gè)例子的圖。
[0010]圖4是表不第2實(shí)施方式的DC-DC變換器的輸出電壓隨時(shí)間的變化的一個(gè)例子的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]—第1實(shí)施方式一
[0012]圖1是表示第1實(shí)施方式的軟開(kāi)關(guān)方式的DC-DC變換器(下面，也簡(jiǎn)稱為DC-DC變換器)的結(jié)構(gòu)的圖。圖1所示的DC-DC變換器1是緩沖共振型的DC-DC變換器，例如搭載于電動(dòng)汽車中而使用。但是，本實(shí)施方式的DC-DC變換器的應(yīng)用目標(biāo)不限定于車輛。
[0013]第1實(shí)施方式的DC-DC變換器1具備1次側(cè)開(kāi)關(guān)電路10、2次側(cè)開(kāi)關(guān)電路20、變壓器30、1次側(cè)平滑電容器C10、2次側(cè)平滑電容器C20以及控制器40。1次側(cè)開(kāi)關(guān)電路10與變壓器30的1次繞組31連接，2次側(cè)開(kāi)關(guān)電路20與變壓器30的2次繞組32連接。使變壓器30的1次繞組31和2次繞組32磁耦合。
[0014]1次側(cè)開(kāi)關(guān)電路10具備開(kāi)關(guān)元件H1?H4、反并聯(lián)二極管D1?D4以及緩沖電容器C1?C4。另外，2次側(cè)開(kāi)關(guān)電路20具備開(kāi)關(guān)元件H5?H8、反并聯(lián)二極管D5?D以及緩沖電容器C5?C8。
[0015]控制器40根據(jù)DC-DC變換器的輸出目標(biāo)值而控制開(kāi)關(guān)元件H1?H8的接通/斷開(kāi)。
[0016]圖1所示的緩沖共振型的DC-DC變換器1為已知的結(jié)構(gòu)，因此省略其基本動(dòng)作的說(shuō)明，其通過(guò)在變壓器電流的死區(qū)(dead time)期間中對(duì)緩沖電容器進(jìn)行充放電而實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)。對(duì)于緩沖電容器C1?C8的容量，預(yù)先對(duì)與變壓器30的漏電感之間的共振頻率以及空載時(shí)間進(jìn)行比較，由此選定使得充放電在空載期間中完畢的最佳的容量。另一方面，緩沖電容器的充放電電流主要由在變壓器30中流動(dòng)的負(fù)載電流供給，因此對(duì)于現(xiàn)有的DC-DC變換器而言，在負(fù)載電流比能夠在空載期間中對(duì)緩沖電容器進(jìn)行充放電的程度的值低的情況下變?yōu)橛查_(kāi)關(guān)。
[0017]下面，對(duì)第1實(shí)施方式的DC-DC變換器的特征性的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
[0018]圖2是表示第1實(shí)施方式的DC-DC變換器的輸出電力隨時(shí)間的變化的一個(gè)例子的圖。如上所述，對(duì)于現(xiàn)有的軟開(kāi)關(guān)方式的DC-DC變換器而言，如果輸出電力P低于軟開(kāi)關(guān)成立的最低輸出電力Pmin則變?yōu)橛查_(kāi)關(guān)。因此，在本實(shí)施方式中，在DC-DC變換器的輸出目標(biāo)電力P *低于Pmin的情況下，以使得實(shí)際輸出電力P大于或等于Pmin的動(dòng)作期間和實(shí)際輸出電力P變?yōu)椹柕耐Ｖ蛊陂g交替、且使得實(shí)際輸出電力P的平均值變?yōu)檩敵瞿繕?biāo)電力P *的方式，對(duì)開(kāi)關(guān)元件H1?H8的接通/斷開(kāi)進(jìn)行控制。
[0019]此外，在圖2中僅顯示出由動(dòng)作期間T1以及停止期間T2構(gòu)成的輸出電壓變動(dòng)周期的1個(gè)周期，以使得上述的動(dòng)作期間和停止期間反復(fù)交替的方式進(jìn)行間歇?jiǎng)幼鳌?br>[0020]在圖2所示的例子中，在動(dòng)作期間T1中將實(shí)際輸出電力P控制為大于或等于Pmin，并且在停止期間T2中將實(shí)際輸出電力P控制為0。以使得實(shí)際輸出電力P在動(dòng)作期間T1中超過(guò)輸出目標(biāo)電力P *的量、和實(shí)際輸出電力P在停止期間T2中相對(duì)于輸出目標(biāo)電力P *不足的量相同的方式，即，以使得圖2中的S1和S2的面積相等的方式，對(duì)動(dòng)作期間中的實(shí)際輸出電力P以及期間Tl、T2進(jìn)行規(guī)定。由此，能夠使實(shí)際輸出電力P的平均值與輸出目標(biāo)電力P *—致。
[0021]此外，在DC-DC變換器的輸出電壓的變動(dòng)值相對(duì)于負(fù)載的要求較大的情況下，只要增大2次側(cè)平滑電容器C20的容量即可。
[0022]在這里，如圖3所示，通過(guò)將動(dòng)作期間中的實(shí)際輸出電力P設(shè)為軟開(kāi)關(guān)成立的最低輸出電力Pmin，能夠使導(dǎo)通損失最小。由此，能夠使變換器以損失最少的狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)作。
[0023]如上，第1實(shí)施方式的DC-DC變換器1具備:1次側(cè)開(kāi)關(guān)電路10,其與1次繞組31連接；2次側(cè)開(kāi)關(guān)電路20，其與2次繞組32連接；變壓器30，其使1次繞組31和2次繞組32磁耦合；以及控制器40，其對(duì)1次側(cè)開(kāi)關(guān)電路10以及2次側(cè)開(kāi)關(guān)電路20的動(dòng)作進(jìn)行控制。控制器40在DC-DC變換器1的輸出要求值P女比軟開(kāi)關(guān)成立的最低輸出Pmin低的情況下，以使得DC-DC變換器的輸出P大于或等于最低輸出Pmin的動(dòng)作區(qū)間、和DC-DC變換器的輸出P變?yōu)?的停止區(qū)間交替地重復(fù)的方式，對(duì)1次側(cè)開(kāi)關(guān)電路10以及2次側(cè)開(kāi)關(guān)電路20的動(dòng)作進(jìn)行控制。由此，DC-DC變換器的輸出P在動(dòng)作期間中大于或等于最低輸出Pmin，因此即使在輸出要求值P *比軟開(kāi)關(guān)成立的最低輸出Pmin低的情況下，也能夠使軟開(kāi)關(guān)成立。
[0024]另外，控制器40以使得DC-DC變換器1的輸出P的平均值成為輸出要求值P *的方式，對(duì)1次側(cè)開(kāi)關(guān)電路10以及2次側(cè)開(kāi)關(guān)電路20的動(dòng)作進(jìn)行控制，因此能夠使軟開(kāi)關(guān)成立、且能夠滿足輸出要求值P *。另外，即使是靈敏度相對(duì)于電壓變動(dòng)周期較高的負(fù)載，也能夠使其穩(wěn)定地進(jìn)行動(dòng)作。
[0025]特別是，如果以使得動(dòng)作區(qū)間內(nèi)的DC-DC變換器的輸出P變?yōu)檐涢_(kāi)關(guān)成立的最低輸出Pmin的方式，對(duì)1次側(cè)開(kāi)關(guān)電路10以及2次側(cè)開(kāi)關(guān)電路20的動(dòng)作進(jìn)行控制，則能夠在軟開(kāi)關(guān)