具有全桥控制的DC/DC转换器的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的具有全桥控制的DC/DC转换器。按照相移原理或者按照LLC原理构造并且控制DC/DC转换器。

背景技术：

迄今为止，具有高于16kHz的较高的开关频率以及高于600V的中间电路电压的直流电压转换器(DC/DC转换器)并不容易实现，因为MOSFET不可用于所需的电压范围。由电力电子开关(如IGBT和MOSFET)形成串联电路以增高可阻断的电压由于开关不能被精确地同时地开关并且由此单个开关的反向电压在断开时仍被超过而失败。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种针对大于600V、特别是大于1000V的中间电路电压的直流电压转换器。

该技术问题通过具有权利要求1的特征的共振DC/DC转换器来解决。

具有全桥控制的DC/DC转换器包括并联连接的第一和第二半桥，此外包括其初级侧连接在半桥的中点之间的变压器，以及与变压器的次级侧连接的整流器。

此外，根据本发明，在DC/DC转换器中，半桥分别具有由连接在该半桥的中点之前和连接在该半桥的中点之后的开关装置构成的串联电路，该开关装置分别由至少两个电力电子开关构成。

此外，在两个半桥中，第一电容器电路与开关装置中的第一个并联连接，并且第二电容器电路与开关装置中的第二个并联连接。电容器电路分别包括至少一个电容器。最后，电力电子开关是IGBT(隔离栅双极晶体管，英语：Isolated Gate Bipolar Transistor)，其优选地具有集成的续流二极管，或者是MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管，德语：Metalloxid-Semiconductor-Feldeffekttransistor)。

DC/DC转换器被设计为用于按照相移原理或按照LLC原理执行电力电子开关的控制。

因此，根据本发明的DC/DC转换器在其每个半桥中使用两个串联连接的电力电子开关，以便增加可能的中间电路电压。在断开过程中稍后响应的、通常是破坏性的开关上的电压上升通过并联连接的电容器来延迟，其中电容器是单独的部件，即，除了电力电子开关的寄生电容之外还存在的电容器。由此，稍后的开关的断开也及时地进行，即，在施加的电压还未超过该稍后的开关的最大的反向电压期间。

以这种方式，可以构造具有高于600V、特别是高于1000V的中间电路电压的DC/DC转换器，其中使用具有小于1000V的反向电压的单个电力电子开关。这些DC/DC转换器还允许使用高于16kHz、例如高于50kHz、特别是至少100kHz的高开关频率。

根据本发明的设备的有利的设计方案从权利要求1的从属权利要求得知。在此，根据权利要求1的实施方式可以与从属权利要求之一的特征组合，或者优选地与来自多个从属权利要求的特征组合。相应地，针对电流转换器还附加地设置了以下特征：

-电容器电路中的至少一个可以包括与电容器串联的另外的电容器。在此，在电容器电路中，两个电位点电气连接，该电位点在另外的电容器和电容器之间以及在与电容器电路并联的开关装置的电力电子开关之间形成。换句话说，两个电容器串联连接并且同时各个电容器与相应的电力电子开关并联连接。

-开关装置可以分别包括至少三个电力电子开关。在另外的设计方案中，每个开关装置还可以包括四个或五个电力电子开关。由此，还能够实现更高的DC/DC转换器的输入电压。

-即使每个开关装置有两个以上的开关，针对与电容器电路相关联的开关装置的每个电力电子开关，电容器电路中的至少一个可以具有电容器，其中电容器串联连接并且电容器中的每一个与相应的电力电子开关并联连接。

-针对一个或两个半桥，第一和/或第二电容器电路可以包括与电容器串联的另外的电容器，其中在具有另外的电容器的电容器电路中，两个电位点电气连接，该电位点在电容器之间以及在与电容器电路并联的开关装置的电力电子开关之间形成。换句话说，针对每个开关存在单独的电容器。由此，单个的电容器显著地较小，其中即使电容器的数量加倍，总共所需的结构空间下降。

-电力电子开关可以是具有小于1000V的最大反向电压的这种电力电子开关。因此实现一种DC/DC转换器，该DC/DC转换器被设计为用于例如大于1000V的中间电路电压，但是仅使用具有例如650V的最大反向电压的电力电子开关。

-电力电子开关可以是相同类型的。换句话说，在DC/DC转换器中仅使用MOSFET或仅使用IGBT。

-电容器优选地具有100pF和2000pF之间的电容。

附图说明

现在将根据附图更详细地解释针对本发明的优选但非限制性的实施例。在此，特征被示意性地示出。

图1示出了针对具有用于两个半桥的电容器的第一DC/DC转换器的原理电路图；

图2示出了具有用于每个开关的电容器的第二DC/DC转换器的半桥。

具体实施方式

图1示出了第一DC/DC转换器10，其主要按照具有全桥控制的共振DC/DC转换器的方式构造。与两个输入接头17相连，两个半桥11、12并联地连接。在两个半桥11、12的中点之间连接变压器13的初级侧以及与初级侧串联的共振扼流圈18和串联电容器20161357719，用于接收直流分量。该变压器的次级侧又以中点电路的形式经由整流器14(在此实现为两个二极管)与输出接头16连接。在整流器14和输出接头16之间连接用于平滑输出电压的、带有串联电感和并联电容的滤波器元件15。

图1所示的转换器按照DC/DC转换器的方式构造，该DC/DC转换器按照相移原理控制和运行。在此，在串联电容器19的变形方案中也可以省略。如果应当按照LLC原理运行转换器，则通常省略滤波器元件15中的电感，而将串联电容器19用作共振电容器。

第一半桥11具有两个串联连接的开关装置11A、11B，半桥的中点位于该开关装置之间。与已知的DC/DC转换器不同，开关装置11A、11B的每一个包括串联连接的至少两个、优选地恰好两个电力电子开关111...114。在本示例中，电力电子开关是MOSFET。然而，在替换的设计方案中，电力电子开关也可以是IGBT。在此，相同类型的开关优选地用于整个DC/DC转换器10。

第二半桥12同样地具有两个串联连接的开关装置12A、12B，半桥的中点以及由此变压器13的接头位于该开关装置之间。与已知的DC/DC转换器不同，开关装置12A、12B的每一个包括串联连接的至少两个、优选地恰好两个的电力电子开关121...124。在本示例中，电力电子开关也是MOSFET。然而，在替换的设计方案中，电力电子开关也可以是IGBT。

第二半桥12还包括与第一开关装置12A并联的第一电容器1210。第二电容器1211与第二开关装置12B并联连接。第一和第二电容器例如是具有例如100pF的电容的陶瓷电容器或薄膜电容器，其中，在另外的设计方案中，还可以选择500pF、100pF的电容或者在50pF和2nF之间的另外的电容。

第一半桥11的电路装置11A、11B具有并联连接的第三和第四电容器1110、1111。在该示例中，第三和第四电容器以与第一和第二电容器相同的方式设计。

在连续的运行中，电容器1210、1211负责在断开电路装置中的一个时限制电压上升的速度。断开开关装置12A、12B中的一个的两个开关121...124的确切时间的差异是不可避免的。然而，在没有电容器1210、1211的条件下，该差异导致开关121...124中的一个必须在短时间内阻断整个中间电路电压，这导致开关121...124的损坏。然而，通过电容器1210、1211延迟的电压上升使开关121...124有足够的时间来断开并且将待阻断的电压分配在两个开关121...124上。

除了开关121...124之外，图1还示出了包含在该开关中的不可避免的寄生电容125...128。由此旨在说明电容器1210、1211是添加的部件，该电容器与寄生电容125...128不同。电容器1210、1211的电容在寄生电容125...128或更大的范围内，由此，相比仅通过寄生电容125...128，电压上升被更强地延迟。

因此，在第一示例性实施例中，DC/DC转换器10具有两个相同构造的半桥11、12。图1中未示出的控制设备控制开关111...115、121...125，以使电路能够作为DC/DC转换器运行。为此，用于共振或准共振运行的开关装置按照相移方式或者按照LLC转换器的方式控制。在相移原理中，位于对角线的电路装置的接通时间和断开时间在时间上相对于彼此错开，由此能够实现准共振的运行。在此，考虑由存在的电容和电感在断开电路装置11A、11B、12A、12B时产生的再充电时间。现在，在考虑再充电时间的情况下，必须在设计开关111...114、121...124的控制时考虑添加的电容器1121、1221、1122、1222。因此，控制设备被优选地设计为针对开关111...114、121...124的控制使用死区时间，该死区时间与共振扼流圈和负载电流匹配，相对于没有该电容器和每个开关装置分别具有一个开关的DC/DC转换器，该死区时间通过使用电容器1121、1221、1122、1222产生。

在相移原理的情况下特别有意义的替换的设计方案中，第三和第四电容器1110、1111具有比第一和第二电容器更小的电容。在第二半桥12的开关装置12A、12B中的一个断开时，通过共同使用滤波器元件15中的平滑扼流圈的能量来进行相应的第一或第二电容器1210、1211的放电。反之，在第三或第四电容器1110、1111放电时，仅使用共振扼流圈18的能量，由此可以在相同的时间内输送较少量的电荷量。因此，较小的电容更好地适合于具有固定预定的开关频率和死区时间的准共振运行。

图2示出了按照针对本发明的第三实施例的用于DC/DC转换器的半桥11、12。为更清楚起见，图2仅示出了半桥11、12，该半桥可以用在根据针对本发明的第一或第二实施例的在其他方面未改变的DC/DC转换器中。在此，DC/DC转换器的一个或两个半桥11、12可以相应于图2设计。

图2中所示的接头30用于集成到中间电路，即DC/DC转换器10、20的输入电压。另外的接头31用于与变压器13的初级侧连接。接头30、31通常仅是象征性的，并且不必在所构造的DC/DC转换器10、20中有真实的类似物。

根据图2的半桥中，第一或第三电容器1110、1210通过由两个电容器1121、1221、1122、1222构成的串联电路代替。附加地，在这些电容器1121、1221、1122、1222之间的电位点与在相关的半桥11、12的第一电路装置11A、12A的开关111、121、112、122之间的电位点之间存在直接的电气连接。

同样地，根据图2的半桥中，第二和第四电容器1111、1211通过由两个电容器1123、1223、1124、1224构成的串联电路代替。附加地，在这些电容器1123、1223、1124、1224之间的电位点与在相关的半桥11、12的第一电路装置11B、12B的开关113、123、114、124之间的电位点之间存在直接的电气连接。