电流共振型直流电压转换器、控制用集成电路以及电流共振型直流电压转换方法
【专利摘要】一种电流共振型转换器，具有：开关电路(10)，从直流的输入电压(Vin)生成交流电压；LC共振电路(20)，共振用电容器(21)以及共振用线圈(22)被施加所述交流电压而进行共振；变压器(30)，其一次侧与该LC共振电路(20)串联；并联共振电感(Lm1)，其与该变压器(30)并联；整流电路(40)，其对在变压器(30)的二次侧出现的电流进行整流而生成直流的输出电压(Vout)；并联共振电感调整电路(50)，其使并联共振电感(Lm1)变化。
【专利说明】
电流共振型直流电压转换器、控制用集成电路以及电流共振型直流电压转换方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及将直流电压变换为其他直流电压的直流电压转换器(DC/DC转换器)， 特别地，涉及作为绝缘型DC/DC转换器的代表电路之一的电流共振型直流电压转换器、控制用集成电路以及电流共振型直流电压转换方法。【背景技术】
[0002]以往，具有如下的电路方式，在将直流电压变换为其他直流电压的DC/DC转换器中，特别地，在作为绝缘型DC/DC转换器的代表电路之一的电流共振型转换器(LLC方式等) 中，能够进行软开关动作，从而基本上容易实现高效率(例如，参照专利文献1)。
[0003]该专利文献1所述的电流共振型转换器具有:开关电路，包括通过具有开关频率的控制信号进行打开/关闭动作的开关元件，并且通过所述开关元件将直流的输入电压变换为交流并输出第一交流电压;共振电路，具有共振用的电感器以及电容器，并且输入所述第一交流电压而以规定的共振频率进行共振并输出共振信号;变压器，具有输入所述共振信号的一次绕组以及对所述一次绕组绝缘的二次绕组;整流电路，将从所述二次绕组输出的第二交流电压变换为直流而生成输出电压，并且将所述输出电压从输出侧输出；控制电路， 检测所述输出电压并生成所述控制信号而使所述开关元件进行打开/关闭动作；该电流共振型转换器具有相对于所述输出电压的所述开关频率中的规定的输出电压对开关频率特性，所述电流共振型转换器的特征在于，所述控制电路具有:输出电压检测单元，检测启动时的所述输出电压并获得该检测结果;频率决定单元，基于所述输出电压对开关频率特性以及所述检测结果，决定能够对所述输出侧进行电力供给的软启动开始的所述开关频率； 频率控制单元，在利用决定的所述开关频率使启动开始后，通过使所述开关频率逐渐降低的所述控制信号，使所述开关元件进行打开/关闭动作来控制所述电流共振型转换器的启动。
[0004]但是，在该专利文献1记载的那样的电流共振型转换器中，在用于太阳能面板或蓄电池等输入输出电压变动大的用途的情况下，通过将与电路的变压器一次侧并联的共振电感的值变小而使共振电流变大，能够实现几倍以上的宽幅的增益(输出电压/输入电压)调整。但是，在该情况下，共振电流的损失增大，从而存在难以高效率化的问题。
[0005]另外，作为其他方法，提出了设置对电压的变动进行串联补偿的附加电路(例如， 参照非专利文献1)
[0006]但是，在该非专利文献1记载的双向绝缘型DC/DC转换器中，存在开关元件的增加和补偿电路中的损失增加等问题。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开2012-029436号公报 [〇〇1〇]非专利文献
[0011]非专利文献1:宫胁慧和其他两人，“使用串联补偿方式的双向绝缘型DC/DC转换器的动作验证”，半导体电力转换研究会的讲演资料，2012年I月27日，SPC-12-025
【发明内容】
[0012]发明要解决的问题
[0013]鉴于以往技术中的这样的问题，本发明的目的在于，提供电流共振型直流电压转换器、控制用集成电路以及电流共振型直流电压转换方法，即使是输入输出电压变动大的用途，该电流共振型直流电压转换器也能够一边将开关元件的增加和补偿电路等中的损失增加变为最小限度一边实现高效率。
[0014]解决问题的手段
[0015]为了达到上述目的，本发明的电流共振型直流电压转换器的特征在于，
[0016]具有:
[0017]开关部，从直流的输入电压生成交流电压，
[0018]共振部，对共振用电容以及第一共振用电感施加所述交流电压而进行共振，
[0019]变压器，其一次侧与该共振部串联，
[0020]第二共振用电感，其与该变压器并联，
[0021]整流部，其对在所述变压器的二次侧出现的电流进行整流而生成直流的输出电压，
[0022]并联共振电感调整部，其使所述第二共振用电感变化。
[0023]在此，本发明的电流共振型直流电压转换器具有用于检测所述输入电压或所述输出电压的电压检测单元，所述并联共振电感调整部具有与所述变压器并联的共振电感(可以使用变压器的励磁电感，也可以外设)和经由第二开关与所述变压器的所述一次侧并联的调整用电感，该电流共振型直流电压转换器还可以具有第二开关控制部，该第二开关控制部基于由所述电压检测单元所检测出的所述输入电压或所述输出电压，对所述第二开关的开闭进行控制。另外，在所述第二开关控制部，规定成为所述第二开关的开闭状态转变的条件的转变条件电压范围，所述第二开关控制部也可以以如下方式进行控制，即，若所述输入电压或所述输出电压在所述转变条件电压范围内，则打开所述第二开关，并且，若所述输入电压或所述输出电压不在所述转变条件电压范围内，则关闭所述第二开关。
[0024]根据这样的结构的电流共振型直流电压转换器，通过最小限度的附加电路，特别地能够使额定值附近的各种损失大幅度地降低，由此，能够使效率提高。
[0025]另外，在本发明的电流共振型直流电压转换器中，所述第二开关控制部也可以使所述第二开关关闭时的所述转变条件电压范围相对于所述第二开关打开时的所述转变条件电压范围而变化，从而使所述第二开关的关闭控制具有磁滞。例如，所述第二开关控制部也可以使所述第二开关关闭时的所述转变条件电压范围的两端的至少一方相对于所述第二开关打开时的所述转变条件电压范围相对地变窄。
[0026]根据这样的结构的电流共振型直流电压转换器，即使所述输入电压或所述输出电压在所述转变条件电压范围的下限或上限的附近细微地变动，也能够尽可能地抑制所述第二开关每次重复开闭的现象。
[0027]另外，在本发明的电流共振型直流电压转换器中，所述第二开关具有第一整流单元、与该第一整流单元串联的第一方向开关、第二整流单元、与该第二整流单元串联的第二方向开关，在将所述第一整流单元的整流方向设为第一方向，将所述第二整流单元的整流方向设为第二方向时，所述第一整流单元以及所述第一方向开关也可以与所述第二整流单元以及所述第二方向开关并联，以使所述第一方向与所述第二方向相互相反。
[0028]在此，本发明的电流共振型直流电压转换器还具有并联共振电流检测单元，该并联共振电流检测单元用于检测流通于所述变压器的并联共振电感的并联共振电流值以及并联共振电流方向，所述第二开关控制部也可以以如下方式对所述第一方向开关以及所述第二方向开关进行控制，即，在所述第一方向开关以及所述第二方向开关全都关闭的情况下，在所述输入电压或所述输出电压从所述转变条件电压范围外向所述转变条件电压范围内变化时，若所述并联共振电流方向为所述第一方向，则首先打开所述第二方向开关，接着，在所述并联共振电流值变为〇后，打开所述第一方向开关，并且，若所述并联共振电流方向为所述第二方向，则首先打开所述第一方向开关，接着，在所述并联共振电流值变为〇后， 打开所述第二方向开关。而且，在所述第一方向开关以及所述第二方向开关全都打开的情况下，在所述输入电压从所述转变条件电压范围内向所述转变条件电压范围外变化时，所述第二开关控制部也可以以同时关闭所述第一方向开关以及所述第二方向开关的方式进行控制。
[0029]根据这样的结构的电流共振型直流电压转换器，由于在电流未流通于所述调整用电感的状态下打开包含所述第一方向开关以及所述第二方向开关的所述第二开关，因此， 能够抑制浪涌电压的产生，并且也能够使所述第一整流单元以及所述第二整流单元的逆恢复损失进一步变小。
[0030]另外，内置有上述的电流共振型直流电压转换器的所述第二开关控制部的控制用集成电路也属于本发明的范畴。
[0031]根据这样的结构的控制用集成电路，能够容易地实现本发明的电流共振型直流电压转换器。
[0032]或者，本发明的电流共振型直流电压转换方法的特征在于，
[0033]具有:
[0034]开关工序，从直流的输入电压生成交流电压，[〇〇35]共振工序，对具有共振用电容以及第一共振用电感的共振部施加所述交流电压而进行共振，
[0036]变压工序，利用一次侧与所述共振部串联的变压器进行变压，
[0037]整流工序，对在所述变压器的二次侧出现的电流进行整流而生成直流的输出电压，
[0038]共振电感调整工序，使与所述变压器并联的第二共振用电感变化。
[0039]根据这样的结构的电流共振型直流电压转换方法，通过最小限度的附加电路，特别地能够使额定值附近的各种损失大幅度地降低，由此，能够使效率提高。
[0040]发明的效果
[0041]根据本发明的电流共振型直流电压转换器以及电流共振型直流电压转换方法，通过最小限度的附加电路，特别地能够使额定值附近的各种损失大幅度地降低，由此，能够使效率提尚。
[0042]根据本发明的控制用集成电路，能够容易地实现本发明的电流共振型直流电压转换器。
【附图说明】
[0043]图1是本发明的第一实施方式的并联共振电感调整方式的电流共振型转换器100的概略结构图。
[0044]图2示出了电流共振型转换器100中的本发明的思想，图2(a)是并联共振电感调整用的开关SW5断开(OFF)的情况的说明图，图2(b)是开关SW5接通(ON)的情况的说明图。
[0045]图3是例示了与输入电压Vin相对应的利用电流共振型转换器100的损失与以往设计的相对比的图表。
[0046]图4是例示了输入电压Vin为350V、输出为4kW时的利用电流共振型转换器100的损失详细的分析结果与以往设计进行对比的图表。
[0047]图5是例示了将输入电压Vin为350V、输出为4kW时的电流共振型转换器100中的线圈以及变压器的电流波形与以往设计进行对比的图，图5(a)是以往设计中的各电流波形的图表，图5(b)是电流共振型转换器100中的各电流波形的图表。
[0048]图6是本发明的第一实施方式的第一变形例的并联共振电感调整方式的电流共振型转换器100A的概略结构图。
[0049]图7是本发明的第一实施方式的第二变形例的并联共振电感调整方式的电流共振型转换器100B的概略结构图。
[0050]图8是本发明的第二实施方式的并联共振电感调整方式的电流共振型转换器中的开关SW5的接通(0N)/断开(OFF)控制的概略说明图。
[0051]图9是本发明的第三实施方式的并联共振电感调整方式的电流共振型转换器中的并联共振电感调整用开关SW5C的概略结构图。
[0052]图10是本发明的第三实施方式的并联共振电感调整方式的电流共振型转换器中的并联共振电感调整用开关SW5C的动作次序的概略说明图。
[0053]图11是表示在本发明的第三实施方式的并联共振电感调整方式的电流共振型转换器中使并联共振电感调整用开关SW5C的接通(ON)/断开(OFF)切换也具有磁滞的情况的状态转变的概略说明图。
[0054]图12是表示在本发明的第三实施方式的并联共振电感调整方式的电流共振型转换器中使并联共振电感调整用开关SW5C的接通(ON)/断开(OFF)切换也具有磁滞的情况的动作的概略流程图。
【具体实施方式】
[0055]下面，参照附图对本发明的电流共振型直流电压转换器以及控制用集成电路的几个实施方式进行说明。
[0056]〈第一实施方式的概略结构〉
[0057]图1是本发明的第一实施方式的并联共振电感调整方式的电流共振型转换器100的概略结构图。
[0058]如该图1所示，电流共振型转换器100具有开关电路10、LC共振电路20、变压器30、整流电路40、并联共振电感调整电路50。[〇〇59]在开关电路10中，输入平滑用的电容器12、串联的开关SW1以及开关SW2、串联的开关SW3以及开关SW4分别与输入直流的输入电压Vin的输入端子对11a、lib并联。通过上述的开关SW1?SW4构成全桥型的开关电路。
[0060]作为开关SW1?SW4,可列举出例如场效应晶体管(PET)和绝缘栅双极型晶体管 (IGBT)等的开关元件，但并不限定于此。[0061 ] 该开关电路10通过以开关频率f在规定时机时间序列地切换开关SW1?SW4的各状态，从而在开关SW1以及开关SW2间的连接点13a与开关SW3以及开关SW4间的连接点13b之间产生交流电压。此外，开关频率f的控制装置未图示，但可列举出通过监视输出电压或输出电流来进行开关频率f的调节的装置。但是，并不限定于此。该控制装置也可以利用后述的控制单元54进行兼用。[〇〇62] LC共振电路20具有串联的共振用电容器21(电容Cr)以及共振用线圈22(电感Lr)， 通过它们构成第一共振电路。通过从连接点13a(与共振用电容器21侧连接)以及连接点13b (经由后述的变压器30的一次侧绕组31与共振用线圈22侧连接)施加由开关电路10产生的交流电压，使得LC共振电路20以固有的共振频率fr进行共振。[〇〇63] 变压器30具有一次侧绕组31以及二次侧绕组32,上述的一次侧绕组31以及二次侧绕组32相互绝缘。一次侧绕组31的一端与LC共振电路20的共振用线圈22侧串联，一次侧绕组31的另一端与开关电路10的连接点13b连接。在该变压器30中，基于施加于一次侧绕组31 的一次电压与匝数比的二次电压出现在二次侧绕组32。[〇〇64]此外，与变压器30的一次侧绕组31并联地设置有共振电感成分(可以利用变压器的励磁电感，也可以外设)，与该并联共振电感Lml对应的线圈33等效地存在。在LLC电路中， 通过上述的共振用电容器21、共振用线圈以及并联共振电感构成第二共振电路，该LLC共振电路以固有的共振频率fr 2进行共振。[〇〇65]在整流电路40中，输出平滑用的电容器43、以整流方向一致的方式(在该图1中向上)串联的整流元件41a以及整流元件41b、以与上述的整流方向均一致的方式(在该图1中向上)串联的整流元件41c以及整流元件41d分别与输出直流的输出电压Vout的输出端子对 44a、44b并联。作为整流元件41a?41d可以列举出例如二极管，但并不限定于此。[〇〇66]该整流电路40的整流元件41a以及整流元件41b之间的连接点42a与变压器30的二次侧绕组32的一端连接，整流元件41c以及整流元件41d之间的连接点42b与变压器30的二次侧绕组32的另一端连接。由此，在整流电路40中，在输出端子对44a、44b之间生成直流的输出电压Vout。[〇〇67]并联共振电感调整电路50具有:并联共振电感调整用线圈51和并联共振电感调整用开关SW5,该并联共振电感调整用开关SW5与该线圈51串联，并通过对电流的通过/切断进行切换使并联共振电感Lml实质性地变化，上述的线圈51以及开关SW5与对应于并联共振电感Lml的线圈33并联。并联共振电感调整电路50还具有:电流传感器52,用于检测通过线圈 33的电流值及其方向；电压传感器53，用于检测开关电路10的输入端子对1 la、1 lb之间的输入电压Vin的电压值;控制单元54,接受来自电流传感器52以及电压传感器53的检测信号并且基于上述的检测结果来控制开关SW5的切换。[〇〇68] 作为开关SW5,与开关SW1?SW4同样，可列举出例如场效应晶体管(PET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等的开关元件，但并不限定于此。作为电压传感器53，例如，若控制单元54具有A/D输入端子，则也可以作为对输入电压Vin进行分压的单纯的电阻分压电路。若将分压后的电压与控制单元54的A/D输入端子连接，则控制单元54能够基于电阻分压电路的分压比以及A/D转换结果来检测出输入电压Vin。但是，并不限定于这样的电压检测方法。另外，例如，也可以在检测输出电压Vout那样的部位配置电压传感器53来代替输入电压Vin的检测。
[0069]在通过控制单元54使开关SW5变为接通(ON)时，由于与并联共振电感Lml对应的线圈33和线圈51变为并联，因此，实质的并联共振电感Lm为，
[0070]Lml//Lm2 = Lml X T,m2/(Lml+Lm2)
[0071]作为控制单元54的开关SW5的切换控制的最简单的例子，可列举出如下的控制，即，预先设定成为开关SW5的接通(ON)/断开(OFF)切换的条件的转变条件电压范围，只基于由电压传感器53所检测出的输入电压Vin，若该输入电压Vin在转变条件电压范围内，则将开关SW5变为断开(0FF)，若不在转变条件电压范围内，则将开关SW5变为接通(ON)，但并不限定于这样的控制。
[0072]图2示出了电流共振型转换器100中的本发明的思想，图2(a)是并联共振电感调整用的开关SW5打开的情况(断开(OFF))的说明图，图2(b)是开关SW5关闭的情况(接通(ON))的说明图。
[0073]如参照图1进行的说明，在第一实施方式中，除了基本的并联共振电感Lml还另外设置有调整用并联共振电感Lm2，通对换开关SW5的接通(ON)/断开(OFF)进行切换，能够对该调整用并联共振电感Lm2的有效/无效进行控制。
[0074]在不需要调整用并联共振电感Lm2的工作区域(只用并联共振电感Lml就能够调整的输入输出电压条件)中，如图2(a)所示，通过将开关SW5变为断开(OFF)而使调整用并联共振电感Lm2无效化，能够将实质的并联共振电感Lm相对地变大。由此，通过共振电流变小，使得损失也变小，因此，能够使效率提高，但增益的调整范围窄。因此，优选地，在重视效率的额定值附近，将开关SW5变为断开(OFF)的状态使用。
[0075]另一方面，在需要大的共振电流的工作区域(只用并联共振电感Lml不能调整的输入输出电压条件)中，通过将开关SW5变为接通(ON)而使调整用并联共振电感Lm2有效化，能够将实质的并联共振电感Lm相对地变小(Lml//Lm2)。由此，通过共振电流变大，使得损失也变大，但增益的调整范围宽。因此，优选地，在从额定值附近大大地偏离的情况等需要宽的增益的调整范围的区域中，将开关SW5变为接通(ON)的状态使用。
[0076]此外，在上述的并联共振电感调整电路50中，串联的线圈51以及开关SW5和与并联共振电感Lml对应的线圈33并联，但还可以将同样的串联的线圈以及开关并联并组合各开关来进行控制。
[0077]〈第一实施方式的电路设计例和效果〉
[0078]接着，为了确认本发明的效果，以下面那样的条件进行电路参数(Lr，Lml、Cr)的设
i+o
[0079]一次侧电压:最小= 200V、最大= 500V、额定值= 350V
[0080]二次侧电压:最小=350V、最大=350V、额定值=350V[0081 ]输出:4kW
[0082]最大输出电流:11.43A
[0083]开关频率f:最小=55kHz、最大=150kHz[〇〇84]由于输入电压Vin的整个区域为200?500V，因此，在将额定值附近的被限定的区域设为320?440V的条件下，在寻求Lr以及Cr大致相等的解时，获得下面那样的解。
[0085] 整个区域(200?500V)[〇〇86] 变压器匝数比1:1
[0087]Lr = 23.4yH
[0088]Lm = 46.8yH
[0089]Cr = 130.2yF
[0090]限定区域(32〇?440V)[〇〇91] 变压器匝数比1:1
[0092]Lr = 24.3yH
[0093]Lm= 146.0yH
[0094]Cr = 130.6yF
[0095]就在电流共振型转换器100中大致实现这样的设计结果而言，设定下面那样的电路参数即可。
[0096]Lr = 24yH
[0097]Lml = 146yH
[0098]Lm2 = 69yH
[0099]Cr = 130yF
[0100]另外，作为比较对象，在利用以往技术的电流共振型转换器中使用了下面那样的电路参数。
[0101]Lr = 24yH
[0102]Lml =46.8yH
[0103]Cr = 130yF
[0104]就使用了上面那样设定的电路参数的第一实施方式的电流共振型转换器100以及利用以往技术的电流共振型转换器(未设置调整用并联共振电感Lm2以及开关SW5,输出电压:350V、输出:4kW)而言，接下来说明进行电路仿真及其分析等的结果。
[0105]图3是例示了与输入电压Vin相对应的利用电流共振型转换器100的损失与以往设计的相对比的图表。在此，损失是指，开关的损失与线圈、变压器的损失(铜损)的总合。
[0106]如该图3所示，若输入电压Vin在320V?440V的限定区域(下面，称为“转变条件电压范围”)内，则开关SW5变为断开(OFF)。例如，在输入电压Vin为350V、400V中，可以确认，损失在与以往设计的对比中全都降低至60%附近。
[0107]这样，在电流共振型转换器100中，在输入电压Vin的转变条件电压范围内，通过将并联共振电感调整用开关SW5变为断开(OFF)且将其他的开关变为接通(0N)，能够提高额定值附近的效率。
[0108]图4是例示了输入电压Vin为350V、输出为4kW时的利用电流共振型转换器100的损失详细的分析结果与以往设计进行对比的图表。[〇1 〇9 ] 如该图4所示，与以往设计的情况相比，能够确认开关SW1?SW4以及线圈(Lr、Lm)中的损失降低。
[0110]图5(a)以及图5(b)是例示了将输入电压Vin为350V、输出为4kW时的电流共振型转换器100中的线圈以及变压器的电流波形与以往设计进行对比的图，图5(a)是以往设计中的各电流波形的图表，图5(b)是电流共振型转换器100中的各电流波形的图表。
[0111]如图5(a)所示，在以往设计中可知，由于并联共振电感Lml的值小，因此，并联共振电流变大。
[0112]另一方面，如图5(b)所示，在并联共振电感调整方式的电流共振型转换器100中，由于实质的并联共振电感Lml大，因此，并联共振电流小。其结果，认为在本实施方式中损失变低。
[0113]〈第一实施方式的第一变形例〉
[0114]图6是本发明的第一实施方式的第一变形例的并联共振电感调整方式的电流共振型转换器100A的概略结构图。此外，对与第一实施方式相同的部分赋予相同的附图标记，并省略重复的说明。
[0115]在上述的第一实施方式的开关电路10中，全桥型的开关电路由开关SWl?SW4构成，但并不限定于这样的电路。例如，如图6所示的电流共振型转换器100A那样，也可以将第一实施方式的开关电路10置换为半桥型的开关电路10A，并且将变压器30的一次侧绕组31的一端(未与LC共振电路20的共振用线圈22侧连接的一端)与输入端子Ilb连接。
[0116]〈第一实施方式的第二变形例〉
[0117]图7是本发明的第一实施方式的第二变形例的并联共振电感调整方式的电流共振型转换器100B的概略结构图。此外，对与第一实施方式相同的部分赋予相同的附图标记，并省略重复的说明。
[0118]在上述的第一实施方式的并联共振电感调整电路50中，使用了用于直接检测通过线圈33的电流值及其方向的电流传感器52，但并不限定于这样的检测方法。例如，如图7所示的电流共振型转换器100B那样，也可以设置电流传感器52a和电流传感器52b来代替第一实施方式的电流传感器52，其中，该电流传感器52a用于检测通过开关SW5与线圈33之间的电流值及其方向，该电流传感器52b用于检测通过变压器30的一次侧绕组31的电流值及其方向。
[0119]在此，若将通过开关SW5与线圈33之间的电流设为Ia，将通过变压器30的一次侧绕组31的电流设为Ib，则通过线圈33的电流值及其方向能够由Ia-1b算出。此外，通过这样的结构变更，就第一实施方式的控制单元54而言，也需要置换为变更一些控制内容的控制单元 54B。
[0120]〈第二实施方式〉
[0121]图8是本发明的第二实施方式的并联共振电感调整方式的电流共振型转换器中的开关SW5的接通(0N)/断开(OFF)控制的概略说明图。
[0122]在上述的第一实施方式的并联共振电感调整电路50中，控制单元54只基于由电压传感器53所检测出的输入电压Vin进行如下控制，S卩，若该输入电压Vin在转变条件电压范围内，则将开关SW5变为断开(0FF)，若不在转变条件电压范围内，则将开关SW5变为接通(ON)0
[0123]然而，在将输入侧与例如太阳能面板等连接的情况下，输入电压Vin根据日照量而变动。若输入电压Vin在转变条件电压范围的上限或下限的附近细微地变动，则开关SW5每当重复进行接通(ON)与断开(OFF)的转换就可能产生所谓的颤动的现象。
[0124]因此，为了尽可能地抑制这样的颤动，优选进行具有所谓的磁滞特性的开关SW5的接通(0N)/断开(OFF)控制。作为具体例，对输入电压Vin的转变条件电压范围为320V?440V 的情况进行说明。
[0125](1)开关SW5为断开(OFF)时
[0126]在输入电压Vin变动而从该转变条件电压范围内变化至转变条件电压范围外时， 立即将开关SW5从断开(OFF)切换为接通(0N)。此时，将输入电压Vin的转变条件电压范围暂时地变更为比原来的范围窄的范围例如(320+Vh) V?(440-Vh) V。在此，Vh为磁滞用电压。
[0127]由此，即使输入电压Vin在略低于例如320V而开关SW5从断开(OFF)切换至接通 (0N)之后再次返回320V，由于输入电压Vin未达到(320+Vh)V，因此，开关SW5不会再次切换为断开(OFF)，从而维持接通(0N)状态。
[0128]若输入电压Vin进一步变大而达到(320+Vh)V，则在该时刻将开关SW5从接通(0N) 切换为断开(OFF)。
[0129](2)开关SW5为接通(ON)时，
[0130]如上所述，在将开关SW5切换为接通(0N)时，将输入电压Vin的转变条件电压范围暂时地变更为比原来的范围窄的范围，例如(320+Vh)V?(440-Vh)V。因此，即使输入电压 Vin从例如小于320V到达320V，开关SW5也被维持在接通(0N)状态，但若输入电压Vin进一步变大而达到(320+Vh)V，则开关SW5在该时刻从接通(0N)切换为断开(OFF)。此时，将输入电压Vin的转变条件电压范围返回至原来的范围。
[0131]由此，即使输入电压Vin略高于例如(320+Vh)V而开关SW5从接通(0N)切换为断开 (OFF)之后马上再次返回(320+Vh)V，由于输入电压Vin未达到320V，因此，开关SW5不会再次返回接通(0N)状态，从而维持断开(OFF)状态。
[0132]若输入电压Vin进一步变小而小于320V，则开关SW5在该时刻从断开(OFF)切换为接通(0N)。此时，如上所述，将输入电压Vin的转变条件电压范围再次暂时地变更为比原来的范围窄的范围。
[0133]在暂时地变更输入电压Vin的转变条件电压范围时，也可以不必在开关SW5为接通 (0N)时进行转变条件电压范围的变更。相反，也可以在开关SW5为断开(OFF)时变更为比原来的范围宽的范围。即，将开关SW5为接通(0N)时的转变条件电压范围变为比断开(OFF)时窄即可。
[0134]另外，也可以不必以相同的电压幅度来变更输入电压Vin的转变条件电压范围的下限侧和上限侧。例如，也可以是(320+Vhl)V?(440-Vh2)。在此，Vhl、Vh2全都为磁滞用电压，且Vhl辛Vh2。也可以利用与这样的控制不同的方式使其具有磁滞。
[0135]另外，也可以不同时地变更输入电压Vin的转变条件电压范围的下限侧和上限侧。 例如，若输入电压Vin在转变条件电压范围的下限侧的附近，则也可以只暂时地变更转变条件电压范围的下限侧。即，在输入电压Vin的转变条件电压范围的下限侧和上限侧的至少一侧进行变更即可。
[0136] 此外，由于LLC共振电路的共振频率fr2在开关SW5的接通(0N)/断开(OFF)前后发生变化，因此，开关频率f与增益的特性不连续地变化。为了与该不连续的变化相对应，优选地，进行与开关SW5的切换配合来修正开关频率f的控制。
[0137]〈第三实施方式〉
[0138]在上述的第一实施方式以及第二实施方式中，在将并联共振电感调整电路50的并联共振电感调整用开关SW5从断开(0FF)(参照图2(a))变为接通(0N)(参照图2(b))的情况下，由于存在与开关SW5串联的线圈51(调整用并联共振电感Lm2)，因此，电流的变化平缓，从而没有问题。
[0139]但是，相反，在将开关SW5从接通(ON)变为断开(OFF)的情况下，由于线圈51(调整用并联共振电感Lm2)的电流原封不动地继续流动，因此，若在电流导通时突然变为断开(OFF)，则产生浪涌电压，从而可能存在开关SW5破损等的不良影响。
[0140]因此，为了能够尽可能地避免这样的事情，将与并联共振电感调整用开关不同的结构的开关作为第三实施方式，下面主要说明不同点。
[0141]图9是本发明的第三实施方式的并联共振电感调整方式的电流共振型转换器中的并联共振电感调整用开关SW5C的概略结构图。此外，对与第一实施方式相同的部分赋予相同的附图标记，并省略重复的说明。
[0142]如该图9所示，开关SW5C具有整流元件55a、与该整流元件55a的负极侧串联的开关Sa、整流元件55b、与该整流元件55b的负极侧串联的开关Sb。作为整流元件55a、55b可列举出例如二极管，但并不限定于此。
[0143]并且，串联的开关Sa以及整流元件55a与串联的整流元件55b以及开关Sb并联，此时的整流元件55a的整流方向(在图9中向上)和整流元件55b的整流方向(在图9中向下)相互相反。
[0144]图10(a)?(e)是本发明的第三实施方式的并联共振电感调整方式的电流共振型转换器中的并联共振电感调整用开关SW5C的动作次序的概略说明图。
[0145]如图10(a)所示，假定例如输入电压Vin比转变条件电压范围低而开关Sa以及开关Sb全都为接通(ON)状态。在通过电流传感器52的检测结果可知电流从LC共振电路20向线圈51(调整用并联共振电感Lm2)的方向(在图10(a)中向下)流动时，若通过电压传感器53的检测结果可知输入电压Vin变高而已进入转变条件电压范围内，则需要将开关SW5C从接通(ON)切换为断开(OFF)。
[0146]此时，由于整流元件55a的整流方向与通过线圈51的电流的方向相反，因此，电流不通过与该整流元件55a串联的开关Sa。因此，如图10(b)所示，即使将开关Sa从接通(ON)切换为断开(OFF)，也不会产生浪涌电压。
[0147]如图10(c)所示，由于通过线圈51的电流是共振电流，因此逐渐地变小。并且，在共振电流变为O后，如图10(d)所示，电流的方向反转。此时，由于反转后的电流的方向与整流元件5 5b的整流方向相反，因此，电流不通过与该整流元件5 5b串联的开关Sb。
[0148]因此，如图10(e)所示，即使将开关Sb从接通(ON)切换为断开(0FF)，也不产生浪涌电压。由此，开关Sa以及开关Sb全部变为断开(0FF)，从而完成从开关SW5C的接通(ON)向断开(OFF)的切换。
[0149]通过以这样的次序对开关Sa以及开关Sb的切换进行控制，在电流未通过线圈51的状态下将开关SW5C从接通(ON)切换为断开(0FF)，因此，能够抑制浪涌电压的产生，并且也能够进一步将整流元件55a以及整流元件55b的逆恢复损失变小。
[0150]此外，与图10(a)的情况相同，如果例如输入电压Vin比转变条件电压范围低而开关Sa以及开关Sb全都处于接通(0N)状态，但由电流传感器52所检测出的电流的方向相反， 则也可以在重新读取上述说明的开关Sa与开关Sb并且也重新读取整流元件55a与整流元件 55b后，进行与图10(a)?图10(e)同样的控制。
[0151]图11是表示在本发明的第三实施方式的并联共振电感调整方式的电流共振型转换器中使并联共振电感Lm调整用开关SW5C的接通(0N)/断开(OFF)切换也具有磁滞的情况的状态转变的概略说明图。图12是该动作的概略流程图。此外，就进行上述的图所示的控制而言，需要变更一些第一实施方式的控制单元54的结构或控制内容。例如，将来自控制单元的控制输出信号增添至两个系统，从而需要使开关Sa以及开关Sb独立且能够进行接通 (0N)/断开(OFF)。与此同时，也需要变更控制内容。
[0152]如图12所示，首先，在将开关Sa以及开关Sb全都初始化(S1201)为接通(0N)后，转移至状态B(S1202,在图11中与S11B对应)。
[0153]在状态B中，通过电压传感器53检测输入电压Vin，并判别该输入电压Vin是否在 (320+Vh)V?(440-Vh)V的范围内(S1203)。若判别结果为No,则返回S1202。
[0154]若判别结果为Yes，则接着通过电流传感器52检测线圈51的电流(下面，称为“并联共振电流”)，并判别其方向(S1204)。若该并联共振电流如图10(a)所示的那样向下，则进入 S1205,若向上，则进入S1208。
[0155]在S1205中，如图10(b)所示，将开关Sa从接通(0N)切换为断开(OFF)(在图11中与 S11C对应)。
[0156]接着，监视由电流传感器52所检测出的并联共振电流，并判别该并联共振电流是否如图10(d)所示的那样已变为0(S1206)。若还未变为0,则重复该S1206的处理，若已变为 0,如图10(e)所示，在将开关Sb从接通(0N)切换为断开(OFF) (S1207)后，则转移至状态A (51211，在图11中与511厶对应)。
[0157]另一方面，在1208中，将开关Sb从接通(0N)切换为断开(OFF)(在图11中与S11D对应)。[〇158]接着，监视由电流传感器52所检测出的并联共振电流，并判别该并联共振电流是否已变为0(S1209)。若还未变为0,则重复该S1209的处理，若已变为0,在将开关Sa从接通 (0N)切换为断开(0FF)(S1210)后，则转移至状态A(S1211，在图11中与S11A对应)。
[0159]在状态A中，通过电压传感器53检测输入电压Vin，并判别该输入电压Vin是否小于320V或是否大于440V(S1212)。若判别结果为No,则返回S1211。[〇16〇]若判别结果为Yes，在将开关Sa以及开关Sb全都切换为接通(ON) (S1213)后，则转移至状态B(S1202,在图11中与S11B对应)。
[0161]〈其他实施方式〉
[0162]也可以将上述的第一实施方式的控制单元54、第一实施方式的第二变形例的控制单元54B、第三实施方式用的控制单元等作为控制用集成电路(1C)。
[0163]特别地，若将第三实施方式用的控制单元作为控制用集成电路(1C)，则能够容易地实现需要在准确的时机复杂地控制两个开关的第三实施方式的并联共振电感调整方式的电流共振型转换器。
[0164]另外，上述的各实施方式的控制单元也能够通过对通用的CPU等编入合适的程序来实现。
[0165]此外，本发明能够以不脱离其宗旨或主要的特征的其他各种形式来实施。因此，上述的实施方式在所有的方面只是例示，并非限制性的解释。本发明的范围由权利要求书的范围所示，并不限定于说明书。而且，属于与权利要求书的范围等同的范围的变形或变更全部包含于本发明的范围内。
[0166]此外，本申请要求基于2014年3月13日在日本提出的特愿2014-050634号的优先权。该日本申请的内容通过在说明书中提及而被引入本申请。另外，本说明书所引用的文献通过在说明书中提及而全部具体地被引入。
[0167]产业上的可利用性
[0168]本发明不仅适用于使用绝缘型DC/DC转换器的PV(太阳能发电)转换器、蓄电池用的充电器、风力发电用转换器等，还适用于绝缘型DC/DC转换器用控制IC等。
[0169]附图标记的说明如下:
[0170]100电流共振型转换器
[0171]100A电流共振型转换器
[0172]100B电流共振型转换器
[0173]10开关电路
[0174]I la、I Ib 输入端子
[0175]12电容器
[0176]SWl?SW4 开关
[0177]13a、13b 连接点
[0178]20 LC共振电路
[0179]21共振用电容器
[0180]22共振用线圈
[0181]30变压器
[0182]31 一次侧绕组
[0183]32 二次侧绕组
[0184]33 (Lml)线圈
[0185]40整流电路
[0186]41a?41d整流元件
[0187]42a、42b 连接点
[0188]43电容器
[0189]44a、44b 输出端子
[0190]50并联共振电感调整电路
[0191]50B并联共振电感调整电路
[0192]51 (Lm2)线圈
[0193]SW5 开关
[0194]SW5C 开关
[0195]Sa 开关
[0196]Sb 开关
[0197]52电流传感器
[0198]52a、52b电流传感器
[0199]53电压传感器
[0200]54控制单元
[0201]54B控制单元
[0202]55a整流元件
[0203]55b整流元件
[0204]Vin输入电压
[0205]Vout输出电压
【主权项】
1.一种电流共振型直流电压转换器，其特征在于，具有:开关部，从直流的输入电压生成交流电压，共振部，对共振用电容以及第一共振用电感施加所述交流电压而进行共振，变压器，其一次侧与该共振部串联，第二共振用电感，其与该变压器并联，整流部，其对在所述变压器的二次侧出现的电流进行整流而生成直流的输出电压， 并联共振电感调整部，其使所述第二共振用电感的电感变化。2.如权利要求1所述的电流共振型直流电压转换器，其特征在于，具有用于检测所述输入电压或所述输出电压的电压检测单元，所述并联共振电感调整部具有调整用电感，该调整用电感经由第二开关与所述变压器 的所述一次侧并联，该电流共振型直流电压转换器还具有第二开关控制部，该第二开关控制部基于由所述 电压检测单元所检测出的所述输入电压或所述输出电压，对所述第二开关的开闭进行控制。3.如权利要求2所述的电流共振型直流电压转换器，其特征在于，在所述第二开关控制部，规定有成为所述第二开关的开闭状态转变的条件的转变条件 电压范围，所述第二开关控制部以如下方式进行控制:若所述输入电压或所述输出电压在所述转 变条件电压范围内，则打开所述第二开关，若所述输入电压或所述输出电压不在所述转变 条件电压范围内，则关闭所述第二开关。4.如权利要求3所述的电流共振型直流电压转换器，其特征在于，所述第二开关控制部使所述第二开关关闭时的所述转变条件电压范围相对于所述第 二开关打开时的所述转变条件电压范围发生变化，从而使所述第二开关的关闭控制具有磁 滞。5.如权利要求4所述的电流共振型直流电压转换器，其特征在于，所述第二开关控制部使所述第二开关关闭时的所述转变条件电压范围的两端的至少 一方相对于所述第二开关打开时的所述转变条件电压范围相对地变窄。6.如权利要求2?5中任一项所述的电流共振型直流电压转换器，其特征在于，所述第二开关具有第一整流单元、与该第一整流单元串联的第一方向开关、第二整流 单元、与该第二整流单元串联的第二方向开关，在将所述第一整流单元的整流方向设为第一方向，将所述第二整流单元的整流方向设 为第二方向时，所述第一整流单元以及所述第一方向开关与所述第二整流单元以及所述第 二方向开关并联，以使所述第一方向与所述第二方向相互相反。7.如权利要求6所述的电流共振型直流电压转换器，其特征在于，还具有并联共振电流检测单元，该并联共振电流检测单元用于检测流通于所述变压器 的并联共振电感器的并联共振电流值以及并联共振电流方向，所述第二开关控制部以如下方式对所述第一方向开关以及所述第二方向开关进行控 制: 在所述第一方向开关以及所述第二方向开关全都关闭的情况下， 在所述输入电压或所述输出电压从所述转变条件电压范围外向所述转变条件电压范围内变化时， 若所述并联共振电流方向为所述第一方向，则首先打开所述第二方向开关，接着，在所述并联共振电流值变为O后，打开所述第一方向开关， 若所述并联共振电流方向为所述第二方向，则首先打开所述第一方向开关，接着，在所述并联共振电流值变为O后，打开所述第二方向开关。8.—种控制用集成电路，该控制用集成电路内置有权利要求7所述的电流共振型直流电压转换器的所述第二开关控制部。9.一种电流共振型直流电压转换方法，其特征在于， 包括: 开关工序，从直流的输入电压生成交流电压， 共振工序，对具有共振用电容以及第一共振用电感的共振部施加所述交流电压而进行共振， 变压工序，利用一次侧与所述共振部串联的变压器进行变压， 整流工序，对在所述变压器的二次侧出现的电流进行整流而生成直流的输出电压， 共振电感调整工序，使与所述变压器并联的第二共振用电感变化。
【文档编号】H02M3/28GK105981279SQ201580007765
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2015年2月19日
【发明人】西川武男, 兵头贵志, 横井都司如
【申请人】欧姆龙株式会社