[发明专利]谐振DC/DC转换器

说明书

相关申请

本申请要求2014年3月27日提交的日本专利申请第2014-065918号的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及一种谐振DC/DC(直流/直流)转换器。

背景技术

用于对直流电压进行转换的DC/DC转换器用在使用旋转电机的机械设备中，例如，诸如混合动力车辆的电动车辆、工业机器人、机械工具和升降机。DC/DC转换器包括经由变压器对电力进行转换的绝缘型谐振操作方法的DC/DC转换器，其被称为谐振DC/DC转换器。在该系统中，通过使用电磁感应和谐振将初级侧DC电源的输出电压转换成AC(交流)信号，以变压器的匝数的比率对该输出电压进行升压或降压，然后将次级侧AC信号恢复为DC信号并提供至负载。

例如，第6,344,979号美国专利公开了一种LLC串联谐振DC/DC转换器，其包括：矩形信号生成电路，由DC电源和在变压器的初级侧的开关电路构成；电容器Cs和电感器Ls，串联连接至矩形信号生成电路的输出端子与变压器的初级侧线圈的一侧端子之间的点；以及电感器Lm，并联连接至初级侧线圈的一侧端子与在另一侧的接地端子之间的点。

与第6,344,979号美国专利相反，JP-A-2013-158168公开了一种单开关谐振DC/DC转换器，其不需要矩形信号生成电路并且替代地包括一个开关晶体管。在JP-A-2013-158168中，辅助电感器的一端连接至初级侧供电电源的正极端子，而辅助电感器的另一端连接至变压器的初级侧电感器的一端。初级侧供电电源的另一端连接至开关元件的一端，而开关元件的另一端连接至供电电源的负极端子。谐振电容器与开关元件并联连接，而具有在供电电源的负极端子处的阳极端子的二极管与开关元件并联连接。

当与设置有第6,344,979号美国专利的矩形波信号生成器的LLC谐振DC/DC转换器相比时，期望以更高频率操作JP-A-2013-158168的单开关谐振DC/DC转换器。由于谐振DC/DC转换器使用LC谐振，所以期望设备L因负载变化而变换并且因此谐振频率变化，由此操作点变化。在用于车辆的降压转换器中，输入电压规范的范围可在100V到300V之间。如果输入电压在如上所述的宽范围内变化，则输出电压变化，并且负载变化产生。由于这些原因，在高频操作中，期望受到输入电压变化和负载变化影响小的谐振DC/DC转换器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在高频操作中受到输入电压变化和负载变化影响小的谐振DC/DC转换器。

本发明的谐振DC/DC转换器是一种包括变压器的谐振DC/DC转换器，在该变压器中包括LC谐振电路的输入电路的初级侧线圈和输出电路的次级侧线圈磁耦合，其中输入电路包括：DC电源，具有接地的负极端子和正极端子；谐振辅助线圈，串联连接至DC电源的正极端子与初级侧线圈的一侧端子之间的点；开关元件，具有连接至初级侧线圈的另一端子的一个开关侧端子、连接到地的另一开关侧端子以及控制端子；整流元件，具有连接至开关元件的一个开关侧端子的阴极端子以及连接至开关元件的另一开关侧端子的阳极端子；谐振电容器，并联连接至开关元件的一个开关侧端子和另一开关侧端子；电感值变换装置，被配置成对谐振辅助线圈的电感值进行变换；以及控制电路，被配置为控制电感值变换装置并且根据DC电源的电压值对谐振辅助线圈的电感值进行变换，以使得初级侧线圈两端的电压保持恒定。

优选地，电感值变换装置被配置为将多个线圈中的每一个的一侧端子共同连接至谐振辅助线圈或初级侧线圈，将一个线圈的另一侧端子连接至DC电源的正极侧并将电容器和转换开关分别串联连接至剩余线圈的另一侧端子中的每一个另一侧端子并接着接地，使得当转换开关接通时DC电源的电压被施加至电容器，从而连接至转换开关的线圈等效地并联连接至DC电源。

优选地，输入电路和输出电路具有双相配置，并且电感值变换装置将各个相的输入电路的谐振辅助线圈彼此磁耦合，并且通过在0度与180度之间切换各个相的输入电路的开关元件的输入信号的相位差来对谐振辅助线圈的等效电感值进行变换。

优选地，电感值变换装置以各个相的谐振辅助线圈均具有串联连接的多个线圈的方式配置，被配置为将多个线圈的连接点中的每一个串联连接至电容器和转换开关并接着接地，并且通过多个转换开关的接通-关断控制来使电感值在多个值之间变换。

优选地，反馈来自输出电路的输出电压并且改变开关元件的频率，以使得输出电压在期望的输出电流范围内变得恒定，并且基于来自输出电路的输出电流和输入电路的输入电压来对谐振辅助线圈的电感值进行变换。