Dc-dc高壓轉換器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種DC-DC電壓轉換器，該DC-DC電壓轉換器提供有DC電壓源，該DC電壓源的電壓具有大的動態(tài)范圍。
【背景技術】
[0002]尤其是在航空應用中，DC電壓源為HVDC總線，并且在穩(wěn)態(tài)下其電壓能夠采用例如在650V和750V之間的值。但是，在大約幾伏至大約數(shù)十伏的低電壓下完成啟動。安全規(guī)定約束使用DC電壓的設備在上電、掉電甚至是在瞬態(tài)電壓時段中沒有功能異常。
[0003]連接到電壓源上的用戶設備能夠是反相器。對于高電壓并且對于在大約200攝氏度的高溫下的工作，在該反相器中將碳化硅開關部件用作JFET晶體管，JFET晶體管為常導通部件，即在沒有偏置電壓的情況下為傳導的。
[0004]非常普遍地，反相器的JFET開關被連接到啟動電路上，該啟動電路被串聯(lián)在供電電壓以及JFET開關的柵極之間，這正如專利申請FR 2 937 811中所述的那樣。啟動電路具有兩級并且包括線性降壓調節(jié)器和電壓反相器，該連接被用于在失去開關的控制電壓時保護常導通的JFET開關。
[0005]該技術方案的一個缺陷是，降壓調節(jié)器處的功率耗散能夠導致熱問題。這對于高溫很關鍵。
[0006]在另一單級啟動電路中，其包括使用與電阻器串聯(lián)的齊納(Zener) 二極管將DC電壓變換為另一負DC電壓的轉換器，當電阻器具有極高的電阻值時，功率耗散則更低。例如，對于750V的總線電壓以及在200攝氏度下齊納二極管的50mW的耗散功率，串聯(lián)電阻為76k Ω 0
[0007]對于在相對于額定值有所減小的總線電壓、例如在大約100伏下的工作，高電阻無法使得齊納二極管再被偏置。在此情況下，最小的啟動電壓高于使用降壓調節(jié)器和電壓反相器獲得的電壓。
[0008]此外，啟動電路的響應時間增加，這是因為串聯(lián)電阻器以及無法避免的去耦電容器形成的時間常數(shù)較大，大約為數(shù)十毫秒。實際上期望該響應時間非常低，例如低于大約100微秒。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種DC-DC電壓轉換器，該DC-DC電壓轉換器能夠被用于控制JFET晶體管、尤其是反相器中的JFET晶體管，該DC-DC電壓轉換器沒有上述的限制和困難。
[0010]本發(fā)明的一個目的是提供一種DC-DC電壓轉換器，該DC-DC電壓轉換器由具有極大的動態(tài)電壓范圍的電壓源供電。極大的動態(tài)電壓范圍意味著施加到DC-DC電壓轉換器的輸入端以輸送想要的輸出電壓的最小電壓與在不惡化的情況下能夠承受的最大輸入電壓之間的比率大于2，例如為100。
[0011]而且，DC-DC電壓轉換器并不耗散過多的熱量，這避免了上述的熱量問題。
[0012]本發(fā)明的另一目的是提供一種DC-DC電壓轉換器，例如在通電瞬間、啟動等過程中，該DC-DC電壓轉換器能夠從可能在幾伏和幾百伏甚至一千或幾千伏之間變化的DC電壓向用戶電路輸送輸出電壓。
[0013]本發(fā)明的另一目的是提供一種DC-DC電壓轉換器，該DC-DC電壓轉換器能夠在至少大約200攝氏度的高溫下工作。
[0014]本發(fā)明的又一目的是提供一種DC-DC電壓轉換器，該DC-DC電壓轉換器使得常導通開關半導體部件、尤其是在被直接連接到電壓源或重分配總線上的功率反相器中的常導通開關半導體部件能夠得到保護。
[0015]為了實現(xiàn)該目的，本發(fā)明包括使用主開關和主峰值檢測器電路，主開關由常導通ON開關元件和常斷開OFF開關元件串聯(lián)形成。
[0016]更確切地說，本發(fā)明涉及一種DC-DC電壓轉換器，該DC-DC電壓轉換器包括:主開關，所述主開關由常導通ON開關元件和配備有控制電路的常斷開OFF開關元件串聯(lián)形成；第一節(jié)點，其為兩個開關元件的公共節(jié)點；負載，其與主開關串聯(lián)，主開關和負載被用于連接到DC電壓源的端子上；主峰值檢測器電路，所述主峰值檢測器電路的輸入端連接到主開關上，并且所述主峰值檢測器電路的輸出端連接到常斷開OFF開關元件的控制電路上。
[0017]主峰值檢測器電路有利地包括串聯(lián)的電流單向開關和電能儲備池，電流單向開關被連接在第一節(jié)點和電能儲備池之間。電流單向開關在閉合時被用于向電能儲備池充電，當電流單向開關斷開時，電能儲備池輸送主有效電壓。主有效電壓在位于電能儲備池和電流單向開關之間的第二節(jié)點處取得。該第二節(jié)點被連接到常斷開OFF開關元件的控制電路上。
[0018]電流單向開關能夠是二極管或晶體管或數(shù)個串聯(lián)或并聯(lián)設置的晶體管。電流單向開關被連接到第一公共節(jié)點上，第一公共節(jié)點在形成主開關的常導通ON開關元件和常斷開OFF開關元件之間。
[0019]電能儲備池能夠是電容器、電池或者超級電容器。
[0020]常導通ON開關元件被用于經由負載連接到電壓源的端子之一上，常斷開OFF開關元件被用于連接到電壓源的另一端子上，兩個開關元件具有公共節(jié)點。
[0021]在一個實施例中，主峰值檢測器電路能夠與常斷開OFF開關元件并聯(lián)連接。
[0022]常導通ON開關元件能夠是諸如碳化硅JFET之類的增強型晶體管、受控作為常導通ON開關的常斷開OFF晶體管、具有由輔助電壓驅動的抑制輸入(例如，輸出電壓或常斷開OFF開關元件的端子處的電壓)的限流器。
[0023]常斷開OFF開關元件能夠是MOSFET、IGBT、雙極型晶體管，例如碳化硅的或者具有或不具有半導體的任何其他開關類型雙極型晶體管。
[0024]負載能夠是阻性的或者感性的。
[0025]主有效電壓能夠是DC-DC電壓轉換器的輸出電壓。
[0026]在使得輸出電壓能夠與要獲得的DC電壓源電流隔離的一個實施例中，負載為具有初級繞組和至少一個次級繞組的變壓器。
[0027]在該實施例中，主峰值檢測器電路還能夠包括另一電流單向開關，另一電流單向開關一方面被連接到位于電能儲備池和電流單向開關之間的節(jié)點上，并且另一方面被連接到變壓器的次級繞組上。
[0028]變壓器能夠包括至少一個次級繞組，至少一個次級繞組的端子上連接有整流器電路，在整流器電路的端子處取得輸出電壓。
[0029]可以得到，常導通ON開關元件配備有控制電路，控制電路被連接到主峰值檢測器電路的輸出端上，或者被連接到主開關的連接到DC電壓源上的一端上，或者甚至當負載為包括至少一個次級繞組的變壓器，至少一個次級繞組的端子上連接有整流器電路并且整流器電路包括電能儲備池時，被連接到次級繞組和整流器電路的電能儲備池之間的節(jié)點上。
[0030]在另一實施例中，常導通ON開關元件能夠具有被連接到主開關的第二端上的控制端子。
【附圖說明】
[0031]通過閱讀示例性實施例將更好地理解本發(fā)明，該示例性實施例僅以說明而非限定目的、并且參照附圖給出，在附圖中:
[0032]圖1為本發(fā)明的DC-DC電壓轉換器對象的第一示例性實施例的示意圖；
[0033]圖2A至2E分別示出了從電壓源啟動開始，電壓源的電壓、常斷開OFF開關元件的控制電壓、常斷開OFF開關元件的開關電壓、常導通ON開關元件的開關電壓以及常導通ON開關元件的控制電壓隨時間的演變；
[0034]圖3示出了本發(fā)明的DC-DC電壓轉換器對象的另一示例性實施例；
[0035]圖4示出了本發(fā)明的DC-DC電壓轉換器對象的另一示例性實施例；
[0036]圖5不出了本發(fā)明的DC-DC電壓轉換器對象的又一不例性實施例。
[0037]DC電壓轉換器的不同實施例應當被理解為并不相互排斥。
【具體實施方式】
[0038]圖1示出了本發(fā)明的第一示例性DC-DC電壓轉換器對象。該DC-DC電壓轉換器為降壓轉換器。
[0039]該轉換器包括主開關K，主開關K具有用于連接到DC電壓源E上的兩個末端端子C和D，到第一端子C上的鏈接通過負載Zl來完成，DC電壓源E的電流流過負載Zl。DC電壓源E包括被連接到負載Zl上的正端子+以及被連接到主開關K的第二端子D上的負端子_。正端子被置于電壓Vin并且負端子被置于參考電壓Vref。
[0040]主開關K包括兩個不同種類的串聯(lián)的開關元件J1、M1。開關元件J1、M1在節(jié)點A處相互連接。
[0041]開關元件Jl為常導通開關，而開關元件Ml為常斷開開關。常導通ON開關元件Jl被用于經由負載Zl連接到電壓源E的正端子上，常斷開OFF開關元件Ml被用于連接到電壓源E的負端子上。
[0042]常斷開開關元件Ml具有控制常斷開F開關元件的導通或斷開狀態(tài)的控制電路G2。常導通開關元件Jl還能夠擁有自身的控制電路Gl。
[0043]常導通開關元件Jl為高壓開關。常斷開開關元件Ml能夠為低壓開關。
[0044]高壓開關元件和低壓開關元件指的是高壓開關元件比低壓開關元件承受更高的電壓。
[0045]在DC電壓源為HVDC總線的應用中，高壓開關元件Jl幾乎承受HVDC總線的電壓，而低壓開關元件Ml僅承受數(shù)十伏。
[0046]常導通開關元件Jl能夠由增強型晶體管制成，例如常規(guī)地具有漏極d、源極s和柵極g的碳化娃JFET。當柵極和源極之間的控制電壓Vgs_Jl大體上為零時，這樣的晶體管在其漏極和其源極之間的開關電壓Vds_Jl大體上為零。這樣的JFET型開關元件的優(yōu)點是:開關非?？欤c其他的電壓控制功率電子開關相比在導通狀態(tài)下生成很少的傳導損耗，與