DC/DC變換器的製作方法

2023-05-09 11:22:36

本發明涉及一種dc/dc變換器。

背景技術：

現有的dc/dc變換器具有端子組、電抗器、開關元件串聯電路、充放電電容器以及平滑電容器，端子組具有第1、第2、第3、第4端子，開關元件串聯電路是第1、第2、第3、第4開關元件串聯連接而成。第2及第3開關元件的連接點經由電抗器連接到第1端子，第1開關元件的與第2開關元件的連接點的相反側連接到第2端子，充放電電容器連接於第1及第2開關元件的連接點與第3及第4開關元件的連接點之間，平滑電容器並聯連接到開關元件串聯電路上，並且開關元件串聯電路連接到第3及第4端子，使得第1及第2端子為低壓側，第3及第4端子為高壓側，在低壓側與高壓側之間進行直流電壓的轉換。控制裝置具有第1運算單元、第2運算單元及開閉控制單元。第1運算單元基於高壓側的電壓指令值即高壓側電壓指令值與高壓側的電壓檢測值即高壓側電壓檢測值之間的電壓差，或者低壓側的電壓指令值即低壓側電壓指令值與低壓側的電壓檢測值即低壓側電壓檢測值之間的電壓差，計算第1運算值。第2運算單元基於充放電電容器的電壓指令值與充放電電容器的電壓檢測值之間的電壓差，對第2運算值進行運算。開閉控制單元基於第1運算值和第2運算值，計算通電率，並基於該通電率控制上述第1、第2、第3、第4開關元件的開閉動作(例如，參照專利文獻1)。

此外，現有的另一示例的dc/dc變換器是具備連接到線圈的至少兩個開關元件，利用控制電路使這兩個開關元件相互反轉動作，從而進行直流電力轉換的非絕緣型dc/dc變換器，控制電路在動作開始時進行軟啟動控制，使開關元件中的一個的佔空時間(on-dutytime)逐漸增加，並且在該軟啟動控制期間，控制電路關斷另一個開關元件(例如，參照專利文獻2)。

現有技術文獻

專利文獻

【專利文獻1】日本專利第5457559號公報

【專利文獻2】日本專利第3501226號公報

技術實現要素：

發明所要解決的技術問題

然而，上述專利文獻1中所記載的dc/dc變換器將第1開關元件的柵極信號與第2開關元件的柵極信號的相位差控制為180°，將第1開關元件的柵極信號與第4開關元件的柵極信號控制為互補關係，將第2開關元件的柵極信號與第3開關元件的柵極信號控制為互補關係，因此，無法使第1及第3開關元件的佔空比同時為1，從而無法使低壓側電容器的兩端電壓和充放電電容器的兩端電壓一致。此外，在升壓動作中，當高壓側電壓指令值快速變化為低壓側電壓左右的較低值時，第3及第4開關元件的佔空比會急劇變大，因此，在低壓側電容器與高壓側電容器之間會伴有相應於兩者的兩端電壓差的過電流，並且低壓側電壓和高壓側電壓一致。因此，在這種情況下，過電流有可能會導致開關元件及電容器損壞，並且造成電抗器劣化。也就是說，無法確保無過電流流動，不能安全地使低壓側電容器和高壓側電容器的兩端電壓一致，。

此外，上述專利文獻2中所記載的dc/dc變換器為了使連接到線圈的開關元件軟啟動，而將該軟啟動應用於上述專利文獻2中所記載的dc/dc變換器的情況下，在軟啟動期間ci電壓(vci)和cf電壓(vcf)不會發生變化，之後，如果轉入正常動作，開關元件s1導通，則相應於vci和vcf的差值的過電流會沿著ci→l→s3→cf→s1的路徑流動，過電流有可能會導致開關元件及電容器損壞，並且造成電抗器劣化。

本發明為解決上述問題開發而成，其目的在於防止構成dc/dc變換器的電容器之間出現過電流，安全地使各電容器的兩端電壓一致。

解決技術問題所採用的技術方案

本發明所涉及的dc/dc變換器中，具備多個開關元件、電抗器、低壓側電容器、高壓側電容器、充放電電容器以及驅動控制開關元件的控制單元；多個開關元件具備第1開關元件、第2開關元件、第3開關元件及第4開關元件，所述第1開關元件的第1端連接到低壓側電容器的負極，所述第2開關元件的第1端連接到第1開關元件的第2端，其第2端經由電抗器連接到低壓側電容器的正極，所述第3開關元件的第1端連接到第2開關元件的第2端，所述第4開關元件的第1端連接到第3開關元件的第2端，其第2端連接到高壓側電容器的正極，充放電電容器連接於第1、第2開關元件的連接點與第3、第4開關元件的連接點之間，其中，控制單元進行軟啟動控制，使至少一個開關元件的佔空比由0％逐漸變化為100％，並且在軟啟動控制期間使不進行軟啟動控制的開關元件關斷，從而使低壓側電容器的兩端電壓與充放電電容器的兩端電壓一致，或者低壓側電容器的兩端電壓與高壓側電容器的兩端電壓一致。

發明效果

根據本發明的dc/dc變換器，可以防止電容器之間出現過電流，並能夠安全地使各電容器的兩端電壓一致。此外，通過防止過電流，從而能夠實現各構成要素的小型化，並實現裝置整體的小型化、低成本化。

附圖說明

圖1是表示本發明實施方式1的dc/dc變換器的電路圖。

圖2是表示本發明實施方式1所涉及的dc/dc變換器中實施軟啟動控制的控制單元的框圖。

圖3是用於說明本發明實施方式1所涉及的dc/dc變換器中的軟啟動控制的時序圖。

圖4是用於說明本發明實施方式1所涉及的dc/dc變換器中另一開關模式下的軟啟動控制的時序圖。

圖5是用於說明本發明實施方式1所涉及的dc/dc變換器中再另一開關模式下的軟啟動控制的時序圖。

圖6是用於說明本發明實施方式1所涉及的dc/dc變換器中再另一開關模式下的軟啟動控制的時序圖。

圖7是用於說明本發明實施方式1所涉及的dc/dc變換器中再另一開關模式下的軟啟動控制的時序圖。

圖8是用於說明本發明實施方式1所涉及的dc/dc變換器中再另一開關模式下的軟啟動控制的時序圖。

圖9是用於說明本發明實施方式1所涉及的dc/dc變換器中再另一開關模式下的軟啟動控制的時序圖。

圖10是表示本發明實施方式2的dc/dc變換器的電路圖。

圖11是用於說明本發明實施方式2所涉及的dc/dc變換器中的軟啟動控制的時序圖。

圖12是表示本發明實施方式3所涉及的dc/dc變換器中實施軟啟動控制的控制單元的動作的流程圖。

具體實施方式

以下，參照附圖，詳細說明本發明的實施方式。另外，在各圖中相同標號表示相同或相當的部分。

實施方式1.

以下，對本發明的實施方式1進行說明。

圖1是用於說明本發明實施方式1的dc/dc變換器的電路圖。

如圖1所示，dc/dc變換器(電力轉換裝置)50由電抗器1、半導體模塊2、低壓側電容器3、高壓側電容器4、充放電電容器5以及控制單元6構成，所述半導體模塊2由第1半導體開關元件2a、第2半導體開關元件2b、第3半導體開關元件2c及第4半導體開關元件2d構成，所述控制單元6控制第1半導體開關元件2a、第2半導體開關元件2b、第3半導體開關元件2c及第4半導體開關元件2d。此外，在dc/dc變換器50的低壓側(p1-n1之間)連接有高壓電池51，在高壓側(p2-n2之間)連接有電動機52。另外，各半導體開關元件2a～2d例如分別由igbt(insulatedgatebipolartransistor，絕緣柵雙極型電晶體)和與之反並聯連接的二極體構成。

在圖1中，dc/dc變換器50是在低壓側和高壓側之間可以進行雙向功率轉換的雙向型變換器，使輸入到低壓側端子即p1-n1之間的輸入電壓(低壓側電壓)v1升壓為v1以上的電壓，將升壓後的輸出電壓(高壓側電壓)v2輸出到高壓側端子即p2-n2之間。另外，在以下說明中，有時也會將電壓v1、v2僅記做v1、v2。第1半導體開關元件2a的一端連接到低壓側電容器3的負極側端子。第2半導體開關元件2b的一端連接到第1半導體開關元件2a的另一端，另一端經由電抗器1，連接到低壓側電容器3的正極側端子。第3半導體開關元件2c的一端連接到第2半導體開關元件2b的另一端。第4半導體開關元件2d的一端連接到第3半導體開關元件2c的另一端，另一端連接到高壓側電容器4的正極側端子。再者，充放電電容器5的一端連接到第1半導體開關元件2a和第2半導體開關元件2b的中間連接點，另一端連接到第3半導體開關元件2c和第4半導體開關元件2d的中間連接點。

低壓側電容器3對v1進行濾波。電抗器1用於儲存能量。半導體模塊2以及充放電電容器5將v1升壓至v2。另外，在本實施方式中，半導體模塊2的各半導體開關元件2a～2d在柵極信號為高電平(h)時導通。高壓側電容器4對v2進行濾波。控制單元6生成各半導體開關元件2a～2d的柵極信號，使各半導體開關元件2a～2d進行導通、關斷動作。

圖2是本發明實施方式1中實施軟啟動控制的控制單元的框圖。如圖2所示，控制單元6由佔空比發生器601、三角波發生器602、比較器603、比較器604、比較器605以及比較器606構成。佔空比發生器601生成佔空比d1～d4。三角波發生器602生成三角波tw1～tw4。這裡，三角波tw1～tw4的頻率和不進行軟啟動控制的正常運行時的值相同。此外，將三角波tw1～tw4的相位差設為0°。利用比較器603比較佔空比d1和三角波tw1，從而生成柵極信號g1。這裡，佔空比d1用軟啟動時間tsoft1，呈線性地由0變化為1。因此，柵極信號g1呈交替重複低(l)電平(關閉)和高(h)電平(開啟)，並且開啟時間逐漸變長的波形。此外，利用比較器604比較佔空比d2和三角波tw2，從而生成柵極信號g2。並且，利用比較器605比較佔空比d3和三角波tw3，從而生成柵極信號g3。再者，利用比較器606比較佔空比d4和三角波tw4，從而生成柵極信號g4。這裡，佔空比d2～d4始終為0。因此，柵極信號g2～g4始終為低(l)電平(關閉)。

圖3是用於說明本發明實施方式1的軟啟動控制的時序圖。圖3(a)是表示各半導體開關元件2a～2d的開關模式的時序圖，圖3(b)是表示v1、v0(充放電電容器的兩端電壓即中間電壓)及v2的時序圖。如圖3(a)所示，從時刻t＝0開始，在軟啟動時間tsoft1的期間(第1軟啟動期間)，進行軟啟動控制，使半導體開關元件2a的柵極信號g1由0％逐漸變化為100％，將不進行軟啟動控制的半導體開關元件2b～2d的柵極信號g2～g4關閉。如圖3(b)所示，若將高壓電池51的兩端電壓vbat、t＝0時的各電壓值設為v2＞v1＝vbat＞v0，則開始軟啟動控制並且柵極信號g1開啟時，電流沿著低壓側電容器3(電池c1)→電抗器1(l)→半導體開關元件2c(s3)→充放電電容器5(c0)→半導體開關元件2a(s1)的路徑流動，v0上升，並逐漸收斂為v1＝v0＝vbat。關於軟啟動時間tsoft1，預先通過仿真等來決定，以確保額定電流最小的構成器件不會發生損壞，並且在電容器之間流過的電流低於該器件的額定電流。另外，由於與電容器之間的電位差成正比地流動的電流會變大，因此，可以根據假定的最大電位差的條件或者通過仿真等，計算軟啟動時間tsoft1。

控制單元進行軟啟動控制，以使至少一個開關元件的佔空比由0％逐漸變化為100％，並且在進行軟啟動控制的期間使不進行軟啟動控制的開關元件關斷，從而使低壓側電容器的兩端電壓與充放電電容器的兩端電壓、或者低壓側電容器的兩端電壓與高壓側電容器的兩端電壓一致。在以下所說明的實施方式中也一樣。

如此，通過對半導體開關元件2a～2d進行軟啟動控制，從而在低壓側電壓v1＞中間電壓v0時，可以防止在低壓側電容器3(c1)和充放電電容器5(c0)之間有過電流流過，並且在無電壓傳感器的情況下也能安全地使v1和v0一致。此外，通過防止過電流，從而能夠實現各構成要素的小型化，並實現裝置整體的小型化、低成本化。

圖4是用於說明本發明實施方式1中另一開關模式下的軟啟動控制的時序圖。圖4(a)是表示各半導體開關元件2a～2d的開關模式的時序圖，圖4(b)是表示v1、v0及v2的時序圖。如圖4(a)所示，從時刻t＝0開始，在軟啟動時間tsoft1的期間(第1軟啟動期間)，利用控制單元6進行軟啟動控制，以使佔空比產生器601所生成的佔空比d1、d2、d4分別始終為0，用軟啟動時間tsoft1使佔空比d3呈線性地由0變化為1，使半導體開關元件2c的柵極信號g3由0％逐漸變化為100％，並將半導體開關元件2a、2b、2d的柵極信號g1、g2、g4關閉。另外，使由三角波產生器602所生成的三角波tw1～tw4的頻率和不進行軟啟動控制的正常運行時的值相同。此外，如圖4(b)所示，若將高壓電池51的兩端電壓vbat、t＝0時的各電壓值設為v2＞v0＞v1＝vbat，則開始軟啟動控制並且柵極信號g3開啟時，電流沿著s1→c0→半導體開關元件2c(s3)→l→低壓側電容器(電池c1)的路徑流過，v0下降，並逐漸收斂為v1＝v0＝vbat。

如此，通過對半導體開關元件2a～2d進行軟啟動控制，在低壓側電壓v1＜中間電壓v0時，可以防止在低壓側電容器3(c1)和充放電電容器5(c0)之間有過電流流過，並且在無電壓傳感器的情況下也能安全地使v1和v0一致。此外，通過防止過電流，從而能夠實現各構成要素的小型化，並實現裝置整體的小型化、低成本化。

圖5是用於說明本發明實施方式1中再另一開關模式下的軟啟動控制的時序圖。圖5(a)是表示各半導體開關元件2a～2d的開關模式的時序圖，圖5(b)是表示v1、v0及v2的時序圖。如圖5(a)所示，從時刻t＝0開始，在軟啟動時間tsoft1的期間(第1軟啟動期間)，利用控制單元6進行軟啟動控制，使佔空比產生器601所生成的佔空比d2、d4分別始終為0，用軟啟動時間tsoft1使佔空比d1、d3呈線性地由0變化為1，使半導體開關元件2a、2c的柵極信號g1、g3由0％逐漸變化為100％，並將半導體開關元件2b、2d的柵極信號g2、g4關閉。另外，使由三角波產生器602所生成的三角波tw1～tw4的頻率和不進行軟啟動控制的正常運行時的值相同。如圖5(b)所示，若將高壓電池51的兩端電壓vbat、t＝0時的各電壓值設為v2＞v1＝vbat＞v0，則在開始軟啟動控制並且柵極信號g1開啟的時刻，電流沿著電池(c1)→l→s3→c0→s1的路徑流動，v0上升，並逐漸收斂為v1＝v0＝vbat。此外，雖然並未圖示，但若將t＝0時的各電壓值設為v2＞v0＞v1＝vbat，則在開始軟啟動控制並且柵極信號g3開啟的時刻，電流沿著s1→c0→s3→l→電池(c1)的路徑流動，v0下降，並逐漸收斂為v1＝v0＝vbat。

如此，通過對半導體開關元件2a～2d進行軟啟動控制，在低壓側電壓v1＞中間電壓v0或者低壓側電壓v1＜中間電壓v0時，可以防止在低壓側電容器3(c1)和充放電電容器5(c0)之間有過電流流過，並且在無電壓傳感器的情況下也能安全地使v1和v0一致。此外，通過防止過電流，從而能夠實現各構成要素的小型化，並實現裝置整體的小型化、低成本化。另外，也可以應用後述圖7所示的開關模式。

此外，圖6是用於說明本發明實施方式1中再另一開關模式下的軟啟動控制的時序圖。圖6(a)是表示各半導體開關元件2a～2d的開關模式的時序圖，圖6(b)是表示v1、v0及v2的時序圖。如圖6(a)所示，從時刻t＝0開始，在軟啟動時間tsoft1的期間(第1軟啟動期間)，利用控制單元6進行軟啟動控制，使佔空比產生器601所生成的佔空比d1、d2分別始終為0，用軟啟動時間tsoft1使佔空比d3、d4呈線性地由0變化為1，使半導體開關元件2c、2d的柵極信號g3、g4由0％逐漸變化為100％，並將半導體開關元件2a、2b的柵極信號g1、g2關閉。另外，使由三角波產生器602所生成的三角波tw1～tw4的頻率和不進行軟啟動控制的正常運行時的值相同。此外，如圖6(b)所示，若將高壓電池51的兩端電壓vbat、t＝0時的各電壓值設為v2＞v0＞v1＝vbat，開始軟啟動控制並且柵極信號g3、g4開啟時，電流沿著高壓側電容器4(c2)→半導體開關元件2d(s4)→s3→l→電池(c1)的路徑流動，v2下降，並逐漸收斂為v2＝v0。之後，在柵極信號g3、g4開啟時，電流沿著c2(c0)→s3→l→電池(c1)的路徑流動，v2和v0都下降，並逐漸收斂為v2＝v0＝v1＝vbat。也就是說，通過軟啟動控制，可以防止電容器之間的過電流，能夠安全地使v1、v0、v2一致。此外，由於會變為v1＝v2的狀態，因此，能夠安全地轉入直接連接狀態(將低壓側電壓直接施加到高壓側的狀態)。此外，雖然並未圖示，但若將t＝0時的各電壓值設為v2＞v1＝vbat＞v0，則在開始軟啟動控制並且柵極信號g3、g4為on時，電流依次流過c2→s4→s3→l→電池(c1)，v2下降，並逐漸收斂為v2＝v1＝vbat。

如此，通過對半導體開關元件2a～2d進行軟啟動控制，在低壓側電壓v1＜高壓側電壓v2時，可以防止在低壓側電容器3(c1)和高壓側電容器4(c2)之間有過電流流過，並且在無電壓傳感器的情況下也能安全地使v1和v2一致。也就是說，通過軟啟動控制，可以防止電容器之間出現過電流，並能夠安全地使v1、v2一致(能夠安全地轉入直接連接狀態)。此外，通過防止過電流，從而能夠實現各構成要素的小型化，並實現裝置整體的小型化、低成本化。

此外，圖7是用於說明本發明實施方式1中再另一開關模式下的軟啟動控制的時序圖。圖7(a)是表示各半導體開關元件2a～2d的開關模式的時序圖，圖7(b)是表示v1、v0及v2的時序圖。如圖7(a)所示，從時刻t＝0開始，在軟啟動時間tsoft1的期間(第1軟啟動期間)，利用控制單元6進行軟啟動控制，使佔空比產生器601所生成的佔空比d1、d2分別始終為0，用軟啟動時間tsoft1使佔空比d3、d4呈線性地由0變化為1，使半導體開關元件2c、2d的柵極信號g3、g4以180°相位差由0％逐漸變化為100％，並將半導體開關元件2a、2b的柵極信號g1、g2關閉。這裡，使由三角波產生器602所生成的三角波tw1～tw4的頻率和不進行軟啟動控制的正常運行時的值相同。另外，使三角波tw4相對於三角波tw1～tw3的相位差為180°。此外，如圖7(b)所示，若將高壓電池51的兩端電壓vbat、t＝0時的各電壓值設為v2＞v0＞v1＝vbat，則開始軟啟動控制並且柵極信號g3開啟時，電流沿著s1→c0→s3→l→電池(c1)的路徑流動；柵極信號g4開啟時，電流沿著c2→s4→c0→半導體開關元件2b(s2)→l→電池(c1)的路徑流動，v2及v0下降，並逐漸收斂為v2＝v1＝vbat。

這裡，流過電抗器1的電流il可以用式(1)表示。vl表示電抗器1的兩端電壓，l表示電抗器1的電感，d表示半導體開關元件的佔空比，t1表示半導體開關元件的開關周期。

【公式1】

數1

如上所述，在柵極信號g3開啟時，電流沿著s1→c0→s3→l→電池(c1)的路徑流動，因此，電抗器的兩端電壓vl會成為v1－v0。此外，在柵極信號g4開啟時，電流沿著c2→s4→c0→s2→l→電池(c1)的路徑流動，因此，電抗器的兩端電壓vl成為v1－(v2－v0)。另一方面，在柵極信號g3、g4的相位差為0°時，電流沿著c2→s4→s3→l→電池(c1)的路徑流動，因此，電抗器的兩端電壓vl成為v1－v2。這裡，若假定為v2＞v0＞v1＝vbat的關係，例如v1＝vbat＝200v、v0＝300v、v2＝600v，則在柵極信號g3、g4的相位差為180°的情況下，當柵極信號g3開啟時，vl＝v1－v0＝200－300＝﹣100v，當柵極信號g4開啟時，vl＝v1－(v2－v0)＝200－(600－300)＝﹣100v，而在柵極信號g3、g4的相位差為0°的情況下，vl＝v1－v2＝200－600＝﹣400v。因此，和柵極信號g3、g4的相位差為0°的情況相比，兩者的相位差為180°時，可以減小電抗器的兩端電壓。也就是說，根據式(1)，若將電抗器電流il、電感l、開關周期t1設為固定，則和柵極信號g3、g4的相位差為0°的情況相比，兩者的相位差為180°時，可以增大半導體開關元件的佔空比d。因此，可以增大使佔空比d由0變化為1的斜率，從而可以縮短軟啟動時間tsoft1，儘早使各電壓值一致。

如此，通過對半導體開關元件2a～2d進行軟啟動控制，在低壓側電壓v1＜高壓側電壓v2時，可以防止在低壓側電容器3(c1)和高壓側電容器4(c2)之間有過電流流過，並且在無電壓傳感器的情況下也能安全地使v1和v2一致(能夠安全地轉入直接連接狀態)。此外，通過防止過電流，從而能夠實現各構成要素的小型化，並實現裝置整體的小型化、低成本化。再者，由於柵極信號g3和g4的相位差為180°，因此在電容器之間流動的電流會變小，能夠縮短軟啟動時間。

此外，圖8是用於說明本發明實施方式1中再另一開關模式下的軟啟動控制的時序圖。圖8(a)是表示各半導體開關元件2a～2d的開關模式的時序圖，圖8(b)是表示v1、v0及v2的時序圖。該開關模式的特徵在於，在第1軟啟動期間之後設置有軟啟動時間為tsoft2的第2軟啟動期間。這裡，在第1軟啟動期間和第2軟啟動期間之間，設置使柵極信號g1～g4為低(l)電平(關閉)的控制關閉期間，作為用於變更佔空比d1～d4的期間。例如，將控制關閉期間設為10ms。第1軟啟動期間的各波形和圖5一樣，以0°相位差進行柵極信號g1和g3的軟啟動控制，從而逐漸收斂為v0＝v1＝vbat。第2軟啟動期間的各波形和圖6一樣，以0°相位差進行柵極信號g3和g4的軟啟動控制，從而逐漸收斂為v2＝v0＝v1＝vbat。另外，關於軟啟動時間tsoft2，事先決定為和軟啟動時間tsoft1相同。

如此，通過對半導體開關元件2a～2d進行軟啟動控制，在低壓側電壓v1＞中間電壓v0或者低壓側電壓v1＜中間電壓v0時，可以防止在低壓側電容器3(c1)和充放電電容器5(c0)之間有過電流流過，並且在無電壓傳感器的情況下也能安全地使v1和v0一致。之後，在低壓側電壓v1＜高壓側電壓v2時，可以防止在低壓側電容器c1和充放電電容器c2之間有過電流流過，並且在無電壓傳感器的情況下也能安全地使v1和v2一致(能夠安全地轉入直接連接狀態)。進而，通過防止過電流，從而能夠實現各構成要素的小型化，並實現裝置整體的小型化、低成本化。另外，針對圖8所示的開關模式，應用圖7所示的、使柵極信號g3和g4的相位差為180°的方法，自然可以縮短第2軟啟動期間的軟啟動時間tsoft2。此外，在第1軟啟動期間和第2軟啟動期間之間設置有控制關閉期間，但也可以不設置該期間，在緊接著第1軟啟動期間結束後的控制時刻變更佔空比d1～d4。

此外，圖9是用於說明本發明實施方式1中再另一開關模式下的軟啟動控制的時序圖。圖9(a)是表示各半導體開關元件2a～2d的開關模式的時序圖，圖9(b)是表示v1、v0及v2的時序圖。圖9(a)是將圖6(a)所示的時序圖的開關周期t1縮短為t2的時序圖。利用控制單元6使三角波產生器602所生成的三角波tw3、tw4的頻率比正常運行時的頻率高，從而將該開關周期t1縮短為t2，提高半導體開關元件2c、2d的開關頻率。此外，如圖9(b)所示，和圖6(b)一樣，若將高壓電池51的兩端電壓vbat、t＝0時的各電壓值設為v2＞v0＞v1＝vbat，開始軟啟動控制並且柵極信號g3、g4開啟時，電流沿著c2→s4→s3→l→電池(c1)的路徑流動，v2下降，並逐漸收斂為v2＝v0。之後，在柵極信號g3、g4開啟時，電流沿著c2(c0)→s3→l→電池(c1)的路徑流動，v2和v0都下降，並逐漸收斂為v2＝v0＝v1＝vbat。

這裡，在式(1)中，若將電抗器兩端電壓vl、電感l、佔空比d設為固定，則通過提高半導體開關元件2c、2d的開關頻率，可以減小電抗器電流il。因此，在用dc/dc變換器的結構部件的電流閾值固定電抗器電流il時，可以增大佔空比d。也就是說，可以增大使佔空比d由0變化為1的斜率，從而可以縮短軟啟動時間tsoft1，儘早使各電壓一致。另外，這裡作為一例，例示了針對圖6所示的開關模式提高開關頻率的情況，在應用於圖3～5、7、8所示的開關模式時，自然也能夠縮短軟啟動時間，儘早使各電壓一致。

如上所述，本實施方式1所涉及的dc/dc變換器中進行軟啟動控制，使至少一個半導體開關元件以預先決定的規定開關模式由0％逐漸變化為100％，並且在該期間使不進行軟啟動控制的開關元件關斷，從而可以防止在電容器之間有過電流流過，並且在無電壓傳感器的情況下也能安全地使各電容器的兩端電壓一致。此外，通過防止過電流，從而能夠實現各構成要素的小型化，並實現裝置整體的小型化、低成本化。另外，通過使進行軟啟動控制的2個半導體開關元件的柵極信號相位差為180°，從而可以縮短軟啟動時間。並且，通過提高半導體開關元件的開關頻率，從而可以進一步縮短軟啟動時間。也就是說，能夠儘早使各電容器的兩端電壓一致。

另外，圖2中所示的是控制單元6的框圖，但本框圖中的柵極信號生成方法並不限定於本發明，僅記載了一個示例，使至少一個半導體開關元件的開啟時間由0％逐漸變化為100％，在該期間使不進行軟啟動控制的開關元件關斷即可，也可以為其他結構。例如，可以不是構成控制單元6的佔空比產生器601所生成的各佔空比呈線性地由0變化為1的線性波形，例如，可以使用由電容器和電阻的常數決定的積分波形。

此外，也可以將如圖7所示的、使要進行軟啟動控制的2個開關元件的柵極信號相位差為180°的方法應用於圖5所示的開關模式。

實施方式2.

以下，對本發明的實施方式2進行說明。

圖10是用於說明本發明實施方式2的dc/dc變換器的電路圖。在圖10中，對圖1所示的實施方式1的電路圖追加用於檢測高壓側電壓v2的電壓傳感器7、用於檢測中間電壓v0的電壓傳感器8、以及用於檢測低壓側電壓v1的電壓傳感器9。除追加電壓傳感器以外，其他都和實施方式1一樣，故在此省略說明。

控制單元6的結構和圖2所示的實施方式1的結構相同。這裡，針對控制單元6利用佔空比產生器601和三角波產生器602輸出圖8(a)所示的設置第1開關期間和第2開關期間的開關模式的示例進行說明。在第1軟啟動期間，控制單元6基於電抗器1的電感、額定電流最小的結構部件的額定電流閾值、電壓傳感器9的檢測電壓v1_sen和電壓傳感器8的檢測電壓v0_sen的差值、開關周期，對半導體開關元件2a、2c的佔空比d1、d3逐個進行運算，在第2軟啟動期間，控制單元6基於電抗器1的電感、額定電流最小的結構部件的額定電流閾值、電壓傳感器7的檢測電壓v2_sen和電壓傳感器9的檢測電壓v1_sen的差值、開關周期，對半導體開關元件2c、2d的佔空比d3、d4逐個進行運算。

圖11是用於說明本發明實施方式2的軟啟動控制的時序圖。圖11(a)是表示各半導體開關元件2a～2d的開關模式的時序圖，圖11(b)是表示v1、v0及v2的時序圖。圖11(a)、(b)都和圖8所示的實施方式1相類似，但是如上所述，對半導體開關元件的佔空比逐個進行運算，確保電流不超過額定電流閾值且接近該閾值，因此，和圖8所示的軟啟動時間相比，能夠縮短軟啟動時間tsoft1及tsoft2。也就是說，能夠儘早使各電壓一致。

另外，這裡作為一例，例示了應用於圖8所示的開關模式的示例，在應用於圖3～6所示的開關模式時，自然也能夠儘早使各電壓一致。

此外，如圖9所示，通過提高第1軟啟動期間或第2軟啟動期間中的至少一個期間內的半導體開關元件的開關頻率，從而可以縮短軟啟動時間tsoft1或軟啟動時間tsoft2中的至少一個。也就是說，能夠儘早使各電壓一致。進而，也可以對圖3～6所示的開關模式提高開關頻率，縮短軟啟動時間。

此外，在第1軟啟動期間和第2軟啟動期間之間設置有控制關閉期間，但也可以不設置該期間，緊接著第1軟啟動期間結束後的控制時刻變更佔空比d1～d4。

如上所述，本實施方式2所涉及的dc/dc變換器中，在實施方式1所涉及的dc/dc變換器的基礎上，進而具備測定低壓側電容器的兩端電壓v1的電壓傳感器、測定高壓側電容器的兩端電壓v2的電壓傳感器、以及測定充放電電容器的兩端電壓v0的電壓傳感器，進行軟啟動控制，使至少一個半導體開關元件在基於電壓傳感器的檢測值而決定的開關模式下由0％逐漸變化為100％，並且在該期間使不進行軟啟動控制的開關元件關斷，從而可以相較於實施方式1所涉及的dc/dc變換器，縮短軟啟動時間。也就是說，能夠儘早使各電壓一致。

另外，對本實施方式2所涉及的dc/dc變換器進行實施方式1所示的軟啟動控制，使至少一個半導體開關元件以預先決定的規定開關模式由0％逐漸變化為100％時，例如在圖8所示的開關模式下進行軟啟動控制時，在第1軟啟動期間使得v1＝v0，例如計算各電壓傳感器的檢測值的電位差絕對值|v1_sen－v0_sen|，如果結果為超過規定的電壓閾值，則判斷為電壓傳感器8或電壓傳感器9中的某一個發生故障，如果結果為低於規定的電壓閾值，則判斷為電壓傳感器8及電壓傳感器9兩者都正常，從而可以診斷電壓傳感器8和電壓傳感器9的故障。進而，在第2軟啟動期間，使得v1＝v2，例如計算各電壓傳感器的檢測值的絕對值|v1_sen－v2_sen|，和上述一樣，可以診斷電壓傳感器7和電壓傳感器9的故障。也就是說，除實施方式1的效果外，還能診斷各電壓傳感器的故障。

實施方式3.

以下，對本發明的實施方式3進行說明。電路結構和圖10所示的實施方式2的結構相同，故在此省略說明。

控制單元6的結構和圖2所示的實施方式1的結構相同。這裡，針對控制單元6利用佔空比產生器601和三角波產生器602輸出圖8(a)所示的設置第1開關期間和第2開關期間的開關模式的示例進行說明。

圖12是表示實施本發明實施方式3的軟啟動控制的控制單元的動作的流程圖。另外，該流程圖中所示的2a～2d是半導體開關元件2a～2d。首先，在步驟s101中，計算條件a：|v1_sen－v0_sen|，決定是否實施半導體開關元件2a、2c的軟啟動。該值超過vth1時，進入步驟s102(實施軟啟動)，該值在vth1以下時，進入步驟s103(不實施軟啟動)。這裡，v1_sen表示電壓傳感器9的檢測電壓，v0_sen表示電壓傳感器8的檢測電壓，vth1表示電壓閾值1。關於vth1，可以預先通過仿真等決定，確保佔空比d1、d3為100％時，額定電流最小的結構部件不會發生損壞，以及在電容器之間流動的電流低於該部件的額定電流。在步驟s102中，對半導體開關元件2a、2c進行軟啟動控制，使半導體開關元件2b、2d關斷(條件b)。另外，關於開關模式，和實施方式1中所示的圖8(a)相同。在步驟s103中，不進行軟啟動控制，使佔空比產生器601所生成的佔空比d1、d3始終為1，從而使柵極信號g1、g3始終為高電平，使半導體開關元件2a、2c始終導通(條件c)。關於半導體開關元件2b、2d，和步驟s102一樣，使其始終關斷(條件c)。在步驟s104中，再次計算條件d：|v1_sen－v0_sen|，若結果低於vth2則進入步驟s105，若超過vth1則重複步驟s104。這裡，條件d是用於確認v1_sen和v0_sen的一致程度的條件表達式。vth2表示電壓閾值2，可以基於電壓傳感器8、電壓傳感器9的誤差決定。在步驟s105中，使半導體開關元件2a～2d暫時關斷例如10ms(條件e)。在步驟s106中，計算|v1_sen－v2_sen|，決定是否實施半導體開關元件2c、2d的軟啟動控制(條件f)。該值超過vth3時，進入步驟s107(實施軟啟動控制)；該值在vth3以下時，進入步驟s108(不實施軟啟動控制)。這裡，v1_sen表示電壓傳感器9的檢測電壓，v2_sen表示電壓傳感器7的檢測電壓，vth3表示電壓閾值3。關於vth3，可以預先通過仿真等決定，確保佔空比d3、d4為100％時，額定電流最小的結構部件不會發生損壞，以及在電容器之間流動的電流低於該部件的額定電流。在步驟s107中，對半導體開關元件2c、2d進行軟啟動控制，使半導體開關元件2a、2b關斷(條件g)。另外，關於開關模式，和實施方式1中所示的圖8(a)相同。在步驟s108中，不進行軟啟動控制，使佔空比產生器601所生成的佔空比d3、d4始終為1，從而使柵極信號g3、g4始終為高電平，使半導體開關元件2c、2d始終導通(條件h)。關於半導體開關元件2a、2b，和步驟s107一樣，使其始終關斷(條件h)。在步驟s109中，再次計算條件i：|v1_sen－v2_sen|，若結果低於vth4則結束一系列動作，若超過vth4則重複步驟s109。這裡，條件i是用於確認v1_sen和v2_sen的一致程度的條件表達式。vth4表示電壓閾值4，可以基於電壓傳感器7、電壓傳感器9的誤差決定。這裡，在條件d(步驟s104)和條件f(步驟s106)之間設置有控制關閉期間即條件e(步驟s105)，但也可以不設置該期間，在條件d(步驟s104)之後轉入條件f(步驟s106)。

另外，基於圖12進行軟啟動控制時，關於各電壓v1、v0、v2的變化，t＝0時各電壓值為v2＞v1＝vbat＞v0，條件a以及f成立時，和圖8(b)一樣。條件a不成立時，v1和v0瞬間一致，條件f不成立時，v1和v2瞬間一致。因此，和實施方式1中所示的dc/dc變換器相比較，本實施方式3中所示的dc/dc變換器在條件a、條件f下，當各電壓傳感器的檢測值差異較小時，可以縮短軟啟動時間。

再者，條件d成立時，判定電壓傳感器8及電壓傳感器9兩者都正常，此外，在經過某一重複次數後條件d仍然不成立時，判定電壓傳感器8或電壓傳感器9中的某一個發生故障，從而可以診斷電壓傳感器8及電壓傳感器9的故障。進而，條件i成立時，判定電壓傳感器7及電壓傳感器9兩者都正常，此外，在經過某一重複次數後條件i仍然不成立時，判定電壓傳感器7或電壓傳感器9中的某一個發生故障，從而可以診斷電壓傳感器7及電壓傳感器9的故障。

另外，圖12中所示的是獲得如圖8(a)所示的開關模式的流程圖，但在應用於圖3(a)～圖7(a)的開關模式時，當各電壓傳感器的檢測值差異較小時，自然也可以縮短軟啟動時間，診斷電壓傳感器的故障。

此外，如圖9所示，通過提高半導體開關元件的開關頻率，從而可以縮短軟啟動時間。也就是說，能夠儘早使各電壓一致。

如上所述，本實施方式3所涉及的dc/dc變換器中，在實施方式1所涉及的dc/dc變換器的基礎上，進而具備測定低壓側電容器的兩端電壓的電壓傳感器、測定高壓側電容器的兩端電壓的電壓傳感器、以及測定充放電電容器的兩端電壓v0的電壓傳感器，基於各電壓傳感器的檢測值，決定實施或不實施軟啟動控制，從而可以相較於實施方式1所涉及的dc/dc變換器，縮短軟啟動時間。也就是說，能夠儘早使各電壓一致。進而，通過比較各電壓傳感器的檢測值，從而可以診斷各電壓傳感器的故障。

另外，也可以將實施方式3所示的、基於各電壓傳感器的檢測值決定實施或不實施軟啟動控制的dc/dc變換器在實施方式2所示的、基於各電壓傳感器的檢測值而決定的開關模式下動作。該情況下，可以縮短圖12中所示的步驟s102(條件b)以及步驟s107(條件g)所需要的時間，因此，可以進一步縮短實施方式3中所需要的軟啟動時間。

此外，在圖10所示的dc/dc變換器中，也可以在實施方式1所示的、不使用電壓傳感器的信息而是預先決定的規定開關模式下進行軟啟動控制。該情況下，可以安全地使各電壓一致，進而，可以診斷各電壓傳感器的故障。

並且，在上述各實施方式中，針對由igbt和二極體構成各半導體開關元件2a～2d的示例進行了說明，也可以使用mosfet或jfet等代替igbt。使用mosfet時，可以使用mosfet的體二極體代替二極體。另外，各半導體開關元件2a～2d可以由帶隙大於矽的寬帶隙半導體，例如碳化矽(sic)、氮化鎵類材料或金剛石形成。

另外，本發明並不限定於上述各實施方式，還包括這些實施方式可能的全部組合，在其發明範圍內能夠自由地組合各實施方式，或者對各實施方式進行恰當的變形、省略。

標號說明

1電抗器，2半導體模塊，2a第1半導體開關元件，2b第2半導體開關元件，2c第3半導體開關元件，2d第4半導體開關元件，3低壓側電容器，4高壓側電容器，5充放電電容器，6控制單元，7、8、9電壓傳感器。