專利名稱：切換式電源裝置和使用其的逆變器、轉換器、空氣調節器、太陽能控制器、以及機動車的制作方法
技術領域：
本發明涉及切換式電源裝置，并且特別涉及切換損耗小的切換式電源裝置以及涉及使用該切換式電源裝置的逆變器、轉換器、空氣調節器、太陽能控制器、以及機動車。
背景技術：
在過去，已經存在把MOS晶體管寄生二極管用作逆變器中的續流二極管的情況。 在這樣的情況中，當電流沿著正向方向流動回到寄生二極管，并且在反向方向上把電源電壓施加到該寄生二極管時，恢復電流(反向恢復電流)流動到寄生二極管，這產生大的切換損耗。
日本特開專利申請7 - 264876公開了通過下列方式防止恢復電流的流動的方法在正向方向上在高壓側的節點和MOS晶體管的漏極之間連接防回流二極管，以及在正向方向上在MOS晶體管的源極和高壓側的節點之間連接續流二極管。
日本特開專利申請2010 — 29019公開了通過下列方式防止恢復電流的流動的方法在高壓側的節點和低壓側的節點之間串聯地連接兩個MOS晶體管，和在正向方向上在低壓側的節點和高壓側的節點之間連接高耐受電壓續流二極管。
然而，在日本特開專利申請7 — 264876中遇到的問題是在防回流二極管中產生了傳導損耗。在日本特開專利申請2010 - 29019中遇到的問題是成本高，這是由于需要裝備兩個MOS晶體管和聞耐受:電壓續流_■極管。發明內容
因此，本發明的主要目的是提供高效率、低成本的切換式電源裝置和使用該切換式電源裝置的逆變器、轉換器、空氣調節器、太陽能控制器、以及機動車。
涉及本發明的切換式電源裝置配備有第一晶體管，其第一電極連接到第一節點；和第二晶體管，其第一電極連接到第一晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到第二節點。所述第一和第二晶體管中的每一個具有在正向方向上連接在所述第二和第一電極之間的寄生二極管。所述第一晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第二晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓。該切換式電源裝置還配備有如下的驅動電路在電流要從所述第一節點流動到所述第二節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一和第二晶體管，并且在電流要從所述第二節點流動到所述第一節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一晶體管而關斷所述第二晶體管。因此，基本上不存在電流流動至高耐受電壓第一晶體管的寄生二極管，因此高耐受電壓第一晶體管的恢復電流小。此外，低耐受電壓第二晶體管的恢復電流典型地小于高耐受電壓晶體管的恢復電流。因此，可以減小該恢復電流，并且可 以達到較高效率的切換式電源裝置。此外，由于不需要配備單獨的高耐受電壓續流二極管， 所以可以達到較低成本的切換式電源裝置。
涉及本發明的另一切換式電源裝置配備有；第一晶體管，其第一電極連接到第一 節點；和第二晶體管，其第一電極連接到第一晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到第 二節點。所述第一和第二晶體管中的每一個具有在正向方向上連接在所述第二和第一電極 之間的寄生二極管。所述第一晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第二晶體 管的第一和第二電極之間的耐受電壓。該切換式電源裝置還配備有如下的驅動電路在電 流要從所述第一節點流動到所述第二節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一和第二晶 體管，以及在電流要從所述第二節點流動到所述第一節點的情況中，所述驅動電路接通所 述第一晶體管，以及當電流已經開始從所述第二節點流動到所述第一節點時所述驅動電路 接通所述第二晶體管，以及在電流停止從所述第二節點流動到所述第一節點之前所述驅動 電路關斷所述第二晶體管。在此情況中，執行同步整流，因此可以進一步增加效率。
在優選實踐中，所述驅動電路向所述第一晶體管的控制電極施加比通過把所述 第一晶體管的閾值電壓加到所述第二節點的電壓而獲得的電壓大的電壓，并且接通所述第 一晶體管。在此情況中，能夠基本上消除第一晶體管的第一電極和第二電極之間的電壓差， 因此，這使得以下成為可能流動到第一晶體管的寄生二極管的電流得以減小，以最大程度 地發揮減小高耐受電壓第一晶體管的恢復電流的效果。
此外，在優選實踐中，驅動電路包括電容器，連接在第一晶體管的控制電極和第 二節點之間；和二極管，其陰極連接到第一晶體管的控制電極，其陽極接受比第一晶體管的 閾值電壓大的電壓。在此情況中，即使在當切換式電源裝置工作時第二節點的電壓波動的 情況下，由于通過電容器的電容耦合的原因，能夠將充分接通第一晶體管的電位繼續施加 給第一晶體管的控制電極，因此能夠可靠地減小第一晶體管的恢復電流。
此外，在優選實踐中，當所述切換式電源裝置工作時所述驅動電路接通所述第 一晶體管，以及當所述切換式電源裝置停用時所述驅動電路關斷所述第一晶體管。在此情 況中，由于當切換式電源裝置停用時第一晶體管處于關斷，所以能夠提高安全性。
此外，在優選實踐中，驅動電路包括電容器，其連接在第一晶體管的控制電極和 第二節點之間；二極管，其陰極連接到第一晶體管的控制電極；以及第三晶體管，其第一電 極接受比第一晶體管的閾值電壓大的電壓，并且其第二電極連接到二極管的陽極；以及當 該切換式電源裝置工作時，接通第三晶體管和接通第一晶體管，或者當該切換式電源裝置 停用時，關斷第三晶體管和關斷第一晶體管。在此情況中，即使在當驅動電路工作時第二節 點的電壓波動的情況下，由于通過電容器的電容耦合的原因，能將充分接通第一晶體管的 電位繼續施加給第一晶體管的控制電極。另一方面，當切換式電源裝置停用時，第三晶體管 關斷，由此高電壓停止施加到第一晶體管的控制電極，并且由于通過電容器的電容耦合的 原因，第一晶體管的控制電極的電位在接近于第二節點的電位的電平處保持穩定。鑒于此， 能夠防止第一晶體管由于浪涌等的原因而引起的不適當地接通，因此能夠進一步提高安全 性。
此外，在優選實踐中，進一步配備有線圈，其用于對電磁能量進行累聚和釋放，并 且該線圈的一個端子連接到第一節點或第二節點。在此情況中，能實現高效率的逆變器或轉換器。
此外，在優選實踐中，進一步配備有變壓器，其包括初級和次級繞組，并且初級繞 組的一個端子連接到第一節點或第二節點。在此情況中，能實現高效率的逆變器或轉換器。
此外，在優選實踐中，還配備有齊納二極管，其陽極連接到所述第二晶體管的第 二電極，以及其陰極連接到所述第二晶體管的第一電極。在此情況中，能夠防止第一晶體管 的第二電極和第二晶體管的第一電極的電位即中間電位，相對于第二節點的電位相當可觀 地升高。具體而言，能夠減小低耐受電壓第二晶體管的第一和第二電極之間的電位差。因 此，可以提高第二晶體管的可靠性，通過降低第二晶體管的耐受電壓可以減小恢復電流，以 及甚至可以得到更高效率的切換式電源裝置。
涉及本發明的又一切換式電源裝置配備有第一晶體管，其第一電極連接到電源 電壓線；第二晶體管，其第一電極連接到所述第一晶體管的第二電極，并且其第二電極連接 到輸出節點；第三晶體管，其第一電極連接到輸出節點；第四晶體管，其第一電極連接到第 三晶體管的第二電極，并且其第二電極連接到基準電壓線。所述第一至第四晶體管中的每 一個具有在正向方向上連接在所述第二和第一電極之間的寄生二極管。所述第一晶體管的 第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第二晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓。 所述第三晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第四晶體管的第一和第二電 極之間的耐受電壓。該切換式電源裝置還配備有如下的驅動電路在電流要從所述電源電 壓線流動到所述輸出節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一和第二晶體管，在電流要 從所述輸出節點流動到所述電源電壓線的情況中，所述驅動電路接通所述第一晶體管，并 且關斷所述第二晶體管，在電流要從所述輸出節點流動到所述基準電壓線的情況中，所述 驅動電路接通所述第三和第四晶體管，以及在電流要從所述基準電壓線流動到所述輸出節 點的情況中，所述驅動電路接通所述第三晶體管并且關斷所述第四晶體管。在此情況中，能 夠實現高效率的逆變器。
在優選實踐中，驅動電路包括電容器，連接在第一晶體管的控制電極和輸出節點 之間；和二極管，其陰極連接到第一晶體管的控制電極，以及其陽極連接到第三晶體管的控 制電極。所述二極管的陽極接受比所述第一和第三晶體管的閾值電壓中的每一個高的電 壓。在此情況中，第一和第三晶體管接通，降低了流動到第一和第三晶體管的寄生二極管的 電流，并且可以減小高耐受電壓第一和第三晶體管的恢復電流。此外，即使在當切換式電源 裝置工作時輸出節點的電壓波動的情況下，由于通過電容器的電容耦合的原因，能將充分 接通第一晶體管的電位繼續施加給第一晶體管的控制電極，因此能夠可靠地減小第一晶體 管的恢復電流。
涉及本發明的轉換器配備有前面提及的切換式電源裝置，并且被適配為對DC電 壓進行遞升或遞降。
涉及本發明的逆變器配備有前面提及的切換式電源裝置，并且被適配為把DC功 率轉換為AC功率。
涉及本發明的空氣調節器配備有前面提及的切換式電源裝置。
涉及本發明的太陽能控制器配備有前面提及的切換式電源裝置。
涉及本發明的機動車配備有前面提及的切換式電源裝置。



圖1圖是表示基于本發明的第一實施例的逆變器的結構的電路框圖；2是表示使用了圖1中示出的逆變器的遞升斬波器的結構的電路框圖；3是用于說明圖1中示出的逆變器的效果的時序圖；4是用于說明圖1中示出的逆變器的效果的另一時序圖；5是表示基于本發明的第二實施例的雙向斬波器的結構的電路框圖；6是表不基于本發明的第三實施例的三相電動機控制逆變器的結構的電路框圖7是表示從圖6中示出的三相電動機控制逆變器流動到電動機的電流的時序圖8是表示基于本發明的第四實施例的推挽DC/DC轉換器的結構的電路框圖； 圖9是表示空氣調節器的簡化結構示例的圖；圖1OA和圖1OB是表示太陽能控制器的簡化結構示例的圖；圖11是表示機動車的簡化結構示例的圖。
具體實施方式
(第一實施例)如圖1中所示，基于本發明的第一實施例的逆變器配備有N溝道MOS晶體管I至10、電 容器11和12、二極管13和14、柵極電源15和16、以及柵極驅動器17和18。晶體管I至 10分別內置有寄生二極管Ia至10a。
寄生二極管Ia至IOa的陽極分別連接到對應晶體管I至10的源極，而寄生 二極管Ia至IOa的陰極分別連接到對應晶體管I至10的漏極。
例如，晶體管1、3、5和7中的每一個是源極一漏極耐受電壓為600V的高耐受電壓 晶體管。例如，晶體管2、4、6和8中的每一個是源極一漏極耐受電壓為30 V的低耐受電壓 晶體管。典型地，低耐受電壓晶體管2、4、6和8的恢復電流低于高耐受電壓晶體管1、3、5 和7的恢復電流。低耐受電壓晶體管2、4、6和8的寄生二極管2a、4a、6a和8a中的每一個 作為續流二極管來工作。晶體管的源極一漏極耐受電壓隨著晶體管的源極和漏極之間的距離增大而增加。當 晶體管的溝道的雜質濃度低時，晶體管的源極一漏極耐受電壓增加。當寄生二極管內的雜 質濃度高時，少數載流子的生命期更短，并且恢復電流更低。由于低耐受電壓晶體管2、4、6 和8的雜質濃度大于聞耐受:電壓晶體管1、3、5和7的雜質濃度，所以低耐受:電壓晶體管2、 4、6和8的恢復電流低于高耐受電壓晶體管1、3、5和7的恢復電流。
晶體管I和5的漏極都接受電源電壓VCC。晶體管2和6的漏極分別連接到 晶體管I和5的源極，而晶體管2和6的源極分別連接到輸出節點NI和N2。晶體管3和7 的漏極分別連接到輸出節點NI和N2。晶體管4和8的漏極分別連接到晶體管3和7的源 極，而晶體管4和8的源極都連接到接地電壓GND線。晶體管I和2構成了左上臂，晶體管 3和4構成了左下臂，晶體管5和6構成了右上臂，以及晶體管7和8構成了右下臂。負載 19連接在輸出節點NI和N2之間。二極管13的陰極連接到晶體管I的柵極。晶體管9的源極連接到二極管13的陽極并且連接到晶體管3的柵極。柵極電源15的輸出節點連接到晶體管9的漏極。柵極電源 15輸出DC電壓(例如，O. 2 50 V)，其高于與高耐受電壓晶體管I和3 (例如，O.1 7 V 的閾值電壓VTH的增強型晶體管沖的每一個的閾值電壓VTH和二極管13的正向遞降電壓 之和相等的電壓。
二極管14的陰極連接到晶體管5的柵極。晶體管10的源極連接到二極管14的 陽極并且連接到晶體管7的柵極。柵極電源16的輸出節點連接到晶體管10的漏極。柵極 電源16輸出DC電壓(例如，O. 2 50 V)，其高于與高耐受電壓晶體管5和7 (例如，具有O.1 7 V的閾值電壓VTH的增強型晶體管)中的每一個的閾值電壓VTH和二極管14的正 向遞降電壓之和相等的電壓。
電容器11連接在輸出節點NI和晶體管I的柵極之間。電容器12連接在輸出節 點N2和晶體管5的柵極之間。裝備了電容器11以便向晶體管I的柵極施加與輸出節點NI 的電壓和柵極電源15的輸出電壓的合計相等的電壓。裝備了電容器12以便向晶體管5的 柵極施加與輸出節點N2的電壓和柵極電源16的輸出電壓的合計相等的電壓。例如，當輸 出節點NI處于接地電位時，經由晶體管9和二極管13把柵極電源15的輸出電位施加到高 耐受電壓晶體管I的柵極。此后，即使當輸出節點NI的電位上升時，由于電容器11的電容 耦合的原因，在輸出節點NI和高耐受電壓晶體管I的柵極之間保持了電位差。類似地，在 輸出節點N2和高耐受電壓晶體管5的柵極之間保持與柵極電源16的輸出電壓相等的電位 差。
晶體管I至4和9的柵極以及輸出節點NI連接到柵極驅動器17。晶體管5至8 和10的柵極以及輸出節點N2連接到柵極驅動器18。柵極驅動器17和18控制晶體管I至 10的柵極電壓以便對晶體管I至10進行開/關控制，并且把DC電源電壓VCC轉換為AC電 壓以及把該電壓供應給負載19。
接下來，將說明逆變器的工作。在要向負載19供應AC功率的情況中，晶體管9和 10接通，比高耐受電壓晶體管1、3、5和7的閾值電壓VTH大的DC電壓被施加到高耐受電壓 晶體管1、3、5和7中的每一個的柵極。在此狀態下，首先，低耐受電壓晶體管2和8接通。 在這樣做時，高耐受電壓晶體管I和7也接通，并且電流從電源電壓VCC線經由晶體管I和2、負載19以及晶體管7和8流動到接地電壓GND線。在負載19為電感負載的情況中，在 負載19中累聚了電磁能量。
接下來，低耐受電壓晶體管2和8關斷。在負載19為電感負載的情況中，由于在 負載19中累聚的電磁能量的原因，電流從接地電壓GND線經由寄生二極管4a、晶體管3、負 載19、寄生二極管6a和晶體管5流動回到電源電壓VCC線。
接下來，同時續流電流消失，低耐受電壓晶體管4和6接通。在這樣做時，高耐受 電壓晶體管3和5也接通，并且電流從電源電壓VCC線經由晶體管5和6、負載19以及晶體 管3和4流動到接地電壓GND線。
接下來，低耐受電壓晶體管4和6關斷。在負載19為電感負載的情況中，由于在 負載19中累聚的電磁能量的原因，電流從接地電壓GND線經由寄生二極管8a、晶體管7、負 載19、寄生二極管2a和晶體管I流動回到電源電壓VCC線。隨后，以類似方式向負載19供 應AC功率。
在要中斷AC功率至負載19的供應的情況中，晶體管9和10關斷,使晶體管1、3、5和7的柵極至“L”電平，并且晶體管1、3、5和7關斷。晶體管2、4、6和8也固定在關斷狀 態。任選地，單個電容器可以連接在晶體管3和4的柵極之間，并且單個電容器可以連接在 晶體管7和8的柵極之間。任選地，單個二極管的陰極和陽極可以分別連接到晶體管3和 4的柵極，并且分別把單個二極管的陰極和陽極連接到晶體管7和8的柵極。
在此種類的逆變器中，為了調整供應到負載19的功率，存在這樣的情況，在所述 情況中以交替的方式執行接通左上臂(晶體管I和2)以及接通和關斷右下臂(晶體管7和 8)的斬波工作以及接通右上臂(晶體管5和6)以及接通和關斷左下臂(晶體管3和4)的斬 波工作。
相反地，存在這樣的情況，在所述情況中以交替的方式執行接通右下臂(晶體管7 和8)以及接通和關斷左上臂(晶體管I和2)的斬波工作以及接通左下臂(晶體管3和4) 以及接通和關斷右上臂(晶體管5和6)的斬波工作。
在執行這樣的斬波工作的情況中，恢復電流就成為一個問題。圖1中所示出的逆 變器作為遞升斬波器進行工作，同時測量恢復電流和損耗。圖2是示出遞升斬波器的結構 的電流框圖。在圖2中的遞升斬波器中，DC電源20的輸出電壓(150V)被施加到晶體管5 的漏極，并且線圈21連接在輸出節點NI和N2之間。輸出端子22連接到晶體管I的漏極， 以及負載23和電容器24并聯連接在輸出端子22和接地電壓GND線之間。
晶體管9和10接通，并且比高耐受電壓晶體管的閾值電壓VTH大的DC電壓被施 加到高耐受電壓晶體管1、3、5和7中的每一個的柵極。低耐受電壓晶體管2和8關斷，低 耐受電壓晶體管6接通，以及低耐受電壓晶體管4接通和關斷。也就是說，右上臂接通，以 及左下臂接通和關斷。
接下來將說明遞升斬波器的工作。當晶體管4接通時，電流從DC電源20經由晶 體管5和6、線圈21、和晶體管3和4流動到接地電壓GND線，并且電磁能量在線圈21中累聚。
此時，在右上臂中，電流從DC電源20朝向輸出節點N2 (在圖2中是向下方向)流 動，并且晶體管5和晶體管6都處于接通狀態。在左下臂中，電流從輸出節點NI朝向接地 電壓GND線(在圖2中是向下方向)流動，并且晶體管3和晶體管4都處于接通狀態。
接下來，當晶體管4關斷時，電流停止流動至晶體管4，但是電流繼續從線圈21流 動，由此晶體管3的源極電壓上升，因此晶體管3呈關斷狀態。由于即使在晶體管3和4處 于關斷之后電流繼續從線圈21流動，所以晶體管2的源極電壓上升。與晶體管2的源極電 壓的上升有關，從柵極驅動器17施加給晶體管2的柵極的電壓也上升，并且晶體管2保持 在關斷狀態。當晶體管2的源極電壓變為大于漏極電壓時，續流電流從晶體管2的源極經 由寄生二極管2a流動到晶體管2的漏極。
此時，晶體管I的源極電壓低于晶體管2的源極電壓。此外，由于電容器11的電 容耦合的原因，晶體管I的柵極電壓保持在比晶體管2的源極電壓大出由柵極電源2所生 成的電壓(例如，12V)的等價體的電壓，因此晶體管I進入接通狀態。鑒于此，電流流動到晶 體管I的溝道，而流動到寄生二極管Ia的電流維持為低電平。晶體管3起到電壓遞降元件 的作用，所述電壓遞降元件用于使晶體管4的源極一漏極電壓遞降。
此時，電流從DC電源20經由晶體管5和6、線圈21、寄生二極管2a和晶體管I流 動到輸出端子22，并且線圈21的電磁能量被釋放。
此時，在右上臂中，電流從DC電源20朝向輸出節點N2 (在圖2中是向下方向)流 動，并且晶體管5和晶體管6都處于接通狀態。在左上臂中，電流從輸出節點NI朝向輸出 端子22 (圖2中的向上方向)流動，晶體管I處于接通狀態，而晶體管2處于關斷狀態。
接下來，當晶體管4接通時，電流流動至晶體管4，晶體管3的源極電壓下降，而晶 體管3也進入接通狀態。鑒于此，晶體管3和4接通，線圈21的電流開始流動到晶體管3和 4，并且晶體管2的源極電壓下降。當晶體管2的源極電壓下降至低于漏極電壓時，恢復電 流流動到晶體管2，并且同時或者隨后，恢復電流流動到晶體管I。此后，一旦晶體管2的源 極電壓已經充分地下降了，電流就從DC電源20經由晶體管5和6、線圈21、和晶體管3和 4流動到接地電壓GND線，并且電磁能量在線圈21中累聚。當在50%占空比的情況下以此 方式接通和關斷晶體管4時，遞升斬波器的輸出電壓Vout大約為300V。
在遞升斬波器的工作期間，測量晶體管3的漏極電壓Vd(V)和漏極電流Id(A)。作 為比較例，準備了在其中每個臂單獨由高耐受電壓晶體管構成的常規遞升斬波器。在該比 較例中使用了與第一實施例中的高耐受電壓晶體管等同的高耐受電壓晶體管。該比較例的 遞升斬波器類似于第一實施例進行工作，同時測量左下臂的高耐受電壓晶體管的漏極電壓 Vd(V)和漏極電流Id(A)。
圖3是表示測量的結果的圖。結果，發現了第一實施例中的恢復電流的電荷量被 減小到該比較例中的恢復電流的電荷量的五分之一。在本文中，措辭“恢復電流的減小”嚴 格地指恢復電流的電荷量的減小。在圖3中，第一實施例的恢復電流的峰值超過了該比較 例中的恢復電流的峰值。然而，在第一實施例中，恢復電流的時間積分，具體而言恢復電流 的電荷量壓倒性地更小。圖4是表示切換期間功率損耗的圖。由斜線指示的部分的面積示 出了在切換單個時間期間發生的功率損耗。發現了第一實施例中的功率損耗被減小到該比 較例中的功率損耗的八分之一。在該比較例中，整個逆變器的損耗為4. 1%，而在第一實施例 中，整個逆變器的損耗被減小到1. 3%。
獲得這些結果的理由考慮如下。具體而言，由于來自線圈21的續流電流流動到低 耐受電壓晶體管2的寄生二極管2a，所以當晶體管4接通時，恢復電流流動到該低耐受電壓 晶體管2，但是低耐受電壓晶體管2的恢復電流典型地小于高耐受電壓晶體管的恢復電流。 此外，在第一實施例中，來自線圈21的續流電流流動到高耐受電壓晶體管I的溝道，流動到 寄生二極管Ia的電流小，因此高耐受電壓晶體管I的恢復電流小。以另一種方式來表達， 在左上臂中，由于在電流從輸出節點NI朝向輸出端子22 (圖1中的向上方向)流動期間， 晶體管I處于接通狀態，因此流動到寄生二極管Ia的電流小，其結果，高耐受電壓晶體管I 的恢復電流小。
與此相反，在該比較例中，來自線圈的所有續流電流都流動到左上臂的高耐受電 壓晶體管的寄生二極管，因此當左下臂已經接通時大的恢復電流流動到高耐受電壓晶體 管。其結果，基于第一實施例，與僅由高耐受電壓晶體管構成的常規逆變器相比，能使恢復 電流更小，并且能使功率損耗更小。
如圖3中所示出的，在第一實施例中，恢復電流小，因此晶體管3的漏極電壓Vd快 速地下降；而在該比較例中，恢復電流大，因此左下臂的晶體管的漏極電壓Vd的下降被延 遲。此外，在第一實施例中，當晶體管3的漏極電壓Vd從大約250V下降時，它瞬間停止在 180V附近。這是因為第一實施例中的切換速度快，從而由于該電路的寄生電感的原因引起至70V電壓遞降。
在第一實施例中，不需要單獨地配備高耐受電壓續流二極管，并且因此與在日本 特開專利申請7 — 264876和日本特開專利申請2010 — 29019中公開的現有技術相比，該 裝置能夠以較低的成本來實現。
低耐受電壓晶體管2、4、6和8的源極和漏極之間的耐受電壓優選處于3 200V 的范圍內。當低耐受電壓晶體管2、4、6和8的源極和漏極之間的耐受電壓超過200V時，低 耐受電壓晶體管2、4、6和8的恢復電流增加。在低耐受電壓晶體管2、4、6和8的源極和漏 極之間的耐受電壓小于3V的情況中，低耐受電壓晶體管2、4、6和8對該電源電路的噪聲的 容限下降。
高耐受電壓晶體管1、3、5和7的源極和漏極之間的耐受電壓優選處于3倍至100 倍于低耐受電壓晶體管2、4、6和8的源極和漏極之間的耐受電壓的范圍內。在高耐受電壓 晶體管1、3、5和7的源極和漏極之間的耐受電壓小于3倍低耐受電壓晶體管2、4、6和8的 源極和漏極之間的耐受電壓的情況中，高耐受電壓晶體管的恢復電流與低耐受電壓晶體管 的恢復電流之間的差將是小的，并且第一實施例的效果將是小的。在高耐受電壓晶體管1、3、5和7的源極和漏極之間的耐受電壓大于100倍低耐受電壓晶體管2、4、6和8的源極和 漏極之間的耐受電壓的情況中，低耐受電壓晶體管對切換噪聲的容限下降。
在本示例中，把比通過把高耐受電壓晶體管1、3、5和7的相應閾值電壓加到低耐 受電壓晶體管2、4、6和8的相應源極電位所獲得的電壓大的電壓施加到高耐受電壓晶體管1、3、5和7的柵極。鑒于此，高耐受電壓晶體管1、3、5和7的源極和漏極之間的電位差能被 相當大地消除。因此，能夠最大程度地發揮減小高耐受電壓晶體管1、3、5和7的恢復電流 的效果。
在本實施例中，電容器11和12分別連接在高耐受電壓晶體管I和5的柵極與輸 出節點NI和N2之間。此外，二極管13和14的陰極分別連接到高耐受電壓晶體管I和5 的柵極。該配置是藉此把比高耐受電壓晶體管I和5的相應閾值電壓大的電壓施加到二極 管13和14的陽極的一個配置。在這樣做時，即使在向負載19供應AC功率時輸出節點NI 和N2的電壓波動的情況下，由于通過電容器11和12的電容耦合的原因，充分用來接通高 耐受電壓晶體管I和5的電位繼續被施加到高耐受電壓晶體管I和5的柵極，因此高耐受 電壓晶體管I和5的恢復電流能夠被可靠地減小。
此外，在本實施例中，該配置是藉此在沒有功率供應到負載19的情況中高耐受電 壓晶體管1、3、5和7能夠被關斷的一個配置。因此，即使在柵極驅動器17或18已經故障 的情況中，穿越電流流動到晶體管I至4或者晶體管5至8，這防止了火災或爆炸發生并且 增強了安全性。
在更具體的方面，假設為了把等于或大于耐受晶體管1、3、5和7的閾值電壓的電 壓施加到高耐受電壓晶體管1、3、5和7的柵極的目的，晶體管9和10分別被配置在二極管 13和14與柵極電源15和16之間。在功率供應到負載19的情況中，把晶體管9和10設置 成接通狀態，并且供應了足夠來接通高耐受電壓晶體管1、3、5和7的電壓。另一方面，在沒 有功率供應到負載19的情況中，把晶體管9和10設置成關斷狀態，并且把高耐受電壓晶體 管1、3、5和7設置成關斷狀態，這確保了安全性。
此外，在沒有功率供應到負載19的情況中，通過電容器11的電容耦合，在高耐受電壓晶體管I和5的柵極處的電位穩定在接近于輸出節點NI和N2的相應電位的電位處。 因此，高耐受電壓晶體管I和5能夠防止由于浪涌等的原因而不適當地接通，因此能夠進一 步增強安全性。
通過以如下的方式使用被設計為輸出DC電壓的柵極電源15、16，可以取消晶體 管9和10，即，在AC功率要被供應給負載19的情況中高耐受電壓晶體管1、3、5和7接通， 而在要停止AC功率到負載19的供應的情況中關斷高耐受電壓晶體管1、3、5和7。
此外，在已經采用了諸如熔絲、中繼器等之類的其他安全性措施的情況中，可接受 的是高耐受電壓晶體管1、3、5和7要經常處于接通。例如，可以裝配一電池(cell)來代替 晶體管9和10以及柵極電源，并且可以把該電池的輸出電壓直接施加給二極管13和14的 陽極以及給晶體管3和7的柵極。
盡管本第一實施例已經說明了逆變器和配備有臂的遞升斬波器(非絕緣型DC/DC 轉換器)，該臂包括串聯連接的高耐受電壓晶體管和低耐受電壓晶體管，然而存在用于采用 所述臂的切換式電源裝置的其他可能配置。其他切換式電源裝置包括絕緣型DC/DC轉換 器、功率因子校正(power factor correction, PFC)電路等。
(第二實施例)圖5是表示基于本發明的第二實施例的雙向斬波器的結構的電路框圖，并且該圖是與 圖2對比的圖。在圖5中，雙向斬波器配備有圖2中的晶體管5至8、電容器12、二極管14、 柵極電源16、柵極驅動器18和線圈21、二極管30至35、電容器36和37、和輸入/輸出端 子Tl和T2。
高耐受電壓晶體管5和低耐受電壓晶體管6串聯地連接在輸入/輸出端子T2和 節點N2之間。高耐受電壓晶體管7和低耐受電壓晶體管8串聯地連接在節點N2和接地電 壓GND線之間。電容器12連接在晶體管5的柵極和節點N2之間。二極管14的陰極連接 到晶體管5的柵極，并且該陽極連接到晶體管7的柵極以及到柵極電源16的輸出節點。晶 體管5至8的柵極和節點N2連接到柵極驅動器18。
二極管30和31的陽極相互連接，并且其陰極分別連接到晶體管5的柵極和源 極。晶體管30和31優選是齊納二極管。由于當晶體管5的柵極一源極電壓超過預定電壓 時二極管30和31接通，能夠把晶體管5的柵極一源極電壓限制為處于或低于預定電壓，使 該電路能夠穩定進行工作。
二極管32的陽極和陰極分別連接到晶體管6的源極和漏極。當晶體管6的源極一 漏極電壓超過二極管32的閾值電壓時，二極管32接通，藉此晶體管6的源極一漏極電壓能 夠被限制為處于或低于二極管32的閾值電壓，使該電路能夠穩定地進行工作。二極管32 的閾值電壓被設定為低于晶體管6的源極一漏極耐受電壓。為了下面所論述的原因，對于 二極管32而言優選采用齊納二極管。
類似地，二極管33和34的陽極相互連接，并且其陰極分別連接到晶體管7的柵極 和源極。二極管33和34優選是齊納二極管。當晶體管7的柵極一源極電壓超過預定電壓 時，二極管33和34接通，藉此晶體管7的柵極一源極電壓能夠被限制為處于或低于該預定 電壓，使該電路能夠穩定地進行工作。
二極管35的陽極和陰極分別連接到晶體管8的源極和漏極。當晶體管8的源極一 漏極電壓超過二極管35的閾值電壓時，二極管35接通，藉此晶體管8的源極一漏極電壓能夠被限制為處于或低于二極管35的閾值電壓，使該電路能夠穩定地進行工作。二極管35 的閾值電壓被設定為低于晶體管8的源極一漏極耐受電壓。為了下面所論述的原因，對于 二極管35而言優選采用齊納二極管。
線圈21連接在輸入/輸出端子Tl和節點N2之間。電容器36連接在輸入/輸 出端子Tl和接地電壓GND線之間。電容器37連接在輸入/輸出端子T2和接地電壓GND 線之間。接下來，將說明通過該雙向斬波器的遞升工作。例如在把140V施加到輸入/輸 出端子Tl并且把280V輸出到輸入/輸出端子T2的情況中，比高耐受電壓晶體管的閾值電 壓VTH大的DC電壓(例如，12V)被施加到高耐受電壓晶體管5和7中的每一個的柵極。低 耐受電壓晶體管6關斷，由對應于增壓比(boost ratio)(兩倍)的占空比(例如，50%)使 低耐受電壓晶體管8接通和關斷。
當晶體管8接通時，電流從輸入/輸出端子Tl經由線圈21、和晶體管7和8流動到 接地電壓GND線，并且電磁能量在線圈21中累聚。接下來，當晶體管8關斷時，電流從線圈 21經由寄生二極管6a和晶體管5流動回到輸入/輸出端子T2，并且輸入/輸出端子T2的 電壓遞升。輸入/輸出端子T2的電壓達到280V，其高于輸入/輸出端子Tl的電壓(140V)。
當電流從線圈21經由寄生二極管6a和晶體管5流動回到輸入/輸出端子T2時， 晶體管8接通，據此恢復電流流動到低耐受電壓晶體管6的寄生二極管6a。然而，低耐受電 壓晶體管6的恢復電流小于高耐受電壓晶體管的恢復電流。此外，基本上不存在至高耐受 電壓晶體管5的寄生二極管5a的續流電流的流動，所以高耐受電壓晶體管5的恢復電流也 小。因此，在遞升工作中恢復電流被抑制到低水平。
當晶體管8接通時，節點N2的電位下降。于是，通過電容器12電容耦合到節點 N2的晶體管5的柵極的電位也下降。晶體管6進入關斷狀態，并且由于晶體管5的源極的 電位未改變，所以晶體管5進入關斷狀態。這樣，晶體管5和6都進入關斷狀態，并且晶體 管5的源極和晶體管6的漏極的電位(中間電位)通過由周圍寄生電容的原因所引起的電容 耦合來確定。為了此原因，由于節點N2的電位繼續下落，所以在低耐受電壓晶體管6的源 極和漏極之間出現大的電壓。在二極管32是齊納二極管的情況下，可以防止節點N2和中 間電位的電位差高于固定值。齊納二極管的反向耐受電壓優選小于晶體管6的源極一漏極 耐受電壓。
類似地，在二極管35是齊納二極管的情況下，當晶體管8關斷時，可以限制接地 電位與晶體管7的源極和晶體管8的漏極的電位(中間電位)之間的差。當晶體管8關斷 時，中間電位上升。因此，由于晶體管7的源極電位的上升的原因，晶體管7最終進入關斷 狀態。晶體管7和8都進入關斷狀態，并且中間電位通過由周圍寄生電容的原因而引起的 電容耦合來確定。為了此原因，由于節點N2的電位繼續上升，所以中間電位由于電容耦合 的原因也上升，并且在低耐受電壓晶體管8的源極和漏極之間出現大的電壓。在二極管35 是齊納二極管的情況下，可以防止接地電位和中間電位的電位差高于固定值。齊納二極管 的反向耐受電壓優選小于晶體管8的源極一漏極耐受電壓。
根據前述，將清楚地知道通過采用齊納二極管作為晶體管32、35，其陽極分別連 接到低耐受電壓晶體管6和8的源極，并且其陰極分別連接到低耐受電壓晶體管6和8的 漏極，能夠提高低耐受電壓晶體管6和8的可靠性，通過降低低耐受電壓晶體管6和8的耐受電壓可以減小恢復電流，以及此外，可以實現高效率的切換式電源裝置。
接下來，將說明通過該雙向斬波器的遞降工作。例如在把280 V施加到輸入/輸 出端子T2并且140 V從輸入/輸出端子Tl輸出的情況中，比高耐受電壓晶體管的閾值電 壓VTH大的DC電壓(例如，12V)被施加到高耐受電壓晶體管5和7中的每一個的柵極。低 耐受電壓晶體管8關斷，由對應于增壓比(boost ratio)(兩倍)的占空比(例如，50%)使 低耐受電壓晶體管6接通和關斷。
當晶體管6接通時，電流從輸入/輸出端子T2經由晶體管5和6以及線圈21流 動到輸入/輸出端子Tl，并且電磁能量在線圈21中累聚。接下來，當晶體管6關斷時，電流 從接地電壓GND線經由寄生二極管8a、晶體管7和線圈21流動回到輸入/輸出端子Tl，并 且輸入/輸出端子Tl的電壓遞降。輸入/輸出端子Tl的電壓達到140V,其低于輸入/輸 出端子T2的電壓(280V)。
當電流從接地電壓GND線經由寄生二極管8a、晶體管7和線圈21流動回到輸入/ 輸出端子Tl時，晶體管6接通，由此恢復電流流動到低耐受電壓晶體管8的寄生二極管8a。 然而，低耐受電壓晶體管8的恢復電流小于高耐受電壓晶體管的恢復電流。此外，基本上不 存在至高耐受電壓晶體管7的寄生二極管7a的續流電流的流動，因此高耐受電壓晶體管7 的恢復電流也小。因此，在遞降工作中恢復電流被抑制到低水平。
也在遞降工作的情況中，通過采用齊納二極管作為晶體管32、35，可以限制低耐受 電壓晶體6和8的源極和漏極之間的電壓。因此，可以提高低耐受電壓晶體管6和8的可 靠性，通過降低低耐受電壓晶體管6和8的耐受電壓可以減小恢復電流，進一步可以實現高 效率的切換式電源裝置。
基于此第二實施例，如在第一實施例中，可以減小恢復電流，并且可以減小功率損 耗。此外，由于可以使用MOS晶體管而不是絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)作為高耐受電壓晶 體管5和7，所以能夠減小高耐受電壓晶體管的接通狀態的功率損耗(傳導損耗)。
盡管始終關斷未切換的低耐受電壓晶體管6 (或者8)并且電流流動到寄生二極 管6a (或8a)，但是并不限于此，并且任選地可以執行同步整流。在同步整流中，一旦電流 開始流動到寄生二極管6a (或8a)，低耐受電壓晶體管6 (或者8)就接通，并且只在接通切 換式低耐受電壓晶體管8 (或者6)之前，具體而言，只在電流停止流動到低耐受電壓晶體管 6 (或者8)之前，低耐受電壓晶體管6 (或者8)關斷。在這樣做時，可以進一步減小功率損 耗。
盡管本第二實施例已經說明了具備臂的雙向斬波器，該臂包括串聯連接的高耐 受電壓晶體管和低耐受電壓晶體管，但是存在用于采用所述臂的單向斬波器的其他結構。
(第三實施例)圖6是表示基于本發明的第三實施例的三相電動機控制逆變器的結構的電 路框圖。在圖6中，逆變器配備有U相驅動器41、V相驅動器42和W相驅動器43。
U相驅動器41包括圖1中所示出的逆變器中的晶體管I至4、電容器11、二極管 13、柵極電源15以及柵極驅動器17。高耐受電壓晶體管I和低耐受電壓晶體管2串聯地連 接在DC電源40和節點NI之間。高耐受電壓晶體管3和低耐受電壓晶體管4串聯地連接 在節點NI和接地電壓GND線之間。節點NI連接到電動機44的U相端子(U相線圈的端子 之一)。
電容器11連接在晶體管I的柵極和節點NI之間。二極管13的陰極連接到晶體 管I的柵極，而其陽極連接到晶體管3的柵極以及柵極電源15的輸出節點。晶體管I至4 的柵極以及節點NI連接到柵極驅動器17。
V相驅動器42等價于在柵極電源15被移除的情況下的U相驅動器41。晶體管I 至4的柵極以及V相驅動器42的節點NI連接到柵極驅動器17。二極管13的陽極連接到 U相驅動器41的柵極電源15的輸出節點。V相驅動器42的節點NI連接到電動機44的V 相端子(V相線圈的端子之一)。
V相驅動器43等價于在柵極電源15被移除的情況下的U相驅動器41。晶體管I 至4的柵極和V相驅動器43的節點NI連接到柵極驅動器17。二極管13的陽極連接到U 相驅動器41的柵極電源15的輸出節點。W相驅動器43的節點NI連接到電動機44的W相 端子(W相線圈的端子之一)。電動機44的U相線圈、V相線圈和W相線圈的其他端子彼此 連接。
在此逆變器中，通過所謂的120度通電方式把功率供應到電動機44以驅動電動機 44的轉子旋轉。在120度通電方式中，采用120度增量來順序地接通U相驅動器41、V相 驅動器42和W相驅動器43的上臂(晶體管I和2);以及，以相對于其的180度延遲，采用 120度增量順序地接通U相驅動器41、V相驅動器42和W相驅動器43的下臂(晶體管3和 4)。在這樣做時，把三相AC功率供給電動機44以驅動電動機44的轉子旋轉。
接下來，說明在電流要從DC電源40經由U相驅動器41的上臂、電動機44和V相 驅動器42的下臂流動到接地電壓GND線的情況。在此情況中，把大于高耐受電壓晶體管I 和3的閾值電壓的電壓(例如，12V)施加到驅動器41和42的高耐受電壓晶體管I和3的 柵極。U相驅動器41的低耐受電壓晶體管4關斷，V相驅動器42的低耐受電壓晶體管2關 斷，而V相驅動器42的低耐受電壓晶體管4接通。在此狀態下，U相驅動器41的低耐受電 壓晶體管2接通和關斷。
當U相驅動器41的低耐受電壓晶體管2接通時，電流從DC電源40經由U相驅動 器41的晶體管I和2、電動機44的U相線圈和V相線圈以及V相驅動器42的晶體管3和 4而流動到接地電壓GND線。
接下來，當U相驅動器41的低耐受電壓晶體管2關斷時，電流繼續流動通過電動 機的U相線圈和V相線圈。鑒于此，續流電流從接地電壓GND線經由U相驅動器41的寄生 二極管4a和高耐受晶體管3、電動機44以及V相驅動器42的晶體管3和4流動到接地電 壓GND線。
類似地，通過三個驅動器41至44的控制，能給電動機44供應如圖7中所示的正 弦波狀的電流。在圖7中，為了圖示的簡單化，僅示出了 U相電流的波形和V相電流的波形， 省略了 W相電流的波形。
在此第三實施例中，也與第一和第二實施例一樣，恢復電流能夠得以減小，功率 損耗減小。
此外，在此第三實施例中，也與第二實施例一樣，作為高耐受電壓晶體管I和3 可以使用MOS晶體管來代替IGBT，由此可以減小高耐受電壓晶體管的接通狀態的功率損耗 (傳導損耗)。任選地，可以類似于第二實施例來執行低耐受電壓晶體管2和4的同步整流。
(第四實施例)圖8是表示基于本發明的第四實施例的推挽DC/DC轉換器的結構的電路框圖。在圖 8中，轉換器配備有柵極電源50、柵極驅動器51、DC電源52、N溝道MOS晶體管53和54、 變壓器55、驅動器56和57以及負載58。
柵極電源50輸出門電壓。變壓器55包括初級繞組55a和次級繞組55b。DC電源 52的正電極連接到初級繞組55a的中點。晶體管53連接在初級繞組55a的一個端子和DC 電源52的負電極之間。晶體管54連接在初級繞組55a的另一個端子和DC電源52的負電 極之間。晶體管53和54的柵極連接到柵極驅動器51。柵極驅動器51以交替的方式把柵 極電源50的門電壓施加給晶體管53和54的柵極。在這樣做時，晶體管53和54以交替的 方式接通，并且在變壓器55的次級繞組55b中生成AC電壓。
驅動器56包括圖1中所示出的逆變器中的晶體管I至4、電容器11、二極管13、柵 極電源15以及柵極驅動器17。高耐受電壓晶體管I和低耐受電壓晶體管2串聯連接在負 載58和節點NI之間。高耐受電壓晶體管3和低耐受電壓晶體管4串聯連接在節點NI和 接地電壓GND線之間。節點NI連接到變壓器55的次級繞組55b的一個端子。
電容器11連接在晶體管I的柵極和節點NI之間。二極管13的陰極連接到晶體 管I的柵極，而其陽極連接到晶體管3的柵極以及柵極電源15的輸出節點。晶體管I至4 的柵極以及節點NI連接到柵極驅動器17。
驅動器57等價于在柵極電源15被移除的情況下的驅動器56。晶體管I至4的 柵極和驅動器57的節點NI連接到柵極驅動器17。二極管13的陽極連接到驅動器56的柵 極電源15的輸出節點。驅動器57的節點NI連接到變壓器55的次級繞組55b的另一個端子。
接下來，將說明此轉換器的工作。把大于高耐受電壓晶體管的閾值電壓VTH的DC 電壓(例如，12V)施加到驅動器56和57的高耐受電壓晶體管I和3中的每一個的柵極。驅 動器56和57的低耐受電壓晶體管2和4關斷，并且晶體管53和54以交替的方式接通。
在晶體管54處于關斷狀態的情況下，當晶體管53接通時，電流從DC電源52流動 到變壓器55的初級繞組55a以及晶體管53，并且在變壓器55的次級繞組55b中感應了正 電壓。在這樣做時，電流從接地電壓GND線經由驅動器56的寄生二極管4a和高耐受電壓 晶體管3、次級繞組55b、驅動器57的寄生二極管2a和高耐受電壓晶體管I以及負載58流 動到接地電壓GND線。依賴于變壓器55的匝數比的值的電壓被施加到負載58。
接下來，當晶體管53關斷時，電流從DC電源52至變壓器55的初級繞組55a的流 動被中斷，并且電流至次級繞組55b的流動也被中斷。此時，流動到驅動器56的寄生二極 管4a和驅動器57的寄生二極管2a的電荷以及在該電路的寄生電容中累聚的電荷作為恢 復電流流動。
在晶體管53處于關斷狀態的情況下，當晶體管54接通時，電流從DC電源52流動 到變壓器55的初級繞組55a以及晶體管54，并且在變壓器55的次級繞組55b中感應了負 電壓。在這樣做時，電流從接地電壓GND線經由驅動器57的寄生二極管4a和高耐受電壓 晶體管3、次級繞組55b、驅動器56的寄生二極管2a和高耐受電壓晶體管I以及負載58流 動到接地電壓GND線。依賴于變壓器55的匝數比的值的電壓被施加到負載58。
接下來，當晶體管54關斷時，電流從DC電源52至變壓器55的初級繞組55a的流 動被中斷，并且電流至次級繞組55b的流動也被中斷。此時，流動到驅動器57的寄生二極管4a和驅動器56的寄生二極管2a的電荷以及在該電路的寄生電容中累聚的電荷作為恢復電流流動。
在此第四實施例中，基本上不存在電流至高耐受電壓晶體管I和3的寄生二極管 Ia和3a的流動，因此能夠大幅地減小恢復電流，并且能夠實現高效率的轉換器。
此外，在此第四實施例中，與在第二實施例中一樣，可以使用MOS晶體管而不是IGBT作為高耐受電壓晶體管I和3，因此能夠減小高耐受電壓晶體管的接通狀態的功率損耗(傳導損耗)。任選地，可以類似于第二實施例，來執行低耐受電壓晶體管2和4的同步整流。
可能的是，把前面提及的第一至第四實施例的切換式電源裝置(逆變器、變換器) 用在空氣調節器、太陽能控制器、機動車等中。通過在空氣調節器、太陽能控制器、機動車等中使用前面提及的第一至第四實施例的切換式電源裝置(逆變器、變換器)，能夠得到高效率的空氣調節器、太陽能控制器、機動車等。如在圖9中所示出的結構例中，例如，空氣調節器配備有整流/平滑電路101，其用于對從商用AC電源輸出的AC電壓進行整流和平滑； 逆變器102，其用于把從整流/平滑電路101輸出的DC電壓轉換為三相AC電壓；以及壓縮機三相電動機103，其用于通過從逆變器102輸出的三相AC電壓來進行驅動旋轉。如在圖1OA所示出的結構例中，例如，太陽能控制器可以配備有太陽能面板104，其具有多個太陽能電池單元；和轉換器105，其用于對從太陽能面板104輸出的DC電壓進行遞升或遞降，其中，從轉換器105輸出的DC電壓被供應到DC負載(接受DC電壓的負載；包括諸如電池等的儲存裝置)106。或者，如在圖1OB所示出的結構例中，例如，太陽能控制器可以配備有 太陽能面板107，其具有多個太陽能電池單元；轉換器108，其用于對從太陽能面板107輸出的DC電壓進行遞升或遞降；以及逆變器109，其用于把從轉換器108輸出的DC電壓轉換為三相AC電壓，其中，從逆變器109輸出的三相AC電壓被供應到AC負載(接受三相AC電壓的負載)110。如在圖11中所示出的結構例中，例如，機動車可以配備有電池111 ;逆變器 112，其用于把從電池111輸出的DC電壓轉換為三相AC電壓；三相電動機103，其用于通過從逆變器103輸出的三相AC電壓進行驅動旋轉；以及驅動輪114，其鏈接到三相電動機103 的旋轉軸。在前面提及的示例中，優選的是，轉換器105和108具有用于以使由太陽能面板 104和107生成的功率最大化的方式來控制太陽能面板104和107的工作點的最大功率點追蹤(MPPT)控制功能。此外，盡管在前面提及的示例中，逆變器102、109和112把DC電壓轉換為三相AC電壓，但是變更為把DC電壓轉換為單相AC電壓的結構也是可能的，其中根據該變更對電動機、AC負載的規格進行變更。
本文所公開的實施例在所有方面僅僅是示例性的并且不應當被解釋為是限制性的。本發明的范圍通過權利要求書示出，而不是通過前面提及的`說明示出，并且意圖包括權利要求書的等同物以及落入其范圍的所有變更。
權利要求
1.一種切換式電源裝置，其配備有 第一晶體管，其第一電極連接到第一節點； 第二晶體管，其第一電極連接到所述第一晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到第二節點；和驅動電路； 其中，所述第一和第二晶體管中的每一個具有在正向方向上連接在第二和第一電極之間的寄生二極管； 其中，所述第一晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第二晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓；和 其中，在電流要從所述第一節點流動到所述第二節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一和第二晶體管，并且在電流要從所述第二節點流動到所述第一節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一晶體管而關斷所述第二晶體管。
2.如權利要求1所述的切換式電源裝置， 所述驅動電路向所述第一晶體管的控制電極施加比通過把所述第一晶體管的閾值電壓加到所述第二節點的電壓而獲得的電壓大的電壓，并且接通所述第一晶體管。
3.如權利要求2所述的切換式電源裝置， 所述驅動電路包括 電容器，其連接在所述第一晶體管的控制電極和所述第二節點之間；和二極管，其陰極連接到所述第一晶體管的控制電極，并且其陽極接受比所述第一晶體管的閾值電壓大的電壓。
4.如權利要求1所述的切換式電源裝置， 當所述切換式電源裝置工作時，所述驅動電路接通所述第一晶體管，以及當所述切換式電源裝置停用時，所述驅動電路關斷所述第一晶體管。
5.如權利要求4所述的切換式電源裝置， 所述驅動電路包括 電容器，其連接在所述第一晶體管的控制電極和所述第二節點之間； 二極管，其陰極連接到所述第一晶體管的控制電極；和 第三晶體管，其第一電極接受比所述第一晶體管的閾值電壓大的電壓，以及其第二電極連接到所述二極管的陽極；和 當所述切換式電源裝置工作時，所述驅動電路接通所述第三晶體管和接通所述第一晶體管，以及當所述切換式電源裝置停用時，所述驅動電路關斷所述第三晶體管和關斷所述第一晶體管。
6.如權利要求1所述的切換式電源裝置，其還配備有 線圈，其用于對電磁能量進行累聚和釋放， 所述線圈的一個端子連接到所述第一或第二節點。
7.如權利要求1所述的切換式電源裝置，其還配備有 變壓器，其包括初級繞組和次級繞組， 所述初級繞組的一個端子連接到所述第一或第二節點。
8.如權利要求1所述的切換式電源裝置，其還配備有齊納二極管，其陽極連接到所述第二晶體管的第二電極，以及其陰極連接到所述第二晶體管的第一電極。
9.一種切換式電源裝置，其配備有 第一晶體管，其第一電極連接到第一節點； 第二晶體管，其第一電極連接到所述第一晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到第二節點；和驅動電路； 其中，所述第一晶體管和第二晶體管中的每一個具有在正向方向上連接在第二和第一電極之間的寄生二極管； 其中，所述第一晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第二晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓；和 其中，在電流要從所述第一節點流動到所述第二節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一晶體管和第二晶體管，以及在電流要從所述第二節點流動到所述第一節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一晶體管，當電流已經開始從所述第二節點流動到所述第一節點時所述驅動電路接通所述第二晶體管，以及在電流停止從所述第二節點流動到所述第一節點之前所述驅動電路關斷所述第二晶體管。
10.如權利要求9所述的切換式電源裝置， 所述驅動電路向所述第一晶體管的控制電極施加比通過把所述第一晶體管的閾值電壓加到所述第二節點的電壓而獲得的電壓大的電壓，并且接通所述第一晶體管。
11.如權利要求10所述的切換式電源裝置， 所述驅動電路包括 電容器，其連接在所述第一晶體管的控制電極和所述第二節點之間；和 二極管，其陰極連接到所述第一晶體管的控制電極，并且其陽極接受比所述第一晶體管的閾值電壓大的電壓。
12.如權利要求9所述的切換式電源裝置， 當所述切換式電源裝置工作時，所述驅動電路接通所述第一晶體管，以及當所述切換式電源裝置停用時，所述驅動電路關斷所述第一晶體管。
13.如權利要求12所述的切換式電源裝置， 所述驅動電路包括 電容器，其連接在所述第一晶體管的控制電極和所述第二節點之間； 二極管，其陰極連接到所述第一晶體管的控制電極；和 第三晶體管，其第一電極接受比所述第一晶體管的閾值電壓大的電壓，以及其第二電極連接到所述二極管的陽極；和 當所述切換式電源裝置工作時，所述驅動電路接通所述第三晶體管和接通所述第一晶體管，以及當所述切換式電源裝置停用時，所述驅動電路關斷所述第三晶體管和關斷所述第一晶體管。
14.如權利要求9所述的切換式電源裝置，其還配備有 線圈，其用于對電磁能量進行累聚和釋放， 所述線圈的一個端子連接到第一或第二節點。
15.如權利要求9所述的切換式電源裝置，其還配備有 變壓器，其包括初級繞組和次級繞組， 所述初級繞組的一個端子連接到第一或第二節點。
16.如權利要求9所述的切換式電源裝置，其還配備有 齊納二極管，其陽極連接到所述第二晶體管的第二電極，以及其陰極連接到所述第二晶體管的第一電極。
17.一種切換式電源裝置，其配備有 第一晶體管，其第一電極連接到電源電壓線； 第二晶體管，其第一電極連接到所述第一晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到輸出節點； 第三晶體管，其第一電極連接到所述輸出節點； 第四晶體管，其第一電極連接到所述第三晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到基準電壓線；和驅動電路； 其中，所述第一至第四晶體管中的每一個具有在正向方向上連接在第二和第一電極之間的寄生二極管； 其中，所述第一晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第二晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓； 其中，所述第三晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第四晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓；和 其中，在電流要從所述電源電壓線流動到所述輸出節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一和第二晶體管，在電流要從所述輸出節點流動到所述電源電壓線的情況中，所述驅動電路接通所述第一晶體管并且關斷所述第二晶體管，在電流要從所述輸出節點流動到所述基準電壓線的情況中，所述驅動電路接通所述第三和第四晶體管，以及在電流要從所述基準電壓線流動到所述輸出節點的情況中，所述驅動電路接通所述第三晶體管并且關斷所述第四晶體管。
18.如權利要求17所述的切換式電源裝置， 所述驅動電路包括 電容器，其連接在所述第一晶體管的控制電極和所述輸出節點之間；和二極管，其陰極連接到所述第一晶體管的控制電極，并且其陽極連接到所述第三晶體管的控制電極；和 所述二極管的陽極接受比所述第一和第三晶體管的各個閾值電壓高的電壓。
19.一種轉換器，其被適配為對DC電壓進行遞升或遞降，其配備有 切換式電源裝置； 其中，所述切換式電源裝置配備有 第一晶體管，其第一電極連接到第一節點； 第二晶體管，其第一電極連接到所述第一晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到第二節點；和驅動電路；其中，第一和第二晶體管中的每一個具有在正向方向上連接在第二和第一電極之間的寄生_■極管； 其中，所述第一晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第二晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓；和 其中，在電流要從所述第一節點流動到所述第二節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一和第二晶體管，并且在電流要從所述第二節點流動到所述第一節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一晶體管而關斷所述第二晶體管。
20.一種轉換器，其被適配為對DC電壓進行遞升或遞降，其配備有 切換式電源裝置； 其中，所述切換式電源裝置配備有 第一晶體管，其第一電極連接到第一節點； 第二晶體管，其第一電極連接到所述第一晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到第二節點；和驅動電路； 其中，第一和第二晶體管中的每一個具有在正向方向上連接在第二和第一電極之間的寄生_■極管； 其中，所述第一晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第二晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓；和 其中，在電流要從所述第一節點流動到所述第二節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一和第二晶體管，以及在電流要從所述第二節點流動到所述第一節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一晶體管，當電流已經開始從所述第二節點流動到所述第一節點時所述驅動電路接通所述第二晶體管，以及在電流停止從所述第二節點流動到所述第一節點之前所述驅動電路關斷所述第二晶體管。
21.一種轉換器，其被適配為對DC電壓進行遞升或遞降，其配備有 切換式電源裝置； 其中，所述切換式電源裝置配備有 第一晶體管，其第一電極連接到電源電壓線； 第二晶體管，其第一電極連接到所述第一晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到輸出節點； 第三晶體管，其第一電極連接到所述輸出節點； 第四晶體管，其第一電極連接到所述第三晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到基準電壓線；和驅動電路； 其中，第一至第四晶體管中的每一個均具有在正向方向上連接在第二和第一電極之間的寄生二極管； 其中，所述第一晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第二晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓； 其中，所述第三晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第四晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓；和其中，在電流要從所述電源電壓線流動到所述輸出節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一和第二晶體管，在電流要從所述輸出節點流動到所述電源電壓線的情況中，所述驅動電路接通所述第一晶體管并且關斷所述第二晶體管，在電流要從所述輸出節點流動到所述基準電壓線的情況中，所述驅動電路接通所述第三和第四晶體管，以及在電流要從所述基準電壓線流動到所述輸出節點的情況中，所述驅動電路接通所述第三晶體管并且關斷所述第四晶體管。
22.一種逆變器，其被適配為把DC電壓轉換為AC電壓，其配備有 切換式電源裝置； 其中，所述切換式電源裝置配備有 第一晶體管，其第一電極連接到第一節點； 第二晶體管，其第一電極連接到所述第一晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到第二節點；和驅動電路； 其中，第一和第二晶體管中的每一個具有在正向方向上連接在第二和第一電極之間的寄生_■極管； 其中，所述第一晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第二晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓；和 其中，在電流要從所述第一節點流動到所述第二節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一和第二晶體管，并且在電流要從所述第二節點流動到所述第一節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一晶體管而關斷所述第二晶體管。
23.一種逆變器，其被適配為把DC電壓轉換為AC電壓，其配備有 切換式電源裝置； 其中，所述切換式電源裝置配備有 第一晶體管，其第一電極連接到第一節點； 第二晶體管，其第一電極連接到所述第一晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到第二節點；和驅動電路； 其中，第一和第二晶體管中的每一個具有在正向方向上連接在第二和第一電極之間的寄生_■極管； 其中，所述第一晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第二晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓；和 其中，在電流要從所述第一節點流動到所述第二節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一和第二晶體管，以及在電流要從所述第二節點流動到所述第一節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一晶體管，當電流已經開始從所述第二節點流動到所述第一節點時所述驅動電路接通所述第二晶體管，以及在電流停止從所述第二節點流動到所述第一節點之前所述驅動電路關斷所述第二晶體管。
24.一種逆變器，其被適配為把DC電壓轉換為AC電壓，其配備有 切換式電源裝置； 其中，所述切換式電源裝置配備有第一晶體管，其第一電極連接到電源電壓線； 第二晶體管，其第一電極連接到所述第一晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到輸出節點； 第三晶體管，其第一電極連接到所述輸出節點； 第四晶體管，其第一電極連接到所述第三晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到基準電壓線；和驅動電路； 其中，第一至第四晶體管中的每一個均具有在正向方向上連接在第二和第一電極之間的寄生二極管； 其中，所述第一晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第二晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓； 其中，所述第三晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第四晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓；和 其中，在電流要從所述電源電壓線流動到所述輸出節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一和第二晶體管，在電流要從所述輸出節點流動到所述電源電壓線的情況中，所述驅動電路接通所述第一晶體管并且關斷所述第二晶體管，在電流要從所述輸出節點流動到所述基準電壓線的情況中，所述驅動電路接通第三和第四晶體管，以及在電流要從所述基準電壓線流動到所述輸出節點的情況中，所述驅動電路接通所述第三晶體管并且關斷所述第四晶體管。
25.—種空氣調節器，其配備有 切換式電源裝置； 其中，所述切換式電源裝置配備有 第一晶體管，其第一電極連接到第一節點； 第二晶體管，其第一電極連接到所述第一晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到第二節點；和驅動電路； 其中，第一和第二晶體管中的每一個具有在正向方向上連接在第二和第一電極之間的寄生_■極管； 其中，所述第一晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第二晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓；和 其中，在電流要從所述第一節點流動到所述第二節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一和第二晶體管，并且在電流要從所述第二節點流動到所述第一節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一晶體管而關斷所述第二晶體管。
26.—種空氣調節器，其配備有 切換式電源裝置； 其中，所述切換式電源裝置配備有 第一晶體管，其第一電極連接到第一節點； 第二晶體管，其第一電極連接到所述第一晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到第二節點；和驅動電路； 其中，第一和第二晶體管中的每一個具有在正向方向上連接在第二和第一電極之間的寄生二極管； 其中，所述第一晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第二晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓；和 其中，在電流要從所述第一節點流動到所述第二節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一和第二晶體管，以及在電流要從所述第二節點流動到所述第一節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一晶體管，以及當電流已經開始從所述第二節點流動到所述第一節點時所述驅動電路接通所述第二晶體管，以及在電流停止從所述第二節點流動到所述第一節點之前所述驅動電路關斷所述第二晶體管。
27.一種空氣調節器，其配備有 切換式電源裝置； 其中，所述切換式電源裝置配備有 第一晶體管，其第一電極連接到電源電壓線； 第二晶體管，其第一電極連接到所述第一晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到輸出節點； 第三晶體管，其第一電極連接到所述輸出節點； 第四晶體管，其第一電極連接到所述第三晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到基準電壓線；和驅動電路； 其中，第一至第四晶體管中的每一個均具有在正向方向上連接在第二和第一電極之間的寄生二極管； 其中，所述第一晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第二晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓； 其中，所述第三晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第四晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓；和 其中，在電流要從所述電源電壓線流動到所述輸出節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一和第二晶體管，在電流要從所述輸出節點流動到所述電源電壓線的情況中，所述驅動電路接通所述第一晶體管并且關斷所述第二晶體管，在電流要從所述輸出節點流動到所述基準電壓線的情況中，所述驅動電路接通第三和第四晶體管，以及在電流要從所述基準電壓線流動到所述輸出節點的情況中，所述驅動電路接通所述第三晶體管并且關斷所述第四晶體管。
28.—種太陽能控制器，其配備有 切換式電源裝置； 其中，所述切換式電源裝置配備有 第一晶體管，其第一電極連接到第一節點； 第二晶體管，其第一電極連接到所述第一晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到第二節點；和驅動電路；其中，第一和第二晶體管中的每一個具有在正向方向上連接在第二和第一電極之間的寄生_■極管； 其中，所述第一晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第二晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓；和 其中，在電流要從所述第一節點流動到所述第二節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一和第二晶體管，并且在電流要從所述第二節點流動到所述第一節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一晶體管而關斷所述第二晶體管。
29.一種太陽能控制器，其配備有 切換式電源裝置； 其中，所述切換式電源裝置配備有 第一晶體管，其第一電極連接到第一節點； 第二晶體管，其第一電極連接到所述第一晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到第二節點；和驅動電路； 其中，第一和第二晶體管中的每一個具有在正向方向上連接在第二和第一電極之間的寄生_■極管； 其中，所述第一晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第二晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓;和 其中，在電流要從所述第一節點流動到所述第二節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一和第二晶體管，以及在電流要從所述第二節點流動到所述第一節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一晶體管，當電流已經開始從所述第二節點流動到所述第一節點時所述驅動電路接通所述第二晶體管，以及在電流停止從所述第二節點流動到所述第一節點之前所述驅動電路關斷所述第二晶體管。
30.一種太陽能控制器，其配備有 切換式電源裝置； 第一晶體管，其第一電極連接到電源電壓線； 第二晶體管，其第一電極連接到所述第一晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到輸出節點； 第三晶體管，其第一電極連接到所述輸出節點； 第四晶體管，其第一電極連接到所述第三晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到基準電壓線；和驅動電路； 其中，第一至第四晶體管中的每一個均具有在正向方向上連接在第二和第一電極之間的寄生二極管； 其中，所述第一晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第二晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓； 其中，所述第三晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第四晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓；和 其中，在電流要從所述電源電壓線流動到所述輸出節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一和第二晶體管，在電流要從所述輸出節點流動到所述電源電壓線的情況中，所述驅動電路接通所述第一晶體管并且關斷所述第二晶體管，在電流要從所述輸出節點流動到所述基準電壓線的情況中，所述驅動電路接通所述第三和第四晶體管，以及在電流要從所述基準電壓線流動到所述輸出節點的情況中，所述驅動電路接通所述第三晶體管并且關斷所述第四晶體管。
31.ー種機動車，其配備有 切換式電源裝置； 其中，所述切換式電源裝置配備有 第一晶體管，其第一電極連接到第一節點； 第二晶體管，其第一電極連接到所述第一晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到第二節點；和驅動電路； 其中，第一和第二晶體管中的每ー個具有在正向方向上連接在第二和第一電極之間的寄生_■極管； 其中，所述第一晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第二晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓；和 其中，在電流要從所述第一節點流動到所述第二節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一和第二晶體管，并且在電流要從所述第二節點流動到所述第一節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一晶體管而關斷所述第二晶體管。
32.—種機動車，其配備有 切換式電源裝置； 其中，所述切換式電源裝置配備有 第一晶體管，其第一電極連接到第一節點； 第二晶體管，其第一電極連接到所述第一晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到第二節點；和驅動電路； 其中，第一和第二晶體管中的每ー個具有在正向方向上連接在第二和第一電極之間的寄生_■極管； 其中，所述第一晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第二晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓；和 其中，在電流要從所述第一節點流動到所述第二節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一和第二晶體管，以及在電流要從所述第二節點流動到所述第一節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一晶體管，當電流已經開始從所述第二節點流動到所述第一節點時所述驅動電路接通所述第二晶體管，以及在電流停止從所述第二節點流動到所述第一節點之前所述驅動電路關斷所述第二晶體管。
33.ー種機動車，其配備有 切換式電源裝置； 其中，所述切換式電源裝置配備有 第一晶體管，其第一電極連接到電源電壓線；第二晶體管，其第一電極連接到所述第一晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到輸出節點； 第三晶體管，其第一電極連接到所述輸出節點； 第四晶體管，其第一電極連接到所述第三晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到基準電壓線；和 驅動電路； 其中，第一至第四晶體管中的每ー個均具有在正向方向上連接在所述第二和第一電極之間的寄生ニ極管； 其中，所述第一晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第二晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓； 其中，所述第三晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓高于所述第四晶體管的第一和第二電極之間的耐受電壓； 和 其中，在電流要從所述電源電壓線流動到所述輸出節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一和第二晶體管，在電流要從所述輸出節點流動到所述電源電壓線的情況中，所述驅動電路接通所述第一晶體管并且關斷所述第二晶體管，在電流要從所述輸出節點流動到所述基準電壓線的情況中，所述驅動電路接通第三和第四晶體管，以及在電流要從所述基準電壓線流動到所述輸出節點的情況中，所述驅動電路接通所述第三晶體管并且關斷所述第四晶體管。
全文摘要
本發明提供一種切換式電源裝置，該切換式電源裝置配備有高耐受電壓第一晶體管，其第一電極連接到第一節點；低耐受電壓第二晶體管，其第一電極連接到所述第一晶體管的第二電極，以及其第二電極連接到第二節點；以及驅動電路。所述第一和第二晶體管中的每一個具有在正向方向上連接在所述第二和第一電極之間的寄生二極管。在電流要從所述第一節點流動到所述第二節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一和第二晶體管，并且在電流要從所述第二節點流動到所述第一節點的情況中，所述驅動電路接通所述第一晶體管而關斷所述第二晶體管。
文檔編號B60L11/18GK103036466SQ20121036823
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月28日 優先權日2011年9月30日
發明者小宮健治, 若生周治, 柴田晃秀, 巖田浩 申請人:夏普株式會社