DC－DC转换器的制作方法

本发明涉及一种DC－DC转换器。

背景技术：

当前，所谓的同步整流型DC－DC转换器被广泛使用，该同步整流型DC－DC转换器构成为，进行使串联连接的2个半导体开关元件交替地通断的驱动，与此同时，通过电感器及电容器对由此产生的交流成分进行平滑。

例如专利文献1所公开的同步整流型DC－DC转换器在电气负载较高的情况下驱动低电位侧的开关元件而进行同步整流，在电气负载低的情况下不驱动低电位侧的开关元件，由与之并联连接的二极管进行非同步整流(二极管整流)。根据上述技术，能够实现电流变换效率的提高。

专利文献1：日本特开2006－296186号公报

技术实现要素：

但是，在当前技术中，不论工作周围温度如何，都是仅与电气负载相应地进行同步/非同步的切换，因此在实际使用上存在变换效率不一定提高这一问题。特别地，将硅等作为原材料的半导体元件存在下述问题，即，由于在高温时电气损耗变大，因此变换效率显著下降。

因此，本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种不论工作周围温度如何都能够提高变换效率的技术。

本发明所涉及的DC－DC转换器具有：高电位侧的开关元件及低电位侧的开关元件；驱动部，其驱动所述高电位侧的开关元件及所述低电位侧的开关元件而进行同步整流；续流二极管，其与所述低电位侧的开关元件并联连接；以及温度检测部，其对所述续流二极管的温度进行检测。所述驱动部在由所述温度检测部检测出的温度小于或等于预先确定的第1阈值的情况下将所述低电位侧的开关元件的驱动停止。

发明的效果

根据本发明，不论工作周围温度如何都能够提高DC－DC转换器的变换效率。

通过以下的详细说明和附图，使得本发明的目的、特征、方式以及优点更清楚。

附图说明

图1是表示实施方式1所涉及的DC－DC转换器的结构的电路图。

图2是表示实施方式1所涉及的DC－DC转换器的驱动方式的图。

图3是表示实施方式2所涉及的DC－DC转换器的结构的电路图。

图4是表示实施方式3所涉及的DC－DC转换器的结构的电路图。

图5是表示实施方式3的变形例所涉及的DC－DC转换器的结构的电路图。

具体实施方式

＜实施方式1＞

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的DC－DC转换器的结构的电路图。在图1中示出降压转换器作为DC－DC转换器的一个例子，其中，该降压转换器输出比被输入的直流电压低的直流电压。

图1的DC－DC转换器具有：高电位侧的开关元件1；低电位侧的开关元件2；二极管1a；二极管2a；续流二极管3；电感器4；电容器5；温度检测电路11；基准电压源12a；比较器12b；以及驱动电路12c。

开关元件1、2串联连接于高电位(Vin)和低电位(接地电位)之间。开关元件1的漏极与高电位连接，开关元件1的源极与开关元件2的漏极连接，开关元件2的源极与低电位连接。此外，在图1中，应用n沟道MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)作为开关元件1、2，但不限于此。

二极管1a的阴极与开关元件1的漏极连接，二极管1a的阳极与开关元件1的源极连接。同样地，二极管2a的阴极与开关元件2的漏极连接，二极管2a的阳极与开关元件2的源极连接。

与二极管2a同样地，续流二极管3与开关元件2并联连接。即，续流二极管3的阴极与开关元件2的漏极连接，续流二极管3的阳极与开关元件2的源极连接。此外，例如应用肖特基势垒二极管作为续流二极管3。

电感器4的一端与开关元件1的源极及开关元件2的漏极连接，电感器4的另一端成为DC－DC转换器的输出端。

电容器5的一端与电感器4的另一端连接，电容器5的另一端与接地电位连接。

温度检测电路11(温度检测部)对续流二极管3的温度进行检测，将与该温度相对应的电压Vt输出至比较器12b。温度检测电路11例如包含半导体元件、热敏电阻以及热电偶等温度－电压变换器。该温度－电压变换器例如配置(搭载)于续流二极管3附近或者其所在芯片，能够输出与周边温度相应的电压。

基准电压源12a、比较器12b及驱动电路12c构成驱动部12。该驱动部12原则上是驱动高电位侧的开关元件1及低电位侧的开关元件2而进行同步整流。但是，驱动部12在由温度检测电路11检测出的温度小于或等于预先确定的第1阈值的情况下将开关元件2的驱动停止。下面，对具有上述功能的驱动部12的结构要素进行说明。

基准电压源12a将与第1阈值相对应的电压Vref输出至比较器12b。

比较器12b对来自温度检测电路11的电压Vt和来自基准电压源12a的电压Vref进行比较，将其比较结果输出至驱动电路12c。即，比较器12b将表示由温度检测电路11检测出的温度是否小于或等于第1阈值的结果输出至驱动电路12c。在这里，在检测温度大于第1阈值的情况下，比较器12b输出用于驱动低电位侧的开关元件2的H(High)信号。另一方面，在检测温度小于或等于第1阈值的情况下，比较器12b输出用于将低电位侧的开关元件2的驱动停止的L(Low)信号。

驱动电路12c能够将电压施加于开关元件1、2的栅极VPG、VNG各自而对开关元件1、2进行通断。

图2是表示驱动电路12c的针对开关元件1、2的驱动方式(控制方式)的波形图。驱动电路12c在从比较器12b接收到表示检测温度大于第1阈值的比较结果(H信号)的情况下进行下述驱动，即，对开关元件1、2交替同步地进行通断。另一方面，驱动电路12c在从比较器12b接收到表示检测温度小于或等于第1阈值的比较结果(L信号)的情况下，维持高电位侧的开关元件1的驱动，与此同时，将低电位侧的开关元件2的驱动停止。

＜动作＞

通过反复进行高电位侧的开关元件1的通断，从而在电感器4的一端生成包含交流成分的电压。电感器4及电容器5通过对该包含交流成分的电压进行平滑化，从而生成比输入电压(Vin)低的输出电压(Vout)。此时，通过进行PWM(脉冲宽度调制)，从而能够对输出电压的电压值进行调整，其中，该PWM对将开关元件1截止的期间和导通的期间进行调整。

此外，在开关元件1刚从导通切换至截止后，电感器4以通过感应电动势来维持电流的流动的方式起作用。为了抑制该作用对元件的影响，开关元件2及续流二极管3具有使电流在从接地电位朝向电感器4的方向上流过的整流功能。

在本实施方式1中，在续流二极管3的温度大于第1阈值的情况下，高电位侧的开关元件1和低电位侧的开关元件2同步地进行驱动，进行同步整流。另一方面，在续流二极管3的温度小于或等于第1阈值的情况下，开关元件2的驱动停止，由续流二极管3进行非同步整流(二极管整流)。此外，二极管1a也可以还承担非同步整流的功能。

＜实施方式1的总结＞

根据上述本实施方式1所涉及的DC－DC转换器，由于能够抑制续流二极管3的电气损耗所导致的温度上升，因此能够抑制高温时的电气损耗。因此，不论工作周围温度如何都能够提高DC－DC转换器的变换效率。另外，在续流二极管3温度低时(负载低时)，能够抑制向开关元件2的逆流电流，能够减轻由此导致的损耗。与此相伴，能够期待半导体元件的长寿命化。认为例如在使用几百伏的电压的DC－DC转换器中，上述效果尤其有效。另外，还能够期待冷却机构的小型化、低成本化。

＜实施方式1的变形例＞

图1的驱动部12(在这里是基准电压源12a、比较器12b及驱动电路12c)既可以由一个IC(Integrated Circuit)构建，也可以由多个IC构建。但是，就驱动部12由一个IC构建的结构而言，能够期待装置的小型化、轻量化以及低成本化。

另外，构成DC－DC转换器的半导体元件的至少任一个例如也可以由碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等宽带隙半导体构成。根据上述结构，由于能够抑制高温时的通断损耗，因此，对于如上所述与温度状况相应地对驱动及停止进行切换的结构尤其有效。此外，作为在这里所谓的半导体元件，例如设想出开关元件1、2、二极管1a、2a、以及续流二极管3等，但不限于它们。

此外，以上的变形例还能够应用于后述的实施方式2、3。

＜实施方式2＞

图3是表示本发明的实施方式2所涉及的DC－DC转换器的结构的电路图。此外，在本实施方式2以及后面的DC－DC转换器中，对与以上说明的结构要素相同或者类似的结构要素标注相同的参照标号，以不同的部分为主进行说明。如图3所示，本实施方式2所涉及的DC－DC转换器是对图1的结构追加了电压监视电路16后的DC－DC转换器。此外，在图3中省略温度检测电路11的图示。

电压监视电路16(电压检测部)对续流二极管3的正向电压(电压)进行监视(检测)，将与该正向电压相对应的电压VF输出至比较器12b。

与由温度检测电路11检测出的温度同样地，驱动部12在由电压监视电路16检测出的电压小于或等于预先确定的第2阈值的情况下将低电位侧的开关元件2的驱动停止。

根据上述本实施方式2所涉及的DC－DC转换器，能够针对电气负载得到与实施方式1相同的效果。

＜实施方式3＞

图4是表示本发明的实施方式3所涉及的DC－DC转换器的结构的电路图。如图4所示，在本实施方式3所涉及的DC－DC转换器中，多个低电位侧的开关元件2(开关元件2－1、2－2、…、2－n)彼此并联连接。另外，同样地，多个二极管2a(二极管2a－1、2a－2、…、2a－n)也彼此并联连接。

在本实施方式3中，驱动部12在由温度检测电路11检测出的温度小于或等于预先确定的第1阈值的情况下将多个开关元件2的驱动一律停止。

根据上述本实施方式3所涉及的DC－DC转换器，与实施方式1相比，更能够抑制续流二极管3的电气损耗所导致的温度上升。另外，与实施方式1相比，更能够期待开关元件2等半导体元件的长寿命化。

＜实施方式3的变形例＞

图5是表示实施方式3的变形例所涉及的DC－DC转换器的结构的电路图。

在上述实施方式3中，驱动部12在由温度检测电路11检测出的温度小于或等于预先确定的第1阈值的情况下将多个开关元件2的驱动一律停止。

与此相对，在本变形例中，驱动部12在由温度检测电路11检测出的温度小于或等于预先确定的第1阈值的情况下独立地将多个开关元件2的驱动停止。由此，驱动部12能够基于由温度检测电路11检测出的温度将应驱动的低电位侧的开关元件2的数量进行变更。此外，作为将应驱动的低电位侧的开关元件2的数量进行变更的一个例子而设想出下述情况等，即，驱动部12随着由温度检测电路11检测出的温度变低而不断减少应驱动的开关元件2的数量(不断增加应停止的开关元件2的数量)。

根据上述本变形例所涉及的DC－DC转换器，与实施方式1相比，更能够抑制续流二极管3的电气损耗所导致的温度上升。另外，与实施方式1相比，更能够期待开关元件2等半导体元件的长寿命化。

此外，在图5中设置有对多个开关元件2的驱动进行控制的一个驱动电路12c。但是不限于此，也可以设置对多个开关元件2的驱动分别进行控制的多个驱动电路12c。

另外，本发明能够在其发明的范围内对各实施方式及各变形例自由地进行组合，或者对各实施方式适当地进行变形、省略。

详细地说明了本发明，但上述说明在所有方面均为例示，本发明不限定于此。可以理解为能够在不超出本发明的范围的状态下想到未例示的无数变形例。

标号的说明

1、2开关元件，3续流二极管，11温度检测电路，12驱动部，16电压监视电路。