斩波器电路的制造方法、斩波器电路、DC/DC转换器、燃料电池系统和控制方法

摘要

一种用于使用软开关操作的斩波器电路的制造方法，包括：识别构成斩波器电路并且与用于确定在斩波器电路的运行期间被施加到主开关元件的电压取最小值时的时间相关的装置；以准备多个被观察装置、并且然后将相对于在每一个所述被观察装置的电特性上的额定值的变化进行统计处理的方式，来计算作为被识别装置中的至少之一的被观察装置的设计代表值；并且，在斩波器电路的开关控制单元中设置被观察装置的电特性的代表值而不是额定值，其中，开关控制单元用于基于被识别装置的电特性来控制主开关元件的开关的定时和辅助开关元件的开关的定时。

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制使用软开关操作的斩波器电路的技术。

背景技术

在使用半导体功率转换器的领域中，使用软开关斩波器电路以便 降低功率损耗。斩波器电路包括主电路和辅助电路。主电路具有主电 抗器和主开关元件。辅助电路具有辅助电抗器、辅助开关元件和辅助 电容器。在其中导通辅助开关元件并且然后导通主开关元件的软开关 操作中，已知在日本专利申请公布No.2008-283815（JP-A-2008-283815） 中描述的技术，作为用于控制主开关元件的开关的定时和辅助开关元 件的开关的定时的技术。

在上述的技术中，当构成斩波器电路的装置的电特性（例如，辅 助电抗器的电感、电容器的电容等）变化并且与额定值不同时，可能 要在主开关元件的两端之间的电压较高的状态下执行主开关元件的开 关，所以已经指出因为该开关而会出现大的功率损耗。

发明内容

本发明提供了一种技术，用于抑制由于在构成斩波器电路的装置 的电特性上相对于额定值的变化导致的在开关期间的功率损耗。

本发明的一个方面提供了一种用于斩波器电路的制造方法，该斩 波器电路使用软开关操作，在软开关操作中，对辅助开关元件的开关 的定时进行控制，以由此对在主开关元件的开关时被施加到主开关元 件的电压进行控制。该方法包括：识别构成斩波器电路并且与用于确 定在斩波器电路的运行期间被施加到主开关元件的电压取值最小值时 的时间相关的装置；以准备多个被观察装置、并且然后将相对于在每 一个被观察的装置的电特性上的额定值的变化进行统计处理的方式， 来计算作为被识别装置的至少一个的被观察装置的设计代表值；并且， 在斩波器电路的开关控制单元中设置被观察装置的电特性的代表值， 而不是额定值，开关控制单元用于基于被识别装置的电特性来控制主 开关元件的开关的定时和辅助开关元件的开关的定时。

在斩波器电路中，与确定被施加到主开关元件的电压取值最小值 的时间相关的被识别装置的额定值可能与被识别装置的实际电特性不 同。在该情况下，如果使用额定值来确定被施加到主开关元件的电压 取值最小值的时间，则在斩波器电路中实际使用的装置的电特性与额 定值不同，因此，所确定的时间可能与被施加到实际斩波器电路的主 开关元件的电压取值最小值的时间显著不同，并且在开关时间出现功 率损耗。

另一方面，利用上面的制造方法，以将相对于在每一个被观察装 置的电特性上的额定值的变化进行统计处理的方式，来计算设计代表 值，并且然后，使用所计算的代表值来确定被施加到主开关元件的电 压取值最小值的时间。因此，与使用额定值来确定被施加到主开关元 件的电压取值最小值的时间的情况相比，所确定的时间与被施加到实 际斩波器电路的主开关元件的电压取值最小值的时间显著不同的概率 降低，因此能够抑制在开关时的功率损耗。

在此，正态分布可以被用作计算代表值的统计处理，并且，与正 态分布的最大值对应的电特性可以被用作代表值。另外，可以测量被 观察装置的电特性相对于额定值的偏差，然后，可以基于额定值和标 准偏差来计算代表值。

另外，在该制造方法中，被识别装置的电特性可以包括辅助电抗 器的电感，该辅助电抗器用于控制在主开关元件的开关时被施加到主 开关元件的电压。利用上面的制造方法，能够至少将辅助电抗器识别 为与确定被施加到主开关元件的电压取值最小值的时间相关的装置。

另外，在该制造方法中，被识别装置的电特性可以包括辅助电容 器的电容，该辅助电容器用于控制在主开关元件的开关时被施加到主 开关元件的电压。利用上面的制造方法，能够至少将辅助电容器识别 为与确定被施加到主开关元件的电压取值最小值的时间相关的装置。

另外，在该制造方法中，通过统计处理的优化可以是下述处理， 即，在该处理中，测量预定数量的多个被观察装置的电特性，并且然 后基于所测量的电特性的分布来计算代表值的处理。利用上面的制造 方法，能够基于作为统计处理的所测量的多个被观察装置的电特性的 分布，来计算代表值。

本发明的另一个方面提供了一种斩波器电路，该斩波器电路使用 软开关操作，在软开关操作中，对辅助开关元件的开关的定时进行控 制，以由此对在主开关元件的开关时被施加到主开关元件的电压进行 控制。斩波器电路包括：开关控制单元，该开关控制单元用于使用被 观察装置的设计代表值来控制主开关元件的开关的定时和辅助开关元 件的开关的定时，被观察装置是构成斩波器电路并且与用于确定被施 加到主开关元件的电压取值最小值的时间相关的特定装置中的至少一 个，其中，以准备多个被观察装置，并且然后将相对于在每一个被观 察装置的电特性上的额定值的变化进行统计处理的方式，来计算代表 值。

利用上面的斩波器电路，以相对于在每一个被观察装置的电特性 上的额定值的变化进行统计处理的方式，来计算设计代表值，然后， 使用所计算的代表值来控制主开关元件的开关的定时和辅助开关元件 的开关的定时。因此，与被施加到主开关元件的电压取值最小值并且 使用被观察装置的额定值来计算的定时相比，被施加到主开关元件的 电压取值最小值并且使用代表值来计算的定时降低了所确定的定时与 被施加到实际斩波器电路的主开关元件的电压取值最小值的定时显著 不同的概率，并且能够抑制在开关时的功率损耗。

另外，在斩波器电路中，当直到被施加到主开关元件的电压变为 最大值时的时间段是Ta、并且该电压被保持在最小值的时间段是Tb 时，开关控制单元可以在下述定时对开关进行控制，该定时晚于由在 Ta取值最大电压的特定装置的组合所确定的Ta的定时，并且早于由在 Ta+1/2Tb取最小电压的特定装置的组合所确定的Ta+1/2Tb的定时。利 用该斩波器电路，可以在被施加到主开关元件的电压取值最小值的时 间可靠地执行主开关的开关。

本发明的另一个方面提供了一种DC/DC转换器。该DC/DC转换 器包括：DC输入单元，该DC输入单元连接到直流电源；斩波器电路， 该斩波器电路用于转换从DC输入单元所输入的直流电力的电压，斩波 器电路包括主开关元件和辅助开关元件并且使用软开关操作，在软开 关操作中，对辅助开关元件的开关的定时进行控制，以由此控制在主 开关元件的开关时被施加到主开关元件的电压；DC输出单元，该DC 输出单元用于输出其电压被斩波器电路转换的直流电压；以及，开关 控制单元，该开关控制单元用于使用被观察装置的设计代表值来控制 主开关元件的开关的定时和辅助开关元件的开关的定时，被观察装置 是构成斩波器电路并且与用于确定被施加到主开关元件的电压取值最 小值的时间相关的特定装置的至少一个，其中，以准备多个被观察装 置、并且然后将相对于在每一个被观察装置的电特性上的额定值的变 化进行统计处理的方式，来计算代表值。

利用上面的DC/DC转换器，斩波器电路以将相对于在每一个被观 察装置的电特性上的额定值的变化进行统计处理的方式，来计算设计 代表值，然后使用所计算的代表值来控制主开关元件的开关的定时和 辅助开关元件的开关的定时。因此，与被施加到主开关元件的电压取 值最小值并且使用被观察装置的额定值计算的定时相比，被施加到主 开关元件的电压取值最小值并且使用代表值来计算的定时降低了所确 定的定时与被施加到实际斩波器电路的主开关元件的电压取值最小值 的定时显著不同的概率，并且能够抑制在开关时的功率损耗。

本发明的又一个方面提供了一种燃料电池系统。该燃料电池系统 包括：燃料电池，该燃料电池用于向负载供应电力；DC/DC转换器， 该DC/DC转换器用于使用具有主开关元件和辅助开关元件的斩波器电 路来控制电力的电压，其中，斩波器电路使用软开关操作，在软开关 操作中，对辅助开关元件的开关的定时进行控制，以由此对在主开关 元件的开关时向主开关元件施加的电压进行控制；以及开关控制单元， 该开关控制单元用于使用被观察装置的设计代表值来控制主开关元件 的开关的定时和辅助开关元件的开关的定时，被观察装置是构成斩波 器电路并且与被施加到主开关元件的电压取值最小值的时间相关的特 定装置的至少一个，其中，以准备多个被观察装置、并且然后、将相 对于在每一个被观察装置的电特性上的额定值的变化进行统计处理的 方式，来计算代表值。

利用上面的燃料电池系统，斩波器电路以将相对于在每一个被观 察装置的电特性上的额定值的变化进行统计处理的方式，来计算设计 代表值，然后，使用所计算的代表值来控制主开关元件的开关的定时 和辅助开关元件的开关的定时。因此，与被施加到主开关元件的电压 取值最小值并且使用被观察装置的额定值计算的定时相比，被施加到 主开关元件的电压取值最小值并且使用代表值来计算的定时降低了所 确定的定时与被施加到实际斩波器电路的主开关元件的电压取值最小 值的定时显著不同的概率，并且能够抑制在开关时的功率损耗。

本发明的又一个方面提供了一种用于控制主开关元件的开关的定 时和辅助开关元件的开关的定时的控制方法，其中，主开关元件和辅 助开关元件被包括在斩波器电路中，斩波器电路使用软开关操作，在 软开关操作中，对辅助开关元件的开关的定时进行控制，以由此对在 主开关元件的开关时间被施加到主开关元件的电压进行控制。该控制 方法包括：以准备多个所述被观察装置、并且然后将相对于在每一个 被观察装置的电特性上的额定值的变化进行统计处理的方式，来计算 被观察装置的设计代表值，其中，被观察装置是构成斩波器电路并且 与确定被施加到主开关元件的电压取值最小值的时间相关的特定装置 的至少一个；并且，使用代表值来控制主开关元件的开关的定时和辅 助开关元件的开关的定时。

利用上面的控制方法，与基于被观察装置的额定值来控制开关的 定时的情况相比，能够抑制由于开关导致的功率损耗。

注意，可以以各种形式来实现本发明的方面。例如，可以以诸如 下述的形式来实现本发明的方面：软开关控制方法、软开关控制装置、 电力转换系统、集成电路和用于实现该方法或装置的功能的计算机程 序以及其中记录了该计算机程序的记录介质。

附图说明

下面参考附图来描述本发明的特征、优点与技术和工业意义，在 附图中，相同的标号表示相同的元件，并且其中：

图1是图示根据本发明的一个实施例的、配备用于车辆的燃料电 池系统10的配置的视图；

图2是图示根据该实施例的软开关转换器50的电路配置的视图；

图3是图示根据该实施例的软开关处理的状态转移图；

图4是图示根据该实施例在软开关处理中的初始状态的视图；

图5是图示根据该实施例在软开关处理中的模式1的视图；

图6是图示根据该实施例在软开关处理中的模式2的视图；

图7是图示根据该实施例在软开关处理中的模式3的视图；

图8是图示根据该实施例在软开关处理中的模式4的视图；

图9是图示根据该实施例在软开关处理中的模式5的视图；

图10是图示根据该实施例在软开关处理中的模式6的视图；

图11A和图11B是图示根据该实施例在开关控制中的时间段T1 至T3的图形；

图12示出根据该实施例在开关控制中的代表值的计算的图形；

图13是用于图示根据该实施例在时间段T1至T3上装置的电特性 变化的影响的图形；

图14是图示对于该实施例的第二替代实施例的视图；以及

图15A和图15B是图示对于该实施例的第五替代实施例的视图。

具体实施方式

以下，将描述本发明的实施例。首先，将描述根据实施例的燃料 电池系统的配置。图1是根据该实施例的配备用于车辆的燃料电池系 统10的配置的视图。假定燃料电池混和车辆（FCHV）作为在本实施 例中的车辆的示例；然而，也可以将本实施例应用于电动车辆或混和 车辆。

燃料电池系统10包括控制单元20、电源装置30和负载LOAD。 电源装置30向负载LOAD供应直流电力。负载LOAD主要是车辆驱 动电动机，并且也包括作为其他负载的外围装置（照明灯、音频等）。 这些负载例如包括以直流运行的负载或以经由逆变器交流运行的负 载。电源装置30通过线束WH连接到控制单元20。例如，当车辆正在 行驶时，控制单元20基于驾驶人员的油门操作来计算车辆驱动电动机 所需的功率，然后响应于计算的结果来控制从电源装置30向负载 LOAD输出的电力。电源装置30包括燃料电池FC、软开关转换器50 以及电流和电压测量装置60（以下，也称为IV测量装置60）。

燃料电池FC采用从供应的燃气（例如，氢气）和氧化气体来产生 电力的发电模式。燃料电池FC具有堆叠结构，在堆叠结构中，彼此串 联地堆叠多个单个电池，每一个电池具有膜电极组件（MEA）等。不 仅聚合物电解质燃料电池而且诸如磷酸燃料电池和熔融碳酸盐燃料电 池的各种类型的燃料电池可以被用作燃料电池FC。

软开关转换器50是DC/DC转换器（升压转换器），其将从燃料 电池FC供应的直流电力的电压升高。软开关转换器50包括开关元件 S1和开关元件S2，这将在下文描述。软开关转换器50由斩波器电路 形成，该斩波器电路通过开关元件S1和S2得开关操作来控制向负载 LOAD供应的电力。IV测量装置60持续地测量软开关转换器50的预 定电流值和预定电压值，并且实时地向控制单元20发送那些值。

控制单元20被配置为微型计算机，该微型计算机内包括CPU、 RAM和ROM。控制单元20根据上文描述的基于加速度等的处理来向 软开关转换器50输出选通信号。选通信号分别控制软开关转换器50 的开关元件S1和S2的开关的定时。具体地说，控制单元20经由线束 WH向软开关转换器50输出S1选通信号和S2选通信号。S1选通信号 用于控制开关元件S1的开关的定时。S2选通信号用于控制开关元件 S2的开关的定时。即，控制单元20向软开关转换器50输出S1选通信 号和S2选通信号，以由此控制从电源装置30向负载LOAD供应的电 力。

接下来，将描述软开关转换器50的配置和操作。图2是图示软开 关转换器50的电路配置的视图。该软开关转换器是使用软开关操作的 转换器，在该软开关操作中，对构成该电路的辅助开关元件（在本实 施例中的开关元件S2）的开关操作的定时进行控制，以降低当执行主 开关元件（在本实施例中的开关元件S1）的开关时在主开关元件的两 端之间施加的电压，以由此降低由于开关元件S1的开关而导致的功率 损耗。顺便提及，在日本专利申请公布No.2009-165245 （JP-A-2009-165245）中描述了软开关转换器的详细工作原理。

软开关转换器50由斩波器电路形成，该斩波器电路包括主电路 51和辅助电路52。主电路51由电抗器L1、二极管D5、开关元件S1、 二极管D4、滤波电容器C1和平滑电容器C3形成。电抗器L1的一端 连接到作为燃料电池FC的直流电源E的正电极（图1）。二极管D5 的阳极连接到电抗器L1的另一端，并且二极管D5的阴极连接到负载 LOAD的一端。开关元件S1的一端连接到电抗器L1的另一端，并且 开关元件S1的另一端连接到直流电源E的负电极和负载LOAD的另一 个电极。开关元件S1响应于从控制单元20发送的S1选通信号而导通 或关断。在本实施例中，开关元件S1是绝缘栅双极晶体管。除此之外， 开关元件S1可以是半导体元件，诸如晶体闸流管和二极管。二极管 D4与开关元件S1并联，以便保护开关元件S1。开关元件S1是主开关 元件的示例。滤波电容器C1连接在直流电源E的正电极和负电极之间。 平滑电容器C3与负载LOAD并联。滤波电容器C1和平滑电容器C3 每一个用于稳定软开关转换器50的输入和输出。

另一方面，辅助电路52包括电抗器L2、二极管D1、开关元件S2、 二极管D2、缓冲二极管D3、缓冲电容器C2。电抗器L2的一端连接到 电抗器L1的高电势侧。二极管D2连接在开关元件S2和缓冲二极管 D3之间。开关元件S2的一端连接到二极管D2的阴极，并且响应于从 控制单元20发送的S2选通信号来导通或关断。缓冲二极管D3的阳极 连接到开关元件S1的一端，并且缓冲二极管D3的阴极连接到开关元 件S2的另一端。缓冲电容器C2的一端连接到缓冲二极管D3的阴极， 并且缓冲电容器C2的另一端连接到开关元件S1。二极管D1与开关元 件S2并联，以便保护开关元件S2。开关元件S2是辅助开关元件的示 例。缓冲二极管D3和缓冲电容器C2吸收在开关元件S1关断时出现的 过渡的反电动势。

IV测量装置60经由测量线连接到电抗器L1的两端。IV测量装置 60持续地测量作为电抗器的高电势侧电势的Vin、作为电抗器L1的低 电势侧电势的Vout和作为流过电抗器L1的电流的平均值的I_L1·ave，并 且实时地向控制单元20发送那三个值。

接下来，将描述软开关转换器50的软开关操作。图3是图示用于 通过软开关转换器50的软开关操作来升高电压的一次循环处理（以下， 也被称为“软开关处理”）的状态转移图。

在软开关处理中，控制单元20依序执行在状态S101至S106中的 处理，以构成一次循环。通过该处理在软开关转换器50中的电流和电 压的状态分别由模式1至模式6来表示。图4示出初始状态，并且图5 至图10分别示出在模式1至模式6中的状态。以下，将参考这些附图 来描述在软开关转换器50中的软开关处理。在图4至图10中，为了 简化附图的说明，省略了主电路51和辅助电路52的附图标号；然而， 可以在每一个模式的描述中引用那些电路。

在紧接在执行在图3中所示的软开关处理之前的初始状态（参见 图4）中，从燃料电池FC向负载LOAD供应电力，即，开关元件S1 和S2两者被关断，并且电流经由电抗器L1和二极管D5流向负载 LOAD。因此，当软开关处理的一次循环结束时，它进入与初始状态相 同的状态。

在软开关处理（参见图3）中，状态从初始状态改变到模式1的 状态（参见图5），并且建立了图5中所示的模式1的电流和电压状态 （状态S101）。具体地说，在开关元件S1关断的状态中，导通开关元 件S2。通过这样，因为在软开关转换器50的输出电压VH和输入电压 VL之间的电势差，使得经由电抗器L1和二极管D5向负载LOAD流 动的电流逐渐地向辅助电路52转移。

当模式1的状态持续预定时间段时，流过二极管D5的电流变为0， 并且，替代地，在缓冲电容器C2中存储的电荷因为在缓冲电容器C2 和燃料电池FC的电压VL之间的电势差而流入辅助电路52内（状态 S102：在图6中所示的模式2的状态）。在模式2中，影响当开关元 件S1导通时被施加到开关元件S1的电压的缓冲电容器C2的电荷流过 辅助电路52的二极管D2、开关元件S2和电抗器L2，因此，被施加到 缓冲电容器C2的电压降低。此时，因为在电抗器L2和缓冲电容器C2 之间的半波谐振，所以电流继续流动直到缓冲电容器C2的电压变为0。 缓冲电容器C2的电荷确定了与缓冲电容器C2并联的开关元件S1的两 端之间的电压。结果，当在状态S103中开关元件S1导通时（图3）， 能够降低在开关元件S1的两端之间施加的电压。

而且，在状态S103中，在缓冲电容器C2的电荷完全放电的时刻， 开关元件S1导通，并且建立了图7中所示的模式3的电流和电压状态。 即，在缓冲电容器C2的电压为0的状态中，在开关元件S1的两端之 间施加的电压也是0。然后，当在该状态中开关元件S1导通时，因为 开关元件S1处于零电压状态并且电流在该状态中开始流动，所以由于 在开关元件S1中的开关导致的功率损耗（以下，也称为“开关损耗”） 理论上为0。

然后，在状态S104中，状态S103继续增大流入电抗器L1内的电 流的量，由此逐渐地增大在电抗器L1中存储的能量。该状态是在图8 中所示的模式4的电流和电压状态。其后，在电抗器L1中存储期望的 能量的状态中，开关元件S1和开关元件S2在状态S105中关断。然后， 已经在模式2中释放电荷以进入低电压状态的缓冲电容器C2被充电， 然后达到与软开关转换器50的输出电压VH相等的电压。这个状态是 在图9中所示的模式5的电流和电压状态。然后，当缓冲电容器C2被 充电到电压VH时，在电抗器L1中存储的能量在状态S106中被释放 到负载LOAD。该状态是在图10中所示的模式6的电流和电压状态。 注意，在从模式4的状态向模式5的状态转移时，当开关元件S1和S2 关断时被施加到开关元件S1的电压的上升可能被缓冲电容器C2延迟， 因此，可以进一步减少由于在开关元件S1中的尾电流导致的开关损耗。

如上所述执行具有状态S101至S106的处理的软开关处理。通过 这样，尽可能多地抑制在软开关转换器50中的开关损耗。由此使得能 够提高燃料电池FC的输出电压，并且向负载LOAD供应该电压。

接下来，将描述对于上述的软开关转换器50的开关元件S1和S2 的开关的定时的控制（以下，也称为开关控制）。以控制单元20控制 S1选通信号被输入到开关元件S1的定时和S2选通信号被输入到开关 元件S2的定时的方式，来执行开关控制。在说明书中，将具体描述在 软开关处理中从模式1至模式3（在图3中的状态S101至状态S103） 的开关控制。

图11A是图示模式1的时间段T1、模式2的时间段T2和模式3 的时间段T3的视图。图11A和图11B示出在模式1、模式2和模式3 的每一个中在流过电抗器L1的电流I_L1、流过电抗器L2的电流I_L2和 向缓冲电容器C2充电的电荷Q_C2之间的关系。为了描述的简单，在一 个图形中描述了I_L1、I_L2和Q_C2，因此图11A的纵坐标表示安培（A） 和库仑（q）。图11B是示意地示出在软开关处理的一次循环中在I_L1中的改变的示意图（在图11B中描述了三次循环）。如图11A和图11B 中所示，图11A中所示的图形的时间宽度是从在图11B中的软开关处 理的一次循环的起点起较短的时间段。因此，在图11A中的I_L1的值是 在软开关处理的一次循环中的最小值I_L1·min，并且可以被近似为常数值。

在图11A中所示的模式1中，开关元件S2从初始状态导通，并 且I_L2增大。模式1的终点，即，模式2的起点是I_L2变得大于I_L1的时 间点。可以以下述方式来计算从模式1的起点至模式1的终点的时间 段T1：使用下面的数学表达式（1）在预定初始条件下计算预定的差等 式。

$T1=\frac{I_{L1·\min }·H_{L2}}{\mathrm{Vout}-\mathrm{Vin}}---\left(1\right)$

如在图2中所述，在数学表达式（1）中的Vin和Vout表示由IV 测量装置60（参见图2）测量的在电抗器L1中的高电势侧电势和低电 势侧电势。“I_L1·min”是在图11B中所示的I_L1的循环的波形的最小值， 即，在波形的波谷处的I_L1的值。通过基于由IV测量装置60测量的I_L1·ave的计算来实时地计算“I_L1·min”的值。在数学表达式（1）中的“H_L2” 表示电抗器L2的电感（以下，也称为“电感H_L2”），并且在控制单 元20中被预设为常量。控制单元20基于在软开关处理的每一次循环 实时获取的Vin、Vout和I_L1·min以及预设的电感H_L2，在软开关处理的 执行期间实时地计算时间段T1。

在图11A中，在软开关转换器50中，当模式1结束时，即，当 I_L2变得大于I_L1时，开始模式2的状态。如上所述，模式2的终点是作 为在缓冲电容器C2中存储的电荷的Q_C2等于0的时间。可以以下述方 式来计算作为从模式2的起点至模式2的终点的时间段的时间段T2： 使用下面的数学表达式（2）在预定初始条件下计算预定差等式。

$T2=\frac{1}{\omega }\{\pi -\arccos \left(\frac{\mathrm{Vin}}{\mathrm{Vout}-\mathrm{Vin}}\right)\}---\left(2\right)$

$\omega =\frac{1}{\sqrt{H_{L2}·Q_{C2}}}$

在数学表达式（2）中，“Q_C2”表示缓冲电容器C2的电容（以下， 也称为“电容Q_C2”），并且在控制单元20中被预设为常量。如在数 学表达式（1）中的情况那样，Vin表示在电抗器L1中的高电势侧电势， 并且Vout表示在电抗器L1中的低电势侧电势。控制单元20基于持续 测量的Vin和Vout和预设的H_L2和Q_C2，在软开关处理的执行期间实 时地计算时间段T2。

在图11A中，在软开关转换器50中，当模式2结束时，即，当 Q_C2变为0时，开始模式3的状态。模式3的终点是I_L2变得小于I_L1的 时间点。换句话说，模式3的终点是缓冲电容器C2开始被充电的时间 点。可以以下述方式来计算从模式3的起点至模式3的终点的时间段 T3：使用下面的数学表达式（3）在预定初始条件下计算预定的差等式。 另外，可以使用下面的数学表达式（4）来计算在下面的数学表达式（3） 中的I_L2·T2end。

$T3=\frac{H_{L2}}{R^{\prime }}\ln \{1+\frac{R^{\prime }}{V^{\prime }}(I_{L2·T2\mathrm{end}}-I_{L1·\min })\}---\left(3\right)$

R′＝R+R_D4

R＝R_S2+R_D2+R_D3

V′＝Vin+V_S2+V_D2+V_D3+V_D4+RI_L1·min

$I_{L2·T2\mathrm{end}}=I_{L1·\min }+\omega ·Q_{C2}\sqrt{\mathrm{Vout}·(\mathrm{Vout}-2\mathrm{Vin})}---\left(4\right)$

在数学表达式（3）中，R_S2、R_D2、R_D3和R_D4分别表示开关元件 S2、二极管D2、缓冲二极管D3和二极管D4的导通电阻，并且在控制 单元20中被预设为常量。V_S2、V_D2、V_D3和V_D4分别表示开关元件S2、 二极管D2、缓冲二极管D3和二极管D4的导通电压，并且在控制单元 20中被预设为常量。另外，I_L2·T2end表示在时间段T2的结尾的I_L2，并 且可以被表达为上面的数学表达式（4）。在数学表达式（4）中，通 过预定的计算基于I_L1·ave来实时地计算I_L1·min的值。因此，控制单元20 基于I_L2·T2end、上面的预定导通电阻和导通电压等，在软开关处理的执 行期间实时地计算时间段T3，其中I_L2·T2end是基于通过测量获取的I_L1·min来计算的。

控制单元20不仅计算时间段T1、时间段T2和时间段T3，而且 计算开关元件S1在模式3中导通的定时，并且向开关元件S1发送S1 选通信号，使得开关元件S1在所计算的定时导通。如图11A和图11B 中所示，开关元件S1导通的定时可以被设置为当在缓冲电容器C2中 存储的电荷Q_C2为0时，即，在其间被施加到开关元件S1的电压为0 的时间段T3内。作为适当的定时，在本实施例中，开关元件S 1在软 开关处理的一次循环的开始之后在T1+T2+(1/2)T3的定时导通（参见图 11A）。注意，开关元件S1导通的定时不限于T1+T2+(1/2)T3的定时； 可以选择性地设置定时，只要它是T1+T2+nT3（0<n<1）的定时。

然而，在软开关转换器50的制造处理中，用于软开关转换器50 的电抗器和电容器的电感和电容可能与额定值不同，并且，在电感和 电容中存在变化。在大多数情况下，当诸如电抗器和电容器的装置被 制造时出现在这样的电特性（电感和电容）上的变化。即，在本实施 例中，当那些装置（电抗器L2和缓冲电容器C2）被装配到软开关转 换器50时，在用于计算T1、T2和T3的电感H_L2和电容Q_C2中存在变 化。

然后，在本实施例中，与用于制造软开关转换器50的装置中的变 化相关地，具体地说，与用于计算时间段T1、时间段T2和时间段T3 所需的电抗器L2和缓冲电容器C2的电感H_L2和电容Q_C2上的变化相 关地，使用统计处理计算各个代表值，并且然后在控制单元20中将所 计算的代表值设置为用于计算时间段T1、时间段T2和时间段T3的常 量。图12示出图示代表值的计算的图形。如图12中所示，在本实施 例中，将正态分布用作统计处理。逐个测量用于制造软开关转换器50 的多个电抗器L2的电感和用于制造软开关转换器50的缓冲电容器C2 的电容，并且，逐个装置地分别产生与电感和电容相关的正态分布。 然后，与所产生的正态分布的最大值对应的电特性的值分别被用作各 种装置（在本实施例中，电抗器L2和缓冲电容器C2）的电特性（电 感H_L2和电容Q_C2）的代表值，然后，在控制单元20中将代表值设置 为电抗器L2的电感和缓冲电容器C2的电容。控制单元20基于通过统 计处理计算和设置的各种装置的电特性的代表值在软开关处理的执行 期间通过计算来计算时间段T1、时间段T2和时间段T3，并且计算在 上述的模式3中导通开关元件S1的定时，即，T1+T2+(1/2)T3，以由 此控制开关的定时。

如上所述，当制造多个软开关转换器50时，使用多组部件装置（电 抗器L2、缓冲电容器C2等）。例如，关注电抗器L2的电感H_L2，在 多个电抗器L2的电感H_L2之间存在变化，并且分别向多个软开关转换 器50装配电抗器L2，电抗器L2具有与额定值不同的电感、即应当在 控制单元20中原始设置的电感H_L2（参见数学表达式（1）至（3））。 在这样的情况下，当在控制单元20中直接设置电抗器L2的电特性（电 感H_L2）的额定值时，由控制单元20计算的时间段T1、时间段T2和 时间段T3可能与在软开关转换器50的实际运行中的时间段T1、时间 段T2和时间段T3显著不同。因此，当执行软开关处理时，可能在开 关元件S1的开关时在开关元件S1的两端之间施加大的电压，并且， 可能出现大的功率损耗。图13是用于图示在时间段T1、时间段T2和 时间段T3装置的电特性的变化的影响的图形。在图13中的实线指示 当电感H_L2和电容Q_C2是额定值时的I_L1和I_L2。在图13中的虚线Y1和 虚线Y2示出当电抗器L2的电感H_L2和缓冲电容器C2的电容Q_C2与相 应的额定值不同时的I_L2的具体示例。从图13显然可见，当电感H_L2和电容Q_C2与对应的额定值不同时，I_L2与对于额定值的I_L2不同，因此， 在实际软开关处理中的时间段T1、时间段T2和时间段T3与对于额定 值的时间段T1、时间段T2和时间段T3不同。

在根据本实施例的软开关转换器50中，测量部件装置的电特性， 并且，使用统计处理（在本实施例中的正态分布）来计算装置的电特 性的代表值，然后，在控制单元20中将代表值设置为装置的电特性。 因此，这降低了在实际装配到软开关转换器50的电抗器L2的电感H_L2和在控制单元20中设置的代表值H_L2之间或在实际装配到软开关转换 器5的缓冲电容器C2的电容Q_C2和在控制单元20中设置的代表值Q_C2之间出现大的偏差的可能性。另外，在软开关处理时，控制单元20基 于所设置的代表值来计算时间段T1、时间段T2和时间段T3，并且控 制开关元件S1的开关定时。因此，能够减小在由控制单元20计算的 时间段T1、时间段T2和时间段T3（以下，也称为“T的额定值”） 和在软开关转换器50的实际操作中的时间段T1、时间段T2和时间段 T3之间由于每一个装置的电特性上的变化而导致的偏差（以下，也称 为“定时偏差”）。结果，能够抑制由于执行软开关处理时的开关元 件S1的开关操作而导致的功率损耗。

开关元件S1是主开关元件的一个示例。开关元件S2是辅助开关 元件的一个示例。在数学表达式（1）至（3）中装置的电特性（例如， Q_C2、H_L2、R_S2、R_D2、R_D3和R_D4等）是“特定装置的电特性”的示例。 对其计算代表值的电抗器L2和缓冲电容器C2是被观察装置的示例。

注意，本发明的方面不限于上述的实施例；在不偏离本发明的范 围的情况下，可以以各种形式来实现本发明的方面。例如，下面的替 代实施例也是可能的。

在上面的实施例中，正态分布被用作统计处理，并且，与正态分 布的最大值对应的电特性（在上面的实施例中的H_L2和Q_C2）被用作代 表值；然而，本发明的方面不限于该配置。在第一替代实施例中，测 量相对于每一个装置的电特性的额定值的偏差，并且，计算基于测量 的偏差的每一个的标准偏差。然后，可以基于额定值和标准偏差来计 算代表值。通过这样，也可以获得与上面的实施例类似的有益效果。

在上面的实施例中，正态分布被用作统计处理，以抑制由于L2或 C2的变化导致的开关的定时的偏差；然而，本发明的方面不限于该配 置。在第二替代实施例中，可以选择构成软开关转换器50的部件装置 的组合来抑制定时偏差。图14是图示根据第二替代实施例的装置的可 选择组合的视图。对装置的电特性进行测量，以测量相对于各个装置 的额定值的差值。然后，在一个软开关转换器50中组合其电特性与额 定值偏离的装置。可以进行组合以便消除相对于装置的电特性的额定 值的偏差。例如，如图14中所示，其电感H_L2从额定值朝向正侧偏离 的电抗器L2和其电容Q_C2从额定值朝向负侧偏离的缓冲电容器C2被 组合在一起以构成软开关转换器50。相反，其电感H_L2从额定值朝向 负侧偏离的电抗器L2和其电容Q_C2从额定值朝向正侧偏离的缓冲电容 器C2被组合在一起以构成软开关转换器50。更具体地，测量多个电抗 器L2的电感H_L2和多个缓冲电容器C2的电容Q_C2，然后，组合电抗器 L2和缓冲电容器C2使得例如(H_L2×Q_C2)的值k的预定算术表达式变得 尽可能恒定。例如，通过建立组合使得H_L2×Q_C2变得恒定，在多个软开 关转换器50之间减小在上面的数学表达式（2）中的“ω”的变化。结 果，减小了时间段T2的变化。通过以这种方式来建立组合，能够整体 减小定时偏差，并且能够抑制由于在每一个装置的电特性上的变化而 导致的定时偏差。

在上面的实施例中，控制单元20设置T1+T2+(1/2)T3用于在模式 3中将开关元件S1导通的定时；然而，该定时不限于此。在第三替代 实施例中，可以在下述定时执行开关元件S1的开关，该定时晚于经过 了由用于使得T1+T2变为最大的装置（在上面的实施例中，电抗器L2 和缓冲电容器C2）的组合所确定的T1+T2的定时，并且早于经过了由 用于使得T1+T2+(1/2)T3变为最小的装置的组合所确定的 T1+T2+(1/2)T3的定时。在这样的定时执行开关，以改善可以在开关元 件S1的两端之间施加的电压取值最小值的定时执行开关元件S1的开 关的可靠性，并且能够抑制由于开关而导致的功率损耗。注意，T1+T2 可以被表示为Ta，并且T3可以被表示为Tb。

在上面的实施例中，关注构成软开关转换器50的电抗器L2和缓 冲电容器C2，根据在电感H_L2上的变化和/或在电容Q_C2上的变化来执 行开关控制；然而，开关控制不限于该配置。在第四替代实施例中， 可以另外考虑到在相对于构成软开关转换器50的另一个装置的电特性 的额定值的变化来执行开关控制。例如，以上面的数学表达式（3）作 为示例，当计算时间段T3时，导通电阻R_S2、R_D4等和导通电压V_S2、 V_D2等被用作常量。然而，当那些值与额定值偏离时，如上面通过对电 感H_L2和电容Q_C2进行统计处理来计算代表值的实施例的情况，也适用 的是，通过对于导通电阻和导通电压进行统计处理来计算导通电阻和 导通电压的代表值，然后，在控制单元20中将代表值设置为常量以计 算在每一个模式中的时间段（例如，T3）。通过这样，与上面的实施 例相比，能够进一步减小定时偏差。

在上面的实施例中，根据在每一个装置的电特性的上的变化进行 的开关控制被应用到具有在图2中所示的电路配置的软开关转换器； 然而，本发明的方面不限于该配置。在第五替代实施例中，开关控制 可以被应用到具有另一种配置的软开关转换器。图15A和图15B示出 了该软开关转换器的示例。适用的是，对于在上面的实施例中描述的 开关的定时的控制被应用到在相对于具有图15A中所示的配置的软开 关转换器的电抗器L2a的电感H_L2a的额定值的变化，或在相对于具有 图15B中所示的配置的软开关转换器的电抗器L2b的电感H_L2b的额定 值的变化。即使当本发明的方面被应用到具有这样配置的软开关转换 器时，也可以获得与上面的实施例类似的有益效果。

在上面的实施例中，将软开关转换器描述为使用软开关操作的斩 波器电路；然而，本发明的方面不限于该配置。在第六替代实施例中， 在上面的实施例中描述的对于开关的定时的控制可以被应用到使用软 开关操作的斩波器电路。即，可以根据在相对于构成斩波器电路的每 一个装置的电特性上的额定值的变化来控制开关的定时。使用软开关 操作的斩波器电路可以是上述的DC/DC转换器、AC/DC转换器、功率 因数校正电路（PFC电路）、不间断电源（UPS）、功率调节器、频率 转换器等。