CN100517930C - 转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明目的在于得到一种能够抑制瞬时电压变动、输出高精度的所希望的直流功率的转换器。具有：对所提供的功率进行功率变换的功率变换部11；将经过功率变换的所述功率进行平滑的平滑滤波器12；检测出平滑了的功率的电压的电压检测器8；以及为了使来自电压检测器8的输出电压成为所希望的电压值、而输出用于控制功率变换部11内的开关元件的导通率的脉冲信号的控制部17。控制部17当该输出电压上升到第1规定电压之时，暂时停止供电，从而使得来自电压检测器8的输出电压不会超过所希望的电压值而成为过电压，同时在停止供电中，当该输出电压低于第2规定电压之时，再次开始供电，从而使得来自电压检测器8的输出电压不会低于所希望的电压值而成为低电压。

Description

转换器
技术领域
本发明涉及一种转换器，特别涉及一种通过使功率变换暂时停止·重新开始来防止输出电压的瞬时电压变动、向输出侧提供所希望的直流电压的DC/DC转换器或者AC/DC转换器。
背景技术
在过去的电车用DC/DC转换器的系统结构中，将从微型计算机所产生的输出电压基准与输出电压检测值相比较，控制开关元件的导通率，从而使输出电压与电压基准一致(例如，参照非专利文献1)。
上述非专利文献1中所记载的面向国内的输出电压标准允许变动范围在±10％内。一般，在国外的标准中电压变动范围只允许在±1％左右，如果与国内标准相比，则要求更高精度。因此，为了实现满足国外标准的高精度转换器装置，针对瞬时电压变动，需要提高开关频率以提高控制响应速度、或者增大平滑电容器的电容量、或者附加防止过电压用的硬件等的应对措施。
非专利文献1：泽野英二、其它6人、[采用IGBT的高频连接方式DC/DC转换器装置]、平成7年电气学会全国大会演讲论文集、1995年
用过去的方法对于瞬时电压变动，必须通过提高开关频率，来提高控制响应速度，或者增大平滑电容器的电容量，从而缓和电压变动的影响，或者附加防止过电压用的硬件，通过这样来应对高精度标准，则存在使装置大型化、同时成本提高的问题。
本发明正是用于解决相关问题而提出的，目的在于得到一种转换器，该转换器能够不提高开关频率，并且不会由于增大平滑电容器的电容量以及附加防止过电压用的硬件而引起装置大型化以及成本提高，能够抑制瞬时电压变动，且能够输出高精度的所希望的直流功率。
发明内容
本发明是转换器，具有：通过开关元件对提供的功率进行功率变换的功率变换单元；将通过上述功率变换单元进行了功率变换的上述功率进行平滑的平滑滤波器；检测从上述平滑滤波器输出的上述功率的电压的电压检测单元；以及输出与由上述电压检测单元检测出的输出电压进行比较的电压基准、并输出用于控制上述开关元件的供电的导通率的脉冲信号使得该电压基准与上述输出电压一致的控制单元，上述控制单元当上述输出电压大于预先设定的第1规定电压时停止输出上述电压基准，上述控制单元在停止输出上述电压基准的期间中，并且上述输出电压小于预先设定的比上述第1规定电压小的第2规定电压时，再次开始输出上述电压基准，上述控制单元由微型计算机、计算部和栅极脉冲发生电路组成，上述微型计算机输出上述电压基准并对供电进行控制，上述计算部将上述电压基准和上述输出电压进行比较，为了使得该电压基准和该输出电压一致，计算上述开关元件中的上述供电的导通率，上述栅极脉冲发生电路基于上述导通率输出脉冲信号。
如果采用本发明，则由于采用上述结构，利用控制单元能够暂时地停止供电，使得输出电压不会超过所希望的电压值而成为过电压，所以具有的效果是，能够不提高开关频率以提高控制响应速度，而且也不会由于增大平滑电容器的电容量和附加防止过电压用硬件而引起装置大型化，能够利用控制单元的动作来抑制瞬时电压变动，能够提供高精度的所希望的直流功率。
附图说明
图1是表示与本发明实施形态1相关的电车用的DC/DC转换器的结构的结构图。
图2是表示设置在与本发明实施形态1和2相关的转换器中的微型计算机的动作的流程图。
图3是表示与本发明实施形态2相关的DC/DC功率变换部的结构的结构图。
图4是表示与本发明实施形态3相关的AC/DC转换器的结构的结构图。
具体实施方式
实施形态1
图1是表示本发明实施形态1中的转换器的结构的图。图1的例子是将本发明的转换器用于电车用DC/DC转换器的例子，图2是表示设置在该转换器中的微型计算机的动作的流程图。
在图1中，DC/DC转换器18由电压检测器8、功率变换部11、平滑滤波器12、以及控制部17组成。DC/DC转换器18是对从架空线1通过导电弓2得到直流功率进行DC/DC变换、并对由蓄电池负载9和电负载10构成的负载部13提供直流功率的装置。
功率变换部11由逆变器3、变压器4以及整流器5构成。逆变器3的开关元件由例如IGBT构成，利用来自控制部17的栅极脉冲进行控制，通过导电弓2取得由架空线1提供的直流功率，并进行DC/AC变换。变压器4将逆变器3变换了的交流功率进行AC/AC变换。整流器5将变压器4变换了的交流功率进行AC/DC变换。
平滑滤波器12由平滑电抗器6和平滑电容器7组成，使得由功率变换部11变换了的纹波多的直流功率平滑。
电压检测器8检测输出电压，并将电压检测值输入到控制部17的计算部15和微型计算机16中。另外，计算部15可以是由模拟电路等组成的，也可以是由软件组成的。
控制部17是由栅极脉冲发生电路14、计算部15和微型计算机16组成的。微型计算机16输出电压基准，从而使输出电压成为所希望的电压。计算部15将电压检测值与电压基准进行比较，为了使得该两个值一致，计算用于功率变换的开关元件中的供电的导通率。栅极脉冲发生电路14产生该导通率大小的栅极脉冲。
一边参照图2的流程图，一边更加详细地说明微型计算机16的工作情况。首先，在步骤S1中读入从电压检测器8输出的输出电压(电压检测值)的值。然后，在步骤S2中，判断继续或停止电压基准的输出动作的状态。
在步骤S2中，继续电压基准的输出动作，则在步骤S3中，如果判断来自电压检测器8的输出电压小于预先设定的第1规定值，则在步骤S4中继续输出电压基准。
反之，在步骤S2中，虽然继续电压基准的输出动作，但是在步骤S3中，如果判断来自电压检测器8的输出电压大于上述第1规定值，则在步骤S5中，使电压基准的输出动作停止，并停止供电。这是因为，即，当输出电压上升到第1规定电压之时，暂时地停止供电，从而使得来自电压检测器8的输出电压不超过所希望的电压值而成为过电压(即不会成为超过规定的允许范围的过电压)。
另外，在步骤S2中，停止电压基准的输出动作，则在步骤S6中，如果判断来自电压检测器8的输出电压大于预先设定的第2规定值，则处理就这样结束，电压基准的输出动作也就这样停止。
反之，在步骤S2中，停止电压基准的输出动作，但是在步骤S6中，如果判断来自电压检测器8的输出电压小于上述第2规定值，则在步骤S7中，使电压基准的输出动作再次开始，并在步骤S4中输出电压基准。这是因为，即，在停止发生电压基准的期间中，当输出电压低于第2规定电压之时，使供电再次开始，从而使得输出电压不会低于所希望的电压值而成为低电压(即不会成为超过规定的允许范围的低电压)。
再者，第1规定值和第2规定值之间的关系满足：第2规定值＜第1规定值的关系。另外，由于第1规定值和第2规定值是相对于所希望的电压值的允许的变动范围，因此如果是国内标准，则适当地设定在±10％的范围内，如果是国外标准，则适当地设定在±1％的范围内。
在本发明中，当不输出电压基准时，即电压基准为0V的情况下，计算部15如果比较来自电压检测器8的输出电压和(应该是输出本来所希望的电压的值的)电压基准，则因为判断输出电压大幅度地超出所希望的电压值，所以对供电进行急剧地节流控制，指令逆变器3对低电压进行功率变换。但是，当计算部15指令功率变换的电压低于实际输出电压时，不从功率变换部11向平滑滤波器12和负载部13供电，而停止供电。
这样在本发明中，因为能够暂时地停止供电，所以具有抑制瞬时电压变动的功能，并具有能够提供高精度的所希望的直流功率的效果。另外，在本发明中，因为能够利用微型计算机的工作来实现对供电的控制，所以存在以下优点：即没必要提高开关频率以提高控制响应的速度，或者无需大型化硬件，或者不用为了附加防止过电压用的硬件而提高成本等。
而且，因为微型计算机16能够再次开始输出电压基准，所以能够容易地再次开始供电。因此，具有防止输出电压过于降低、能够向输出侧提供高精度的所希望的直流功率的效果。
实施形态2
在图3中，表示上述实施形态1所示的功率变换部11的其它结构图。本实施形态中的功率变换部11不是由图1中的逆变器3、变压器4和整流器5组成的，而是如图3所示，是由开关元件GTO26和二极管27组成的斩波器。即使在本实施形态中的功率变换部11中，也能够进行与实施形态1同样的DC/DC变换，微型计算机16的工作即使对于图3所示的本实施形态的功率变换部11，也具有与图2同样的控制效果。
实施形态3
图4是本发明实施形态3中的转换器的结构的图。图3的例子是将本发明的转换器用于AC/DC转换器的例子，因为表示设置在该转换器中的微型计算机的工作的流程图与图2是相同的，所以请参照图2。AC/DC转换器31由电压检测器8、功率变换部11、平滑滤波器12以及控制部17组成，是从交流电压源28通过开关29取入交流功率、再进行AC/DC变换并输出所希望的直流功率的转换器。
功率变换部11是仅仅由采用开关元件MOSFET的整流器30构成。该开关元件利用控制部17进行控制，从交流电压源28取入交流功率，再进行AC/DC变换。因为平滑滤波器12、电压检测器8和控制部17的结构以及动作与实施形态1相同，所以参照图1，这里省略其说明。设置在控制部17内的微型计算机16(参照图1)的工作，即使对于图4的电压变换部11，也具有与实施形态1同样的控制效果。
如上所述，即使是本实施形态，因为也与实施形态1相同，能够暂时地停止供电，所以具有抑制瞬时电压变动的功能，并具有能够提供高精度的所希望的直流功率的效果。另外，在本发明中，因为能够利用微型计算机的工作来实现对供电的控制，所以存在以下优点：即没必要提高开关频率以提高控制响应的速度，或者无需大型化硬件，或者不用为了附加防止过电压用的硬件而提高成本等。
而且，因为微型计算机16能够再次开始输出电压基准，所以能够容易地再次开始供电。因此，具有防止输出电压过于降低、能够向输出侧提供高精度的所希望的直流功率的效果。
实施形态4
在上述实施形态1和2中，虽然说明的是关于电车用的DC/DC转换器的控制，但也可以不使用蓄电池充电设备，这种情况也具有与上述实施形态1和2同样的控制效果。当使用蓄电池充电设备时，图1和图3中的功率变换部11的开关元件即使是MOSFET或晶闸管或晶体管，也具有同样的效果。
实施形态5
在实施形态3中，虽然使用MOSFET作为开关元件，但是即使使用IGBT或晶闸管或晶体管，也具有同样的控制效果。

Claims (3)

1.一种转换器，其特征在于，
具有：
利用开关元件对提供的功率进行功率变换的功率变换单元；
将由所述功率变换单元进行了功率变换的所述功率进行平滑的平滑滤波器；
检测从所述平滑滤波器输出的所述功率的电压的电压检测单元；以及
输出与由所述电压检测单元检测出的输出电压进行比较的电压基准、并输出用于控制所述开关元件的供电的导通率的脉冲信号使得该电压基准与所述输出电压一致的控制单元，
所述控制单元当所述输出电压大于预先设定的第1规定电压时停止输出所述电压基准，
所述控制单元在停止输出所述电压基准的期间中，并且所述输出电压小于预先设定的比所述第1规定电压小的第2规定电压时，再次开始输出所述电压基准，
所述控制单元由微型计算机、计算部和栅极脉冲发生电路组成，
所述微型计算机输出所述电压基准并对供电进行控制，
所述计算部将所述电压基准和所述输出电压进行比较，为了使得该电压基准和该输出电压一致，计算所述开关元件中的所述供电的导通率，
所述栅极脉冲发生电路基于所述导通率输出脉冲信号。
2.如权利要求1中所述的转换器，其特征在于，
由所述功率变换单元进行的所述功率变换是DC/DC变换。
3.如权利要求1中所述的转换器，其特征在于，
由所述功率变换单元进行的所述功率变换是AC/DC变换。
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