CN103812348B - 电力转换系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电力转换系统（100），该电力转换系统（100）包括初级转换电路（20）和通过变压器（400）磁耦合到初级转换电路的次级转换电路（30），并且被配置成在初级转换电路的两个输入/输出端口（PA、PC）和次级转换电路的两个输入/输出端口（PB、PD）形成的四个输入/输出端口中的任何两个输入/输出端口之间执行电力转换。电力转换系统（100）包括使构成变压器的线圈的各个末端短路的旁路电路（220、320）。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力转换系统，其包括初级转换电路和经由变压器磁耦合到初级转换电路的次级转换电路。
背景技术
例如，日本专利申请公布第2011-193713号（JP2011-193713A）已知作为关于电力转换系统的相关领域文献，该电力转换系统包括初级转换电路和经由变压器磁耦合到初级转换电路的次级转换电路。在JP2011-193713A中，在初级转换电路的两个输入/输出端口之间执行升压/降压操作的同时，在次级转换电路的两个输入/输出端口之间执行升压/降压操作。
然而，对于JP2011-193713A的电路配置设计，初级转换电路和次级转换电路必须具有相同的升压/降压比。
发明内容
本发明提供了一种电力转换系统，其中使初级和次级转换电路按各自期望的升压/降压比来执行升压/降压操作。
根据本发明的第一方面的电力转换系统包括初级转换电路和经由变压器磁耦合到初级转换电路的次级转换电路。初级转换电路和次级转换电路中的至少一个包括旁路电路，该旁路电路使构成变压器的线圈的各个末端短路。初级转换电路、次级转换电路、旁路电路和变压器被配置成使得在初级转换电路的两个输入/输出端口和次级转换电路的两个输入/输出端口形成的四个输入/输出端口中的任何两个输入/输出端口之间执行电力转换。
根据上述第一方面，变压器可以是中心抽头变压器。
根据上述方面，初级转换电路可以被配置成包括初级全桥电路，并且初级全桥电路可以被配置成包括变压器的初级线圈、初级磁耦合电抗器、初级第一上臂、初级第一下臂、初级第二上臂和初级第二下臂。此外，根据上述方面，次级转换电路可以被配置成包括次级全桥电路，并且次级全桥电路可以被配置成包括变压器的次级线圈、次级磁耦合电抗器、次级第一上臂、次级第一下臂、次级第二上臂和次级第二下臂。
根据上述方面，初级第一上臂、初级第一下臂、初级第二上臂和初级第二下臂可以是开关元件，这些开关元件分别被配置成包括N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和用作N沟道MOSFET的寄生元件的体二极管。此外，次级第一上臂、次级第一下臂、次级第二上臂和次级第二下臂可以是开关元件，这些开关元件分别被配置成包括N沟道MOSFET和用作N沟道MOSFET的寄生元件的体二极管。
根据上述方面，旁路电路可以是设置在初级转换电路中的初级旁路电路，并且初级旁路电路可以包括短路结构，该短路结构在不经过变压器的初级线圈的情况下将初级磁耦合电抗器直接连接到中心抽头。此外，旁路电路可以是设置在次级转换电路中的次级旁路电路，并且次级旁路电路可以包括短路结构，该短路结构在不经过变压器的次级线圈的情况下将次级磁耦合电抗器直接连接到中心抽头。
根据上述方面，初级旁路电路的短路结构可以包括初级第一短路控制元件和初级第二短路控制元件，初级第一短路控制元件能够使初级第一绕组的各个末端短路，初级第二短路控制元件能够使初级第二绕组的各个末端短路，并且初级第一短路控制元件和初级第二短路控制元件之间的中间连接点连接到中心抽头。此外，次级旁路电路的短路结构可以包括次级第一短路控制元件和次级第二短路控制元件，次级第一短路控制元件能够使次级第一绕组的各个末端短路，次级第二短路控制元件能够使次级第二绕组的各个末端短路，并且次级第一短路控制元件和次级第二短路控制元件之间的中间连接点连接到中心抽头。
根据上述方面，可以使初级和次级转换电路按各自期望的升压/降压比来执行升压/降压操作。
附图说明
下文将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业重要性，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且在附图中：
图1是示出根据本发明的实施例的电力转换系统的配置的视图；
图2是示出根据本发明的实施例的控制电路的框图；
图3是示出电力转换系统的初级和次级侧的升压/降压比相同的情况下的时序图；以及
图4是示出电力转换系统的初级和次级侧的升压/降压比不同的情况下的时序图。
具体实施方式
电力转换系统100的配置
图1是示出包括电力转换电路10的电力转换系统100的视图。电力转换系统100是被配置成包括电力转换电路10和控制电路50（参见图2，并且其细节将在后面描述）的电力转换系统。电力转换电路10具有从四个输入/输出端口中选择任何两个输入/输出端口并且在所选择的两个输入/输出端口之间转换电力的功能。电力转换电路10被配置成包括初级转换电路20和次级转换电路30。初级转换电路20和次级转换电路30经由变压器400（中心抽头变压器）彼此磁耦合。
初级转换电路20被配置成包括初级全桥电路200、第一输入/输出端口PA和第二输入/输出端口PC。初级全桥电路200被配置成包括变压器400的初级线圈202、初级磁耦合电抗器204、初级第一上臂U1、初级第一下臂/U1、初级第二上臂V1和初级第二下臂/V1。这里，初级第一上臂U1、初级第一下臂/U1、初级第二上臂V1和初级第二下臂/V1均是例如开关元件，这些开关元件被配置成包括N沟道MOSFET和作为该MOSFET的寄生元件的体二极管。二极管可以另外与MOSFET并联连接。
初级全桥电路200包括初级正电极总线298和初级负电极总线299。初级正电极总线298连接到第一输入/输出端口PA的高电位端子602。初级负电极总线299连接到第一输入/输出端口PA和第二输入/输出端口PC的低电位端子604。
初级第一臂电路207连接在初级正电极总线298和初级负电极总线299之间。初级第一臂电路207通过串联连接初级第一上臂U1和初级第一下臂/U1形成。此外，初级第二臂电路211与初级第一臂电路207并联地连接在初级正电极总线298和初级负电极总线299之间。初级第二臂电路211通过串联连接初级第二上臂V1和初级第二下臂/V1形成。
初级线圈202和初级磁耦合电抗器204设置在将初级第一臂电路207的中点207m连接到初级第二臂电路211的中点211m的桥部分处。将更详细地描述桥部分处的连接关系。初级磁耦合电抗器204的初级第一电抗器204a的一个末端连接到初级第一臂电路207的中点207m。初级线圈202的一个末端连接到初级第一电抗器204a的另一末端。此外，初级磁耦合电抗器204的初级第二电抗器204b的一个末端连接到初级线圈202的另一末端。再者，初级第二电抗器204b的另一末端连接到初级第二臂电路211的中点211m。初级磁耦合电抗器204被配置成包括初级第一电抗器204a以及磁耦合到初级第一电抗器204a的初级第二电抗器204b。
中点207m是初级第一上臂U1和初级第一下臂/U1之间的初级第一中间节点。中点211m是初级第二上臂V1和初级第二下臂/V1之间的初级第二中间节点。
第一输入/输出端口PA是设置在初级正电极总线298和初级负电极总线299之间的端口。第一输入/输出端口PA被配置成包括端子602和端子604。第二输入/输出端口PC是设置在初级负电极总线299和初级线圈202的中心抽头202m之间的端口。第二输入/输出端口PC被配置成包括端子604和端子606。
中心抽头202m连接到第二输入/输出端口PC的高电位端子606。中心抽头202m是构成初级线圈202的初级第一绕组202a和初级第二绕组202b之间的中间连接点。
电力转换系统100例如被配置成包括初级高电压系统负载LA、初级低电压系统负载LC和初级低电压系统电源PSC。初级高电压系统负载LA连接到第一输入/输出端口PA。初级低电压系统负载LC和初级低电压系统电源PSC连接到第二输入/输出端口PC。初级低电压系统电源PSC向在与初级低电压系统电源PSC相同的电压系统（例如，12V系统）下操作的初级低电压系统负载LC供给电力。此外，初级低电压系统电源PSC向在与初级低电压系统电源PSC不同的电压系统（例如，高于12V系统的48V系统）下操作的初级高电压系统负载LA供给通过初级全桥电路200升压的电力。初级低电压系统电源PSC的具体示例是二次电池，诸如铅酸电池。
次级转换电路30被配置成包括次级全桥电路300、第三输入/输出端口PB和第四输入/输出端口PD。次级全桥电路300被配置成包括变压器400的次级线圈302、次级磁耦合电抗器304、次级第一上臂U2、次级第一下臂/U2、次级第二上臂V2和次级第二下臂/V2。这里，次级第一上臂U2、次级第一下臂/U2、次级第二上臂V2和次级第二下臂/V2均是例如开关元件，这些开关元件被配置成包括N沟道MOSFET和作为该MOSFET的寄生元件的体二极管。二极管可以另外与MOSFET并联连接。
次级全桥电路300包括次级正电极总线398和次级负电极总线399。次级正电极总线398连接到第三输入/输出端口PB的高电位端子608。次级负电极总线399连接到第三输入/输出端口PB和第四输入/输出端口PD的低电位端子610。
次级第一臂电路307连接在次级正电极总线398和次级负电极总线399之间。次级第一臂电路307通过串联连接次级第一上臂U2和次级第一下臂/U2形成。此外，次级第二臂电路311与次级第一臂电路307并联地连接在次级正电极总线398和次级负电极总线399之间。次级第二臂电路311通过串联连接次级第二上臂V2和次级第二下臂/V2形成。
次级线圈302和次级磁耦合电抗器304设置在将次级第一臂电路307的中点307m连接到次级第二臂电路311的中点311m的桥部分处。将更详细地描述桥部分处的连接关系。次级磁耦合电抗器304的次级第一电抗器304a的一个末端连接到次级第二臂电路311的中点311m。次级线圈302的一个末端连接到次级第一电抗器304a的另一末端。此外，次级磁耦合电抗器304的次级第二电抗器304b的一个末端连接到次级线圈302的另一末端。再者，次级第二电抗器304b的另一末端连接到次级第一臂电路307的中点307m。次级磁耦合电抗器304被配置成包括次级第一电抗器304a以及磁耦合到次级第一电抗器304a的次级第二电抗器304b。
中点307m是次级第一上臂U2和次级第一下臂/U2之间的次级第一中间节点。中点311m是次级第二上臂V2和次级第二下臂/V2之间的次级第二中间节点。
第三输入/输出端口PB是设置在次级正电极总线398和次级负电极总线399之间的端口。第三输入/输出端口PB被配置成包括端子608和端子610。第四输入/输出端口PD是设置在次级负电极总线399和次级线圈302的中心抽头302m之间的端口。第四输入/输出端口PD被配置成包括端子610和端子612。
中心抽头302m连接到第四输入/输出端口PD的高电位端子612。中心抽头302m是构成次级线圈302的次级第一绕组302a和次级第二绕组302b之间的中间连接点。
电力转换系统100例如被配置成包括次级高电压系统负载LB、次级低电压系统负载LD和次级低电压系统电源PSD。次级高电压系统负载LB连接到第三输入/输出端口PB。次级低电压系统负载LD和次级低电压系统电源PSD连接到第四输入/输出端口PD。次级低电压系统电源PSD向在与次级低电压系统电源PSD相同的电压系统（例如，高于12V系统或48V系统的72V系统）下操作的次级低电压系统负载LD供给电力。此外，次级低电压系统电源PSD向在与次级低电压系统电源PSD不同的电压系统（例如，高于72V系统的288V系统）下操作的次级高电压系统负载LB供给通过次级全桥电路300升压的电力。次级低电压系统电源PSD的具体示例是二次电池，诸如锂离子电池。
电力转换电路系统100的电力转换电路10包括使构成变压器400的线圈的各个末端短路的旁路电路。旁路电路使变压器400停止发挥作用，从而可以停止初级转换电路20和次级转换电路30之间的电力传输。结果，如下文将详细描述的，可以使初级转换电路20和次级转换电路30按各自期望的升压/降压比来执行升压/降压操作。在图1中，初级旁路电路220和次级旁路电路320被示出作为旁路电路的示例。
初级旁路电路220包括用于在不经过变压器400的初级线圈202的情况下将初级磁耦合电抗器204直接连接到中心抽头202m的短路装置。次级旁路电路220包括作为短路装置的初级第一短路控制元件X1和初级第二短路控制元件Y1，初级第一短路控制元件X1能够使初级第一绕组202a的各个末端短路，初级第二短路控制元件Y1能够使初级第二绕组202b的各个末端短路。初级第一短路控制元件X1和初级第二短路控制元件Y1之间的中间连接点220b连接到中心抽头202m。
初级第一短路控制元件X1是开关元件，其被配置成包括例如N沟道MOSFET以及用作MOSFET的寄生元件的体二极管。初级第二短路控制元件Y1是开关元件，其被配置成包括例如P沟道MOSFET以及用作MOSFET的寄生元件的体二极管。另外的二极管可以并联连接到初级第一短路控制元件X1和初级第二短路控制元件Y1的各个MOSFET。
当初级第一短路控制元件X1从OFF（断）切换到ON（通）时，初级第一绕组202a的各个末端被短路。结果，形成了初级第一电抗器204a的一个末端和初级第一绕组202a的一个末端所连接的上中间连接点220a在不经过初级第一绕组202a的情况下直接连接到中心抽头202m的旁路电路。相似地，当初级第二短路控制元件Y1从OFF切换到ON时，初级第二绕组202b的各个末端被短路，并且结果，形成了初级第二电抗器204b的一个末端和初级第二绕组202b的一个末端所连接的下中间连接点220c在不经过初级第二绕组202b的情况下直接连接到中心抽头202m的旁路电路。
此外，当初级第一短路控制元件X1和初级第二短路控制元件Y1两者从OFF切换到ON时，初级线圈202的各个末端（上中间连接点220a和下中间连接点220c）被短路。
次级旁路电路320包括用于在不经过变压器400的次级线圈302的情况下将次级磁耦合电抗器304直接连接到中心抽头302m的短路装置。次级旁路电路320包括作为短路装置的次级第一短路控制元件X2和次级第二短路控制元件Y2，次级第一短路控制元件X2能够使次级第一绕组302a的各个末端短路，次级第二短路控制元件Y2能够使次级第二绕组302b的各个末端短路。次级第一短路控制元件X2和次级第二短路控制元件Y2之间的中间连接点320b连接到中心抽头302m。
次级第一短路控制元件X2是开关元件，其被配置成包括例如N沟道MOSFET以及用作MOSFET的寄生元件的体二极管。次级第二短路控制元件Y2是开关元件，其被配置成包括例如P沟道MOSFET以及用作MOSFET的寄生元件的体二极管。另外的二极管可以并联连接到次级第一短路控制元件X2和次级第二短路控制元件Y2的各个MOSFET。
当次级第一短路控制元件X2从OFF切换到ON时，次级第一绕组302a的各个末端被短路。结果，形成了次级第一电抗器304a的一个末端和次级第一绕组302a的一个末端所连接的上中间连接点320a在不经过次级第一绕组302a的情况下直接连接到中心抽头302m的旁路电路。相似地，当次级第二短路控制元件Y2从OFF切换到ON时，次级第二绕组302b的各个末端被短路，并且结果，形成了次级第二电抗器304b的一个末端和次级第二绕组302b的一个末端所连接的下中间连接点320c在不经过次级第二绕组302b的情况下直接连接到中心抽头302m的旁路电路。
此外，当次级第一短路控制元件X2和次级第二短路控制元件Y2两者从OFF切换到ON时，次级线圈302的各个末端（上中间连接点320a和下中间连接点320c）被短路。
图2是控制电路50的框图。控制电路50具有对初级转换电路20的诸如初级第一上臂U1的开关元件以及次级转换电路30的诸如次级第一上臂U2的开关元件执行开关控制的功能。控制电路50被配置成包括电力转换模式确定处理单元502、相位差ф确定处理单元504、接通时间δ确定处理单元506、初级开关处理单元508、次级开关处理单元510和短路处理单元512。控制电路50是例如包括并入CPU的微计算机的电子电路。
电力转换模式确定处理单元502基于外部信号（未示出）从下文描述的电力转换电路10的电力转换模式A至L中选择并且确定操作模式。电力转换模式包括模式A、模式B和模式C。在模式A中，从第一输入/输出端口PA输入的电力被转换并且输出到第二输入/输出端口PC。在模式B中，从第一输入/输出端口PA输入的电力被转换并且输出到第三输入/输出端口PB。在模式C中，从第一输入/输出端口PA输入的电力被转换并且输出到第四输入/输出端口PD。
此外，电力转换模式进一步包括模式D、模式E和模式F。在模式D中，从第二输入/输出端口PC输入的电力被转换并且输出到第一输入/输出端口PA。在模式E中，从第二输入/输出端口PC输入的电力被转换并且输出到第三输入/输出端口PB。在模式F中，从第二输入/输出端口PC输入的电力被转换并且输出到第四输入/输出端口PD。
电力转换模式进一步包括模式G、模式H和模式I。在模式G中，从第三输入/输出端口PB输入的电力被转换并且输出到第一输入/输出端口PA。在模式H中，从第三输入/输出端口PB输入的电力被转换并且输出到第二输入/输出端口PC。在模式I中，从第三输入/输出端口PB输入的电力被转换并且输出到第四输入/输出端口PD。
此外，电力转换模式进一步包括模式J、模式K和模式L。在模式J中，从第四输入/输出端口PD输入的电力被转换并且输出到第一输入/输出端口PA。在模式K中，从第四输入/输出端口PD输入的电力被转换并且输出到第二输入/输出端口PC。在模式L中，从第四输入/输出端口PD输入的电力被转换并且输出到第三输入/输出端口PB。
相位差ф确定处理单元504具有设定初级转换电路20和次级转换电路30之间的开关元件的开关周期中的相位差ф以便使电力转换电路10用作直流-直流（DC-DC）转换器电路的功能。
接通时间δ确定处理单元506具有设定初级转换电路20和次级转换电路30的开关元件中的每个的接通时间δ以便使初级转换电路20和次级转换电路30用作升压/降压电路的功能。
初级开关处理单元508具有基于电力转换模式确定处理单元502、相位差ф确定处理单元504和接通时间δ确定处理单元506的输出对开关元件，即初级第一上臂U1、初级第一下臂/U1、初级第二上臂V1和初级第二下臂/V1执行开关处理的功能。
次级开关处理单元510具有基于电力转换模式确定处理单元502、相位差ф确定处理单元504和接通时间δ确定处理单元506的输出对开关元件，即次级第一上臂U2、次级第一下臂/U2、次级第二上臂V2和次级第二下臂/V2执行开关处理的功能。
短路处理单元512具有基于图中未示出的外部信号对构成变压器400的线圈的各个末端执行短路控制的功能。
电力转换系统100的操作
将参照图1描述电力转换系统100的操作。例如，当输入需要电力转换电路10在模式F中操作的外部信号时，控制电路50的电力转换模式确定处理单元502将电力转换电路10的电力转换模式确定为模式F。此时，通过初级转换电路20的升压功能使输入到第二输入/输出端口PC的电压升压，被升压的电压通过电力转换电路10作为DC-DC转换器电路的功能被传输到第三输入/输出端口PB侧并且通过次级转换电路30的降压功能被进一步降压，并且得到的电压从第四输入/输出端口PD输出。
这里，将详细描述初级转换电路20的升压/降压功能的细节。注意第二输入/输出端口PC和第一输入/输出端口PA，第二输入/输出端口PC的端子606经由初级第一绕组202a和串联连接到初级第一绕组202a的初级第一电抗器204a连接到初级第一臂电路207的中点207m。初级第一臂电路207的两个末端连接到第一输入/输出端口PA，结果升压/降压电路连接在第二输入/输出端口PC的端子606和第一输入/输出端口PA之间。
此外，第二输入/输出端口PC的端子606经由初级第二绕组202b和串联连接到初级第二绕组202b的初级第二电抗器204b连接到初级第二臂电路211的中点211m。初级第二臂电路211的两个末端连接到第一输入/输出端口PA，结果升压/降压电路与上述升压/降压电路并联地连接在第二输入/输出端口PC的端子606和第一输入/输出端口PA之间。次级转换电路30是具有与初级转换电路20基本上相似的配置的电路，结果两个升压/降压电路彼此并联地连接在第四输入/输出端口PD的端子612和第三输入/输出端口PB之间。因此，次级转换电路30具有与初级转换电路20相似的升压/降压功能。
接下来，将详细描述电力转换电路10作为DC-DC转换器电路的功能。注意第一输入/输出端口PA和第三输入/输出端口PB，初级全桥电路200连接到第一输入/输出端口PA，并且次级全桥电路300连接到第三输入/输出端口PB。设置在初级全桥电路200的桥部分处的初级线圈202和设置在次级全桥电路300的桥部分处的次级线圈302彼此磁耦合，因此用作变压器400（具有1:N的绕组数目比的中心抽头变压器）。因此，通过调整初级全桥电路200和次级全桥电路300之间的开关元件的开关周期的相位差，可以转换输入到第一输入/输出端口PA的电力并且将电力传输到第三输入/输出端口PB或者转换输入到第三输入/输出端口PB的电力并且将电力传输到第一输入/输出端口PA。
图3是示出关于通过对控制电路50的控制提供给电力转换电路10的电压的时序图的视图。在图3中，U1是初级第一上臂U1的通/断波形，V1是初级第二上臂V1的通/断波形，U2是次级第一上臂U2的通/断波形，并且V2是次级第二上臂V2的通/断波形。初级第一下臂/U1、初级第二下臂/V1、次级第一下臂/U2和次级第二下臂/V2的通/断波形分别相对于初级第一上臂U1、初级第二上臂V1、次级第一上臂U2和次级第二上臂V2的通/断波形（未示出）反转。期望死时间设置在每对上臂和下臂的通/断波形两者之间，使得作为上臂和下臂两者的接通状态的结果，没有流通电流流动。在图3中，高电平指示接通状态，并且低电平指示断开状态。
这里，通过改变U1、V1、U2和V2中的每个的接通时间δ，可以改变初级转换电路20的升压/降压比以及次级转换电路30的升压/降压比。例如，通过使U1、V1、U2和V2中的每个的接通时间δ彼此相等，可以使初级转换电路20的升压/降压比与次级转换电路30的升压/降压比相等。U1和V1之间的相位差被设定为180度（π），并且U2和V2之间的相位差也被设定为180度（π）。此外，通过改变U1和U2之间的相位差ф，可以调整在初级转换电路20和次级转换电路30之间传输的电力量。当相位差ф大于0时，可以从初级转换电路20向次级转换电路30传输电力；反之，当相位差ф小于0时，可以从次级转换电路30向初级转换电路20传输电力。
因此，例如，当输入需要电力转换电路10在模式F中操作的外部信号时，电力转换模式确定处理单元502确定选择模式F。在使初级转换电路20用作使输入到第二输入/输出端口PC的电压升压并且将升压的电压输出到第一输入/输出端口PA的升压电路的情况下，接通时间δ确定处理单元506设定规定升压比的接通时间δ。次级转换电路30用作降压电路，其使输入到第三输入/输出端口PB的电压以接通时间δ确定处理单元506设定的接通时间δ所规定的降压比来降压，并且将降压的电压输出到第四输入/输出端口PD。此外，相位差ф确定处理单元504设定用于传输以期望传输的电力量输入到第一输入/输出端口PA、第三输入/输出端口PB的电力的相位差ф。
初级开关处理单元508对开关元件，即初级第一上臂U1、初级第一下臂/U1、初级第二上臂V1和初级第二下臂/V1执行开关控制，使得初级转换电路20用作升压电路并且初级转换电路20用作DC-DC转换器电路的一部分。
次级开关处理单元510对开关元件，即次级第一上臂U2、次级第一下臂/U2、次级第二上臂V2和次级第二下臂/V2执行开关控制，使得次级转换电路30用作降压电路并且次级转换电路30用作DC-DC转换器电路的一部分。
如上文所述，可以使初级转换电路20和次级转换电路30中的每个用作升压电路或降压电路，并且可以使电力转换电路10也用作双向DC-DC转换器电路。因此，可以在所有电力转换模式A至L中转换电力，换言之，可以在从四个输入/输出端口中选择的两个输入/输出端口之间转换电力。
电力转换电路系统100的升压/降压比的控制
在输入请求实现初级转换电路20和次级转换电路30之间的电力传输的外部信号的情况下，短路处理单元512操作初级旁路电路220和次级旁路电路320以防止构成变压器400的线圈的各个末端之间的短路。例如，短路处理单元512在断开条件下设定初级第一短路控制元件X1和初级第二短路控制元件Y1两者以防止初级线圈202的各个末端之间的短路。相似地，短路处理单元512在断开条件下设定次级第一短路控制元件X2和次级第二短路控制元件Y2两者以防止次级线圈302的各个末端之间的短路。
为了正确激活初级转换电路20和次级转换电路30之间的电力传输，接通时间δ确定处理单元506使U1、V1、U2和V2的各个接通时间δ彼此相等，使得初级转换电路20和次级转换电路30的各个升压/降压比相等（参见图3）。
初级转换电路20的升压/降压比由占空比确定，该占空比是接通时间δ占据构成全桥电路200的开关元件的开关周期T的比例。相似地，次级转换电路30的升压/降压比由占空比确定，该占空比是接通时间δ占据构成全桥电路300的开关元件的开关周期T的比例。
因此，在初级转换电路20和次级转换电路30之间执行电力传输的情况下，例如，初级转换电路20的升压/降压比等于第二输入/输出端口PC的电压除以第一输入/输出端口PA的电压，等于δ/T，并且次级转换电路30的升压/降压比等于第四输入/输出端口PD的电压除以第三输入/输出端口PB的电压，等于δ/T。换言之，在初级转换电路20和次级转换电路30的各个升压/降压比取相同的值（=δ/T）。
注意，图3中的接通时间δ指示初级第一上臂U1和初级第二上臂V1的接通时间以及次级第一上臂U2和次级第二上臂V2的接通时间。
另一方面，在输入请求使初级转换电路20和次级转换电路30的各个升压/降压比不同的外部信号的情况下，短路处理单元512对初级旁路电路220和次级旁路电路320执行短路操作，使得构成变压器400的线圈的各个末端短路。例如，短路处理单元512在接通条件下设定初级第一短路控制元件X1和初级第二短路控制元件Y1两者，使得初级线圈202的各个末端短路。相似地，短路处理单元512在接通条件下设定次级第一短路控制元件X2和次级第二短路控制元件Y2两者，使得次级线圈302的各个末端短路。
在初级线圈202和次级线圈302的各个末端短路的情况下，停止变压器400的电力传输功能，并且因此可以停止初级转换电路20和次级转换电路30之间的电力传输。
因此，如图4中所示，接通时间δ确定处理单元506可以将接通时间δ1和接通时间δ2分别修改成任何期望值，并且结果，可以使初级转换电路20和次级转换电路30以任何期望的升压/降压比来执行升压/降压操作。此时，不执行初级转换电路20和次级转换电路30之间的电力传输，并且因此相位差ф可以被设定为任何值（图4示出了其中ф=0的情况）。
因此，在将初级转换电路20和次级转换电路30的各个升压/降压比控制为彼此不同的值的情况下，例如，初级转换电路20的升压/降压比等于第二输入/输出端口PC的电压除以第一输入/输出端口PA的电压，等于δ1/T，并且次级转换电路30的升压/降压比等于第四输入/输出端口PD的电压除以第三输入/输出端口PB的电压，等于δ2/T。
注意，在图4中，接通时间δ1指示初级第一上臂U1和初级第二上臂V1的接通时间，而接通时间δ2指示次级第一上臂U2和次级第二上臂V2的接通时间。
根据该实施例，如上文所述，可以使初级转换电路20和次级转换电路30中的每个以任何期望的升压/降压比执行升压/降压操作。此外，通过使初级线圈202和次级线圈302的各个末端短路，可以在初级线圈202和次级线圈302中无损地执行升压/降压操作，并且结果，提高了升压/降压效率。
上文描述了电力转换系统的实施例，但是本发明不限于以上实施例，并且在本发明的范围内可以实施各种修改和改进，诸如所有或部分其他实施例的组合或替换。
例如，在以上实施例中，作为通/断操作的半导体元件的MOSFET被记载为开关元件的示例。然而，开关元件可以是例如使用绝缘栅的压控功率元件，诸如绝缘栅双极型晶体管（IGBT）或MOSFET，或者双极型晶体管。
此外，在以上实施例中，在初级转换电路20和次级转换电路30上将升压/降压比修改为不同的值时，执行操作以使初级旁路电路220和次级旁路电路320两者短路。然而，可以执行操作以使仅一个旁路电路短路。
此外，当构成全桥电路的臂电路中的一个的上臂和下臂两者均被断开，使得使用另一臂电路来执行升压/降压操作时，仅需要接通插入在另一臂电路的中点和中心抽头之间的短路控制元件。
在图1中，例如，当在初级第二上臂V1和初级第二下臂/V1两者均断开的条件下使用初级第一臂电路207执行升压/降压操作时，仅需要接通插入到中点207m和中心抽头202m之间的旁路通路中的初级第一短路控制元件X1。在该情况下，初级第二短路控制元件Y1可以断开，或者初级第二短路控制元件Y1可以被省略。相似地，当在初级第一上臂U1和初级第一下臂/U1两者均断开的条件下使用初级第二臂电路211执行升压/降压操作时，仅需要接通插入到中点211m和中心抽头202m之间的旁路通路中的初级第二短路控制元件Y1。在该情况下，初级第一短路控制元件X1可以断开，或者初级第一短路控制元件X1可以被省略。注意，这同样适用于次级转换电路30。
此外，在初级转换电路20和次级转换电路30上将升压/降压比修改为不同的值时，通过使构成初级全桥电路200的开关元件的开关周期T不同于构成次级全桥电路300的开关元件的开关周期T，可以使初级转换电路20和次级转换电路30的占空比彼此不同（参见图4）。
Claims (5)
1.一种电力转换系统，所述电力转换系统包括变压器(400)、初级转换电路(20)和次级转换电路(30)，其中
所述变压器包括初级线圈(202)和次级线圈(302)，
所述初级转换电路被配置成包括：
初级全桥电路(200)，其具有所述初级线圈(202)和初级磁耦合电抗器(204)，所述初级磁耦合电抗器被配置成包括初级第一电抗器(204a)和磁耦合到所述初级第一电抗器的初级第二电抗器(204b)，
第一输入/输出端口(PA)，其设置在初级正电极总线(298)和初级负电极总线(299)之间，
第二输入/输出端口(PC)，其设置在所述初级负电极总线(299)和所述初级线圈(202)的中心抽头(202m)之间，以及
初级旁路电路(220)，其被配置成将所述初级线圈的末端短路，以及
所述次级转换电路被配置成包括：
次级全桥电路(300)，其具有所述次级线圈(302)和次级磁耦合电抗器(304)，所述次级磁耦合电抗器被配置成包括次级第一电抗器(304a)和磁耦合到所述次级第一电抗器的次级第二电抗器(304b)，
第三输入/输出端口(PB)，其设置在次级正电极总线(398)和次级负电极总线(399)之间，
第四输入/输出端口(PD)，其设置在所述次级负电极总线(399)和所述次级线圈(302)的中心抽头(302m)之间，以及
次级旁路电路(320)，其被配置成将所述次级线圈的末端短路。
2.根据权利要求1所述的电力转换系统，其中
所述初级全桥电路(200)被配置成还包括初级第一上臂(U1)、初级第一下臂(/U1)、初级第二上臂(V1)和初级第二下臂(/V1)，以及所述次级全桥电路(300)被配置成还包括次级第一上臂(U2)、次级第一下臂(/U2)、次级第二上臂(V2)和次级第二下臂(/V2)。
3.根据权利要求2所述的电力转换系统，其中
所述初级第一上臂(U1)、所述初级第一下臂(/U1)、所述初级第二上臂(V1)和所述初级第二下臂(/V1)是开关元件，这些开关元件分别被配置成包括N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET和用作所述N沟道MOSFET的寄生元件的体二极管，以及
所述次级第一上臂(U2)、所述次级第一下臂(/U2)、所述次级第二上臂(V2)和所述次级第二下臂(/V2)是开关元件，这些开关元件分别被配置成包括N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET和用作N沟道MOSFET的寄生元件的体二极管。
4.根据权利要求1所述的电力转换系统，其中
所述初级旁路电路包括短路结构，所述初级旁路电路的所述短路结构在不经过所述初级线圈(202)的情况下将所述初级磁耦合电抗器(204)直接连接到所述初级线圈的中心抽头(202m)，
所述次级旁路电路包括短路结构，所述次级旁路电路的所述短路结构在不经过所述次级线圈(302)的情况下将所述次级磁耦合电抗器(304)直接连接到所述次级线圈的中心抽头(302m)。
5.根据权利要求4所述的电力转换系统，其中
所述初级旁路电路(220)的所述短路结构包括初级第一短路控制元件(X1)和初级第二短路控制元件(Y1)，所述初级第一短路控制元件(X1)能够使初级第一绕组(202a)的各个末端短路，所述初级第二短路控制元件(Y1)能够使初级第二绕组(202b)的各个末端短路，
所述初级第一短路控制元件(X1)和所述初级第二短路控制元件(Y1)之间的中间连接点(220b)连接到所述初级线圈的中心抽头(202m)，以及
所述次级旁路电路(320)的所述短路结构包括次级第一短路控制元件(X2)和次级第二短路控制元件(Y2)，所述次级第一短路控制元件(X2)能够使次级第一绕组(302a)的各个末端短路，所述次级第二短路控制元件(Y2)能够使次级第二绕组(302b)的各个末端短路，
所述次级第一短路控制元件(X2)和所述次级第二短路控制元件(Y2)之间的中间连接点(320b)连接到所述次级线圈的中心抽头(302m)。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Granted publication date: 20170412 Termination date: 20201108 |
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