CN104184326A - 电力转换设备和电力转换方法 - Google Patents

电力转换设备和电力转换方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104184326A
CN104184326A CN201410213249.0A CN201410213249A CN104184326A CN 104184326 A CN104184326 A CN 104184326A CN 201410213249 A CN201410213249 A CN 201410213249A CN 104184326 A CN104184326 A CN 104184326A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
circuit
primary side
input
output end
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201410213249.0A
Other languages
English (en)
Inventor
武藤润
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of CN104184326A publication Critical patent/CN104184326A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33584—Bidirectional converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33561—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having more than one ouput with independent control

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

提供了电力转换设备和电力转换方法。电力转换设备包括多个电源电路（11，12），每个电源电路包括初级侧电路（20）和经由变压器（400）磁耦合至初级侧电路（20）的次级侧电路（30）。根据初级侧电路（20）的切换与次级侧电路（30）的切换之间的相位差而改变的电力被输入至电源电路（11、12）以及从电源电路（11、12）输出。电力转换设备包括：第一电源电路（11）；第二电源电路（12），其使用第一电源电路（11）的输出侧作为其的输入侧；以及控制单元（50），其通过控制第一电源电路（11）的相位差和第二电源电路（12）的相位差来调节通过从第一电源电路（11）的输出电力中减去第二电源电路（12）的输入电力而获得的剩余电力。

Description

电力转换设备和电力转换方法
技术领域
本发明涉及一种电力转换设备及一种电力转换方法，所述电力转换设备设置有包括初级侧电路和经由变压器磁耦合至初级侧电路的次级侧电路的电源电路，所述电力转换方法用于转换输入至所述电源电路的电力。
背景技术
常规的电力转换设备可以通过改变初级侧电路的切换与次级侧电路的切换之间的相位差来调节在初级侧电路与次级侧电路之间传送的电力的量（例如参见日本专利申请公开第2011-193713号（JP2011-193713A））。
发明内容
然而，当初级侧电路的切换与次级侧电路的切换之间的相位差的绝对值减小时，电力转换效率，其是输入至初级侧电路和次级侧电路中的一个电路的电力与从另一个电路输出的电力之比，会降低。因此，本发明的目的是提供一种能够抑制初级侧电路与次级侧电路之间的电力转换效率的降低的电力转换设备以及电力转换方法。
本发明的第一方面是一种电力转换设备，所述电力转换设备包括：第一电源电路和第二电源电路，所述第一电源电路和所述第二电源电路分别包括初级侧电路和次级侧电路，所述次级侧电路经由变压器磁耦合至所述初级侧电路，其中根据所述初级侧电路的切换与所述次级侧电路的切换之间的相位差而改变的电力被输入至所述第一电源电路和所述第二电源电路，以及从所述第一电源电路和所述第二电源电路输出，并且其中所述第一电源电路的输出侧是所述第二电源电路的输入侧；以及控制单元，所述控制单元通过控制所述第一电源电路的相位差和所述第二电源电路的相位差来调节剩余电力，所述剩余电力是通过从所述第一电源电路的输出电力中减去所述第二电源电路的输入电力而获得的。
此外，本发明的第二方面是一种电力转换方法，所述电力转换方法用于对输入至第一电源电路和第二电源电路以及从第一电源电路和第二电源电路输出的电力进行转换，其中所述第一电源电路和所述第二电源电路中的每个电源电路包括初级侧电路和次级侧电路，所述次级侧电路经由变压器磁耦合至所述初级侧电路，其中电力根据所述初级侧电路的切换与所述次级侧电路的切换之间的相位差而改变。所述电力转换方法包括：通过控制所述第一电源电路的相位差和所述第二电源电路的相位差来调节剩余电力，所述剩余电力是通过从所述第一电源电路的输出电力中减去所述第二电源电路的输入电力而获得的，所述第二电源电路使用所述第一电源电路的输出侧作为所述第二电源电路的输入侧。
从而可以抑制初级侧电路与次级侧电路之间的电力转换效率的降低。
附图说明
下面将参照附图来描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，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是示出了用作为根据本发明的电力转换设备的实施方式的电源设备的配置的示例的框图；
图2是示出了根据该实施方式的电源设备的配置的示例的电路图；
图3是示出了根据该实施方式的控制单元的配置的示例的框图；
图4是示出了根据该实施方式的初级侧电路和次级侧电路的切换操作的示例的定时图；
图5是示出了根据该实施方式的相位差、端口电力和电力转换效率之间的关系的图；以及
图6是示出了根据本发明的电力转换方法的示例的流程图。
具体实施方式
图1是示出了用作为电力转换设备的实施方式的电源设备101的配置的示例的框图。电源设备101是包括例如第一电源电路11、第二电源电路12、控制单元50以及传感器单元70的电源系统。电源设备101是例如安装在诸如汽车的车辆中并且向各个车载负载提供电力的系统。
例如，电源设备101包括与初级侧高电压系统负载61a连接的第一输入/输出端口60a以及与初级侧低电压系统负载61c和初级侧低电压系统电源62c连接的第二输入/输出端口60c，作为初级侧端口。初级侧低电压系统电源62c将电力提供至初级侧低电压系统负载61c，该初级侧低电压系统负载61c通过与初级侧低电压系统电源62c相同的电压系统（例如12V系统）来操作。此外，初级侧低电压系统电源62c将由设置在电源电路11、12中的（以后描述的）初级侧转换电路20升压的电力提供至初级侧高电压系统负载61a，该初级侧高电压系统负载61a通过与初级侧低电压系统电源62c不同的电压系统（例如高于12V系统的48V系统）来操作。可以列举诸如铅电池的次级电池作为初级侧低电压系统电源62c的具体示例。
例如，电源设备101包括与次级侧高电压系统负载61b和次级侧高电压系统电源62b连接的第三输入/输出端口60b以及与次级侧低电压系统负载61d连接的第四输入/输出端口60d，作为次级侧端口。次级侧高电压系统电源62b将电力提供至次级侧高电压系统负载61b，该次级侧高电压系统负载61b通过与次级侧高电压系统电源62b相同的电压系统（例如高于12V系统和48V系统的288V系统）来操作。此外，次级侧高电压系统电源62b将由设置在电源电路11、12中的（以后描述的）次级侧转换电路30降压的电力提供至次级侧低电压系统负载61d，该次级侧低电压系统负载61d通过与次级侧高电压系统电源62b不同的电压系统（例如低于288V系统的72V系统）来操作。可以列举诸如锂离子电池的次级电池作为次级侧高电压系统电源62b的具体示例。
电源设备101是包括上述四个输入/输出端口并且具有以下功能的电力转换设备：该功能用于从该四个输入/输出端口中选择两个期望的输入/输出端口，并执行在所选择的两个输入/输出端口之间的电力转换。第一输入/输出端口60a是电源电路11、12公用的输入/输出节点，并且能够用于输入/输出二者，该电源电路11、12与第一输入/输出端口60a并联连接。这同样适用于上述其他三个输入/输出端口。
电源设备101是包括两个电源电路11、12的直流-直流（DC-DC）转换器，所述电源电路11、12在第一和第二输入/输出端口60a、60c与第三和第四输入/输出端口60b、60d之间彼此并联连接。由于冗余地包括如上所述的多个电源电路，所以可以增大能够被提供至相应负载61a、61b、61c、61d的输出电力，并且可以改进当在多个电源电路之中的一些电源电路中存在故障时的故障安全性能。
端口电力Pa、Pc、Pb、Pd分别是第一输入/输出端口60a、第二输入/输出端口60c、第三输入/输出端口60b和第四输入/输出端口60d的输入/输出电力（输入电力或输出电力）。在电源电路11中的输入或输出的端口电力Pa1、Pc1、Pb1、Pd1每个是与第一输入/输出端口60a连接的第一输入/输出端口63a、与第二输入/输出端口60c连接的第二输入/输出端口63c、与第三输入/输出端口60b连接的第三输入/输出端口63b以及与第四输入/输出端口60d连接的第四输入/输出端口63d中的电力。在电源电路12中的输入或输出的端口电力Pa2、Pc2、Pb2、Pd2每个是与第一输入/输出端口60a连接的第一输入/输出端口64a、与第二输入/输出端口60c连接的第二输入/输出端口64c、与第三输入/输出端口60b连接的第三输入/输出端口64b以及与第四输入/输出端口60d连接的第四输入/输出端口64d中的电力。
端口电压Va、Vc、Vb、Vd每个是第一输入/输出端口60a、第二输入/输出端口60c、第三输入/输出端口60b和第四输入/输出端口60d中的输入/输出电压（输入电压或输出电压）。在电源电路11中的输入或输出的端口电压Va1、Vc1、Vb1、Vd1每个是第一输入/输出端口63a、第二输入/输出端口63c、第三输入/输出端口63b和第四输入/输出端口63d中的电压。在电源电路12中的输入或输出的端口电压Va2、Vc2、Vb2、Vd2每个是第一输入/输出端口64a、第二输入/输出端口64c、第三输入/输出端口64b和第四输入/输出端口64d中的电压。
端口电流Ia、Ic、Ib、Id每个是第一输入/输出端口60a、第二输入/输出端口60c、第三输入/输出端口60b和第四输入/输出端口60d中的输入/输出电流（输入电流或输出电流）。在电源电路11中的输入或输出的端口电流Ia1、Ic1、Ib1、Id1每个是第一输入/输出端口63a、第二输入/输出端口63c、第三输入/输出端口63b和第四输入/输出端口63d中的电流。在电源电路12中的输入或输出的端口电流Ia2、Ic2、Ib2、Id2每个是第一输入/输出端口64a、第二输入/输出端口64c、第三输入/输出端口64b和第四输入/输出端口64d中的电流。
电源设备101包括：设置在第一输入/输出端口60a中的电容器C1、设置在第二输入/输出端口60c中的电容器C3、设置在第三输入/输出端口60b中的电容器C2、以及设置在第四输入/输出端口60d中的电容器C4。可以列举薄膜电容器、铝电解电容器、陶瓷电容器、聚合物电解电容器等作为电容器C1、C2、C3、C4的具体示例。
电容器C1插入在第一输入/输出端口60a的高电位侧端子602与第一输入/输出端口60a和第二输入/输出端口60c的低电位侧端子604之间。电容器C3插入在第二输入/输出端口60c的高电位侧端子606与第一输入/输出端口60a和第二输入/输出端口60c的低电位侧端子604之间。电容器C2插入在第三输入/输出端口60b的高电位侧端子608与第三输入/输出端口60b和第四输入/输出端口60d的低电位侧端子610之间。电容器C4插入在第四输入/输出端口60d的高电位侧端子612与第三输入/输出端口60b和第四输入/输出端口60d的低电位侧端子610之间。
电容器C1、C2、C3、C4可以设置在电源设备101内部或外部。
图2是示出了电源电路11的配置的示例的电路图。接下来，还将参照图1来描述电源电路11的配置。将省略对与电源电路11的配置相同的电源电路12的配置的描述。
电源电路11是被配置成包括初级侧转换电路20和次级侧转换电路30的电力转换电路。注意，初级侧转换电路20和次级侧转换电路30经由初级侧磁耦合电抗器204和次级侧磁耦合电抗器304而连接，并且通过变压器400（中心抽头变压器）而磁耦合。
初级侧转换电路20是被配置成包括初级侧全桥电路200、第一输入/输出端口63a以及第二输入/输出端口63c的初级侧电路。初级侧全桥电路200是被配置成包括变压器400的初级侧线圈202、初级侧磁耦合电抗器204、初级侧第一上臂U1、初级侧第一下臂/U1、初级侧第二上臂V1以及初级侧第二下臂/V1的初级侧电力转换单元。这里，初级侧第一上臂U1、初级侧第一下臂/U1、初级侧第二上臂V1以及初级侧第二下臂/V1由开关元件构成，该开关元件分别被配置成包括例如N沟道型金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和用作为MOSFET的寄生元件的体二极管。可以将另外的二极管并联连接至MOSFET。
初级侧全桥电路200包括初级侧正电极母线298和初级侧负电极母线299，该初级侧正电极母线298连接至第一输入/输出端口60a、63a的高电位侧端子602、613，该初级侧负电极母线299连接至第一输入/输出端口60a、63a和第二输入/输出端口60c、63c的低电位侧端子604、614。
将初级侧第一上臂U1与初级侧第一下臂/U1串联连接的初级侧第一臂电路207附接在初级侧正电极母线298与初级侧负电极母线299之间。初级侧第一臂电路207是能够通过接通和断开初级侧第一上臂U1和初级侧第一下臂/U1来执行电力转换操作的初级侧第一电力转换电路单元（初级侧U相电力转换电路单元）。另外，将初级侧第二上臂V1与初级侧第二下臂/V1串联连接的初级侧第二臂电路211与初级侧第一臂电路207并联地附接在初级侧正电极母线298与初级侧负电极母线299之间。初级侧第二臂电路211是能够通过接通和断开初级侧第二上臂V1与初级侧第二下臂/V1来执行电力转换操作的初级侧第二电力转换电路单元（初级侧V相电力转换电路单元）。
初级侧线圈202和初级侧磁耦合电抗器204被设置在将初级侧第一臂电路207的中点207m连接至初级侧第二臂电路211的中点211m的桥部分中。为了更详细地描述与桥部分的连接关系，初级侧磁耦合电抗器204的初级侧第一电抗器204a的一端连接至初级侧第一臂电路207的中点207m，而初级侧线圈202的一端连接至初级侧第一电抗器204a的另一端。此外，初级侧磁耦合电抗器204的初级侧第二电抗器204b的一端连接至初级侧线圈202的另一端，而初级侧第二电抗器204b的另一端连接至初级侧第二臂电路211的中点211m。注意，初级侧磁耦合电抗器204被配置成包括初级侧第一电抗器204a和初级侧第二电抗器204b，初级侧第二电抗器204b以耦合系数k1磁耦合至初级侧第一电抗器204a。
中点207m是初级侧第一上臂U1与初级侧第一下臂/U1之间的初级侧第一中间节点，而中点211m是初级侧第二上臂V1与初级侧第二下臂/V1之间的初级侧第二中间节点。
第一输入/输出端口60a、63a是设置在初级侧正电极母线298与初级侧负电极母线299之间的端口。第一输入/输出端口60a（63a）被配置成包括端子602和端子604（端子613和端子614）。第二输入/输出端口60c、63c是设置在初级侧负电极母线299与初级侧线圈202的中心抽头202m之间的端口。第二输入/输出端口60c（63c）被配置成包括端子604和端子606（端子614和端子616）。
中心抽头202m连接至第二输入/输出端口60c、63c的高电位侧端子606、616。中心抽头202m是构成初级侧线圈202的初级侧第一绕组202a与初级侧第二绕组202b之间的中间连接点。
次级侧转换电路30是配置成包括次级侧全桥电路300、第三输入/输出端口63b以及第四输入/输出端口63d的次级侧电路。次级侧全桥电路300是配置成包括变压器400的次级侧线圈302、次级侧磁耦合电抗器304、次级侧第一上臂U2、次级侧第一下臂/U2、次级侧第二上臂V2、以及次级侧第二下臂/V2的次级侧电力转换单元。这里，次级侧第一上臂U2、次级侧第一下臂/U2、次级侧第二上臂V2以及次级侧第二下臂/V2由开关元件构成，该开关元件分别被配置成包括例如N沟道型MOSFET和用作为MOSFET的寄生元件的体二极管。可以将另外的二极管并联连接至该MOSFET。
次级侧全桥电路300包括次级侧正电极母线398和次级侧负电极母线399，该次级侧正电极母线398连接至第三输入/输出端口60b、63b的高电位侧端子608、618，该次级侧负电极母线399连接至第三输入/输出端口60b、63b和第四输入/输出端口60d、63d的低电位侧端子610、620。
将次级侧第一上臂U2与次级侧第一下臂/U2串联连接的次级侧第一臂电路307附接在次级侧正电极母线398与次级侧负电极母线399之间。次级侧第一臂电路307是能够通过接通和断开次级侧第一上臂U2和次级侧第一下臂/U2来执行电力转换操作的次级侧第一电力转换电路单元（次级侧U相电力转换电路单元）。此外，将次级侧第二上臂V2和次级侧第二下臂/V2串联连接的次级侧第二臂电路311与次级侧第一臂电路307并联地附接在次级侧正电极母线398与次级侧负电极母线399之间。次级侧第二臂电路311是能够通过接通和断开次级侧第二上臂V2与次级侧第二下臂/V2来执行电力转换操作的次级侧第二电力转换电路单元（次级侧V相电力转换电路单元）。
次级侧线圈302和次级侧磁耦合电抗器304被设置在将次级侧第一臂电路307的中点307m连接至次级侧第二臂电路311的中点311m的桥部分中。为了更详细地描述与桥部分的连接关系，次级侧磁耦合电抗器304的次级侧第一电抗器304a的一端连接至次级侧第一臂电路307的中点307m，而次级侧线圈302的一端连接至次级侧第一电抗器304a的另一端。此外，次级侧磁耦合电抗器304的次级侧第二电抗器304b的一端连接至次级侧线圈302的另一端，而次级侧第二电抗器304b的另一端连接至次级侧第二臂电路311的中点311m。注意，次级侧磁耦合电抗器304被配置成包括次级侧第一电抗器304a和次级侧第二电抗器304b，次级侧第二电抗器304b以耦合系数k2磁耦合至次级侧第一电抗器304a。
中点307m是次级侧第一上臂U2与次级侧第一下臂/U2之间的次级侧第一中间节点，而中点311m是次级侧第二上臂V2与次级侧第二下臂/V2之间的次级侧第二中间节点。
第三输入/输出端口60b、63b是设置在次级侧正电极母线398与次级侧负电极母线399之间的端口。第三输入/输出端口60b（63b）被配置成包括端子608和端子610（端子618和端子620）。第四输入/输出端口60d、63d是设置在次级侧负电极母线399与次级侧线圈302的中心抽头302m之间的端口。第四输入/输出端口60d（63d）被配置成包括端子610和端子612（端子620和端子622）。
中心抽头302m连接至第四输入/输出端口60d、63d的高电位侧端子612、622。中心抽头302m是构成次级侧线圈302的次级侧第一绕组302a与次级侧第二绕组302b之间的中间连接点。
在图1中，电源设备101包括传感器70。传感器70用作为以预定检测周期间隔来检测第一至第四输入/输出端口60a、60c、60b、60d中的至少一个输入/输出端口的输入/输出值Y，并且将与所检测的输入/输出值Y对应的检测值Yd输出至控制单元50的检测装置。检测值Yd可以是通过检测输入/输出电压而获得的检测电压、通过检测输入/输出电流而获得的检测电流、或通过检测输入/输出电力而获得的检测电力。传感器70可以设置在电源电路11、12内部或外部。
传感器70包括例如电压检测单元，所述电压检测单元检测在第一至第四输入/输出端口60a、60c、60b、60d中的至少一个输入/输出端口中生成的输入/输出电压。例如，传感器70包括初级侧电压检测单元和次级侧电压检测单元，该初级侧电压检测单元输出来自输入/输出电压Va和输入/输出电压Vc之中的至少一个检测电压，作为初级侧电压检测值，该次级侧电压检测单元输出来自输入/输出电压Vb和输入/输出电压Vd之中的至少一个检测电压，作为次级侧电压检测值。
传感器70的电压检测单元包括例如电压传感器和电压检测电路，该电压传感器监测至少一个端口的输入/输出电压值，该电压检测电路将与电压传感器所监测的输入/输出电压值对应的检测电压输出至控制单元50。
传感器70包括例如电流检测单元，所述电流检测单元检测流过第一至第四输入/输出端口60a、60c、60b、60d中的至少一个输入/输出端口的输入/输出电流。例如，传感器70包括初级侧电流检测单元和次级侧电流检测单元，该初级侧电流检测单元输出来自输入/输出电流Ia和输入/输出电流Ic之中的至少一个检测电流，作为初级侧电流检测值，该次级侧电流检测单元输出来自输入/输出电流Ib和输入/输出电流Id之中的至少一个检测电流，作为次级侧电流检测值。
传感器70的电流检测单元包括例如电流传感器和电流检测电路，该电流传感器监测至少一个端口的输入/输出电流值，该电流检测电路将与电流传感器所监测的输入/输出电流值对应的检测电流输出至控制单元50。
电源设备101包括控制单元50。例如，控制单元50是包括微型计算机的电子电路，该微型计算机具有内置的中央处理单元（CPU）。控制单元50可以设置在电源电路11、12内部或外部。
控制单元50反馈控制（feedback-control）由电源电路11、12执行的电力转换操作，使得第一至第四输入/输出端口60a、60c、60b、60d中的至少一个输入/输出端口的输入/输出值Y的检测值Yd收敛于（converge）在该端口中设定的目标值Yo。例如，目标值Yo是由控制单元50或除控制单元50之外的预定设备基于驱动条件而设定的命令值，与连接至输入/输出端口的相应负载（例如初级侧低电压系统负载61c等）相关地限定该驱动条件。目标值Yo在从端口输出电力时用作为输出目标值，而在将电力输入至端口中时用作为输入目标值，并且其可以是目标电压值Yvo、目标电流值Yio或目标电力值Ypo。
控制单元50控制相应电源电路11、12的输入/输出端口63a至63d、64a至64d中的输入/输出电力，使得例如输入/输出（I/O）值Y的目标值Yo与检测值Yd之间的偏差变为零。
此外，控制单元50反馈控制由电源电路11、12执行的电力转换操作，使得经由变压器400在初级侧转换电路20与次级侧转换电路30之间传送的传送电力Q收敛于设定的目标传送电力Qo。传送电力还被称为电力传送量。例如，目标传送电力Qo是由控制单元50或除控制单元50之外的预定设备基于所述端口之一中的检测值Yd与目标值Yo之间的偏差而设定的命令值。
控制单元50通过改变预定控制参数X的值来对在相应电源电路11、12中执行的电力转换操作进行反馈控制，并且从而能够调节相应电源电路11、12的输入/输出端口63a至63d、64a至64d中的输入/输出电力。从而可以调节电源设备101的第一至第四输入/输出端口60a、60c、60b、60d中的每个输入/输出端口中的I/O值Y。可以考虑相位差φ和占空比D（接通时间δ）这两种控制变量作为主要控制参数X。
相位差φ是初级侧全桥电路200和次级侧全桥电路300的同相电力转换电路单元的切换定时之间的偏差（时间滞后）。占空比D（接通时间δ）是构成初级侧全桥电路200和次级侧全桥电路300的相应电力转换电路单元的切换波形之间的占空比（接通时间）。
这两个控制参数X可以相互独立地控制。控制单元50通过使用相位差φ和占空比D（接通时间δ）基于对初级侧全桥电路200和次级侧全桥电路300的占空比控制和/或相位控制来改变相应电源电路11、12的输入/输出端口63a至63d、64a至64d中的输入/输出电力。从而改变电源设备101的相应输入/输出端口60a至60d中的I/O值Y。
图3是控制单元50的框图。控制单元50是具有如下功能的控制单元：该功能用于对初级侧转换电路20的相应开关元件（例如初级侧第一上臂U1）和次级侧转换电路30的相应开关元件（例如次级侧第一上臂U2）执行开关控制。控制单元50被配置成包括电力转换模式确定处理单元502、相位差φ确定处理单元504、接通时间δ确定处理单元506、初级侧开关处理单元508以及次级侧开关处理单元510。例如，控制单元50是包括微型计算机的电子电路，该微型计算机具有内置CPU。
例如，要在下面描述的，电力转换模式确定处理单元502基于预定外部信号（例如表示所述端口之一中的检测值Yd与目标值Yo之间的偏差的信号）从电源设备101的电力转换模式A至L中选择并设定操作模式。关于电力转换模式，在模式A下，从第一输入/输出端口60a输入的电力被转换并输出至第二输入/输出端口60c。在模式B下，从第一输入/输出端口60a输入的电力被转换并输出至第三输入/输出端口60b。在模式C下，从第一输入/输出端口60a输入的电力被转换并输出至第四输入/输出端口60d。
在模式D下，从第二输入/输出端口60c输入的电力被转换并输出至第一输入/输出端口60a。在模式E下，从第二输入/输出端口60c输入的电力被转换并输出至第三输入/输出端口60b。在模式F下，从第二输入/输出端口60c输入的电力被转换并输出至第四输入/输出端口60d。
在模式G下，从第三输入/输出端口60b输入的电力被转换并输出至第一输入/输出端口60a。在模式H下，从第三输入/输出端口60b输入的电力被转换并输出至第二输入/输出端口60c。在模式I下，从第三输入/输出端口60b输入的电力被转换并输出至第四输入/输出端口60d。
在模式J下，从第四输入/输出端口60d输入的电力被转换并输出至第一输入/输出端口60a。在模式K下，从第四输入/输出端口60d输入的电力被转换并输出至第二输入/输出端口60c。在模式L下，从第四输入/输出端口60d输入的电力被转换并输出至第三输入/输出端口60b。
相位差φ确定处理单元504具有如下功能：该功能用于设定在初级侧转换电路20与次级侧转换电路30之间的开关元件的切换周期动作之间的相位差φ，以便于使电源设备101用作为DC-DC转换器电路。
接通时间δ确定处理单元506具有如下功能：该功能用于设定初级侧转换电路20和次级侧转换电路30的开关元件的接通时间δ，以便于使初级侧转换电路20和次级侧转换电路30分别用作为升压/降压电路。
初级侧开关处理单元508具有如下功能：该功能用于基于电力转换模式确定处理单元502、相位差φ确定处理单元504和接通时间δ确定处理单元506的输出，来对由初级侧第一上臂U1、初级侧第一下臂/U1、初级侧第二上臂V1和初级侧第二下臂/V1构成的相应开关元件执行开关控制。
次级侧开关处理单元510具有如下功能：该功能用于基于电力转换模式确定处理单元502、相位差φ确定处理单元504和接通时间δ确定处理单元506的输出，来对由次级侧第一上臂U2、次级侧第一下臂/U2、次级侧第二上臂V2和次级侧第二下臂/V2构成的相应开关元件执行开关控制。
现在将使用图1至图3来描述具有以上配置的电源设备101的操作。例如，当输入了请求将电源电路11的电力转换模式设定为模式F的操作的外部信号时，控制单元50的电力转换模式确定处理单元502将电源电路11的电力转换模式设定为模式F。此时，通过初级侧转换电路20的升压功能来升高输入至第二输入/输出端口63c的电压，因此具有升高的电压的电力通过电源电路11的DC-DC转换器电路功能而传送至第三输入/输出端口63b侧，通过次级侧转换电路30的降压功能而被降低，并且然后从第四输入/输出端口63d输出。
这里，将详细描述初级侧转换电路20的升压/降压功能。关注第二输入/输出端口63c和第一输入/输出端口63a，第二输入/输出端口63c的端子616经由初级侧第一绕组202a以及与该初级侧第一绕组202a串联连接的初级侧第一电抗器204a，连接至初级侧第一臂电路207的中点207m。初级侧第一臂电路207的相应端连接至第一输入/输出端口63a，并且因此，升压/降压电路附接在第二输入/输出端口63c的端子616与第一输入/输出端口63a之间。
第二输入/输出端口63c的端子616还经由初级侧第二绕组202b以及与该初级侧第二绕组202b串联连接的初级侧第二电抗器204b，连接至初级侧第二臂电路211的中点211m。初级侧第二臂电路211的相应端连接至第一输入/输出端口63a，并且因此，升压/降压电路并联地附接在第二输入/输出端口63c的端子616与第一输入/输出端口63a之间。注意，由于次级侧转换电路30是与初级侧转换电路20具有基本上相同配置的电路，因此两个升压/降压电路同样地并联连接在第四输入/输出端口63d的端子622与第三输入/输出端口63b之间。因此，次级侧转换电路30与初级侧转换电路20具有相同的升压/降压功能。
接下来，将详细地描述作为DC-DC转换器电路的电源电路11的功能。关注第一输入/输出端口63a和第三输入/输出端口63b，初级侧全桥电路200连接至第一输入/输出端口63a，而次级侧全桥电路300连接至第三输入/输出端口63b。当设置在初级侧全桥电路200的桥部分中的初级侧线圈202与设置在次级侧全桥电路300的桥部分中的次级侧线圈302以耦合系数kT磁耦合时，变压器400用作为具有绕组数1：N的中心抽头式变压器。因此，通过调节初级侧全桥电路200和次级侧全桥电路300中的开关元件的切换周期动作之间的相位差φ，能够将输入至第一输入/输出端口63a的电力转换并传送至第三输入/输出端口63b，或者能够将输入至第三输入/输出端口63b的电力转换并传送至第一输入/输出端口63a。
图4是示出了由控制单元50所执行的控制而产生的、设置在电源电路11中的相应臂的接通/断开切换波形的定时图。在图4中，U1是初级侧第一上臂U1的接通/断开波形，V1是初级侧第二上臂V1的接通/断开波形，U2是次级侧第一上臂U2的接通/断开波形，V2是次级侧第二上臂V2的接通/断开波形。初级侧第一下臂/U1、初级侧第二下臂/V1、次级侧第一下臂/U2和次级侧第二下臂/V2的接通/断开波形是通过分别将初级侧第一上臂U1、初级侧第二上臂V1、次级侧第一上臂U2和次级侧第二上臂V2的接通/断开波形反相而获得的反相波形（未示出）。注意，优选地在上臂和下臂的相应接通/断开波形之间设置空载时间（dead time），以防止直通电流在接通上臂和下臂二者时流动。此外，在图4中，高电平表示接通状态而低电平表示断开状态。
这里，通过修改U1、V1、U2和V2的相应接通时间δ，能够修改初级侧转换电路20和次级侧转换电路30的升压/降压比。例如，通过使U1、V1、U2和V2的相应接通时间δ彼此相等，能够使初级侧转换电路20的升压/降压比等于次级侧转换电路30的升压/降压比。
接通时间δ确定处理单元506使U1、V1、U2和V2的相应接通时间δ彼此相等（相应接通时间δ=初级侧接通时间δ11=次级侧接通时间δ12=时间值α），从而初级侧转换电路20和次级侧转换电路30的相应升压/降压比彼此相等。
通过占空比D来确定初级侧转换电路20的升压/降压比，该占空比D是构成初级侧全桥电路200的开关元件（臂）的切换周期T被接通时间δ占据的比例。相似地，通过占空比D来确定次级侧转换电路30的升压/降压比，该占空比D是构成次级侧全桥电路300的开关元件（臂）的切换周期T被接通时间δ占据的比例。初级侧转换电路20的升压/降压比是第一输入/输出端口63a与第二输入/输出端口63c之间的变压比，而次级侧转换电路30的升压/降压比是第三输入/输出端口63b与第四输入/输出端口63d之间的变压比。
因此，例如，
初级侧转换电路20的升压/降压比
=第二输入/输出端口63c的电压/第一输入/输出端口63a的电压
=δ11/T=α/T，
并且次级侧转换电路30的升压/降压比
=第四输入/输出端口63d的电压/第三输入/输出端口63b的电压
=δ12/T=α/T。
换句话说，初级侧转换电路20和次级侧转换电路30的相应升压/降压比采取相同的值（=α/T）。
注意，图4中的接通时间δ表示初级侧第一上臂U1和初级侧第二上臂V1的接通时间δ11以及次级侧第一上臂U2和次级侧第二上臂V2的接通时间δ12二者。此外，构成初级侧全桥电路200的臂的切换周期T与构成次级侧全桥电路300的臂的切换周期T是相等的时间。
此外，U1与V1之间的相位差在180度（π）处激活，并且同样地，U2与V2之间的相位差在180度（π）处激活。而且，通过改变U1与U2之间的相位差φ，能够调节初级侧转换电路20与次级侧转换电路30之间的电力传送量Q，使得当相位差φ＞0时能够将电力从初级侧转换电路20传送至次级侧转换电路30，并且当相位差φ＜0时能够将电力从次级侧转换电路30传送至初级侧转换电路20。
相位差φ是初级侧全桥电路200与次级侧全桥电路300的同相电力转换电路单元的切换定时之间的偏差（时间滞后）。例如，相位差φ是初级侧第一臂电路207和次级侧第一臂电路307的切换定时之间的偏差，并且是初级侧第二臂电路211和次级侧第二臂电路311的切换定时之间的偏差。将这些偏差控制为彼此相等。换句话说，将U1与U2之间的相位差φ和V1与V2之间的相位差φ控制为相同值。
因此，例如，当输入了请求将电源电路11的电力转换模式设定为模式F的操作的外部信号时，电力转换模式确定处理单元502选择并设定模式F。然后，接通时间δ确定处理单元506设定接通时间δ，以限定在使初级侧转换电路20用作为升压电路时所需要的升压比，该升压电路升高输入至第二输入/输出端口63c中的电压，并且将升高的电压输出至第一输入/输出端口63a。注意，次级侧转换电路30用作为降压电路，该降压电路以根据接通时间δ确定处理单元506所设定的接通时间δ而限定的降压比来降低输入至第三输入/输出端口63b中的电压，并且将降低的电压输出至第四输入/输出端口63d。此外，相位差φ确定处理单元504设定相位差φ使得以期望的电力传送量Q将输入至第一输入/输出端口63a中的电力传送至第三输入/输出端口63b。
初级侧开关处理单元508对由初级侧第一上臂U1、初级侧第一下臂/U1、初级侧第二上臂V1和初级侧第二下臂/V1构成的相应开关元件执行开关控制，以使初级侧转换电路20用作为升压电路，并且使初级侧转换电路20用作为DC-DC转换器电路的一部分。
次级侧开关处理单元510对由次级侧第一上臂U2、次级侧第一下臂/U2、次级侧第二上臂V2和次级侧第二下臂/V2构成的相应开关元件执行开关控制，以使次级侧转换电路30用作为降压电路，并且使次级侧转换电路30用作为DC-DC转换器电路的一部分。
如上所述，能够使初级侧转换电路20和次级侧转换电路30用作为升压电路或降压电路，并且能够使电源电路11用作为双向DC-DC转换器电路。因此，能够在全部的电力转换模式A至L下执行电力转换，或者换句话说，能够在从四个输入/输出端口中选择的两个输入/输出端口之间执行电力转换。
对电源电路11和电源电路12二者执行这种控制。控制单元50改变电源电路11、12中的至少一个电源电路的占空比D和相位差φ，使得I/O值Y的检测值Yd追随目标值Yo。
由控制单元50根据相位差φ调节的传送电力Q（还被称为电力传送量Q）是经由变压器400从初级侧转换电路20和次级侧转换电路30中的一者传送至另一者的电力，并且被表达为：
Q=(N×Va×Vb)/(π×ω×L)×F(D,φ)   等式1
注意，N为变压器400的绕组比，Va为第一输入/输出端口60a的输入/输出电压，Vb为第三输入/输出端口60b的输入/输出电压，π为圆周率（pi），ω(=2π×f=2π/T)为初级侧转换电路20和次级侧转换电路30的切换操作的角频率，f为初级侧转换电路20和次级侧转换电路30的切换频率，T为初级侧转换电路20和次级侧转换电路30的切换周期，L为与电力传送相关的磁耦合电抗器204、304和变压器400的等效电感，以及F(D,φ)为如下函数：该函数具有作为变量的占空比D和相位差φ，以及独立于占空比D随着相位差φ增大而单调增大的变量。占空比D和相位差φ是设计成在如下范围内变化的控制参数，该范围夹在预定上限与预定下限之间。
控制单元50通过改变相位差φ来调节传送电力Q，使得初级侧端口和次级侧端口之中的至少一个预定端口的端口电压Vp收敛于目标电压Vo。因此，即使在与预定端口连接的负载的电流消耗增大时，控制单元50也能够通过改变相位差φ以便于调节传送电力Q，来防止端口电压Vp相对于目标电压Vo下降。
例如，控制单元50通过改变相位差φ来调节传送电力Q，使得初级侧端口和次级侧端口之中的、用作为传送电力Q的传送目的地的一个端口中的端口电压Vp收敛于目标电压Vo。因此，即使在与用作为传送电力Q的传送目的地的端口连接的负载的电流消耗增大时，控制单元50也能够通过增大相位差φ以便于在增大方向上调节传送电力Q，来防止端口电压Vp相对于目标电压Vo下降。
同时，根据等式1，在电源电路11中的初级侧转换电路20与次级侧转换电路30之间经由变压器400输入/输出的传送电力Q随着电源电路11的相位差φ的增大而单调增大。因此，被输入至电源电路11的初级侧转换电路20和次级侧转换电路30中所配置的输入/输出端口63a至63d或者从该输入/输出端口63a至63d输出的端口电力Pa1、Pc1、Pb1、Pd1也随着传送电力Q在电源电路11中单调增大而单调增大。相似地，当电源电路12的相位差φ增大时，被输入至电源电路12的初级侧转换电路20和次级侧转换电路30中所配置的输入/输出端口64a至64d或者从该输入/输出端口64a至64d输出的端口电力Pa2、Pc2、Pb2、Pd2也随着传送电力Q在电源电路12中单调增大而单调增大。
图5是示出了相位差φ、端口电力P和效率η的图。端口电力P表示被输入至初级侧转换电路20的初级侧端口或从初级侧转换电路20的初级侧端口输出的电力，或者表示被输入至次级侧转换电路30的次级侧端口或从次级侧转换电路30的次级侧端口输出的电力。初级侧转换电路20的初级侧端口在电源电路11的情况下是第一输入/输出端口63a和第二输入/输出端口63c，而在电源电路12的情况下是第一输入/输出端口64a和第二输入/输出端口64c。次级侧转换电路30的次级侧端口在电源电路11的情况下是第三输入/输出端口63b和第四输入/输出端口63d，而在电源电路12的情况下是第三输入/输出端口64b和第四输入/输出端口64d。
效率η是初级侧转换电路20的初级侧端口与次级侧转换电路30的次级侧端口之间的电力转换效率，并且用输出电力相对于输入电力的比来表示。关于初级侧端口和次级侧端口，当输入至一个端口的输入电力被限定为Pin、从另一个端口输出的输出电力被限定为Pout、输入至一个端口的输入电压被限定为Vin、从另一个端口输出的输出电压被限定为Vout、输入至一个端口的输入电流被限定为Iin、以及从另一个端口输出的输出电流被限定为Iout时，效率η能够表示如下：
η=Pout/Pin
=(Vout×Iout)/(Vin×Iin)  等式2
例如，在图1和图2中，当输入至第三输入/输出端口63b的端口电力Pb1被转换，并且转换的端口电力Pa1被输出至第一输入/输出端口63a，并且第一输入/输出端口63a的电力Pa1被转换，并且转换的电力Pc1被输出至第二输入/输出端口63c时，能够根据等式2将电源电路11的效率η表示如下：
η=(Va1×Ia1+Vc1×Ic1)/(Vb1×Ib1)   等式3
注意，等式3是在不使用第四输入/输出端口60d、63d、64d的情况下的等式，并且在第四输入/输出端口60d、63d、64d中输入或输出的电力为零（例如，未配置次级侧低电压系统负载61d和电容器C4）。
然而，关于电源电路11、12，如图5中所示，存在着效率η将随着相位差φ的绝对值变小（换句话说，随着根据相位差φ而变化的端口电力P变小）而降低的情况。
因而，控制单元50通过控制相应电源电路11、12（参照图1）的相位差φ，来调节通过从电源电路11的输出电力Pout中减去电源电路12的输入电力Pin而获得的剩余电力Pr（=Pout-Pin），其中所述电源电路12使用电源电路11的输出侧作为输入侧。电源电路12将输出侧的转换电路的输出电力Pout的一部分设定为电源电路11中的初级侧转换电路20和次级侧转换电路30的输入电力Pin。输入电力Pin小于输出电力Pout。
因此，即使在增大电源电路11的相位差φ并增大电源电路11的输出电力Pout，以及增大电源电路12的相位差φ并增大电源电路12的输入电力Pin时，控制单元50也能够减少从电源设备101输出的剩余电力Pr。如上所述，即使当从电源电路11和电源电路12公用的输入/输出端口输出的剩余电力Pr相对较小时，也能够增大相应电源电路11、12的相位差φ，并且因此可以抑制相应电源电路11、12的效率η由于相位差φ的减小而降低。
图1示出了当电源电路11的输出电力Pout是作为从第一输入/输出端口63a输出的端口电力Pa1与从第二输入/输出端口63c输出的端口电力Pc1的和的总电力时的情况。而且，图1示出了当电源电路12的输入电力Pin是作为输入至第一输入/输出端口64a的端口电力Pa2与输入至第二输入/输出端口64c的端口电力Pc2的和的总电力时的情况。
考虑电源电路11、12二者的初级侧端口被设定为输出端口的情况。在前述情况下，作为电源电路11的初级侧端口63a、63c的输出电力Pout1与电源电路12的初级侧端口64a、64c的输出电力Pout2的和的总电力Ps被从电源设备101的初级侧端口60a、60c输出。随着作为总电力Ps的目标值的目标电力值Ypo减小，控制单元50控制相位差φ变小。如图5中所示，控制单元50能够通过将电源电路11、12二者的相位差φ控制为φ1来将输出电力Pout1、Pout2二者设定为P1。因此可以使总电力Ps（=Pout1+Pout2=P1+P2）收敛于减小的目标电力值Ypo。然而，当将相位差φ减小至φ1时，电源电路11、12的效率η将会降低至η1。
同时，当控制单元50要从电源设备101的初级侧端口60a、60c输出剩余电力Pr时，控制单元50在将改变电源电路11、12的相位差φ的范围限制为下限φ0或更大以及上限φ4或更小后，将电源电路11的相位差φ控制为φ2，并且将电源电路12的相位差φ控制为φ3（＜φ2）。
因此，电源电路11的输出电力Pout变为P2而电源电路12的输入电力Pin变为P3（＜P2）。因此，与总电力Ps的收敛的情况相似，可以使剩余电力Pr（=P2-P3）收敛于减小的目标电力值Ypo。另外，通过将电源电路11中的相位差φ控制为φ2，能够将电源电路11的效率η增大至η2，其中η2不小于预定参考值η0，并且，通过将电源电路12中的相位差φ控制为φ3，能够将电源电路12的效率η增大至η3，其中η3不小于参考值η0。也就是说，能够防止由于相位差φ减小至小于下限φ0的水平所引起的效率η的降低，并且能够防止由于相位差φ增大至大于上限φ4的水平所引起的效率η的降低。
而且，通过调节剩余电力Pr，即使当要求的目标电力值Ypo相对较小时，也可以防止电源电路11、12的相位差φ在效率η或操作稳定性相对较低的范围内变化。另外，即使当电源电路11、12的相位差φ增大时，也能够在电源电路11、12的效率η相对较高的范围内稳定地将相对较小的剩余电力Pr调节为目标电力值Ypo。另外，由于能够增大电源电路11、12的效率η，因此可以使由于电源电路12提取电源电路11的输出电力Pout所引起的损耗最小化。
控制单元50例如通过将改变电源电路11的相位差φ的范围限制为下限φ0或更大以及上限值φ4或更小，来调节电源电路12的相位差φ以使得剩余电力Pr收敛于目标电力值Ypo。优选地，控制单元50通过将电源电路11的相位差φ固定为恒定值来调节电源电路12的相位差φ，以使得剩余电力Pr收敛于目标电力值Ypo，所述恒定值是下限φ0或更大以及上限φ4或更小（例如，电源电路11的效率η取最大值时的值）。由于因此限制了电源电路11的相位差φ的值，所以可以在抑制剩余电力Pr中的波动的同时使剩余电力Pr迅速地收敛于目标电力值Ypo。
在图1的情况下，电源电路12使用电源电路11的输入侧作为输出侧。因此，由于从电源电路12的输入/输出端口64b、64d输出的电力的一部分或全部能够被返回并输入至电源电路11的输入/输出端口63b、63d，因此能够改进整个电源设备101的电力转换效率。
图6是示出了用于转换输入至电源电路11的次级侧端口的电力的电力转换方法的示例的流程图。在电源电路11、12二者在从次级侧至初级侧的相同方向上传送电力的状态下控制单元50确定是否满足电源电路11、12之一的效率η将降到预定参考值η0以下的预定条件（步骤S10）。
当控制单元50确定不满足该预定条件时，控制单元50继续将电源电路11、12的电力传送方向固定为从次级侧至初级侧的相同方向的状态（步骤S20）。因此，作为电源电路11的输出电力Pout1和电源电路12的输出电力Pout2的和的总电力Ps能够从电源设备101的初级侧端口输出，其中所述电源设备101的初级侧端口用作为电源电路11、12公用的输出端口。
同时，当控制单元50确定满足预定条件时，控制单元50将电源电路12的电力传送方向从与电源电路11的电力传送方向相同的方向（从次级侧至初级侧的方向）改变成与电源电路11的电力传送方向相反的方向（从初级侧至次级侧的方向）（步骤S30）。因此，剩余电力Pr能够从电源设备101的初级侧端口输出，所述电源设备101的初级侧端口用作为电源电路11、12公用的输出端口。
例如，在步骤S30中，控制单元50调节相应电源电路11、12的相位差φ，使得剩余电力Pr与目标电力值Ypo一致。例如，控制单元50以逐渐使电源电路11的相位差φ接近预定恒定值φ2，并且对输入至电源电路12的初级侧端口的电力进行转换以使得其被返回到电源电路11的次级侧端口的方式，将电源电路12的相位差φ调节为预定恒定值φ3。
而且，例如，在步骤S10中，控制单元50基于电源电路11、12之一的效率η的水平，将电源电路12的输入侧从电源电路11的输入侧改变为电源电路11的输出侧。能够基于前述控制来抑制效率η的降低。当控制单元50检测到例如效率η相对于参考值η0降低时（“检测”可以包括“估计”的意思），控制单元50将电源电路12的输入侧改变为电源电路11的输出侧，以使得将效率η增大至大于参考值η0。
例如，基于从传感器单元70输出的检测值Yd（具体地，从初级侧电压检测单元、初级侧电流检测单元、次级侧电压检测单元和次级侧电流检测单元输出的检测值），根据等式2（特别地等式3）得出效率η。例如，控制单元50通过在等式2或等式3中代入检测值Yd来计算效率η。控制单元50根据所计算的效率η来执行将电源电路12的输入侧改变为电源电路11的输出侧的控制。
另外，也可以例如基于相位差φ与效率η的相关性来得出效率η。例如，在电源设备101（或电源电路11、12）的制造时预先测量相位差φ与效率η的相关性，并且将指定所测量的相关性的映射或程序常数预先存储在配置于控制单元50中的存储装置中。控制单元50因此能够根据存储在存储装置中的映射来得出对应于相位差φ的效率η。此外，作为从相位差φ与效率η的相关性得出效率η的结果，甚至在没有传感器70中配置的电流检测单元的情况下也能够基于相位差φ来估计效率η。因此，例如可以减小控制单元50的操作负荷，改进控制单元50的响应性，并且实现降低电源设备101的成本。
此外，例如，在步骤S10中，控制单元50基于电源电路11、12之一的相位差φ的水平，将电源电路12的输入侧从电源电路11的输入侧改变为电源电路11的输出侧。能够基于前述控制来抑制效率η的降低。由于在相位差φ与效率η之间存在相关性，所以当检测到相位差φ小于下限φ0或者超过上限φ4时，控制单元50可以将电源电路12的输入侧改变为电源电路11的输出侧，使得将效率η增大至大于参考值η0。
而且，例如，在步骤S10中，控制单元50基于作为电源电路11的输出电力Pout1与电源电路12的输出电力Pout2的和的总电力Ps的目标电力值Ypo的水平，将电源电路12的输入侧从电源电路11的输入侧改变为电源电路11的输出侧。基于该控制，例如，通过当命令了小于预定阈值的目标电力值Ypo时将电源电路12的输入侧从电源电路11的输入侧改变为电源电路11的输出侧，根据该命令将相位差φ控制为是小的，因此能够防止效率η的降低。
以上描述了电力转换设备和电力转换方法的实施方式，但是本发明不限于以上实施方式，而可以在本发明的范围内实现各种修改和改进，例如可以将以上实施方式部分地或全部地与另一个实施方式进行组合或替换。
例如，在以上实施方式中，列举了MOSFET（其是经历接通/断开操作的半导体元件）作为开关元件的示例。然而，例如，开关元件可以是使用诸如绝缘栅双极性晶体管（IGBT）或MOSFET的绝缘栅、或双极性晶体管的电压控制型电力元件。
此外，电源可以连接至第一输入/输出端口60a，并且电源可以连接至第四输入/输出端口60d。此外，电源不需要连接至第二输入/输出端口60c，并且电源不需要连接至第三输入/输出端口60b。
而且，在图1中，初级侧低电压系统电源62c连接至第二输入/输出端口60c，但是电源不需要连接至第一输入/输出端口60a或第二输入/输出端口60c。
而且，控制单元50可以通过将改变电源电路12的相位差φ的范围限制为下限φ0或更大以及上限φ4或更小，来调节电源电路11的相位差φ，使得剩余电力Pr收敛于目标电力值Ypo。优选地，控制单元50通过将电源电路12的相位差φ固定为恒定值来调节电源电路11的相位差φ，使得剩余电力Pr收敛于目标电力值Ypo，其中该恒定值是下限φ0或更大以及上限φ4或更小（例如，电源电路12的效率η取最大值时的值）。由于因此限制了电源电路12的相位差φ的值，因此可以在抑制剩余电力Pr的波动的同时使剩余电力Pr迅速地收敛于目标电力值Ypo。
而且，当电源电路11、12二者的次级侧端口被设定为输出端口时，控制单元50可以通过将电源电路11、12之一的电源电路的输入侧改变为另一个电源电路的输出侧来调节剩余电力Pr。
而且，可以设置多个第一电源电路，而不限于单个第一电源电路。相似地，可以设置多个第二电源电路，而不限于单个第二电源电路。

Claims (9)

1.一种电力转换设备，包括：
第一电源电路（11）和第二电源电路（12），所述第一电源电路（11）和所述第二电源电路（12）分别包括初级侧电路（20）和次级侧电路（30），所述次级侧电路（30）经由变压器（400）磁耦合至所述初级侧电路（20），其中，根据所述初级侧电路（20）的切换与所述次级侧电路（30）的切换之间的相位差而改变的电力分别被输入至所述第一电源电路（11）和所述第二电源电路（12），以及分别被从所述第一电源电路（11）和所述第二电源电路（12）输出，并且其中，所述第一电源电路（11）的输出侧是所述第二电源电路（12）的输入侧；以及
控制单元（50），所述控制单元（50）通过控制所述第一电源电路（11）的相位差以及所述第二电源电路（12）的相位差来调节剩余电力，所述剩余电力是通过从所述第一电源电路（11）的输出电力中减去所述第二电源电路（12）的输入电力而获得的。
2.根据权利要求1所述的电力转换设备，其中所述第二电源电路（12）使用所述第一电源电路（11）的输入侧作为所述第二电源电路（12）的输出侧。
3.根据权利要求1或2所述的电力转换设备，其中所述控制单元（50）通过限制所述第一电源电路（11）的所述相位差改变的程度，来调节所述第二电源电路（12）的所述相位差。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电力转换设备，其中所述控制单元（50）通过将所述第一电源电路（11）的所述相位差固定为恒定值，来调节所述第二电源电路（12）的所述相位差。
5.一种电力转换方法，用于对分别输入至第一电源电路（11）和第二电源电路（12）以及分别从所述第一电源电路（11）和所述第二电源电路（12）输出的电力进行转换，其中所述第一电源电路（11）和所述第二电源电路（12）中的每个电源电路包括初级侧电路（20）和次级侧电路（30），所述次级侧电路（30）经由变压器（400）磁耦合至所述初级侧电路（20），并且其中，所述电力根据所述初级侧电路（20）的切换与所述次级侧电路（30）的切换之间的相位差而改变，所述电力转换方法包括：
通过控制所述第一电源电路（11）的相位差和所述第二电源电路（12）的相位差来调节剩余电力，所述剩余电力是通过从所述第一电源电路（11）的输出电力中减去所述第二电源电路（12）的输入电力而获得的，所述第二电源电路（12）使用所述第一电源电路（11）的输出侧作为所述第二电源电路（12）的输入侧。
6.根据权利要求5所述的电力转换方法，其中，基于预定条件将所述第二电源电路（12）的所述输入侧改变到所述第一电源电路（11）的所述输出侧。
7.根据权利要求6所述的电力转换方法，其中，基于所述初级侧电路（20）与所述次级侧电路（30）之间的电力转换效率的水平，将所述第二电源电路（12）的所述输入侧改变到所述第一电源电路（11）的所述输出侧。
8.根据权利要求6所述的电力转换方法，其中，基于所述第一电源电路（11）的所述相位差和所述第二电源电路（12）的所述相位差中的一个相位差的水平，将所述第二电源电路（12）的所述输入侧改变到所述第一电源电路（11）的所述输出侧。
9.根据权利要求6所述的电力转换方法，其中，基于总电力的目标值的大小，将所述第二电源电路（12）的所述输入侧改变到所述第一电源电路（11）的所述输出侧，所述总电力是所述第一电源电路（11）的输出电力与所述第二电源电路（12）的输出电力的和。
CN201410213249.0A 2013-05-21 2014-05-20 电力转换设备和电力转换方法 Pending CN104184326A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013107423A JP5790709B2 (ja) 2013-05-21 2013-05-21 電力変換装置及び電力変換方法
JP2013-107423 2013-05-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104184326A true CN104184326A (zh) 2014-12-03

Family

ID=51935289

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410213249.0A Pending CN104184326A (zh) 2013-05-21 2014-05-20 电力转换设备和电力转换方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9374013B2 (zh)
JP (1) JP5790709B2 (zh)
CN (1) CN104184326A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106549453A (zh) * 2016-12-09 2017-03-29 安科智慧城市技术（中国）有限公司 一种充电系统原边调控充电电流的方法
CN109643950A (zh) * 2016-08-26 2019-04-16 依赛彼公司 具有双象限转换器的改进的电源及操作技术

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5790709B2 (ja) * 2013-05-21 2015-10-07 トヨタ自動車株式会社 電力変換装置及び電力変換方法
JP5807658B2 (ja) * 2013-05-21 2015-11-10 トヨタ自動車株式会社 電力変換装置及び電力変換方法
JP5935789B2 (ja) * 2013-12-24 2016-06-15 トヨタ自動車株式会社 電力変換装置及び電力変換方法

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3571689A (en) * 1969-02-13 1971-03-23 Tydeman Machine Works Inc Circuit for supplying controlled dc loads from polyphase ac sources
JPH07264776A (ja) 1994-03-18 1995-10-13 Fujitsu Ltd 複数コンバータの並列接続制御装置
US5576940A (en) * 1995-01-09 1996-11-19 General Electric Company Front-end power converter for distributed power systems
JP3249418B2 (ja) 1997-02-27 2002-01-21 三洋電機株式会社 電源装置、無線装置
JP3361047B2 (ja) * 1998-01-30 2003-01-07 株式会社東芝 車両用電源装置
US6771519B2 (en) * 2000-09-29 2004-08-03 Unison Industries, Inc. Method and apparatus for generating high voltage
CA2369060C (en) * 2001-01-24 2005-10-04 Nissin Electric Co., Ltd. Dc-dc-converter and bi-directional dc-dc converter and method of controlling the same
US20060083037A1 (en) * 2004-07-27 2006-04-20 Silicon Laboratories Inc. Digital PWM controller with efficiency optimization as a function of PWM duty cycle
US7518886B1 (en) * 2005-02-18 2009-04-14 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Multiphase soft switched DC/DC converter and active control technique for fuel cell ripple current elimination
US7466565B2 (en) * 2005-06-30 2008-12-16 Tdk Corporation Switching power supply unit and voltage detection circuit
WO2007060506A2 (en) * 2005-10-14 2007-05-31 Astec International Limited Multiphase dc to dc converter
US7408794B2 (en) * 2006-02-21 2008-08-05 Ut-Battele Llc Triple voltage dc-to-dc converter and method
JP4229177B2 (ja) * 2006-11-30 2009-02-25 ミツミ電機株式会社 マルチフェーズｄｃ−ｄｃコンバータ
US7830686B2 (en) * 2007-06-05 2010-11-09 Honeywell International Inc. Isolated high power bi-directional DC-DC converter
EP2077609A3 (en) * 2007-12-27 2017-03-15 TDK Corporation Switching power supply unit
CN101895211B (zh) * 2009-05-22 2012-12-19 群康科技(深圳)有限公司 可扩充交换式电源电路
JP5815939B2 (ja) 2010-02-17 2015-11-17 株式会社豊田中央研究所 電力変換回路及び電力変換回路システム
WO2012090237A1 (ja) * 2010-12-27 2012-07-05 株式会社 日立製作所 電力変換装置
US8792253B2 (en) * 2011-10-03 2014-07-29 The Boeing Company System and methods for high power DC/DC converter
KR20130078386A (ko) * 2011-12-30 2013-07-10 엘에스산전 주식회사 전기자동차 충전기용 ｄｃ-ｄｃ 컨버터
JP5741558B2 (ja) * 2012-11-09 2015-07-01 トヨタ自動車株式会社 電力変換装置
JP5682611B2 (ja) * 2012-11-09 2015-03-11 トヨタ自動車株式会社 電力変換装置及び電力変換装置の故障検出方法
US9356523B2 (en) * 2012-12-28 2016-05-31 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. DC-to-DC converter
JP5807649B2 (ja) * 2013-02-15 2015-11-10 トヨタ自動車株式会社 電力変換装置及び電力変換方法
JP5783195B2 (ja) * 2013-02-18 2015-09-24 トヨタ自動車株式会社 電源装置及び制御方法
JP5790709B2 (ja) * 2013-05-21 2015-10-07 トヨタ自動車株式会社 電力変換装置及び電力変換方法
JP5807658B2 (ja) * 2013-05-21 2015-11-10 トヨタ自動車株式会社 電力変換装置及び電力変換方法
JP5790708B2 (ja) * 2013-05-21 2015-10-07 トヨタ自動車株式会社 電力変換装置及び電力変換方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109643950A (zh) * 2016-08-26 2019-04-16 依赛彼公司 具有双象限转换器的改进的电源及操作技术
US11394304B2 (en) 2016-08-26 2022-07-19 Esab Ab Power supply having two quadrant converter and techniques for operation
CN106549453A (zh) * 2016-12-09 2017-03-29 安科智慧城市技术（中国）有限公司 一种充电系统原边调控充电电流的方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20140347892A1 (en) 2014-11-27
JP5790709B2 (ja) 2015-10-07
JP2014230374A (ja) 2014-12-08
US9374013B2 (en) 2016-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104184336A (zh) 电力转换装置及电力转换方法
CN104184327B (zh) 电力转换装置和电力转换方法
CN104917388B (zh) 电力转换装置及其起动方法
CN104184329A (zh) 电力转换设备以及电力转换方法
JP5812040B2 (ja) 電力変換装置
CN107148728B (zh) 电源装置
JP2015204639A (ja) 電力変換装置及びその制御方法
CN104868735B (zh) 电力转换装置和电力转换方法
CN104917389B (zh) 电力变换装置以及电力变换方法
CN104980032A (zh) 电力转换装置以及电力转换方法
CN104836442B (zh) 电力转换装置和电力转换方法
CN104184326A (zh) 电力转换设备和电力转换方法
JP2012125040A (ja) 電力変換回路システム
CN104660053A (zh) 电力转换装置以及电力修正方法
CN104734492B (zh) 电力转换装置以及电力转换方法
CN104980035A (zh) 电力转换装置以及电力转换方法
CN104980034A (zh) 电力转换装置以及电力转换方法
JP2015202002A (ja) 電力変換装置
CN104980031B (zh) 电力转换装置和控制该电力转换装置的方法
CN104682710A (zh) 电力转换装置以及电力转换方法
JP2014230373A (ja) 電力変換装置及び電圧変換方法
TWI777736B (zh) 具旁通模式的升降壓切換式電源電路及其控制方法
JP2015057031A (ja) 電力変換装置及び電力変換方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20141203

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication