CN104660053A - 电力转换装置以及电力修正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力转换装置以及电力修正方法。该电力修正方法对在初级侧电路和次级侧电路之间传输，且根据所述初级侧电路的开关和所述次级侧电路的开关间的相位差而被调整的传输电力进行修正，具有：使第1晶体管以及第2晶体管接通的开关步骤；在所述次级侧电路的负极母线与正极母线之间施加规定电压的电压施加步骤；使第3晶体管、第4晶体管接通的开关步骤；计测从使第3晶体管以及第4晶体管接通后到在第1晶体管以及第2晶体管开始流过电流为止的延迟时间的延迟时间计测步骤；计测在第1晶体管以及第2晶体管流动的电流的变化率的变化率计测步骤；以及根据延迟时间的计测值以及变化率的计测值来修正传输电力的修正步骤。
Description
将于2013年11月19日提交的日本申请号2013-238913的公开文本包括的说明书、附图以及摘要援用于此。
技术领域
本发明涉及电力转换装置以及电力修正方法。
背景技术
已知有根据初级侧转换电路的开关和次级侧转换电路的开关之间的相位差来调整在初级侧转换电路和与初级侧转换电路通过变压器磁耦合的次级侧转换电路之间传输的传输电力的电力转换装置(例如参照日本特开2011－193713)。
但是，由于变压器等磁元件的电路常数和初级侧转换电路等的开关定时容易发生偏差，因此难以使传输电力接近所期望的值。
于是，本发明的目的在于进行高精度的电力传输。
发明内容
为了实现上述目的，根据一个方式，提供一种电力修正方法，对在初级侧电路和经由电抗器与所述初级侧电路连接且通过变压器与所述初级侧电路磁耦合的次级侧电路之间传输，并且根据所述初级侧电路的开关与所述次级侧电路的开关之间的相位差而被调整的传输电力进行修正，该电力修正方法包括：使与所述初级侧电路的负极母线连接的第1晶体管以及第2晶体管接通的开关步骤；在所述次级侧电路的负极母线与正极母线之间施加规定的电压的步骤；使与所述次级侧电路的正极母线连接的第3晶体管以及经由所述电抗器与所述第3晶体管连接且与所述次级侧电路的负极母线连接的第4晶体管接通的开关步骤；计测从使所述第3晶体管以及所述第4晶体管接通后到在所述第1晶体管以及所述第2晶体管开始流过电流为止的延迟时间的步骤；计测在所述第1晶体管以及所述第2晶体管中流动的电流的变化率的步骤；和根据所述延迟时间的计测值以及所述变化率的计测值来修正所述传输电力的步骤。
根据一个方式，能够进行高精度的电力传输。
附图说明
关于本发明的优选实施方式的特点、优点、技术以及工业上的意义，以下将结合附图进行说明。其中，对相同或相近的元件赋予相同的附图标记：
图1是表示电力转换装置的构成例的图。
图2是表示控制部的构成例的框图。
图3是表示1次侧电路和次级侧电路的开关例的时序图。
图4是表示电力修正方法的一例的图。
图5是表示电力修正方法的一例的图。
具体实施方式
＜电源装置101的构成＞
图1是表示作为电力转换装置的实施方式的电源装置101的构成例的框图。电源装置101例如是具备电源电路10、控制部50以及传感器部70的电源系统。电源装置101例如是搭载于汽车等车辆且向车载的各负载配电的系统。作为这样的车辆的具体例，可列举混合动力车辆、插电式混合动力车辆和电动汽车等。
电源装置101例如具有连接初级侧高电压级负载61a的第1输入输出端口60a和连接初级侧低电压级负载61c以及初级侧低电压级电源62c的第2输入输出端口60c作为初级侧端口。初级侧低电压级电源62c向以与初级侧低电压级电源62c相同的电压级(例如12V级)动作的初级侧低电压级负载61c供给电力。另外，初级侧低电压级电源62c向以与初级侧低电压级电源62c不同的电压级(例如比12V级高的48V级)动作的初级侧高电压级负载61a供给由在电源电路10构成的初级侧转换电路20升压后的电力。作为初级侧低电压级电源62c的具体例，可列举铅电池等二次电池。
电源装置101例如具有连接次级侧高电压级负载61b以及次级侧高电压级电源62b的第3输入输出端口60b和连接次级侧低电压级负载61d的第4输入输出端口60d作为次级侧端口。次级侧高电压级电源62b向以与次级侧高电压级电源62b相同的电压级(例如比12V级以及48V级高的288V级)动作的次级侧高电压级负载61b供给电力。另外，次级侧高电压级电源62b向以与次级侧高电压级电源62b不同的电压级(例如比288V级低的72V级)动作的次级侧低电压级负载61d供给由在电源电路10构成的次级侧转换电路30降压后的电力。作为次级侧高电压级电源62b的具体例，可列举锂离子电池等二次电池。
电源电路10是具有上述4个输入输出端口，并具有从上述4个输入输出端口中选择任意的2个输入输出端口，在该2个输入输出端口间进行电力转换的功能的电力转换电路。另外，具备电源电路10的电源装置101也可以是具有至少3个以上的多个输入输出端口，并能够在至少3个以上的多个输入输出端口中任意2个输入输出端口间转换电力的装置。例如，电源电路10可以是具有不包含第4输入输出端口60d的3个输入输出端口的电路。
端口电力Pa、Pc、Pb、Pd分别是第1输入输出端口60a、第2输入输出端口60c、第3输入输出端口60b、第4输入输出端口60d的输入输出电力(输入电力或输出电力)。端口电压Va、Vc、Vb、Vd分别是第1输入输出端口60a、第2输入输出端口60c、第3输入输出端口60b、第4输入输出端口60d的输入输出电压(输入电压或输出电压)。端口电流Ia、Ic、Ib、Id分别是第1输入输出端口60a、第2输入输出端口60c、第3输入输出端口60b、第4输入输出端口60d的输入输出电流(输入电流或输出电流)。
电源电路10具备设置于第1输入输出端口60a的电容器C1、设置于第2输入输出端口60c的电容器C3、设置于第3输入输出端口60b的电容器C2以及设置于第4输入输出端口60d的电容器C4。作为电容器C1、C2、C3、C4的具体例，可列举薄膜电容、铝电解电容，陶瓷电容、固体高分子电容等。
电容器C1被插入于第1输入输出端口60a的高电位侧的端子613和第1输入输出端口60a以及第2输入输出端口60c的低电位侧的端子614之间。电容器C3被插入于第2输入输出端口60c的高电位侧的端子616和第1输入输出端口60a以及第2输入输出端口60c的低电位侧的端子614之间。电容器C2被插入于第3输入输出端口60b的高电位侧的端子618和第3输入输出端口60b以及第4输入输出端口60d的低电位侧的端子620之间。电容器C4被插入于第4输入输出端口60d的高电位侧的端子622和第3输入输出端口60b以及第4输入输出端口60d的低电位侧的端子620之间。
电容器C1、C2、C3、C4可以设置于电源电路10的内部，也可以设置于电源电路10的外部。
电源电路10是构成为包含初级侧转换电路20和次级侧转换电路30的电力转换电路。另外，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以及次级侧磁耦合电抗器304而连接，且通过变压器400(中心抽头式变压器)进行磁耦合。由第1输入输出端口60a以及第2输入输出端口60c构成的初级侧端口和由第3输入输出端口60b以及第4输入输出端口60d构成的次级侧端口经由变压器400而连接。
初级侧转换电路20是构成为包含初级侧全桥电路200、第1输入输出端口60a和第2输入输出端口60的初级侧电路。初级侧全桥电路200是构成为包含变压器400的初级侧线圈202、初级侧磁耦合电抗器204、初级侧第1上臂U1、初级侧第1下臂/U1、初级侧第2上臂V1和初级侧第2下臂/V1的初级侧电力转换部。这里，初级侧第1上臂U1、初级侧第1下臂/U1、初级侧第2上臂V1和初级侧第2下臂/V1分别例如是构成为包含N沟道型MOSFET和作为该MOSFET的寄生元件的体二极管的开关元件。也可以与该MOSFET并联地追加连接二极管。
初级侧全桥电路200具有与第1输入输出端口60a的高电位侧的端子613连接的初级侧正极母线298和与第1输入输出端口60a以及第2输入输出端口60c的低电位侧的端子614连接的初级侧负极母线299。
在初级侧正极母线298和初级侧负极母线299之间，安装有将初级侧第1上臂U1和初级侧第1下臂/U1串联连接的初级侧第1臂电路207。初级侧第1臂电路207是能够进行基于初级侧第1上臂U1以及初级侧第1下臂/U1的接通断开的开关动作的电力转换动作的初级侧第1电力转换电路部(初级侧U相电力转换电路部)。并且，在初级侧正极母线298和初级侧负极母线299之间，与初级侧第1臂电路207并联地安装有将初级侧第2上臂V1和初级侧第2下臂/V1串联连接的初级侧第2臂电路211。初级侧第2臂电路211是能够进行基于初级侧第2上臂V1以及初级侧第2下臂/V1的接通断开的开关动作的电力转换动作的初级侧第2电力转换电路部(初级侧V相电力转换电路部)。
在连接初级侧第1臂电路207的中点207m和初级侧第2臂电路211的中点211m的桥部分，设置有初级侧线圈202和初级侧磁耦合电抗器204。在此对桥部分更加详细地说明连接关系，在初级侧第1臂电路207的中点207m连接有初级侧磁耦合电抗器204的初级侧第1电抗器204a的一端。并且，在初级侧第1电抗器204a的另一端连接有初级侧线圈202的一端。并且，在初级侧线圈202的另一端，连接初级侧磁耦合电抗器204的初级侧第2电抗器204b的一端。并且，初级侧第2电抗器204b的另一端与初级侧第2臂电路211的中点211m连接。另外，初级侧磁耦合电抗器204构成为包含初级侧第1电抗器204a和以耦合系数k1与初级侧第1电抗器204a磁耦合的初级侧第2电抗器204b。
中点207m是初级侧第1上臂U1和初级侧第1下臂/U1之间的初级侧第1中间节点，中点211m是初级侧第2上臂V1和初级侧第2下臂/V1之间的初级侧第2中间节点。
第1输入输出端口60a是设置于初级侧正极母线298和初级侧负极母线299之间的端口。第1输入输出端口60a构成为包含端子613和端子614。第2输入输出端口60c是设置于初级侧负极母线299和初级侧线圈202的中心抽头202m之间的端口。第2输入输出端口60c构成为包含端子614和端子616。
中心抽头202m与第2输入输出端口60c的高电位侧的端子616连接。中心抽头202m是在初级侧线圈202中构成的初级侧第1卷线202a和初级侧第2卷线202b的中间连接点。
次级侧转换电路30是构成为包含次级侧全桥电路300、第3输入输出端口60b和第4输入输出端口60d的次级侧电路。次级侧全桥电路300是构成为包含变压器400的次级侧线圈302、次级侧磁耦合电抗器304、次级侧第1上臂U2、次级侧第1下臂/U2、次级侧第2上臂V2和次级侧第2下臂/V2的次级侧电力转换部。在此，次级侧第1上臂U2、次级侧第1下臂/U2、次级侧第2上臂V2和次级侧第2下臂/V2分别例如是构成为包含N沟道型MOSFET和作为该MOSFET的寄生元件的体二极管的开关元件。也可以追加连接与该MOSFET并联的二极管。
次级侧全桥电路300具有与第3输入输出端口60b的高电位侧的端子618连接的次级侧正极母线398和与第3输入输出端口60b以及第4输入输出端口60d的低电位侧的端子620连接的次级侧负极母线399。
在次级侧正极母线398和次级侧负极母线399之间，安装有将次级侧第1上臂U2和次级侧第1下臂/U2串联连接的次级侧第1臂电路307。次级侧第1臂电路307是能够进行基于次级侧第1上臂U2以及次级侧第1下臂/U2的接通断开的开关动作的电力转换动作的次级侧第1电力转换电路部(次级侧U相电力转换电路部)。并且，在次级侧正极母线398和次级侧负极母线399之间，与次级侧第1臂电路307并联地安装有将次级侧第2上臂V2和次级侧第2下臂/V2串联连接的次级侧第2臂电路311。次级侧第2臂电路311是能够进行基于次级侧第2上臂V2以及次级侧第2下臂/V2的接通断开的开关动作的电力转换动作的次级侧第2电力转换电路部(次级侧V相电力转换电路部)。
在连接次级侧第1臂电路307的中点307m和次级侧第2臂电路311的中点311m的桥部分，设置有次级侧线圈302和次级侧磁耦合电抗器304。在此对桥部分更加详细地说明连接关系，在次级侧第1臂电路307的中点307m连接有次级侧磁耦合电抗器304的次级侧第1电抗器304a的一端。并且，在次级侧第1电抗器304a的另一端连接有次级侧线圈302的一端。并且，在次级侧线圈302的另一端连接有次级侧磁耦合电抗器304的次级侧第2电抗器304b的一端。另外，次级侧第2电抗器304b的另一端与次级侧第2臂电路311的中点311m连接。另外，次级侧磁耦合电抗器304构成为包含次级侧第1电抗器304a和以耦合系数k2与次级侧第1电抗器304a磁耦合的次级侧第2电抗器304b。
中点307m是次级侧第1上臂U2和次级侧第1下臂/U2之间的次级侧第1中间节点，中点311m是次级侧第2上臂V2和次级侧第2下臂/V2之间的次级侧第2中间节点。
第3输入输出端口60b是设置于次级侧正极母线398和次级侧负极母线399之间的端口。第3输入输出端口60b构成为包含端子618和端子620。第4输入输出端口60d是设置于次级侧负极母线399和次级侧线圈302的中心抽头302m的端口。第4输入输出端口60d构成为包含端子620和端子622。
中心抽头302m与第4输入输出端口60d的高电位侧的端子622连接。中心抽头302m是在次级侧线圈302中构成的次级侧第1卷线302a和次级侧第2卷线302b的中间连接点。
在图1中，电源装置101具备传感器部70。传感器部70是以规定的检测周期检测第1至第4输入输出端口60a、60c、60b、60d中的至少一个端口的输入输出值Y，并将与该检测出的输入输出值Y对应的检测值Yd向控制部50输出的检测单元。检测值Yd可以是对输入输出电压进行检测而得的检测电压，可以是对输入输出电流进行检测而得的检测电流，也可以是对输入输出电力进行检测而得的检测电力。传感器部70可以设置于电源电路10的内部也可以设置于外部。
传感器部70例如具有对第1至第4输入输出端口60a、60c、60b、60d中的至少一个端口产生的输入输出电压进行检测的电压检测部。传感器部70例如具有：初级侧电压检测部，其将输入输出电压Va和输入输出电压Vc中的至少一方的检测电压作为初级侧电压检测值输出；和次级侧电压检测部，其将输入输出电压Vb和输入输出电压Vd中的至少一方的检测电压作为次级侧电压检测值输出。
传感器部70的电压检测部例如具有：电压传感器，其对至少一个端口的输入输出电压值进行检测；和电压检测电路，其将与由该电压传感器检测到的输入输出电压值对应的检测电压向控制部50输出。
传感器部70例如具有对第1至第4输入输出端口60a、60c、60b、60d中的至少一个端口中流动的输入输出电流进行检测的电流检测部。传感器部70例如具有：初级侧电流检测部，其将输入输出电流Ia和输入输出电流Ic中的至少一方的检测电流作为初级侧电流检测值输出；和次级侧电流检测部，其将输入输出电流Ib和输入输出电流Id中的至少一方的检测电流作为次级侧电流检测值输出。
传感器部70的电流检测部例如具有：电流传感器，其对至少一个端口的输入输出电流值进行检测；和电流检测电路，其将与由该电流传感器检测到的输入输出电流值对应的检测电流向控制部50输出。
电源装置101具备控制部50。控制部50例如是具备内置有CPU的微型计算机的电子电路。控制部50可以设置于电源电路10的内部也可以设置于外部。
控制部50对基于电源电路10的电力转换动作进行反馈控制，以使得第1至第4输入输出端口60a、60c、60b、60d中的至少一个端口的输入输出值Y的检测值Yd收敛于对该端口设定的目标值Yo。目标值Yo例如是基于按与各输入输出端口连接的负载(例如初级侧低电压级负载61c等)规定的驱动条件，由控制部50或控制部50以外的规定装置设定的指令值。目标值Yo在从端口输出电力时作为输出目标值发挥功能，在电力向端口输入时作为输入目标值发挥功能，可以是目标电压值，可以是目标电流值，也可以是目标电力值。
另外，控制部50对基于电源电路10的电力转换动作进行反馈控制，以使得在初级侧转换电路20和次级侧转换电路30之间经由变压器400传输的传输电力P收敛于设定的目标传输电力Po。传输电力也被称为电力传输量。目标传输电力Po例如是基于任一端口的检测值Yd和目标值Yo之间的偏差，由控制部50或控制部50以外的规定装置设定的指令值。
控制部50通过使规定的控制参数X的值变化，对在电源电路10进行的电力转换动作进行反馈控制，从而能够对电源电路10的第1至第4各输入输出端口60a、60c、60b、60d的输入输出值Y进行调整。作为主要的控制参数X，可列举相位差、占空比D(接通时间δ)、等效电感L等控制变量。
相位差是在初级侧全桥电路200和次级侧全桥电路300之间同相的电力转换电路部间的开关定时的偏差(时滞)。占空比D(接通时间δ)是在初级侧全桥电路200和次级侧全桥电路300构成的各电力转换电路部中的开关波形的占空比(接通时间)。
等效电感L通过磁元件的泄漏电感求出，是对初级侧磁耦合电抗器204的泄漏电感、次级侧磁耦合电抗器的泄漏电感以及变压器400的泄漏电感合成后的合成电感。
上述控制参数X能够被相互独立地控制。控制部50通过使用相位差等效电感L、占空比D(接通时间δ)等的初级侧全桥电路200以及次级侧全桥电路300的相位控制和/或等效电感控制和/或占空比控制等，使电源电路10的各输入输出端口的输入输出值Y发生变化。
图2是控制部50的框图。控制部50是具有进行初级侧转换电路20的初级侧第1上臂U1等的各开关元件和次级侧转换电路30的次级侧第1上臂U2等的各开关元件的开关控制的功能的控制部。控制部50构成为包含电力转换模式决定处理部502、相位差决定处理部504、接通时间δ决定处理部506、初级侧开关处理部508和次级侧开关处理部510等。控制部50例如是具备内置有CPU的微型计算机的电子电路。
电力转换模式决定处理部502例如基于规定的外部信号(例如表示任意端口的检测值Yd和目标值Yo之间的偏差的信号)，从下述的电源电路10的电力转换模式A～L中选择并决定动作模式。电力转换模式具有对从第1输入输出端口60a输入的电力进行转换并向第2输入输出端口60c输出的模式A、对从第1输入输出端口60a输入的电力进行转换并向第3输入输出端口60b输出的模式B、和对从第1输入输出端口60a输入的电力进行转换并向第4输入输出端口60d输出的模式C。
并且，具有对从第2输入输出端口60c输入的电力进行转换并向第1输入输出端口60a输出的模式D、对从第2输入输出端口60c输入的电力进行转换并向第3输入输出端口60b输出的模式E、和对从第2输入输出端口60c输入的电力进行转换并向第4输入输出端口60d输出的模式F。
并且，具有对从第3输入输出端口60b输入的电力进行转换并向第1输入输出端口60a输出的模式G、对从第3输入输出端口60b输入的电力进行转换并向第2输入输出端口60c输出的模式H、和对从第3输入输出端口60b输入的电力进行转换并向第4输入输出端口60d输出的模式I。
另外，具有对从第4输入输出端口60d输入的电力进行转换并向第1输入输出端口60a输出的模式J、对从第4输入输出端口60d输入的电力进行转换并向第2输入输出端口60c输出的模式K、和对从第4输入输出端口60d输入的电力进行转换并向第3输入输出端口60b输出的模式L。
相位差决定处理部504为了使电源电路10作为DC－DC转换电路发挥作用，而具有设定初级侧转换电路20和次级侧转换电路30之间的开关元件的开关周期运动的相位差的功能。
接通时间δ决定处理部506为了使初级侧转换电路20和次级侧转换电路30分别作为升降压电路发挥作用，而具有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的功能。
初级侧开关处理部508具有基于电力转换模式决定处理部502、相位差决定处理部504和接通时间δ决定处理部506的输出，对初级侧第1上臂U1、初级侧第1下臂/U1、初级侧第2上臂V1和初级侧第2下臂/V1的各开关元件进行开关控制的功能。
次级侧开关处理部510具有基于电力转换模式决定处理部502、相位差决定处理部504和接通时间δ决定处理部506的输出，对次级侧第1上臂U2、次级侧第1下臂/U2、次级侧第2上臂V2和次级侧第2下臂/V2的各开关元件进行开关控制的功能。
控制部50所包含的处理部不限于上述的电力转换模式决定处理部502、相位差决定处理部504、接通时间δ决定处理部506、初级侧开关处理部508和次级侧开关处理部510。详细后述，例如，控制部50也可以包含对各输入输出端口(例如第1输入输出端口60a、第2输入输出端口60c、第3输入输出端口60b、第4输入输出端口60d)施加规定电压的电压施加处理部、计测延迟时间的延迟时间计测处理部、计测流过各开关元件的电流的变化率的变化率计测处理部、计算等效电感的计算处理部等。即，控制部50能够进行对传输电力进行控制时所需的各种处理。
＜电源装置101的动作＞
利用图1和图2来说明上述电源装置101的动作。例如，在被输入了要求使电源电路10的电力转换模式作为模式F动作的外部信号的情况下，控制部50的电力转换模式决定处理部502将电源电路10的电力转换模式决定为模式F。此时，向第2输入输出端口60c输入的电压被初级侧转换电路20的升压功能升压，该升压后的电压的电力通过作为电源电路10的DC－DC转换电路的功能而向第3输入输出端口60b侧传输，并且被次级侧转换电路30的降压功能降压而从第4输入输出端口60d输出。
这里，对初级侧转换电路20的升降压功能进行详细说明。着眼于第2输入输出端口60c和第1输入输出端口60a，第2输入输出端口60c的端子616经由初级侧第1卷线202a、与初级侧第1卷线202a串联连接的初级侧第1电抗器204a，与初级侧第1臂电路207的中点207m连接。并且，初级侧第1臂电路207的两端与第1输入输出端口60a连接，因此相当于在第2输入输出端口60c的端子616和第1输入输出端口60a之间安装有升降压电路。
并且，第2输入输出端口60c的端子616经由初级侧第2卷线202b、与初级侧第2卷线202b串联连接的初级侧第2电抗器204b而与初级侧第2臂电路211的中点211m连接。并且，初级侧第2臂电路211的两端与第1输入输出端口60a连接，因此相当于在第2输入输出端口60c的端子616和第1输入输出端口60a之间并联地安装有升降压电路。另外，次级侧转换电路30是具有与初级侧转换电路20大致相同构成的电路，因此相当于在第4输入输出端口60d的端子622和第3输入输出端口60b之间并联连接有2个升降压电路。因此，次级侧转换电路30与初级侧转换电路20同样地具有升降压功能。
接着，对电源电路10的作为DC－DC转换电路的功能详细说明。着眼于第1输入输出端口60a和第3输入输出端口60b，在第1输入输出端口60a连接有初级侧全桥电路200，在第3输入输出端口60b连接有次级侧全桥电路300。并且，设置于初级侧全桥电路200的桥部分的初级侧线圈202和设置于次级侧全桥电路300的桥部分的次级侧线圈302以耦合系数kT磁耦合，由此变压器400作为卷数1：N的中心抽头式变压器发挥作用。因此，通过调整初级侧全桥电路200和次级侧全桥电路300的开关元件的开关周期运动的相位差能够对向第1输入输出端口60a输入的电力进行转换并向第3输入输出端口60b传输，或者对向第3输入输出端口60b输入的电力进行转换并向第1输入输出端口60a传输。
图3是表示通过控制部50的控制，在电源电路10中构成的各臂的接通断开的开关波形的时序图的图。在图3中，U1是初级侧第1上臂U1的接通断开波形，V1是初级侧第2上臂V1的接通断开波形，U2是次级侧第1上臂U2的接通断开波形，V2是次级侧第2上臂V2的接通断开波形。初级侧第1下臂/U1、初级侧第2下臂/V1、次级侧第1下臂/U2和次级侧第2下臂/V2的接通断开波形分别是将初级侧第1上臂U1、初级侧第2上臂V1、次级侧第1上臂U2和次级侧第2上臂V2的接通断开波形反转后的波形(省略图示)。另外，在上下臂的两接通断开波形间，可以通过接通上下臂的双方而设置截止时间以使得不流过贯通电流。另外，在图3中，高电平表示接通状态，低电平表示断开状态。
这里，通过改变U1、V1、U2和V2的各接通时间δ，能够改变初级侧转换电路20和次级侧转换电路30的升降压比。例如，通过使U1、V1、U2和V2的各接通时间δ相互相等，能够使初级侧转换电路20的升降压比和次级侧转换电路30的升降压比相等。
接通时间δ决定处理部506使U1、V1、U2和V2的各接通时间δ相互相等(各接通时间δ＝初级侧接通时间δ11＝次级侧接通时间δ12＝时间值α)，以使得初级侧转换电路20和次级侧转换电路30的升降压比相互相等。
初级侧转换电路20的升降压比由在初级侧全桥电路200中构成的开关元件(臂)的接通时间δ占开关周期T的比例亦即占空比D决定。同样，次级侧转换电路30的升降压比由在次级侧全桥电路300中构成的开关元件(臂)的接通时间δ占开关周期T的比例亦即占空比D决定。初级侧转换电路20的升降压比是第1输入输出端口60a和第2输入输出端口60c之间的变压比，次级侧转换电路30的升降压比是第3输入输出端口60b和第4输入输出端口60d之间的变压比。
因此，例如，表示为初级侧转换电路20的升降压比＝第2输入输出端口60c的电压/第1输入输出端口60a的电压＝δ11/T＝α/T次级侧转换电路30的升降压比＝第4输入输出端口60d的电压/第3输入输出端口60b的电压＝δ12/T＝α/T。即，初级侧转换电路20和次级侧转换电路30的升降压比是相互相同的值(＝α/T)。
另外，图3的接通时间δ表示初级侧第1上臂U1以及初级侧第2上臂V1的接通时间δ11，并且表示次级侧第1上臂U2以及次级侧第2上臂V2的接通时间δ12。另外，在初级侧全桥电路200中构成的臂的开关周期T和在次级侧全桥电路300中构成的臂的开关周期T是相等的时间。
另外，U1和V1的相位差以180度(π)动作，U2和V2的相位差也以180度(π)动作。并且，通过改变U1和U2的相位差能够调整初级侧转换电路20和次级侧转换电路30之间的电力传输量P，若相位差＞0，则能够从初级侧转换电路20向次级侧转换电路30传输，若相位差＜0，则能够从次级侧转换电路30向初级侧转换电路20传输。
相位差是在初级侧全桥电路200和次级侧全桥电路300之间同相的电力转换电路部间的开关定时的偏差(时滞)。例如，相位差是初级侧第1臂电路207和次级侧第1臂电路307之间的开关定时的偏差，是初级侧第2臂电路211和次级侧第2臂电路311之间的开关定时的偏差。这些偏差被控制为保持相互相等不变。即，U1和U2的相位差以及V1和V2的相位差被控制为相同的值。
因此，例如，在输入了要求使电源电路10的电力转换模式作为模式F动作的外部信号的情况下，电力转换模式决定处理部502决定为选择模式F。并且，接通时间δ决定处理部506设定对将初级侧转换电路20作为对向第2输入输出端口60c输入的电压进行升压并向第1输入输出端口60a输出的升压电路发挥作用的情况下的升压比进行规定的接通时间δ。另外，在次级侧转换电路30中，作为以被由接通时间δ决定处理部506设定的接通时间δ规定的降压比对向第3输入输出端口60b输入的电压进行降压并向第4输入输出端口60d输出的降压电路发挥作用。并且，相位差决定处理部504设定用于使向第1输入输出端口60a输入的电力以所希望的电力传输量P传输至第3输入输出端口60b的相位差
初级侧开关处理部508对初级侧第1上臂U1、初级侧第1下臂/U1、初级侧第2上臂V1和初级侧第2下臂/V1的各开关元件进行开关控制，以使得将初级侧转换电路20作为升压电路，并且将初级侧转换电路20作为DC－DC转换电路的一部分发挥作用。
次级侧开关处理部510对次级侧第1上臂U2、次级侧第1下臂/U2、次级侧第2上臂V2和次级侧第2下臂/V2的各开关元件进行开关控制，以使得将次级侧转换电路30作为降压电路，并且将次级侧转换电路30作为DC－DC转换电路的一部分发挥作用。
如上述那样，能够使初级侧转换电路20以及次级侧转换电路30作为升压电路或降压电路发挥作用，并且能够使电源电路10也作为双向DC－DC转换电路发挥作用。因此，能够进行电力转换模式A～L的所有模式的电力转换，换言之，能够在从4个输入输出端口中选择出的2个输入输出端口间进行电力转换。
通过控制部50根据相位差等效电感L等调整的传输电力P(也称为电力传输量P)是在初级侧转换电路20和次级侧转换电路30中从一方转换电路经由变压器400向另一方转换电路发送的电力，由式1表示。
另外，N是变压器400的卷数比、Va是第1输入输出端口60a的输入输出电压(初级侧转换电路20的初级侧正极母线298和初级侧正极母线299之间的电压)，Vb是第3输入输出端口60b的输入输出电压(次级侧转换电路30的初级侧正极母线398和初级侧正极母线399之间的电压)。π是圆周率、ω(＝2π×f＝2π/T)是初级侧转换电路20和次级侧转换电路30的开关的角频率。f是初级侧转换电路20以及次级侧转换电路30的开关频率，T是初级侧转换电路20以及次级侧转换电路30的开关周期，L是磁耦合电抗器204、304和变压器400的电力传输相关的等效电感。F是将占空比D和相位差作为变量的函数，是不依赖于占空比D，随着相位差增加而单调递增的变量。占空比D以及相位差是设计为被规定的上下限值夹着的范围内变化的控制参数。
等效电感L能够在连接有初级侧磁耦合电抗器204和/或次级侧磁耦合电抗器304的变压器400的简易等效电路上被定义。等效电感L是在简易等效电路上对初级侧磁耦合电抗器204的泄漏电感和/或次级侧磁耦合电抗器的泄漏电感以及变压器400的泄漏电感合成后的合成电感。
例如，从次级侧转换电路30侧测定的等效电感L(次级侧换算值L)能够由式2表示。LEQ2＝2L1(1－k1)N2+2L2(1－k2)+LT2(1－kT 2)···(式2)
L1是初级侧磁耦合电抗器204的自感，k1是初级侧磁耦合电抗器204的耦合系数，N是变压器400的卷数比，L2是次级侧磁耦合电抗器304的自感，k2是次级侧磁耦合电抗器304的耦合系数，LT2是变压器400的次级侧的励磁电感，kT是变压器400的耦合系数。另外，在不使用第2输入输出端口60c或第4输入输出端口60d的情况下，在式2中，也可以不具有第1项或第2项所示的泄漏电感。
另外，在电源装置101中，由于变压器400或磁耦合电抗器204、304的芯材或卷线的尺寸公差比较大，因此耦合系数k1、k2、kT或自感具有较大的偏差。尤其是，在组装了线圈部件后，根据应力或变形，耦合系数k1、k2、kT和自感的偏差均很显著。其结果，等效电感L的偏差也变大，传输电力P也产生偏差。
传输电力P如式1所示那样，依赖于相位差和等效电感L。例如，等效电感L的值越大，则传输电力P越小，等效电感L的值越小，则传输电力P越大。因此，通过适当调整作为控制参数之一的相位差等效电感L等，能够控制传输电力P。
于是，控制部50通过准确地计测延迟时间以及电流的变化率(详细后述)，来调整相位差以及等效电感L。基于这些计测值，将传输电力P修正为最佳值，由此抑制传输电力P的变动。即，电源装置101通过控制部50将相位差以及等效电感L调整为所希望的值，并对传输电力P进行修正，由此能够进行高精度的电力传输。
另外，控制部50改变相位差以使得初级侧端口和次级侧端口中至少一个规定端口的端口电压Vp收敛于目标端口电压Vo，由此来调整传输电力P。因此，即使与该规定端口连接的负载的消耗电流增加，控制部50也能够通过改变相位差来调整传输电力P，由此来防止端口电压Vp相对于目标端口电压Vo降低。
例如，控制部50改变相位差以使得初级侧端口和次级侧端口中传输电力P的传输目的地亦即一个端口的端口电压Vp收敛于目标端口电压Vo，由此来调整传输电力P。因此，即使与传输电力P的传输目的地的端口连接的负载的消耗电流增加，控制部50也能够通过使相位差上升变化来将传输电力P调整为增加方向，由此防止端口电压Vp相对于目标端口电压Vo降低。
＜电源装置101的电力修正方法＞
利用图4对电源装置101的电力修正方法的一例进行说明。根据该电力修正方法，相位差以及等效电感(控制参数)基于延迟时间的计测值以及电流的变化率的计测值而被适当调整，传输电力基于控制参数而被适当修正。
首先，在初级侧全桥电路200中，使在初级侧负极母线299和初级侧第1电抗器204a之间电连接的初级侧第1下臂/U1与在初级侧负极母线299和初级侧第2电抗器204b之间电连接的初级侧第2下臂/V1接通(参照图4所示的圆)。
接着，在次级侧全桥电路300中，在第3输入输出端口60b的高电位侧的端子618和第3输入输出端口60b以及第4输入输出端口60d的低电位侧的端子620之间施加规定的电压(参照图4所示的箭头Y)。
接着，在次级侧全桥电路300中，使在次级侧正极母线398和次级侧第2电抗器304b之间电连接的次级侧第2上臂V2与在次级侧负极母线399和次级侧第1电抗器304a之间电连接的次级侧第1下臂/U2接通(参照图4所示的圆)。此时，从控制部50输出的接通信号(例如PWM信号)向次级侧第2上臂V2以及次级侧第1下臂/U2输入。
接着，在次级侧全桥电路300中，计测从使次级侧第2上臂V2以及次级侧第1下臂/U2接通(时刻tα1)后到在初级侧全桥电路200中在初级侧第1下臂/U1以及初级侧第2下臂/V1中开始实际流过电流(时刻tα2)为止的延迟时间α(参照图5)。延迟时间α是时刻tα1和时刻tα2的差(＝时刻tα2－时刻tα1)，即在初级侧全桥电路200和次级侧全桥电路300之间(各桥电路间)产生的开关的时间差。另外，为了准确地计测延迟时间α，优选使初级侧第1下臂/U1以及初级侧第2下臂/V1预先接通。
相位差依赖于延迟时间α。通过调整初级侧转换电路20所包含的开关元件以及次级侧转换电路30所包含的开关元件的开关定时，能够控制相位差因此，通过根据延迟时间α来调整开关定时，能够高精度地控制相位差
例如，将到在使次级侧第2上臂V2以及次级侧第1下臂/U2接通后在初级侧第1下臂/U1以及初级侧第2下臂/V1中实际开始流过电流为止的时间定义为延迟时间α1。另外，将到在使初级侧第2上臂V1以及初级侧第1下臂/U1接通后在次级侧第1下臂/U2以及次级侧第2下臂/V2中实际开始流过电流为止的时间定义为延迟时间α2。
此时，相位差利用α1、t5、α2、t6(参照图3)，以 表示。因此，通过调整初级侧第2上臂V1以及次级侧第2上臂V2的接通定时以使得(α2－α1)为零，能够高精度地控制相位差
或者，例如，将到在使次级侧第1上臂U2以及次级侧第2下臂/V2接通后在初级侧第1下臂/U1以及初级侧第2下臂/V1实际开始流过电流为止的时间定义为延迟时间α3。另外，将到在使初级侧第1上臂U1以及初级侧第2下臂/V1接通后在次级侧第2下臂/V2以及次级侧第1下臂/U2实际开始流过电流为止的时间定义为延迟时间α4。
此时，相位差利用α3、t1、α4和t2(参照图3)，以 表示。因此，通过调整初级侧第1上臂U1以及次级侧第1上臂U2的接通定时以使得(α4－α3)为零，能够高精度地控制相位差
接着，在初级侧全桥电路200中，计测在使次级侧第2上臂V2以及次级侧第1下臂/U2接通后，在初级侧第1下臂/U1以及初级侧第2下臂/V1沿图4所示的箭头Z方向实际开始流过电流后的上升的电流的变化率β(参照图5)。电流的变化率β由电流的变化/时间的变化(＝di/dt)表示。
此时，延迟时间α以及电流的变化率β在组装了变压器400、初级侧磁耦合电抗器204(包含初级侧第1电抗器204a和初级侧第2电抗器204b)、次级侧磁耦合电抗器304(包含次级侧第1电抗器304a和次级侧第2电抗器304b)的状态下被计测。
另外，使开关元件接通的定时没有特别限定。例如，在次级侧全桥电路300中，使在次级侧正极母线398和次级侧第2电抗器304b之间电连接的次级侧第2上臂V2以及在次级侧负极母线399和次级侧第1电抗器304a之间电连接的次级侧第2下臂/U2接通。接着，对第3输入输出端口60b的各端子施加规定的电压。接着，在初级侧全桥电路200中，使在初级侧负极母线299和初级侧第1电抗器204a之间电连接的初级侧第1下臂/U1与在初级侧负极母线299和初级侧第2电抗器204b之间电连接的初级侧第2下臂/V1接通。接着，在初级侧全桥电路200中，计测到在初级侧第1下臂/U1和初级侧第2下臂/V1开始流过电流为止的延迟时间、以及在初级侧第1下臂/U1和初级侧第2下臂/V1流过的电流的变化率。这样，通过与上述的情况相反的顺序，也能够进行计测。无论在哪种情况下，只要能够准确地计测各桥电路间产生的开关的时间差和在一方的桥电路流过的电流的变化率即可。
另外，要计测的电流的变化率β在上述情况下没有特别限定。例如，也能够计测在使初级侧第2上臂V1以及初级侧第1下臂/U1接通后在次级侧第1下臂/U2以及次级侧第2下臂/V2实际开始流过电流后的电流的变化率。或者，例如，也能够计测在使次级侧第1上臂U2以及次级侧第2下臂/V2接通后在初级侧第1下臂/U1以及初级侧第2下臂/V1实际开始流过电流后的电流的变化率。或者，例如，也能够计测在使初级侧第1上臂U1以及初级侧第2下臂/V1接通后在次级侧第2下臂/V2以及次级侧第1下臂/U2实际开始流过电流后的电流的变化率。
接着，基于计测到的电流的变化率β来计算等效电感L。等效电感L能够利用规定的电压(在次级侧全桥电路300中，在第3输入输出端口60b的高电位侧的端子618和第3输入输出端口60b以及第4输入输出端口60d的低电位侧的端子620之间施加的电压)V和电流的变化率β来表示为L＝V/(di/dt)＝V/β···(式5)。
根据式5可知，等效电感L能够仅根据规定的电压V以及电流的变化率β来计算。即，不用分别计测线圈部件组装后偏差较大的各磁元件的耦合系数k1、k2、kT和自感，能够以比较简易的方法来计算等效电感L。传输电力通过将等效电感L的计算值代入式1而被修正。
即，传输电力根据延迟时间α的计测值以及电流的变化率β的计测值而被修正。更具体而言，传输电力根据基于上述计测值而被调整的相位差以及等效电感L而被修正。
根据上述的电力修正方法，在线圈部件组装后的产品完成状态下，能够考虑应力、变形、接触电阻、寄生电感等使传输电力变动的所谓的不良影响来修正传输电力。因此，能够进行高精度的电力传输。另外，由于能够利用同一桥电路内的计测值来调整控制参数，因此能够容易地控制传输电力。即，通过上述电力修正方法，能够确立以往所没有的多端口电源电路的传输电力的控制技术。
另外，电力修正方法能够在电源装置101的制造工序内的检测工序中由检查装置进行。在从工厂等将电源装置101出厂后，也能够在实际使用电源装置101的状态(例如搭载于车辆的状态、搭载于信息通信设备以及信息家电设备等的IC的状态)下，通过异常检测工具或控制部50来进行。进行电力修正方法的场所、用途等没有特别限定。
以上通过实施方式例说明了电力转换装置以及电力转换方法，但本发明不限于上述实施方式例。能够在本发明的范围内进行与其他的实施方式例的一部分或全部的组合和置换等各种变形以及改良。
例如，在上述的实施方式中，作为开关元件的一例，列举了进行接通断开动作的半导体元件亦即MOSFET。但是，开关元件例如可以是基于IGBT、MOSFET等绝缘栅极的电压控制型功率元件，也可以是双极晶体管。
另外，可以与第1输入输出端口60a连接电源，也可以与第4输入输出端口60d连接电源。另外，可以不与第2输入输出端口60c连接电源，也可以不与第3输入输出端口60b连接电源。
另外，在图1中，在第2输入输出端口60c连接有初级侧低电压级电源62c，但也可以与第1输入输出端口60a和第2输入输出端口60c均不连接电源。
另外，本发明能够适用于具有至少3个以上的多个输入输出端口，且能够在至少3个以上的多个输入输出端口中任意2个输入输出端口间转换电力的电力转换装置。例如，本发明也能够适用于具有不存在图1所例示的4个输入输出端口中的任一输入输出端口的构成的电源装置。
Claims (6)
1.一种电力修正方法，对传输电力进行修正，所述传输电力是在初级侧电路(20)和经由电抗器与所述初级侧电路(20)连接且通过变压器与所述初级侧电路(20)磁耦合的次级侧电路(30)之间传输并且根据所述初级侧电路(20)的开关与所述次级侧电路(30)的开关之间的相位差而被调整的电力，该电力修正方法的特征在于，包括：
使与所述初级侧电路(20)的负极母线连接的第1晶体管以及第2晶体管接通来进行开关；
在所述次级侧电路(30)的负极母线与正极母线之间施加规定的电压；
使与所述次级侧电路(30)的正极母线连接的第3晶体管以及经由所述电抗器与所述第3晶体管连接且与所述次级侧电路(30)的负极母线连接的第4晶体管接通来进行开关；
计测从使所述第3晶体管以及所述第4晶体管接通后到在所述第1晶体管以及所述第2晶体管开始流过电流为止的延迟时间；
计测在所述第1晶体管以及所述第2晶体管中流动的电流的变化率；和
根据所述延迟时间的计测值以及所述变化率的计测值来修正所述传输电力。
2.根据权利要求1所述的电力修正方法，还包括：
基于所述规定的电压以及所述变化率的计测值来计算与所述电抗器和所述变压器的电力传输相关的等效电感，
在根据所述延迟时间的计测值以及所述变化率的计测值来修正所述传输电力时，基于所述等效电感的计算值来修正所述传输电力。
3.根据权利要求1或2所述的电力修正方法，其中，
基于所述延迟时间的计测值来调整使所述第3晶体管以及所述第4晶体管接通的定时。
4.一种电力转换装置，具备：初级侧电路(20)；次级侧电路(30)，其经由电抗器与所述初级侧电路(20)连接且通过变压器与所述初级侧电路(20)磁耦合；和控制部(50)，其通过对所述初级侧电路(20)的开关和所述次级侧电路(30)的开关之间的相位差进行修正，来控制在所述初级侧电路(20)和所述次级侧电路(30)之间传输的传输电力，该电力转换装置(101)的特征在于，
所述控制部(50)进行如下处理：
使与所述初级侧电路(20)的负极母线连接的第1晶体管以及第2晶体管接通；
在所述次级侧电路(30)的负极母线和正极母线之间施加规定的电压；
使与所述次级侧电路(30)的正极母线连接的第3晶体管、以及经由所述电抗器与所述第3晶体管连接且与所述次级侧电路(30)的负极母线连接的第4晶体管接通；
计测从使所述第3晶体管以及所述第4晶体管接通后到在所述第1晶体管以及所述第2晶体管开始流过电流为止的延迟时间；
计测在所述第1晶体管以及所述第2晶体管流动的电流的变化率；和
根据所述延迟时间的计测值以及所述变化率的计测值来修正所述传输电力。
5.根据权利要求4所述的电力转换装置，其中，
所述控制部(50)进行如下处理：
基于所述规定的电压以及所述变化率的计测值来计算与所述电抗器和所述变压器的电力传输相关的等效电感；和
基于所述等效电感的计算值来修正所述传输电力。
6.根据权利要求4或5所述的电力转换装置，其中，
基于所述延迟时间的计测值来调整使所述第3晶体管以及所述第4晶体管接通的定时。
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