CN105637750A - 电力变换装置 - Google Patents

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Abstract

一种电力变换装置，使用磁耦合的多个绕组，根据负载的电力需求而将输入电力电力分配为多输出，其中，在从交流电源(1)供给电力的情况下，AC/DC转换器(2)、第1～第4开关电路(4)、(8)、(13)、(30)中的至少一个对AC/DC转换器(2)的输出侧的电压根据其检测值与目标值的偏差进行控制。在从第1直流电压源(11)或者第2直流电压源(34)供给电力的情况下，第1直流电压源(11)或者第2直流电压源(34)与变压器(6)之间的第2开关电路(8)或者第4开关电路(30)根据任意的时间比例供给电力。

Description

电力变换装置
技术领域
本发明涉及能够将输入电力向多输出进行电力分配控制的电力变换装置。
背景技术
作为以往的电力变换装置，有对变压器使用复合绕组来得到多输出的电源结构的例子(例如参照下述专利文献1)。即，该以往技术的电力变换装置的目的在于，在使用具有相互磁耦合的复合绕组的变压器而将来自交流电源的电力充电到两个直流电压源时，对某一个直流电压源设置优先次序而进行充电。另外，在没有交流电源时，将一方的直流电压源作为供给源而通过双向开关来对另一方的直流电压源进行充电。
专利文献1：日本专利第4263736号公报
发明内容
但是，在上述专利文献1记载的以往的电力变换装置中，用于控制充电的双向型开关电路包括开关元件和与该开关元件反并联地连接的二极管。因此，即使想要利用双向型开关电路通过PWM控制而控制向直流电压源的受电量，也会被以桥型连接的二极管整流，所以无法控制向直流电压源的充电量，作为结果，存在无法对交流输入电力进行分配控制这样的课题。
本发明是为了消除上述那样的问题而完成的，其目的在于提供一种如下电力变换装置：能够使用磁耦合的多个绕组，根据负载的电力需求而将输入电力向多输出进行电力分配控制。
本发明涉及电力变换装置，利用相互磁耦合的3个以上的绕组构成变压器，第1开关电路与所述绕组中的1个以上的绕组连接，对交流电源的输入电力进行直流变换的AC/DC转换器的直流侧与所述第1开关电路的输入部连接，具有检测所述AC/DC转换器的直流侧电压的电压检测部，开关电路和负载连接于所述绕组中的剩余的1个以上的绕组，其中，所述AC/DC转换器、所述第1开关电路、所述开关电路中的至少一个对所述AC/DC转换器的输出侧的电压根据其检测值与目标值的偏差进行控制，并且经由所述变压器连接的负载侧的所述开关电路对负载侧的电压或者电流根据其检测值与目标值的偏差进行控制，从而根据负载条件，分配供给电力。
根据本发明的电力变换装置，需要电力的负载与变压器之间的开关电路根据负载的电压或者电流的检测值与目标值的偏差而输出电力，从而能够根据负载条件而将输入电力向多输出进行电力分配控制。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的电力变换装置的电路结构图。
图2是本发明的实施方式1的电力变换装置的电路结构图。
图3是本发明的实施方式1的电力变换装置的电力流动的说明图。
图4是本发明的实施方式1的电力变换装置的电力流动的说明图。
图5是实现图3以及图4所示的电力流动的控制部的框图。
图6是实现图3以及图4所示的电力流动的控制部的框图。
图7是实现图3以及图4所示的电力流动的控制部的框图。
图8是实现图3以及图4所示的电力流动的控制部的框图。
图9是本发明的实施方式1的电力变换装置的电力流动的说明图。
图10是本发明的实施方式1的电力变换装置的电力流动的说明图。
图11是实现图9以及图10所示的电力流动的控制部的框图。
图12是本发明的实施方式1的电力变换装置的电力流动的说明图。
图13是本发明的实施方式1的电力变换装置的电力流动的说明图。
图14是实现图12以及图13所示的电力流动的控制部的框图。
图15是本发明的实施方式1的其它电力变换装置的电路结构图。
图16是本发明的实施方式1的其它电力变换装置的电路结构图。
图17是本发明的实施方式2的电力变换装置的电路结构图。
图18是本发明的实施方式2的电力变换装置的电路结构图。
图19是本发明的实施方式2的电力变换装置的电力流动的说明图。
图20是本发明的实施方式2的电力变换装置的电力流动的说明图。
图21是实现图19以及图20所示的电力流动的控制部的框图。
图22是实现图19以及图20所示的电力流动的控制部的框图。
图23是本发明的实施方式2的电力变换装置的电力流动的说明图。
图24是本发明的实施方式2的电力变换装置的电力流动的说明图。
图25是实现图23以及图24所示的电力流动的控制部的框图。
图26是本发明的实施方式2的电力变换装置的电力流动的说明图。
图27是本发明的实施方式2的电力变换装置的电力流动的说明图。
图28是实现图26以及图27所示的电力流动的控制部的框图。
图29是本发明的实施方式2的其它电力变换装置的电路结构图。
图30是本发明的实施方式2的其它电力变换装置的电路结构图。
图31是本发明的实施方式3的电力变换装置的电路结构图。
图32是本发明的实施方式4的电力变换装置的电路结构图。
具体实施方式
实施方式1.
图1以及图2是本发明的实施方式1的电力变换装置的电路结构图。
该实施方式1的电力变换装置应用于例如以电动车辆的充电器为中心的电源系统。交流电源1是商用交流电源、家用发电机等，第1直流电压源11是车辆行驶用的高压电池，第2直流电压源34是作为车辆电气安装件的电源的铅电池等电池，逆变器17能够应用于供给能够在车内使用的交流100V电源的电源系统。
交流电源1经由电压电流检测部51与AC/DC转换器2连接，交流电压Vacin作为直流电压VL1而积蓄到电容器3。该直流电压VL1通过第1开关电路4而变换为交流电压Vtr1。第1开关电路4作为以桥型连接了4个开关元件4a～4d而成的逆变器发挥功能，控制来自交流电源1的输入电力的受电量。
对第1开关电路4的第1交流端连接升压线圈5的第1端，对该升压线圈5的第2端连接第1绕组6a的第1端，该第1绕组6a是复合绕组变压器(以下简称为变压器)6的1次侧，第1绕组6a的第2端与第1开关电路4的第2交流端连接。
作为变压器6的2次侧的第2绕组6b的第1端与升压线圈7的第1端连接，该升压线圈7的第2端连接于第2开关电路8的第1交流端和具备两个开关元件9a、9b的开关9的第1端，第2绕组6b的第2端与第2开关电路8的第2交流端连接。另外，在第2开关电路8中，以桥型连接有4个开关元件8a～8d，在对第1直流电压源11进行充电时，作为升压斩波器发挥功能。
开关9的第2端与串联地连接的两个电容器10a、10b的连接点连接。第2开关电路8的直流正端子和电容器10a的另一端经由电压电流检测部53而与第1直流电压源11的正端连接。第2开关电路8的直流负端子和电容器10b的另一端经由电压电流检测部53而与第1直流电压源11的负端连接。另外，此处，两个电容器10a、10b构成为是相同的电容器电容。
作为变压器6的3次侧的第3绕组6c的第1端与升压线圈12的第1端连接，该升压线圈12的第2端与第3开关电路13的第1交流端连接，第3绕组6c的第2端与第3开关电路13的第2交流端连接。第3开关电路13是将整流元件13a与开关元件13b串联连接而成的1个支路、以及整流元件13c与开关元件13d串联连接而成的1个支路并联连接而成的2支路结构。另外，该第3开关电路13通常作为整流电路发挥功能，另外在后述平滑电容器15中产生的直流电压VL2低于规定值的情况下，作为升压斩波器发挥功能。
在变压器6的第3绕组6c中产生的交流电压Vtr3通过第3开关电路13而被直流变换，通过平滑线圈14和平滑电容器15被平滑化，经由电压电流检测部54积蓄到电容器16，成为直流电压VL2。电容器16与包括4个开关元件17a～17d的逆变器17的直流输入端连接。逆变器17的交流输出端依次连接有平滑线圈18a、18b、平滑电容器19、共模扼流线圈20、电压电流检测部55以及负载设备连接端21。在负载设备连接端21处，针对与其连接的未图示的各种设备(以下称为交流负载)，生成作为供给电源的交流电压Vacout。
作为变压器6的4次侧的第4绕组6d1、6d2按照中心抽头型构成，对其两端分别连接了构成第4开关电路30的两个开关元件30a、30b的第1端。对作为第4绕组6d1、6d2的中心抽头的连接点连接开关元件33，并且连接包括两个开关元件35a、35b的开关35。
开关元件33的输出侧连接于回流二极管36与平滑线圈31的连接点。平滑线圈31的输出、开关35的输出以及平滑电容器32的第1端分别共同地连接，经由电压电流检测部56而与第2直流电压源34的正端连接。开关元件30a、30b的第2端分别连接，并与回流二极管36的阳极端、平滑电容器32的第2端以及第2直流电压源34的负端连接。第4开关电路30包括上述两个开关元件30a、30b、开关元件33、回流二极管36以及平滑线圈31，通过开关元件33、回流二极管36以及平滑线圈31的结构而作为降压斩波器发挥功能。
另外，构成第1～第4开关电路4、8、13、30的各开关元件、构成逆变器17的各开关元件不限于IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)，也可以是MOSFET(MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor，金属－氧化物半导体场效应晶体管)等。
另外，控制部100起到控制第1～第4开关电路4、8、13、30、逆变器17的动作的作用。
接下来，说明上述结构的电力变换装置中的电力分配的概要。
在连接交流电源1而将该交流电源1作为电源系统的电力供给源的情况下，将交流电源1的电压Vacin通过AC/DC转换器2变换为直流电压VL1，将该直流电压VL1变换为通过变压器6绝缘的2次侧直流电压Vbat1，对第1直流电压源11进行充电。另外，直流电压VL1变换为通过变压器6绝缘的3次侧的直流电压VL2，通过逆变器17被直流－交流变换，生成针对连接到负载设备连接端21的交流负载的交流电压Vacout。进而，直流电压VL1变换为通过变压器6绝缘的4次侧的直流电压Vbat2，对第2直流电压源34进行充电。
在由于未连接交流电源1而将第1直流电压源11作为电源系统的电力供给源的情况下，在第1直流电压源11的电压Vbat1变换为通过变压器6绝缘的3次侧的直流电压VL2之后，通过逆变器17进行直流－交流变换，生成针对连接到负载设备连接端21的交流负载的交流电压Vacout。另外，第1直流电压源11的电压Vbat1变换为通过变压器6绝缘的4次侧的直流电压Vbat2，对第2直流电压源34进行充电。
在由于未连接交流电源1且第1直流电压源11的充电量不足，而将第2直流电压源34作为电源系统的电力供给源的情况下，在第2直流电压源34的电压Vbat2变换为通过变压器6绝缘的3次侧的直流电压VL2之后，通过逆变器17生成针对连接到负载设备连接端21的交流负载的交流电源Vacout。另外，第2直流电压源34的电压Vbat2变换为通过变压器6绝缘的2次侧的直流电压Vbat1，对第1直流电压源11进行充电。
接下来，参照图3至图14，说明本发明的实施方式1的电力变换装置的电力流动。
如图3以及图4所示，在连接了交流电源1而将其作为电源系统的电力供给源的情况下，来自交流电源1的输入电力P1分配为向第1直流电压源11的充电电力P2、向连接到负载设备连接端21的交流负载的供给电力P3以及向第2直流电压源34的充电电力P4。
图5至图8是用于实现图3以及图4所示的电力流动的控制部100的框图。
此处，图5以及图6的框图是以使向连接到负载设备连接端21的交流负载的供给电力P3和向第2直流电压源34的充电电力P4优先，将其余的电力作为向第1直流电压源11的充电电力P2而进行供给的方式动作的情况。在该情况下，AC/DC转换器2以恒定电流进行电力供给。即，AC/DC转换器2通过对交流电源1的电流指令值Iacin*与电压电流检测部51的电流检测值Iacin的偏差进行比例控制(P控制)，并进行PWM控制，从而以恒定电流朝向电容器3供给电力，同时高功率因数地控制交流电流(参照图5(a))。此时，交流电源1的电流指令值Iacin*可以任意地设定。另外，第1开关电路4通过按照基于任意的时间比例指令值Duty*的恒定的时间比例来进行PWM动作，从而对变压器6供给交流电力(参照图5(b))。
第2开关电路8根据电容器3的电压指令值VL1*与电压电流检测部52的电压检测值VL1的偏差，进行比例积分控制(PI控制)，作为第1直流电压源11的电流指令值Ibat1*。通过对该电流指令值Ibat1*与电压电流检测部53的电流检测值Ibat1的偏差进行比例控制(P控制)，并进行PWM控制，从而进行第1直流电压源11的充电电流控制(参照图5(c))。
第3开关电路13根据平滑电容器15的电压指令值VL2*与电压电流检测部54的电压检测值VL2的偏差进行比例积分控制(PI控制)，并进行PWM控制，从而控制平滑电容器15的电压VL2(参照图6(a))。另外，在逆变器17中，由输出交流电压的指令值Vacout*与电压电流检测部54的电压检测值VL2的商作为正弦波逆变器的调制率，通过PWM控制而将交流电压Vacout输出到负载设备连接端21(参照图6(b))。
构成第4开关电路30的开关元件33根据第2直流电压源34的电压指令值Vbat2*与电压电流检测部56的电压检测值Vbat2的偏差进行比例积分控制(PI控制)，并进行PWM控制，由此进行第2直流电压源34的充电电压控制(参照图6(c))。
这样，在图5以及图6所示的控制中，以从交流电源1接受恒定的输入电力P1，将输出了向连接到负载设备连接端21的交流负载的供给电力P3和向第2直流电压源34的充电电力P4之后的剩余的电力作为向第1直流电压源11的充电电力P2进行供给的方式动作。
另外，第4开关电路30的开关元件33以使电容器3的电压VL1恒定的方式进行动作，第2开关电路8以使第1直流电压源11的电压或者电流恒定的方式进行控制，从而还能够以从交流电源1接受恒定的输入电力P1，将输出了向连接到负载设备连接端21的交流负载的供给电力P3和向第1直流电压源11的充电电力P1之后的剩余的电力，作为向第2直流电压源34的充电电力P4进行供给的方式动作。
图7以及图8是以使向第1直流电压源11的充电电力P2恒定，从交流电源1接受向连接到负载设备连接端21的交流负载的供给电力P3与向第2直流电压源34的充电电力P4的合计电力的方式动作的情况。在该情况下，AC/DC转换器2根据电容器3的电压指令值VL1*与电压电流检测部52的电压检测值VL1的偏差，进行比例积分控制(PI控制)，作为交流电源电流指令值Iacin*。根据该交流电源电流指令值Iacin*与电压电流检测部51的电流检测值Iacin的偏差进行比例控制(P控制)，并进行PWM控制，从而在进行电容器3的电压VL1的控制的同时，对交流电源电流Iacin进行高功率因数控制(参照图7(a))。另外，第1开关电路4按照基于任意的时间比例指令值Duty*的恒定的时间比例来进行PWM动作，由此对变压器6供给交流电力(参照图7(b))。
第2开关电路8通过对第1直流电压源11的电流指令值Ibat1*与电压电流检测部53的电流检测值Ibat1的偏差进行比例控制(P控制)，并进行PWM控制，从而以恒定电流对第1直流电压源11进行充电(参照图7(c))。
另外，第3开关电路13、逆变器17、第4开关电路30的开关元件33与图6(a)～(c)的情况相同地进行动作(参照图8(a)～(c))。
这样，在图7以及图8所示的控制中，以从交流电源1接受向第1直流电压源11的充电电力P2、向连接到负载设备连接端21的交流负载的供给电力P3以及向第2直流电压源34的充电电力P4的合计电力的方式动作。另外，在图5、图6、图7、图8的控制中，也可以根据电压电流检测部52的电压检测值VL1的反馈结果，使第1开关电路4的时间比例可变。
如图9以及图10所示，在由于未连接交流电源1而将第1直流电压源11作为电力供给源的情况下，来自第1直流电压源11的放电电力P20分配为向连接到负载设备连接端21的交流负载的供给电力P30和向第2直流电压源34的充电电力P40。另外，此时的来自交流电源1的输入电力P10是零。
图11是用于实现图9以及图10所示的电力流动的控制部100的框图。
此处，图11是未特别考虑电容器3的电压VL1而使第1直流电压源11放电的情况。在该情况下，AC/DC转换器2和第1开关电路4都停止动作，并且第2开关电路8按照基于任意的时间比例指令值Duty*的恒定的时间比例来进行PWM动作，从而使第1直流电压源11放电(参照图11(a))。
另外，第3开关电路13、逆变器17、第4开关电路30的开关元件33与图6(a)～图6(c)的情况相同地进行动作(参照图11(b)～图11(d))。
如图12以及图13所示，在未连接交流电源1且第1直流电压源11的充电量不足的情况下，第2直流电压源34成为电力供给源。在该情况下，来自第2直流电压源34的放电电力P42分配为向第1直流电压源11的充电电力P22和向连接到负载设备连接端21的交流负载的供给电力P32。
图14是用于实现图12以及图13所示的电力流动的控制部100的框图。
此处，图14是未特别考虑电容器3的电压VL1而使第2直流电压源34放电的情况。因此，AC/DC转换器2和第1开关电路4都停止动作，并且第2直流电压源34的前级的开关35为导通状态，使开关元件33和平滑线圈31旁通。
而且，通过使第4开关电路30的开关元件30a、30b按照基于任意的时间比例指令值Duty*的恒定的时间比例来进行PWM动作，从而对变压器6供给交流电力(参照图14(d))。第2开关电路8根据第1直流电压源11的电流指令值Ibat1*与电压电流检测部53的电流检测值Ibat1的偏差进行比例控制(P控制)，并进行PWM控制，从而以恒定电流对第1直流电压源11进行充电(参照图14(a))。
另外，第3开关电路13和逆变器17与图6(b)、图6(c)的情况相同地进行动作(参照图14(b)、图14(c))。
另外，在上述控制部100的控制动作的说明中，第1直流电压源11进行利用恒定电流充电的控制，另外，第2直流电压源34进行利用恒定电压充电的控制，但第1直流电压源11、第2直流电压源34都不限于这样的充电方法，能够采用与第1、第2直流电压源11、34相应的充电方法。例如，也可以以恒定电压对第1直流电压源11进行充电，以恒定电流对第2直流电压源34进行充电。
另外，在使第1直流电压源11放电的情况下，可以使开关9导通，将一方的支路的两个开关元件8c、8d设为截止状态，对另一方的支路的两个开关元件8a、8b进行PWM控制，按照半桥动作来使第1直流电压源11放电，或者也可以对4个开关元件8a～8d进行PWM控制，按照全桥动作来使第1直流电压源11放电。
另外，在不控制向第1直流电压源11、第2直流电压源34或者逆变器17的电压、电流的情况、或者不进行来自第1直流电压源11或者第2直流电压源34的电力供给的情况下，第2开关电路8、第3开关电路13或者第4开关电路30的开关元件33也可以分别由二极管等整流用无源元件构成。另外，在不控制第2直流电压源34的电压或者电流的情况下，不需要开关元件33、开关35、二极管36。在通过第3开关电路13控制平滑电容器15的电压的情况下，还能够省去平滑线圈14。
通过该实施方式1，能够经由变压器6，根据第1直流电压源11、第2直流电压源34或者连接到负载设备连接端21的交流负载(以下将它们总称而简称为负载)所需的电力，控制来自交流电源1、第1直流电压源11或者第2直流电压源34的电力供给量。
即，在仅将交流电源1作为电力供给源的情况下，由AC/DC转换器2控制AC/DC转换器2的输出电压，从而能够从交流电源1供给负载电力的合计。另外，由变压器6与负载之间的各开关电路8、13、30中的任意的开关电路控制AC/DC转换器2的输出侧的电容器3的电压VL1，从而调整向控制AC/DC转换器2的输出侧的电压VL1的各开关电路8、13、30的后级侧的负载的供给电力。由此，能够使来自交流电源1的供给电力恒定。
另外，在仅将第1直流电压源11或者第2直流电压源34作为电力供给源的情况下，通过第2开关电路8或者第4开关电路30以任意的导通时间(Duty)进行动作，从而能够进行电力供给。
此处，在图1以及图2所示的电力变换装置中，如果以使在变压器6的第2绕组6b或者第4绕组6d1、6d2中产生的感应电压小于第1直流电压源11或者第2直流电压源34的充电电压的方式调整变压器6的匝数比，则通过停止第2开关电路8或者第4开关电路30的动作，从而能够使向第1直流电压源11或者第2直流电压源34的电力供给停止。
例如，调整第1绕组6a和第2绕组6b的各匝数，设定为变压器6的第2绕组6b的电压Vtr2成为比第1直流电压源11的电压Vbat1低的电压那样的匝数比。即，以使下式成立的方式设定。
Vtr2＝{(n2/n1)×Vtr1}<Vbat1
在维持该状态的状态下，变压器6的第2绕组6b的电压Vtr2比第1直流电压源11的电压Vbat1低，所以不针对第1直流电压源11进行充电。
因此，为了对第1直流电压源11进行充电，使第2开关电路8作为升压斩波器进行动作。即，首先，使开关9截止，使第2开关电路8的开关元件8d导通，在升压线圈7中使电流流过而积蓄能量。接下来，通过使开关元件8d截止并且使开关元件8c导通，从而由积蓄于升压线圈7的能量经由开关元件8c对第1直流电压源11进行充电。能够通过该开关元件8d的导通/截止比例来控制充电量。
这样，在通过变压器6的第1绕组6a与第2绕组6b的匝数比而设定成变压器6的第2绕组6b的电压Vtr2的电压比第1直流电压源11的电压Vbat1低的状态下，使第2开关电路8进行升压动作而控制升压比，从而能够控制针对第1直流电压源11的充电量。另外，通过停止第2开关电路8的动作，能够停止充电。由于能够停止充电，从而在例如第1直流电压源11是电池的情况下，能够在满充电状态下使充电停止，防止过充电。
如以上那样，根据该实施方式1的电力变换装置，通过将电源侧的控制与负载侧的控制组合，从而能够将输入电力向多输出进行电力分配控制，并且能够在根据需要而对其它负载进行电力供给的同时，任意地使针对第1直流电压源11或者第2直流电压源34的充电动作停止。
另外，在图1以及图2的电力变换装置的电路结构图中，能够将第1直流电压源11或者第2直流电压源34置换为能够双向地进行电力变换的AC/DC转换器和交流电源。图15以及图16示出将图1以及图2的电力变换装置的第1直流电压源置换为AC/DC转换器和交流电源而得到的电力变换装置的电路结构图。即，在图15以及图16中，用交流电源40、交流电源40的电压电流检测部41以及能够双向电力变换的AC/DC转换器42置换了图1以及图2的第1直流电压源11。在能够双向电力变换的AC/DC转换器42对交流电源40再生电力的情况下，是与对图1以及图2的电路结构中的第1直流电压源11进行充电的上述动作同样的动作，在能够双向电力变换的AC/DC转换器42从交流电源40接受电力的情况下，是与从图1以及图2的电路结构中的第1直流电压源11放电的上述动作同样的动作。另外，在用交流电源、交流电源的电压电流检测部以及能够双向电力变换的AC/DC转换器置换了图1以及图2的电路结构中的第2直流电压源34的情况下，也与上述相同。
实施方式2.
图17以及图18是本发明的实施方式2的电力变换装置的电路结构图，对图1以及图2所示的与实施方式1对应或者相当的结构部分附加相同的符号。
该实施方式2的结构上的特征在于，在AC/DC转换器2的输出端侧，经由电压电流检测部54而与第1开关电路4并联地连接了包括4个开关元件17a～17dc的逆变器17的直流输入端。另外，对该逆变器17的交流输出端依次连接了平滑线圈18a、18b、平滑电容器19、共模扼流线圈20、电压电流检测部55以及负载设备连接端21。而且，在该负载设备连接端21中，生成作为未图示的交流负载的供给电源的交流电源Vacout。
其它结构与实施方式1的情况基本上相同，所以对所对应的结构部分附加相同的符号而省略详细的说明。另外，关于第1～第4开关电路4、8、13、30、逆变器17等的动作，也基本上与实施方式1相同，所以在此省略详细的说明。
接下来，参照图19至图28，说明本发明的实施方式1的电力变换装置的电力流动。
如图19以及图20所示，在连接交流电源1而将其作为电力供给源的情况下，来自交流电源1的输入电力P15分配为向第1直流电压源11的充电电力P25、向连接到负载设备连接端21的交流负载的供给电力P35以及向第2直流电压源34的充电电力P45。
图21和图22是用于实现图19以及图20所示的电力变换装置的电力流动的控制部100的框图。
此处，图21是以使向连接到负载设备连接端21的交流负载的供给电力P35和向第2直流电压源34的充电电力P45优先，将其余的电力作为向第1直流电压源11的充电电力P25进行供给的方式动作的情况。在该情况下，AC/DC转换器2以恒定电流进行电力供给。即，AC/DC转换器2根据交流电源1的电流指令值Iacin*与电压电流检测部51的电流检测值Iacin的偏差进行比例控制(P控制)，并进行PWM控制，从而以恒定电流朝向电容器3供给电力。同时高功率因数地控制交流电流(参照图21(a))。此时，交流电源1的电流指令值Iacin*可以任意地设定。第1开关电路4按照基于任意的时间比例指令值Duty*的恒定的时间比例来进行PWM动作，由此对变压器6供给交流电力(参照图21(b))。
第2开关电路8根据电容器3的电压指令值VL1*与电压电流检测部52的电压检测值VL1的偏差进行比例积分控制(PI控制)，作为第1直流电压源11的电流指令值Ibat1*。根据该电流指令值Ibat1*与电压电流检测部53的电流检测值Ibat1的偏差进行比例控制(P控制)，并进行PWM控制，由此进行第1直流电压源11的充电电流控制(参照图21(c))。
在逆变器17中，由输出交流电压的指令值Vacout*与电压电流检测部52的电压检测值VL1的商作为正弦波逆变器的调制率，通过PWM控制而将交流电压Vacout输出到负载设备连接端21(参照图21(d))。
构成第4开关电路30的开关元件33根据第2直流电压源34的电压指令值Vbat2*与电压电流检测部56的电压检测值Vbat2的偏差进行比例积分控制(PI控制)，并进行PWM控制，由此进行第2直流电压源34的充电电压控制(参照图21(e))。
这样，在图21所示的控制中，以从交流电源1接受恒定的输入电力P15，将输出了向连接到负载设备连接端21的交流负载的供给电力P35和向第2直流电压源34的充电电力P45之后的剩余的电力作为向第1直流电压源11的充电电力P25进行供给的方式动作。
另外，第4开关电路30的开关元件33以使电容器3的电压VL1恒定的方式进行动作，第2开关电路8以使第1直流电压源11的电压或者电流恒定的方式进行控制，从而还能够以接受来自交流电源1的恒定的输入电力P15，将输出了向连接到负载设备连接端21的交流负载的供给电力P35和向第1直流电压源11的充电电力P25之后的剩余的电力供给到第2直流电压源34的方式动作。
图22是以使向第1直流电压源11的充电电力P25恒定，从交流电源1接受向连接到负载设备连接端21的交流负载的供给电力P35与向第2直流电压源34的充电电力P45的合计电力的方式动作的情况。在该情况下，AC/DC转换器2根据电容器3的电压指令值VL1*与电压电流检测部52的电压检测值VL1的偏差，进行比例积分控制(PI控制)，作为交流电源电流指令值Iacin*。根据该交流电源电流指令值Iacin*与电压电流检测部51的电流检测值Iacin的偏差进行比例控制(P控制)，并进行PWM控制，从而在进行电容器3的电压VL的控制的同时，对交流电源电流Iacin进行高功率因数控制(参照图22(a))。另外，第1开关电路4按照基于任意的时间比例指令值Duty*的恒定的时间比例来进行PWM动作，从而对变压器6供给交流电力(参照图22(b))。
第2开关电路8通过对第1直流电压源11的电流指令值Ibat1*与电压电流检测部53的电流检测值Ibat1的偏差进行比例控制(P控制)，并进行PWM控制，从而以恒定电流对第1直流电压源11进行充电(参照图22(c))。
另外，逆变器17、第4开关电路30的开关元件33与图21(d)、图21(e)的情况相同地进行动作(参照图22(d)、图22(e))。
这样，在图22所示的控制中，以从交流电源1接受向第1直流电压源11的充电电力P25、向连接到负载设备连接端21的交流负载的供给电力P35以及向第2直流电压源34的充电电力P45的合计电力的方式动作。另外，在图21、图22的控制中，也可以根据电压电流检测部52的电压检测值VL1的反馈结果，使第1开关电路4的时间比例可变。
如图23以及图24所示，在由于未连接交流电源1而将第1直流电压源11作为电力供给源的情况下，来自第1直流电压源11的放电电力P26分配为向连接到负载设备连接端21的交流负载的供给电力P36和向第2直流电压源34的充电电力P46。另外，此时的来自交流电源1的输入电力P16是零。
图25是用于实现图23以及图24所示的电力流动的控制部100的框图。
此处，AC/DC转换器2停止动作，并且第2开关电路8根据任意的时间比例指令值Duty*而以固定的时间比例进行PWM动作，使第1直流电压源11放电(参照图25(b))。第1开关电路4根据电容器3的电压指令值VL1*与电压电流检测部52的电压检测值VL1的偏差进行比例积分控制(PI控制)，并进行PWM控制，从而将电容器3的电压VL1控制为恒定(参照图25(a))。
另外，逆变器17、第4开关电路30的开关元件33与图21(d)、图21(e)的情况相同地进行动作(参照图25(c)、图25(d))。
如图26以及图27所示，在未连接交流电源1且第1直流电压源11的充电量不足的情况下，第2直流电压源34成为电力供给源，所以此时，来自第2直流电压源34的放电电力P48分配为向第1直流电压源11的充电电力P28和向连接到负载设备连接端21的交流负载的供给电力P38。
图28是用于实现图26以及图27所示的电力流动的控制部100的框图。
此处，AC/DC转换器2停止动作，并且第4开关电路30的开关元件33按照基于任意的时间比例指令值Duty*的恒定的时间比例来进行PWM动作，从而使第2直流电压源34放电(参照图28(c))。
第1开关电路4根据电容器3的电压指令值VL1*与电压电流检测部52的电压检测值VL1的偏差进行比例积分(PI控制)，并进行PWM控制，从而将电容器3的电压VL1控制为恒定(参照图28(a))。
第2开关电路8根据第1直流电压源11的电流指令值Ibat1*与电压电流检测部53的电流检测值Ibat1的偏差进行比例积分控制(PI控制)，并进行PWM控制，由此控制第1直流电压源11的充电电流(参照图28(b))。
另外，逆变器17与图21(d)的情况相同地进行动作(参照图28(d))。
另外，在上述控制部100的控制动作的说明中，第1直流电压源11以恒定电流充电的方式进行控制，并且，第2直流电压源34以恒定电压充电的方式进行控制，但第1直流电压源11、第2直流电压源34都不限于这样的充电方法，能够采用与第1、第2直流电压源11、34相应的充电方法。例如，也可以以恒定电压对第1直流电压源11进行充电、以恒定电流对第2直流电压源34进行充电。
另外，在使第1直流电压源11放电的情况下，可以使开关9导通，将一方的支路的两个开关元件8c、8d设为截止状态，对另一方的支路的两个开关元件8a、8b进行PWM控制，按照半桥动作来使第1直流电压源11放电。或者也可以对4个开关元件8a～8d进行PWM控制，按照全桥动作来使第1直流电压源11放电。
通过该实施方式2，能够经由变压器6，根据负载所需的电力，控制来自交流电源1、第1、第2直流电压源11、34的电力供给量。
即，在仅将交流电源1作为电力供给源的情况下，通过由AC/DC转换器2控制AC/DC转换器2的输出电压，从而能够从交流电源1供给负载电力的合计。另外，通过由变压器6与负载之间的各开关电路8、13、30中的任意的开关电路控制AC/DC转换器2的输出侧的电容器3的电压VL1，由此调整向控制AC/DC转换器2的输出侧的电压VL1的各开关电路8、13、30的后级侧的负载的供给电力。由此，能够使来自交流电源1的供给电力恒定。
另外，在仅将第1直流电压源11或者第2直流电压源34作为电力供给源的情况下，第2开关电路8或者第4开关电路30以任意的导通时间(Duty)动作，从而能够进行电力供给。
另外，在该实施方式2的电力变换装置中，也与实施方式1的情况同样地，如果调整变压器6的匝数比，以使来自变压器6的感应电压小于负载侧的电压，则通过负载与变压器6之间的第2、第4开关电路8、30停止动作，从而能够使向负载的供给停止。
如以上那样，根据该实施方式2的电力变换装置，与实施方式1同样地，能够将输入电力向多输出进行电力分配控制，并且能够在根据需要而对其它负载进行电力供给的同时，任意地使针对第1直流电压源11或者第2直流电压源34的充电动作停止。而且，在交流电源1与逆变器17之间不需要绝缘时，能够对逆变器17施加通过AC/DC转换器2得到的直流电压VL1，所以能够成为省去变压器6的第3绕组6c而减少匝数的结构。
另外，在图17以及图18的电力变换装置的电路结构图中，能够将第1直流电压源11或者第2直流电压源34置换为能够双向地变换电力的AC/DC转换器和交流电源。图29以及图30示出将图17以及图18的电力变换装置的第1直流电压源置换为AC/DC转换器和交流电源而得到的电力变换装置的电路结构图。即，在图29以及图30中，用交流电源40、交流电源40的电压电流检测部41以及能够双向电力变换的AC/DC转换器42置换了图17以及图18的第1直流电压源11。在能够双向电力变换的AC/DC转换器42对交流电源40再生电力的情况下，是与对图17以及图18的电路结构中的第1直流电压源11进行充电的上述动作同样的动作，在能够双向电力变换的AC/DC转换器42从交流电源40接受电力的情况下，是与从图17以及图18的电路结构中的第1直流电压源11放电的上述动作同样的动作。另外，在用交流电源、交流电源的电压电流检测部以及能够双向电力变换的AC/DC转换器置换了图17以及图18的电路结构中的第2直流电压源34的情况下，也与上述相同。
实施方式3.
图31是本发明的实施方式3的电力变换装置的电路结构图，对图1以及图2所示的与实施方式1对应或者相当的结构部分附加相同的符号。
该实施方式3的特征在于，相对图1以及图2所示的实施方式1的电路结构，删除了包括变压器6的第4绕组6d1、6d2以及与这些绕组6d1、6d2连接的第4开关电路30和第2直流电压源34的电路。其它结构与实施方式1的情况相同。
因此，除了实施方式1中的包括第4开关电路30和第2直流电压源34的电路的动作以外，基本的动作与实施方式1相同，所以此处省略详细的说明。
根据该实施方式3的电力变换装置，能够将输入电力电力分配控制到第1直流电压源11和连接到负载设备连接端21的交流负载，并且能够在针对交流负载进行电力供给的同时，根据需要而任意地使针对第1直流电压源11的充电动作停止。而且，在该实施方式3的结构的情况下，能够应用于将如实施方式1那样的第2直流电压源34作为例如车辆电气安装件的电源而另行配备成独立的电力体系那样的情况。
另外，在图31的电力变换装置的电路结构图中，也可以将第1直流电压源11置换为能够双向地变换电力的AC/DC转换器和交流电源。
实施方式4.
图32是本发明的实施方式4的电力变换装置的电路结构图，对图1以及图2所示的与实施方式1对应或者相当的结构部分附加相同的符号。
该实施方式4的特征在于，相对图1以及图2所示的实施方式1的电路结构，删除了包括变压器6的第3绕组6c以及与该绕组6c连接的第3开关电路13和逆变器17的电路。其它结构与实施方式1的情况相同。
因此，除了实施方式1中的包括第3开关电路13和逆变器17的电路的动作以外，基本的动作与实施方式1相同，所以此处省略详细的说明。
根据该实施方式4的电力变换装置，能够将输入电力电力分配控制到第1、第2直流电压源11、34，并且能够在针对第1、第2直流电压源11、34中的某一方进行电力供给的同时，根据需要而任意地使针对另一方的直流电压源的充电动作停止。而且，在该实施方式4的结构的情况下，没有特别将如实施方式1那样的交流负载连接到负载设备连接端21的必要性，因此，能够应用于能够省略包括第3线圈6c、第3开关电路13以及逆变器17的电路的情况。
另外，在图32的电力变换装置的电路结构图中，也可以将第1直流电压源11或者第2直流电压源34置换为能够双向地变换电力的AC/DC转换器和交流电源。
另外，本发明并非仅限于上述实施方式1～4所示的结构，而能够在不脱离本发明的要旨的范围内，适当地组合实施方式1～4的结构或者对其结构附加一部分变形或者省略一部分结构。

Claims (11)

1.一种电力变换装置，利用相互磁耦合的3个以上的绕组构成变压器，第1开关电路与所述绕组中的1个以上的绕组连接，对交流电源的输入电力进行直流变换的AC/DC转换器的直流侧与所述第1开关电路的输入部连接，具有检测所述AC/DC转换器的直流侧电压的电压检测部，开关电路和负载连接于所述绕组中的剩余的1个以上的绕组，其中，
所述AC/DC转换器、所述第1开关电路、所述开关电路的至少一个对所述AC/DC转换器的输出侧的电压根据其检测值与目标值的偏差进行控制，并且经由所述变压器连接的负载侧的所述开关电路对负载侧的电压或者电流根据其检测值与目标值的偏差进行控制，从而根据负载条件，分配供给电力。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
利用相互磁耦合的第1绕组、第2绕组、第3绕组、第4绕组构成变压器，所述第1开关电路与所述第1绕组连接，第2开关电路连接于所述第2绕组与第1直流电压源之间，第3开关电路连接于所述第3绕组与逆变器之间，第4开关电路连接于所述第4绕组与第2直流电压源之间，所述交流电源与所述AC/DC转换器连接，所述第1开关电路与所述AC/DC转换器的输出端连接，其中，
在将所述第1直流电压源、所述第2直流电压源以及连接到所述逆变器的设备看作负载的情况下，所述AC/DC转换器、所述第1～第4开关电路中的至少一个对所述AC/DC转换器的输出侧的电压根据其检测值与目标值的偏差进行控制，并且经由所述变压器连接的负载侧的各所述开关电路对负载侧的电压或者电流根据检测值与目标值的偏差进行控制，从而根据负载条件，分配供给电力。
3.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
利用相互磁耦合的第1绕组、第2绕组、第4绕组构成变压器，所述第1开关电路与所述第1绕组连接，第2开关电路连接于所述第2绕组与第1直流电压源之间，第4开关电路连接于所述第4绕组与第2直流电压源之间，所述交流电源与所述AC/DC转换器连接，所述第1开关电路和逆变器并联地连接于所述AC/DC转换器的输出端，其中，
在将所述第1直流电压源、第2直流电压源以及连接到所述逆变器的设备看作负载的情况下，所述AC/DC转换器、所述第1、第2、第4开关电路中的至少一个对所述AC/DC转换器的输出侧的电压根据其检测值与目标值的偏差进行控制，并且经由所述变压器连接的负载侧的各所述开关电路对负载侧的电压或者电流根据检测值与目标值的偏差进行控制，从而根据负载条件，分配供给电力。
4.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
利用相互磁耦合的第1绕组、第2绕组、第3绕组构成变压器，所述第1开关电路与所述第1绕组连接，第2开关电路连接于所述第2绕组与第1直流电压源之间，第3开关电路连接于所述第3绕组与逆变器之间，所述交流电源与所述AC/DC转换器连接，所述第1开关电路与所述AC/DC转换器的输出端连接，其中，
在将所述第1直流电压源以及连接到所述逆变器的设备看作负载的情况下，所述AC/DC转换器、所述第1、第2、第3开关电路中的至少一个对所述AC/DC转换器的输出侧的电压根据其检测值与目标值的偏差进行控制，并且经由所述变压器连接的负载侧的各所述开关电路对负载侧的电压或者电流根据检测值与目标值的偏差进行控制，从而根据负载条件，分配供给电力。
5.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
利用相互磁耦合的第1绕组、第2绕组、第4绕组构成变压器，所述第1开关电路与所述第1绕组连接，第2开关电路连接于所述第2绕组与第1直流电压源之间，第4开关电路连接于所述第4绕组与第2直流电压源之间，所述交流电源与所述AC/DC转换器连接，所述第1开关电路与所述AC/DC转换器的输出端连接，其中，
在将所述第1直流电压源以及第2直流电压源看作负载的情况下，所述AC/DC转换器、所述第1、第2、第4开关电路中的至少一个对所述AC/DC转换器的输出侧的电压根据其检测值与目标值的偏差进行控制，并且经由所述变压器连接的负载侧的各所述开关电路对负载侧的电压或者电流根据检测值与目标值的偏差进行控制，从而根据负载条件，分配供给电力。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的电力变换装置，其特征在于，
在所述AC/DC转换器对来自所述交流电源的输入电力进行整流且所述第1开关电路对所述变压器进行电力供给的状态下，所述AC/DC转换器对该AC/DC转换器的输出电压根据检测值和目标值进行控制，并且经由所述变压器连接的负载侧的所述开关电路对负载侧的输出电压或者输出电流根据其检测值与目标值的偏差进行控制，从而从所述交流电源接受经由所述变压器连接的所述负载所需的电力。
7.根据权利要求1至5中的任意一项所述的电力变换装置，其特征在于，
在所述AC/DC转换器对来自所述交流电源的输入电力进行整流且所述第1开关电路对所述变压器进行电力供给的状态下，所述AC/DC转换器根据恒定的交流电流有效值的目标值进行控制，以从所述交流电源接受恒定的电力，并且经由所述变压器连接的负载侧的所述开关电路中的某一个开关电路对所述AC/DC转换器的输出电压根据检测值和目标值进行控制，进而，经由所述变压器连接的负载侧的除此以外的所述开关电路对负载侧的输出电压或者输出电流根据其检测值与目标值的偏差进行控制，从而一边调整向1个所述负载的供给电力，一边对其它所述负载电力供给从所述交流电源接受的电力。
8.根据权利要求2至5中的任意一项所述的电力变换装置，其特征在于，
在仅将所述第1直流电压源作为电力供给源的情况下，在所述AC/DC转换器停止动作，并且所述第2开关电路朝向所述变压器供给电力的状态下，所述第1开关电路和所述第2开关电路对所述AC/DC转换器的输出侧的电压根据检测值与目标值的偏差进行控制，并且经由所述变压器连接的负载侧的所述开关电路对负载侧的输出电压或者输出电流根据其检测值与目标值的偏差进行控制，从而根据负载条件将来自所述第1直流电压源的供给电力分配到经由所述变压器连接的所述负载。
9.根据权利要求2、3、5中的任意一项所述的电力变换装置，其特征在于，
在仅将所述第2直流电压源作为电力供给源的情况下，在所述AC/DC转换器停止动作，并且所述第4开关电路朝向所述变压器供给电力的状态下，所述第1开关电路和所述第4开关电路对所述AC/DC转换器的输出侧的电压根据检测值与目标值的偏差进行控制，并且经由所述变压器连接的负载侧的所述开关电路对负载侧的输出电压或者输出电流根据其检测值与目标值的偏差进行控制，从而根据负载条件将来自所述第2直流电压源的供给电力分配到经由所述变压器连接的所述负载。
10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的电力变换装置，其特征在于，
调整匝数比以使在所述变压器中感应的电压比经由所述变压器连接的负载侧的所述开关电路的后级的直流电压小，负载侧的所述开关电路停止动作，从而停止向所述负载的电力供给。
11.根据权利要求1至10中的任意一项所述的电力变换装置，其特征在于，
利用无源元件构成与所述变压器连接的所述开关电路中的任意的开关电路。
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