CN105811772A - 电力转换装置 - Google Patents

电力转换装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105811772A
CN105811772A CN201510815477.XA CN201510815477A CN105811772A CN 105811772 A CN105811772 A CN 105811772A CN 201510815477 A CN201510815477 A CN 201510815477A CN 105811772 A CN105811772 A CN 105811772A
Authority
CN
China
Prior art keywords
arm
primary side
circuit
moment
integral
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.)
Granted
Application number
CN201510815477.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN105811772B (zh
Inventor
内原诚文
佐佐木行
佐佐木一行
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 CN105811772A publication Critical patent/CN105811772A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105811772B publication Critical patent/CN105811772B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion 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
    • H02M3/325Conversion 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
    • H02M3/335Conversion 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
    • H02M3/33561Conversion 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
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion 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
    • H02M3/325Conversion 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
    • H02M3/335Conversion 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
    • H02M3/33538Conversion 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 of the forward type
    • H02M3/33546Conversion 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 of the forward type with automatic control of the output voltage or current
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion 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
    • H02M3/325Conversion 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
    • H02M3/335Conversion 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
    • H02M3/33569Conversion 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
    • H02M3/33576Conversion 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
    • H02M3/33584Bidirectional converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion 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
    • H02M3/325Conversion 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
    • H02M3/335Conversion 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
    • H02M3/3353Conversion 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 at least two simultaneously operating switches on the input side, e.g. "double forward" or "double (switched) flyback" converter
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048Circuits or arrangements for reducing losses
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

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

Abstract

本发明提供一种电力转换装置,即使电流传感器的响应性低,也能够高精度地抑制循环电流。在将第一臂的断开时刻与第七臂的接通时刻之间的期间作为第一期间,将使第一期间延迟了电流传感器的响应延迟时间的期间作为第一积分期间,将第三臂的断开时刻与第五臂的接通时刻之间的期间作为第二期间,将使第二期间延迟了电流传感器的响应延迟时间的期间作为第二积分期间时,控制部以在第一积分期间对电流传感器的测量值进行积分而得到的第一积分值接近零的方式修正第五臂的断开时刻、或者以在第二积分期间对电流传感器的测量值进行积分而得到的第二积分值接近零的方式修正第七臂的断开时刻。

Description

电力转换装置
技术领域
本发明涉及电力转换装置。
背景技术
公知有一种如下所述的电力转换装置,具备:变压器,具有初级侧线圈和次级侧线圈;初级侧全桥电路,在桥接部分设置有变压器的初级侧线圈;以及次级侧全桥电路,在桥接部分设置有变压器的次级侧线圈(例如,参照专利文献1)。初级侧全桥电路和次级侧全桥电路分别具有在高压侧(highside)和低压侧(lowside)设置有臂的一对臂电路。该电力转换装置控制初级侧全桥电路的开关与次级侧全桥电路的开关之间的相位差,以使电力在初级侧全桥电路与次级侧全桥电路之间传输。
专利文献1:日本特开2011-193713号公报
在这样的电力转换装置中,由于存在高压侧的臂和低压侧的臂均断开的期间(死区时间:deadtime),所以有时产生无助于初级侧全桥电路与次级侧全桥电路之间的电力传输的循环电流。参照图1、2,对以死区时间为起因的循环电流进行说明。
图1是表示在图2所示的各期间T1-T4流过电力转换装置1的电流的一个例子的图。在图1中,用圆圈包围的晶体管表示接通的晶体管。图2是表示各臂S1-S8的开关动作的一个例子的时间图。在各臂S1-S8的接通断开波形中,高电平表示接通状态,低电平表示断开状态。V1表示在变压器6的初级侧线圈4的两端产生的电压,V2表示在变压器6的次级侧线圈5的两端产生的电压,i2表示流过次级侧线圈5的电流。
通过臂S5断开,电流i2从期间T1到期间T2逐渐减少。然而,由于臂S2从臂S1的断开起延迟接通(即,由于存在死区时间T3),所以与期间T1、T2相同朝向的电流在死区时间T3也继续流过初级侧线圈4。因此,由于在死区时间T3流过初级侧线圈4的电流作用于次级侧线圈5,所以从期间T1到期间T2逐渐减少的电流i2的电流值越过零而为负。即,死区时间T3中的电流i2的朝向相对于期间T1、T2的朝向反转。
而且,在期间T4中,由于低压侧的臂S2、S4、S6、S8全部接通,所以无助于电力传输的循环电流在初级侧全桥电路2与次级侧全桥电路3双方以图示那样的路径继续回流。
另一方面,由于施加于初级侧全桥电路2或者次级侧全桥电路3的电源电压的变动,存在初级侧线圈4的电压V1与次级侧线圈5的电压V2的电压比背离初级侧线圈4与次级侧线圈5的匝数比的情况。该情况下,也与死区时间的情况同样,会产生无助于电力传输的循环电流。参照图3对以电源电压的变动为起因的循环电流进行说明。
图3是用于对以电源电压的变动为起因的循环电流的一个例子进行说明的图。将初级侧线圈4与次级侧线圈5的匝数比设为1:N。在电压V2比通常时的电压(N×V1)高的情况下,电流i2与通常时相比过多流动,在电压V2比通常时的电压(N×V1)低的情况下,电流i2与通常时相比过少。结果,在任意的情况下,各臂进行动作以使电压V1和电压V2为零的期间中的电流i2均不返回零而继续流通。即,无助于电力传输的循环电流在初级侧全桥电路2和次级侧全桥电路3双方继续回流。
这样的循环电流会成为使电力转换装置的转换效率降低、使电力转换装置的温度上升的原因。因此,可考虑利用电流传感器测量循环电流,以测量出的循环电流的电流值接近零的方式,修正各臂的开关时刻。
然而,若电流传感器的响应性低,则由于由电流传感器测量出的电流值的测量误差变大,所以存在无法高精度地抑制循环电流的情况。
发明内容
鉴于此,本发明的目的在于,提供一种即使电流传感器的响应性低也能够高精度地抑制循环电流的电力转换装置。
在一个方案中,所提供的转换装置具备:
变压器,具有初级侧线圈和次级侧线圈;
初级侧全桥电路,具有高压侧的第一臂和低压侧的第二臂串联连接的第一臂电路、以及高压侧的第三臂和低压侧的第四臂串联连接的第二臂电路,并在将上述第一臂与上述第二臂的连接点、和上述第三臂与上述第四臂的连接点连接的桥接部分设置上述初级侧线圈;
次级侧全桥电路,具有高压侧的第五臂和低压侧的第六臂串联连接的第三臂电路、以及高压侧的第七臂和低压侧的第八臂串联连接的第四臂电路,并在将上述第五臂与上述第六臂的连接点、和上述第七臂与上述第八臂的连接点连接的桥接部分设置上述次级侧线圈;
控制部,控制上述第一臂电路的开关与上述第三臂电路的开关之间的第一相位差、以及上述第二臂电路的开关与上述第四臂电路的开关之间的第二相位差,以使电力从上述次级侧全桥电路传输至上述初级侧全桥电路;以及
电流传感器,测量流过上述次级侧线圈的电流,
在将上述第一臂的断开时刻与上述第七臂的接通时刻之间的期间设为第一期间,将使上述第一期间延迟了上述电流传感器的响应延迟时间的期间设为第一积分期间,将上述第三臂的断开时刻与上述第五臂的接通时刻之间的期间设为第二期间,将使上述第二期间延迟了上述电流传感器的响应延迟时间的期间设为第二积分期间时,上述控制部以在上述第一积分期间对上述电流传感器的测量值进行积分而得到的第一积分值接近零的方式修正上述第五臂的断开时刻、或者以在上述第二积分期间对上述电流传感器的测量值进行积分而得到的第二积分值接近零的方式修正上述第七臂的断开时刻。
根据一个方式,由于可能产生循环电流的期间是上述第一期间或者上述第二期间,所以在上述第一积分期间对上述电流传感器的测量值进行积分而得到的第一积分值、或者在上述第二积分期间进行积分而得到的第二积分值成为表示循环电流的大小的指标。因此,通过以上述第一积分值接近零的方式修正上述第五臂的断开时刻、或者以上述第二积分值接近零的方式修正上述第七臂的断开时刻,即使上述电流传感器的响应性低,也能够高精度地抑制循环电流。
附图说明
图1是表示在各期间流过电力转换装置的电流的一个例子的图。
图2是表示各臂的开关动作的一个例子的时间图。
图3是用于对以电源电压的变动为起因的循环电流的一个例子进行说明的图。
图4是表示电力转换装置的一个例子的构成图。
图5是表示对各臂的开关时刻进行控制的控制系统的一个例子的框图。
图6是表示抑制循环电流的控制动作的流程的一个例子的流程图。
图7是表示电流、积分期间、以及积分值的关系的一个例子的时间图。
图8是表示没有产生循环电流时的电流、积分期间、以及积分值的关系的一个例子的时间图。
图9是表示循环电流通过开关时刻的反馈修正被抑制的方式的一个例子的时间图。
具体实施方式
以下,根据附图对本发明的实施方式进行说明。
图4是表示作为电力转换装置的一个实施方式的电源装置101的构成的一个例子的图。电源装置101例如是被安装于汽车等车辆,并向安装于车辆的各负荷进行配电的车辆用电源系统的一个例子。电源装置101例如具备电源电路10和控制电路50。
电源电路10是至少具有2个以上的多个端口,且具有从这些多个端口中选择任意的2个端口而在选择出的2个端口之间进行电力转换的功能的电力转换电路的一个例子。本实施方式的电源电路10具有4个端口,例如具备第一端口60a、第二端口60c、第三端口60b、第四端口60d、以及转换器11。
第一端口60a是电源电路10的第一端子部的一个例子,例如,连接有负荷61a。第一端口60a是与初级侧全桥电路200连接,并被设置于初级侧正极母线298与初级侧负极母线299之间的输入输出端口。第一端口60a包括端子613和端子614而构成。
第二端口60c是电源电路10的第二端子部的一个例子,例如连接有电池62c以及负荷61c。第二端口60c是与变压器400的初级侧的中心抽头202m连接,并被设置于初级侧负极母线299与初级侧线圈202的中心抽头202m之间的输入输出端口。第二端口60c包括端子614和端子616而构成。
第三端口60b是电源电路10的第三端子部的一个例子,例如连接有电池62b以及负荷61b。第三端口60b是与次级侧全桥电路300连接,并被设置于次级侧正极母线398与次级侧负极母线399之间的输入输出端口。第三端口60b包括端子618和端子620而构成。
第四端口60d是电源电路10的第四端子部的一个例子,例如连接有电源62d以及负荷61d。第四端口60d是与变压器400的次级侧的中心抽头302m连接,并被设置于次级侧负极母线399与次级侧线圈302的中心抽头302m之间的输入输出端口。第四端口60d包括端子620和端子622而构成。
端口电压Va、Vb、Vc、Vd分别是第一端口60a、第二端口60c、第三端口60b、第四端口60d中的输入电压或者输出电压。
转换器11是对输入至一个端口的直流电力进行电压转换,并将电压转换后的直流电力输出至另一个端口的DC-DC转换器的一个例子。本实施方式的转换器11例如具备变压器400、初级侧全桥电路200、以及次级侧全桥电路300。初级侧全桥电路200和次级侧全桥电路300通过变压器400磁耦合。包括第一端口60a以及第二端口60c的初级侧端口和包括第三端口60b以及第四端口60d的次级侧端口经由变压器400而连接。
变压器400具有初级侧线圈202和次级侧线圈302,通过初级侧线圈202和次级侧线圈302以耦合系数kT磁耦合,而作为初级侧线圈202与次级侧线圈302的匝数比为1:N的变压器发挥作用。N是比1大的正数。变压器400例如是具有中心抽头202m、302m的中心抽头式变压器。
初级侧线圈202具有初级侧第一绕组202a、初级侧第二绕组202b、以及从初级侧第一绕组202a与初级侧第二绕组202b的中间连接点引出的中心抽头202m。初级侧第一绕组202a的匝数与初级侧第二绕组202b的匝数相等。中心抽头202m与第二端口60c的高电位侧的端子616连接。
次级侧线圈302具有次级侧第一绕组302a、次级侧第二绕组302b、以及从次级侧第一绕组302a与次级侧第二绕组302b的中间连接点引出的中心抽头302m。次级侧第一绕组302a的匝数与次级侧第二绕组302b的匝数相等。中心抽头302m与第四端口60d的高电位侧的端子622连接。
初级侧全桥电路200被设置于变压器400的初级侧。初级侧全桥电路200具有与第一端口60a的高电位侧的端子613连接的初级侧正极母线298、和与第一端口60a以及第二端口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与初级侧负极母线299之间连接有第一臂电路207,该第一臂电路207通过配置于中间点207m的高压侧的臂S1和设置于中间点207m的低压侧的臂S2串联连接而构成。中间点207m是连接臂S1和臂S2的初级侧第一连接点。
在初级侧正极母线298与初级侧负极母线299之间连接有第二臂电路211,该第二臂电路211通过配置于中间点211m的高压侧的臂S3和配置于中间点211m的低压侧的臂S4串联连接而构成。第二臂电路211与第一臂电路207并联连接。中间点211m是臂S3与臂S4之间的初级侧第二连接点。
初级侧全桥电路200具有将第一臂电路207的中间点207m和第二臂电路211的中间点211m连接的桥接部分,在该桥接部分设置有初级侧线圈202和初级侧磁耦合电抗器204。初级侧线圈202被串联插入于中间点207m与中间点211m之间。初级侧磁耦合电抗器204具有被串联插入于中间点207m与初级侧线圈202之间的初级侧第一电抗器204a、以及被串联插入于中间点211m与初级侧线圈202之间的初级侧第二电抗器204b。初级侧第一电抗器204a以耦合系数k1与初级侧第二电抗器204b磁耦合。
次级侧全桥电路300被设置于变压器400的次级侧。次级侧全桥电路300具有与第三端口60b的高电位侧的端子618连接的次级侧正极母线398、和与第三端口60b以及第四端口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与次级侧负极母线399之间连接有第三臂电路307,该第三臂电路307通过配置于中间点307m的高压侧的臂S5和配置于中间点307m的低压侧的臂S6串联连接而构成。中间点307m是连接臂S5和臂S6的次级侧第一连接点。
在次级侧正极母线398与次级侧负极母线399之间连接有第四臂电路311,该第四臂电路311通过配置于中间点311m的高压侧的臂S7和配置于中间点311m的低压侧的臂S8串联连接而构成。第四臂电路311与第三臂电路307并联连接。中间点311m是臂S7与臂S8之间的次级侧第二连接点。
次级侧全桥电路300具有将第三臂电路307的中间点307m和第四臂电路311的中间点311m连接的桥接部分,在该桥接部分设置有次级侧线圈302和次级侧磁耦合电抗器304。次级侧线圈302被串联插入于中间点307m与中间点311m之间。次级侧磁耦合电抗器304具有被串联插入于中间点307m与次级侧线圈302之间的次级侧第一电抗器304a、以及被串联插入于中间点311m与次级侧线圈302之间的次级侧第二电抗器304b。次级侧第一电抗器304a以耦合系数k1与次级侧第二电抗器304b磁耦合。
各臂S1-S8分别例如是包括N沟道型的MOSFET、和作为该MOSFET的寄生元件的体二极管(寄生二极管)而构成的开关元件。也可以与各臂并联地追加连接二极管。
此外,也可以没有第二端口60c和第四端口60d的至少一方。在没有第二端口60c的情况下,也可以没有中心抽头202m以及初级侧磁耦合电抗器204。在没有第四端口60d的情况下,也可以没有中心抽头302m以及次级侧磁耦合电抗器304。
控制电路50是对转换器11的电压转换动作进行控制的控制部的一个例子,生成使转换器11进行电压转换动作的控制信号,并对转换器11输出。本实施方式的控制电路50输出使初级侧全桥电路200以及次级侧全桥电路300内的各臂接通断开的控制信号。控制电路50例如是具备CPU(CentralProcessingUnit:中央处理单元)的微型计算机、或者是具备微型计算机的电子电路。
控制电路50例如能够通过控制占空比D(=δ/T),来变更初级侧全桥电路200与次级侧全桥电路300双方的全桥电路的升压比或者降压比。
占空比D表示在初级侧全桥电路200内的臂S1以及臂S3的开关周期T中占据的接通时间δ的比例,并且表示在次级侧全桥电路300内的臂S5以及臂S7的开关周期T中所占的接通时间δ的比例。构成为初级侧全桥电路200的臂的开关周期T和构成为次级侧全桥电路300的臂的开关周期T是相等的时间。
另外,控制电路50在稳时刻使臂S1与臂S3的相位差α例如以180度(π)动作,使臂S5与臂S7的相位差β也以180度(π)动作。
控制电路50控制相位差φ(第一相位差φ1和第二相位差φ2)以使电力P从次级侧全桥电路300经由变压器400传输至初级侧全桥电路200。
第一相位差φ1是第一臂电路207的开关时刻与第三臂电路307的开关时刻之间的时间差,第二相位差φ2是第二臂电路211的开关时刻与第四臂电路311的开关时刻之间的时间差。
如图2所示,例如第一相位差φ1是臂S1的接通时刻与臂S5的接通时刻之间的相位差,第二相位差φ2是臂S3的接通时刻与臂S7的接通时刻之间的相位差。
此外,第一相位差φ1以及第二相位差φ2也可以是初级侧线圈202的两端的电压V1与次级侧线圈302的两端的电压V2的相位差。该情况下,例如第一相位差φ1也可以是臂S5的接通时刻与臂S2的断开时刻之间的相位差,第二相位差φ2是臂S7的接通时刻与臂S4的断开时刻之间的相位差。
另外,接通时刻是臂从断开切换为接通的时刻,断开时刻是臂从接通切换为断开的时刻。
本实施方式的控制电路50能够通过将相位差φ1控制为正值并且将相位差φ2控制为正值,来从次级侧全桥电路300向初级侧全桥电路200传输电力P,通过将相位差φ1控制为负值并且将相位差φ2控制为负值,来从初级侧全桥电路200向次级侧全桥电路300传输电力P。即,在初级侧全桥电路200与次级侧全桥电路300之间对应的臂电路间,电力P被从具备高压侧的臂先接通的臂电路的全桥电路向具备高压侧的臂后接通的臂电路的全桥电路传输。在图2的情况下,电力P被从次级侧全桥电路300向初级侧全桥电路200传输。
控制电路50通常以保持相位差φ1和相位差φ2相互相等的状态进行控制,但在满足电力P所要求的精度的范围内,也可以使相位差φ1和相位差φ2相互错开来进行控制。即,相位差φ1和相位差φ2通常被控制为相互相同的值,但如果满足电力P所要求的精度,则也可以被控制为相互不同的值。
控制电路50通过对转换器11输出将占空比D控制为指令占空比Do并且将相位差φ控制为指示相位差φo的控制信号,来使初级侧全桥电路200和次级侧全桥电路300的各臂开关。
图5是表示对各臂的开关时刻进行控制的控制系统的一个例子的框图。在图5中,控制电路50外的模块(即,电源电路10、电压传感器52、电流传感器12以及积分电路部55)是通过硬件实现的部分,控制电路50内的模块是通过软件实现的部分。控制电路50内的各模块的功能例如由该控制电路50内的微型计算机来实现。
本实施方式的电源装置具备图4中表示了详细情况的电源电路10、电压传感器52、传感器值取得部53、以及PWM控制部51。电压传感器52测量电源电路10的各端口60a-60d的电压,并输出其测量电压值(电压传感器值)。传感器值取得部53取得电压传感器值。PWM控制部51对电源电路10的转换器11输出将占空比D控制为指令占空比Do并且将相位差φ控制为指示相位差φo的控制信号(PWM信号),以使由传感器值取得部53取得的各端口的电压传感器值与对各端口设定的目标电压值一致。
另外,本实施方式的电源装置具备电流传感器12和积分电路部55。电流传感器12是在将电力P从次级侧全桥电路300传输至初级侧全桥电路200的情况下,测量流过电力P的送电侧的次级侧线圈302的电流i2的电流传感器的一个例子(参照图4)。电流传感器12输出电流i2的测量值。积分电路部55对电流i2的测量值(电流传感器值)进行由积分控制部54指定的积分期间积分,并将该积分值输出。积分电路部55具有在积分期间的开始时刻对上次的积分结果清零的功能。积分电路部55的功能能够由任意的模拟电路实现。此外,积分电路部55也可以作为控制电路50的一部分构成,例如,积分电路部55的功能能够由微型计算机实现。
控制电路50具有积分控制部54、循环电流推断部56、以及修正运算部57。
积分控制部54基于从PWM控制部51输出的PWM信号和电流传感器12的响应延迟时间,来对积分电路部55指定积分电路部55对由电流传感器12获得的电流i2的测量值(电流传感器12的测量值)进行积分的期间。从PWM控制部51输出的PWM信号中包含各臂S1-S8的开关时刻的信息。电流传感器12的响应延迟时间是由所使用的电流传感器12的时间常数决定的值,是预先设定的值。该响应延迟时间例如被预先实际测量并储存于存储器。
循环电流推断部56取得由积分电路部55得到的积分值,推断在送电侧的次级侧全桥电路300内流动的循环电流的大小。修正运算部57运算送电侧的4个臂S5-S8中特定的臂的开关时刻的修正量,并使该修正量反映到从PWM控制部51输出的PWM信号,以便抑制由循环电流推断部56推断的循环电流的大小。
图6是表示控制电路50的抑制循环电流的控制动作的流程的一个例子的流程图。
在步骤S10中,积分控制部54基于从PWM控制部51输出的PWM信号(各臂的开关时刻的指示值),来判断是否是产生循环电流的时刻。换言之,积分控制部54基于从PWM控制部51输出的PWM信号,来判断是否是积分电路部55对电流传感器12的测量值进行积分的期间的开始时刻。
如图2所示,产生循环电流的期间是臂S1的断开时刻与臂S7的接通时刻之间的第一期间TC1、或者臂S3的断开时刻与臂S5的接通时刻之间的第二期间TC2。臂S1的断开时刻或者臂S3的断开时刻是循环电流开始产生的时刻。
在步骤S10中判断为是产生循环电流的时刻的情况下,积分控制部54在步骤S20中输出将积分电路部55所保持的积分值清零的信号。由此,通过积分电路部55的积分而得到的积分值被清为零。而且,积分控制部54将从臂S1的断开时刻或者臂S3的断开时刻延迟了电流传感器12的响应延迟时间的时刻指定为电流传感器12的测量值的积分开始时刻。由此,在步骤S30中,积分电路部55从由积分控制部54指定的积分开始时刻开始电流传感器12的测量值的积分(参照图7)。
在步骤S40中,积分控制部54基于从PWM控制部51输出的PWM信号(各臂的开关时刻的指示值),来判断是否是循环电流结束的时刻。换言之,积分控制部54基于从PWM控制部51输出的PWM信号,来判断是否是积分电路部55对电流传感器12的测量值进行积分的期间的结束时刻。
如图2所示,臂S7的接通时刻和臂S5的接通时刻是循环电流结束的时刻。臂S7的接通时刻是第一期间TC1的终期,臂S5的接通时刻是第二期间TC2的终期。
在步骤S40中判断为是循环电流结束的时刻的情况下,积分控制部54将从臂S7的接通时刻或者臂S5的接通时刻延迟电流传感器12的响应延迟时间的时刻指定为电流传感器12的测量值的积分结束时刻。由此,在步骤S50中,积分电路部55在由积分控制部54指定的积分结束时刻,结束电流传感器12的测量值的积分(参照图7)。
即,如图7所示,积分电路部55生成对电流传感器12的测量值进行第一积分期间TI1积分而得到的第一积分值、或者生成对电流传感器12的测量值进行第二积分期间TI2积分而得到的第二积分值。第一积分期间TI1是使第一期间TC1延迟电流传感器12的响应延迟时间的期间,第二积分期间TI2是使第二期间TC2延迟电流传感器12的响应延迟时间的期间。
在步骤S50中,循环电流推断部56在积分值被积分控制部54清零之前,通过AD(Analog-to-Digital:模拟-数字)转换器等取得第一积分值或者第二积分值,并将取得的积分值作为表示循环电流的大小的指标储存到存储器。
例如,如果如图8所示,在第一期间TC1或者第二期间TC2未产生循环电流(如果第一期间TC1或者第二期间TC2的循环电流的电流值是零),则第一积分值或者第二积分值为零。因此,第一积分值或者第二积分值成为表示循环电流的大小的指标。
在步骤S50中,修正运算部57通过PID控制等运算对送电侧的4个臂S5-S8中特定的臂的开关时刻进行修正的量(修正量),以使由循环电流推断部56推断出的循环电流变小(即,以使循环电流的电流值接近零)。PWM控制部51根据由修正运算部57运算出的修正量,使该特定的臂的开关时刻的相位错移。
修正运算部57例如以第一积分值接近零的方式运算臂S5的断开时刻的修正量。修正运算部57在第一积分值如图7那样是负的情况下,运算使臂S5的断开时刻延迟的修正量。由此,由于PWM控制部51能够使第一积分值接近零,所以能够使在第一期间TC1流动的循环电流的负的电流值如图9那样高精度地接近零。
在图9中,PWM控制部51使臂S5的断开时刻在期间T1的范围内延迟。由于PWM控制部51不修正臂S2的接通时刻,所以电压V1的下降时刻没有变化。电流i2的变化的倾斜度由电压V1、V2和电源电路10内的电路电感等决定。图9表示了电流i2的变化的倾斜度没有变化的情况。因此,如图9所示,能够使负的循环电流接近零。
另一方面,在第一积分值是正的情况下,修正运算部57运算使臂S5的断开时刻提前的修正量。由此,由于PWM控制部51能够使第一积分值接近零,所以能够使在第一期间TC1流动的循环电流的正的电流值高精度地接近零。
同样,修正运算部57例如以第二积分值接近零的方式,运算臂S7的断开时刻的修正量。修正运算部57在第二积分值如图7那样是正的情况下,运算使臂S5的断开时刻提前的修正量。由此,由于PWM控制部51能够使第二积分值接近零,所以能够使在第二期间TC2流动的循环电流的正的电流值高精度地接近零。另一方面,在第二积分值是负的情况下,修正运算部57运算使臂S5的断开时刻延迟的修正量。由此,由于PWM控制部51能够使第二积分值接近零,所以能够使在第二期间TC2流动的循环电流的负的电流值高精度地接近零。
另外,修正运算部57也可以在以第一积分值接近零的方式修正臂S5的断开时刻的情况下,运算臂S6的接通时刻的修正量。修正运算部57在第一积分值如图7那样是负的情况下,运算使臂S6的接通时刻延迟的修正量。由此,由于如图9所示,臂S6的接通时刻与臂S5的断开时刻的变化连动地变化,所以PWM控制部51能够防止因臂S5的断开时刻延迟而死区时间T1过度变短的情况。另一方面,修正运算部57在第一积分值是正的情况下,运算使臂S6的接通时刻提前的修正量。由此,由于臂S6的接通时刻与臂S5的断开时刻的变化连动地变化,所以PWM控制部51能够防止由于臂S5的断开时刻提前而死区时间T1过度变长的情况。
同样,修正运算部57也可以在以第二积分值接近零的方式修正臂S7的断开时刻的情况下,运算臂S8的接通时刻的修正量。修正运算部57在第二积分值如图7那样是正的情况下,运算使臂S8的接通时刻提前的修正量。由此,臂S8的接通时刻与臂S7的断开时刻的变化连动地变化,所以PWM控制部51能够防止由于臂S7的断开时刻提前而死区时间T5(参照图2)过度变长的情况。另一方面,修正运算部57在第二积分值是负的情况下,运算使臂S8的接通时刻延迟的修正量。由此,由于臂S8的接通时刻与臂S7的断开时刻的变化连动地变化,所以PWM控制部51能够防止由于臂S7的断开时刻延迟而死区时间T5过度变短的情况。
修正运算部57例如运算各臂的指令占空比Do的修正量△Do作为臂的开关时刻的修正量。
修正运算部57例如将第一积分值与规定的比例增益的乘积值作为臂S5的指令占空比Do5的修正量△Do5。PWM控制部21通过将臂S5的指令占空比Do5与修正量△Do5相加的值作为新的指令占空比Do5,能够如图9那样使臂S5的断开时刻延迟。
同样,修正运算部57例如将第二积分值与规定的比例增益的乘积值作为臂S7的指令占空比Do7的修正量△Do7。PWM控制部21通过将对臂S7的指令占空比Do7减去了修正量△Do7的值作为新的指令占空比Do7,能够使快臂S7的断开时刻提前。
以上,通过实施方式对电力转换装置进行了说明,但本发明并不局限于上述实施方式。与其他实施方式的一部分或者全部的组合、置换等各种变形以及改进能够在本发明的范围内。
例如,各臂并不局限于MOSFET,也可以是进行接通断开动作的其他半导体开关元件。例如,各臂既可以是由IGBT、MOSFET等绝缘栅构成的电压控制型动力元件,也可以是双极型晶体管。
另外,在上述的说明中,也可以将初级侧定义为次级侧,将次级侧定义为初级侧。
符号说明
10...电源电路;11...转换器;12...电流传感器;50...控制电路;62b...电池;101...电源装置;200...初级侧全桥电路;202...初级侧线圈;202m...中心抽头;204...初级侧磁耦合电抗器;207...第一臂电路;207m...中间点;211...第二臂电路;211m...中间点;298...初级侧正极母线;299...初级侧负极母线;300...次级侧全桥电路;302...次级侧线圈;307...第三臂电路;307m...中间点;311...第四臂电路;311m...中间点;398...次级侧正极母线;399...次级侧负极母线;400...变压器;S1-S8...臂。

Claims (2)

1.一种电力转换装置,具备:
变压器,具有初级侧线圈和次级侧线圈;
初级侧全桥电路,具有高压侧的第一臂和低压侧的第二臂串联连接的第一臂电路、以及高压侧的第三臂和低压侧的第四臂串联连接的第二臂电路,并在将所述第一臂与所述第二臂的连接点、和所述第三臂与所述第四臂的连接点连接的桥接部分设置所述初级侧线圈;
次级侧全桥电路,具有高压侧的第五臂和低压侧的第六臂串联连接的第三臂电路、以及高压侧的第七臂和低压侧的第八臂串联连接的第四臂电路,并在将所述第五臂与所述第六臂的连接点、和所述第七臂与所述第八臂的连接点连接的桥接部分设置所述次级侧线圈;
控制部,控制所述第一臂电路的开关与所述第三臂电路的开关之间的第一相位差、和所述第二臂电路的开关与所述第四臂电路的开关之间的第二相位差,以使电力从所述次级侧全桥电路传输至所述初级侧全桥电路;以及
电流传感器,测量流过所述次级侧线圈的电流,
其中,在将所述第一臂的断开时刻与所述第七臂的接通时刻之间的期间设为第一期间,将使所述第一期间延迟了所述电流传感器的响应延迟时间的期间设为第一积分期间,将所述第三臂的断开时刻与所述第五臂的接通时刻之间的期间设为第二期间,将使所述第二期间延迟了所述电流传感器的响应延迟时间的期间设为第二积分期间时,所述控制部以在所述第一积分期间对所述电流传感器的测量值进行积分而得到的第一积分值接近零的方式修正所述第五臂的断开时刻、或者以在所述第二积分期间对所述电流传感器的测量值进行积分而得到的第二积分值接近零的方式修正所述第七臂的断开时刻。
2.根据权利要求1所述的电力转换装置,其中,
在以所述第一积分值接近零的方式修正所述第五臂的断开时刻的情况下,所述控制部修正所述第六臂的接通时刻,在以所述第二积分值接近零的方式修正所述第七臂的断开时刻的情况下,所述控制部修正所述第八臂的接通时刻。
CN201510815477.XA 2015-01-15 2015-11-23 电力转换装置 Expired - Fee Related CN105811772B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015-005961 2015-01-15
JP2015005961A JP6217655B2 (ja) 2015-01-15 2015-01-15 電力変換装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105811772A true CN105811772A (zh) 2016-07-27
CN105811772B CN105811772B (zh) 2018-06-29

Family

ID=54782598

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510815477.XA Expired - Fee Related CN105811772B (zh) 2015-01-15 2015-11-23 电力转换装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9705410B2 (zh)
EP (1) EP3046241B1 (zh)
JP (1) JP6217655B2 (zh)
CN (1) CN105811772B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109066646A (zh) * 2018-09-01 2018-12-21 哈尔滨工程大学 一种基于解耦多端口实现多配电分区电能柔性调控的控制策略

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9413724D0 (en) * 1994-07-07 1994-08-24 Wellcome Found Therapeutic nucleosides
JP6783738B2 (ja) * 2017-03-30 2020-11-11 株式会社オリジン コンバータ
US11128222B2 (en) 2017-08-23 2021-09-21 Mitsubishi Electric Corporation DC/DC converter
JP6943110B2 (ja) * 2017-09-22 2021-09-29 株式会社豊田自動織機 電力変換装置
CN110112919B (zh) * 2019-05-02 2021-01-15 浙江大学 一种双有源桥变换器磁元件偏置电流的抑制方法
ES2913635T3 (es) * 2019-09-20 2022-06-03 Hitachi Energy Switzerland Ag Célula convertidora de puente activo dual con inductor de transferencia de energía dividida para el equilibrado de corriente optimizado en el transformador de frecuencia media (MFT)
CN112202342B (zh) * 2020-11-03 2021-06-25 深圳威迈斯新能源股份有限公司 双向谐振变换器磁平衡电路及其控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050083714A1 (en) * 2003-10-16 2005-04-21 Ballard Power Systems Corporation Power converter employing a planar transformer
JP2009281774A (ja) * 2008-05-20 2009-12-03 Honda Motor Co Ltd 電流センサ
US20110198933A1 (en) * 2010-02-17 2011-08-18 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Power conversion circuit and power conversion circuit system
CN103339844A (zh) * 2011-02-04 2013-10-02 三菱电机株式会社 Dc/dc转换器
CN104065272A (zh) * 2013-03-21 2014-09-24 丰田自动车株式会社 电力转换系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4378400B2 (ja) * 2007-08-28 2009-12-02 日立コンピュータ機器株式会社 双方向dc−dcコンバータ及び双方向dc−dcコンバータの制御方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050083714A1 (en) * 2003-10-16 2005-04-21 Ballard Power Systems Corporation Power converter employing a planar transformer
JP2009281774A (ja) * 2008-05-20 2009-12-03 Honda Motor Co Ltd 電流センサ
US20110198933A1 (en) * 2010-02-17 2011-08-18 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Power conversion circuit and power conversion circuit system
CN103339844A (zh) * 2011-02-04 2013-10-02 三菱电机株式会社 Dc/dc转换器
CN104065272A (zh) * 2013-03-21 2014-09-24 丰田自动车株式会社 电力转换系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109066646A (zh) * 2018-09-01 2018-12-21 哈尔滨工程大学 一种基于解耦多端口实现多配电分区电能柔性调控的控制策略
CN109066646B (zh) * 2018-09-01 2021-10-26 哈尔滨工程大学 基于解耦多端口实现多配电分区电能柔性调控的控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105811772B (zh) 2018-06-29
EP3046241A2 (en) 2016-07-20
EP3046241B1 (en) 2017-05-24
US20160211758A1 (en) 2016-07-21
US9705410B2 (en) 2017-07-11
JP6217655B2 (ja) 2017-10-25
EP3046241A3 (en) 2016-07-27
JP2016134932A (ja) 2016-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105811772A (zh) 电力转换装置
JP5807667B2 (ja) 電力変換装置及び電力補正方法
CN104917388B (zh) 电力转换装置及其起动方法
US9685877B2 (en) Power conversion apparatus
CN104184327B (zh) 电力转换装置和电力转换方法
JP5958487B2 (ja) 電力変換装置及び電力変換方法
CN104980034B (zh) 电力转换装置以及电力转换方法
US20070013351A1 (en) Electric power unit operating in continuous and discontinuous conduction modes and control method therefor
JP2014230370A (ja) 電力変換装置
CN104868735A (zh) 电力转换装置和电力转换方法
US11005471B2 (en) Signal generating circuit and power supply device
US20150295502A1 (en) Power conversion device and power conversion method
CN104980032A (zh) 电力转换装置以及电力转换方法
CN108649785B (zh) SiC MOSFET三相两电平变换器死区设置方法
CN104734492B (zh) 电力转换装置以及电力转换方法
JP2015149870A (ja) 電力変換装置及び電力変換方法
JP2015139326A (ja) 電力変換装置及び電力変換方法
CN104184328A (zh) 电力转换装置及电力校正方法
JP2020113867A (ja) ゲート駆動装置
JP5790709B2 (ja) 電力変換装置及び電力変換方法
US9859802B2 (en) Method of controlling power conversion apparatus, and power conversion apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180629