CN106605357A - 电力变换装置 - Google Patents

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Abstract

一种电力变换装置(1)，具备通过变压器(30)进行磁耦合的一次侧变换电路(10)和二次侧变换电路(20)，并在绝缘方向和非绝缘方向上进行电力传输，其中，使一次侧变换电路(10)具有的全桥电路的开关元件(Q11、Q13)和开关元件(Q12、Q14)交替地导通/截止。使二次侧变换电路(20)具有的全桥电路的开关元件(Q21、Q23)和开关元件(Q22、Q24)交替地导通/截止。由此，提供一种能够抑制电力传输时的损耗且能够高效地进行电力传输的电力变换装置。

Description

电力变换装置
技术领域
本发明涉及在多个输入输出端口中的任意的输入输出端口之间进行电力变换的电力变换装置。
背景技术
在专利文献1公开了在4个输入输出端口中的任意的两个输入输出端口之间进行电力变换的电力变换电路。该电力变换电路具备一次侧变换电路和二次侧变换电路，一次侧变换电路具有两个输入输出端口，二次侧变换电路与该一次侧变换电路进行磁耦合并具有另外两个输入输出端口。而且，一次侧变换电路和二次侧变换电路通过中心抽头式的变压器进行磁耦合。
一次侧变换电路具有一次侧全桥电路。一次侧全桥电路具有使连接在变压器的一次侧线圈两端的两个电感器进行磁耦合而构成的耦合电感器。此外，二次侧变换电路具有二次侧全桥电路。二次侧全桥电路具有使连接在变压器的二次侧线圈两端的两个电感器进行磁耦合而构成的耦合电感器。而且，通过变更开关周期的导通时间，从而变更一次侧变换电路与二次侧变换电路的电力变换比率。一次侧变换电路和二次侧变换电路的电力传输量通过开关周期的相位差进行控制。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-193713号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1记载的电力变换电路中，在不需要从一次侧向二次侧传输电力的情况下，需要使一次侧全桥电路和二次侧全桥电路的开关周期的相位差为0。在该情况下，从一次侧向二次侧传输的电力将从二次侧向一次侧进行再生。而且，在该再生时会产生不必要的损耗，因此存在不能进行高效的电力传输的问题。
因此，本发明的目的在于，提供一种能够抑制电力传输时的损耗且能够高效地进行电力传输的电力变换装置。
用于解决课题的技术方案
本发明的电力变换装置的特征在于，具备：第一输入输出端口和第二输入输出端口；一次侧全桥电路，具有上侧开关元件和下侧开关元件被串联连接而成的第一臂和第二臂，所述第一臂和所述第二臂与所述第一输入输出端口连接；二次侧全桥电路，具有上侧开关元件和下侧开关元件被串联连接而成的第三臂和第四臂，所述第三臂和所述第四臂与所述第二输入输出端口连接；变压器，具有一次线圈和二次线圈；第一电感器，第一端与所述一次线圈的第一端连接，第二端与所述第一臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件的连接点连接；第二电感器，第一端与所述一次线圈的第二端连接，第二端与所述第二臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件的连接点连接；第三电感器，第一端与所述二次线圈的第一端连接，第二端与所述第三臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件的连接点连接；第四电感器，第一端与所述二次线圈的第二端连接，第二端与所述第四臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件的连接点连接；第三输入输出端口，与所述一次线圈的中心抽头连接；第四输入输出端口，与所述二次线圈的中心抽头连接；第一开关控制部，使所述第一臂以及所述第二臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件交替地导通/截止；以及第二开关控制部，使所述第三臂以及所述第四臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件交替地导通/截止，所述电力变换装置具有以下动作模式中的至少任一个：所述第一臂和所述第二臂的所述上侧开关元件的接通和断开的定时为同时，且所述第一臂和所述第二臂的所述下侧开关元件的接通和断开的定时为同时的动作模式；以及所述第三臂和所述第四臂的所述上侧开关元件的接通和断开的定时为同时，且所述第三臂和所述第四臂的所述下侧开关元件的接通和断开的定时为同时的动作模式。
在该结构中，各臂的上侧开关元件和下侧开关元件的接通和断开的定时为同时，因此变压器的一次线圈或二次线圈的两端的电位差为0。因此，在变压器不会产生励磁电流，不进行绝缘方向(从一次侧向二次侧，或者与其相反)上的电力传输。其结果是，在进行非绝缘方向(第一输入输出端口和第三输入输出端口之间)上的电力传输的情况下，能够抑制像以往那样由于电力再生而产生的不必要的损耗，能够进行高效的电力传输。
优选是，具备第五电感器和第六电感器中的至少一个，所述第五电感器连接在所述一次线圈的中心抽头与所述第三输入输出端口之间，所述第六电感器连接在所述二次线圈的中心抽头与所述第四输入输出端口之间。
在该结构中，设置有第五电感器或第六电感器，通过调整其电感，从而能够进行一次侧变换电路或二次侧变换电路的电力传输量的调整。
本发明的电力变换装置的特征在于，具备：第一输入输出端口和第二输入输出端口；一次侧全桥电路，具有上侧开关元件和下侧开关元件被串联连接而成的第一臂和第二臂，所述第一臂和所述第二臂与所述第一输入输出端口连接；二次侧全桥电路，具有上侧开关元件和下侧开关元件被串联连接而成的第三臂和第四臂，所述第三臂和所述第四臂与所述第二输入输出端口连接；变压器，具有一次线圈和二次线圈；第三电感器，第一端与所述第一臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件的连接点连接，第二端与所述二次线圈的第一端连接；第四电感器，第一端与所述第二臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件的连接点连接，第二端与所述二次线圈的第二端连接；第三输入输出端口，与所述一次线圈的中心抽头连接；第四输入输出端口，与所述二次线圈的中心抽头连接；第五电感器，连接在所述一次线圈的中心抽头与所述第三输入输出端口之间；第一开关控制部，使所述第一臂以及所述第二臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件交替地导通/截止；以及第二开关控制部，使所述第三臂以及所述第四臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件交替地导通/截止，所述电力变换装置具有以下动作模式中的至少任一个：所述第一臂和所述第二臂的所述上侧开关元件的接通和断开的定时为同时，且所述第一臂和所述第二臂的所述下侧开关元件的接通和断开的定时为同时的动作模式；以及所述第三臂和所述第四臂的所述上侧开关元件的接通和断开的定时为同时，且所述第三臂和所述第四臂的所述下侧开关元件的接通和断开的定时为同时的动作模式。
在该结构中，在进行非绝缘方向(第一输入输出端口和第三输入输出端口之间)上的电力传输的情况下，能够抑制像以往那样由于电力再生而产生的不必要的损耗，能够进行高效的电力传输。
优选是，具备：第六电感器，连接在所述二次线圈的中心抽头与所述第四输入输出端口之间。
在该结构中，设置有第六电感器，通过调整其电感，从而能够进行二次侧变换电路的电力传输量的调整。
本发明的电力变换装置的特征在于，具备：第一输入输出端口和第二输入输出端口；一次侧全桥电路，具有上侧开关元件和下侧开关元件被串联连接而成的第一臂和第二臂，所述第一臂和所述第二臂与所述第一输入输出端口连接；二次侧全桥电路，具有上侧开关元件和下侧开关元件被串联连接而成的第三臂和第四臂，所述第三臂和所述第四臂与所述第二输入输出端口连接；变压器，具有一次线圈和二次线圈；第一电感器，第一端与所述第一臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件的连接点连接，第二端与所述一次线圈的第一端连接；第二电感器，第一端与所述第二臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件的连接点连接，第二端与所述一次线圈的第二端连接；第三输入输出端口，与所述一次线圈的中心抽头连接；第一开关控制部，使所述第一臂以及所述第二臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件交替地导通/截止；以及第二开关控制部，使所述第三臂以及所述第四臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件交替地导通/截止，所述电力变换装置具有：所述第一臂和所述第二臂的所述上侧开关元件的接通和断开的定时为同时，且所述第一臂和所述第二臂的所述下侧开关元件的接通和断开的定时为同时的动作模式。
在该结构中，在进行非绝缘方向上的电力传输的情况下，能够抑制像以往那样由于电力再生而产生的不必要的损耗，能够进行高效的电力传输。此外，能够削减部件件数，能够实现电力传输装置的小型化。
优选是，第一电感器和第二电感器、以及第三电感器和第四电感器中的至少一方进行磁耦合。
本发明的电力变换装置的特征在于，具备：第一输入输出端口和第二输入输出端口；一次侧全桥电路，具有上侧开关元件和下侧开关元件被串联连接而成的第一臂和第二臂，所述第一臂和所述第二臂与所述第一输入输出端口连接；二次侧全桥电路，具有上侧开关元件和下侧开关元件被串联连接而成的第三臂和第四臂，所述第三臂和所述第四臂与所述第二输入输出端口连接；变压器，具有一次线圈和二次线圈；第三电感器，第一端与所述第一臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件的连接点连接，第二端与所述二次线圈的第一端连接；第三输入输出端口，与所述一次线圈的中心抽头连接；第五电感器，连接在所述一次线圈的中心抽头与所述第三输入输出端口之间；第一开关控制部，使所述第一臂以及所述第二臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件交替地导通/截止；以及第二开关控制部，使所述第三臂以及所述第四臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件交替地导通/截止，所述电力变换装置具有：所述第一臂和所述第二臂的所述上侧开关元件的接通和断开的定时为同时，且所述第一臂和所述第二臂的所述下侧开关元件的接通和断开的定时为同时的动作模式。
在该结构中，在进行非绝缘方向上的电力传输的情况下，能够抑制像以往那样由于电力再生而产生的不必要的损耗，能够进行高效的电力传输。此外，能够削减部件件数，能够实现电力传输装置的小型化。
优选是，所述第一臂、所述第二臂、所述第三臂以及所述第四臂的上侧开关元件和下侧开关元件是具有体二极管的MOS-FET，所述第一开关控制部具有：第一禁止部，在所述动作模式中，禁止所述第一臂和所述第二臂的所述上侧开关元件或所述下侧开关元件的导通；所述第二开关控制部具有：第二禁止部，在所述动作模式中，禁止所述第三臂和所述第四臂的所述上侧开关元件或所述下侧开关元件的导通。
在该结构中，通过不对上侧开关元件或下侧开关元件进行开关控制，从而能够进一步降低电力损耗。
优选是，本发明的电力变换装置具备：第三开关控制部，使所述第一臂的所述上侧开关元件和所述第二臂的所述下侧开关元件、以及所述第一臂的所述下侧开关元件和所述第二臂的所述上侧开关元件交替地导通/截止；第四开关控制部，使所述第三臂的所述上侧开关元件和所述第四臂的所述下侧开关元件、以及所述第三臂的所述下侧开关元件和所述第四臂的所述上侧开关元件交替地导通/截止；以及切换部，交替地切换由所述第一开关控制部以及所述第二开关控制部进行的开关控制模式和由所述第三开关控制部以及所述第四开关控制部进行的开关控制模式。
在该结构中，通过交替地切换向绝缘方向(从一次侧向二次侧，或者与其相反)传输电力的模式和不向绝缘方向传输电力的模式，从而能够高效地进行绝缘方向的电力传输。
发明效果
根据本发明，能够抑制电力传输时的损耗，能够进行高效的电力传输。
附图说明
图1是实施方式1涉及的电力变换装置的电路图。
图2是示出控制部的功能的框图。
图3是用于说明电力变换装置的变换器电路的功能中的作为升降压电路的功能的图。
图4是用于说明电力变换装置的变换器电路功能中的作为DAB变换器的功能的图。
图5是示出一次侧变换电路和二次侧变换电路各部分的电压波形以及流过电感器的电流波形的图。
图6是示出一次侧变换电路的各开关元件的时间图以及一次侧变换电路各部分的电压波形的图。
图7是示出二次侧变换电路的各开关元件的时间图以及二次侧变换电路各部分的电压波形的图。
图8是电力变换装置的变形例的电路图。
图9是电力变换装置的变形例的电路图。
图10是电力变换装置的变形例的电路图。
图11是电力变换装置的变形例的电路图。
图12是电力变换装置的变形例的电路图。
图13是电力变换装置的变形例的电路图。
图14是示出一次侧变换电路的各开关元件的时间图以及一次侧变换电路各部分的电压波形的图。
图15是用于说明电力变换装置的动作模式的图。
具体实施方式
(实施方式1)
图1是本实施方式涉及的电力变换装置1的电路图。
电力变换装置1具备一次侧变换电路10和二次侧变换电路20。一次侧变换电路10和二次侧变换电路20通过变压器30进行磁耦合。一次侧变换电路10具备具有输入输出端子IO1、IO2的第一输入输出端口P1和具有输入输出端子IO2、IO3的第三输入输出端口P3。二次侧变换电路20具备具有输入输出端子IO4、IO5的第二输入输出端口P2和具有输入输出端子IO5、IO6的第四输入输出端口P4。电力变换装置1在4个输入输出端口P1～P4中的任一个与其它输入输出端口之间进行电力变换。
一次侧变换电路10具备一次侧全桥电路(以下，简称为全桥电路)。该全桥电路具有开关元件Q11、Q12、Q13、Q14。开关元件Q11、Q12、Q13、Q14是n型MOS-FET。开关元件Q11、Q12的串联电路与输入输出端子IO1、IO2连接。此外，开关元件Q13、Q14的串联电路与开关元件Q11、Q12的串联电路进行并联连接。从一次侧驱动器13对这些开关元件Q11、Q12、Q13、Q14的栅极输入栅极信号。由此，各开关元件Q11、Q12、Q13、Q14导通/截止。
开关元件Q11、Q12的串联电路是本发明的“第一臂”的一个例子。开关元件Q13、Q14的串联电路是本发明的“第二臂”的一个例子。此外，开关元件Q11、Q13是本发明的“上侧开关元件”的一个例子。开关元件Q12、Q14是本发明的“下侧开关元件”的一个例子。
电感器L11的第一端与开关元件Q11、Q12的连接点连接。此外，电感器L12的第一端与全桥电路的开关元件Q13、Q14的连接点连接。而且，电感器L11、L12的第二端与变压器30的一次线圈的两端连接。电感器L11、L12是进行磁耦合的耦合电感器。电感器L11、L12是本发明的“第一电感器”和“第二电感器”的一个例子。
变压器30具备一次线圈31、32和二次线圈33、34。一次线圈31、32被串联连接。此外，第三输入输出端口P3的输入输出端子IO3与一次线圈31、32的连接点(中心抽头)连接。
二次侧变换电路20具备二次侧全桥电路(以下，简称为全桥电路)。该全桥电路具有开关元件Q21、Q22、Q23、Q24。开关元件Q21、Q22、Q23、Q24是n型MOS-FET。开关元件Q21、Q22的串联电路与输入输出端子IO4、IO5连接。此外，开关元件Q23、Q24的串联电路与开关元件Q21、Q22的串联电路并联连接。从二次侧驱动器23对这些开关元件Q21、Q22、Q23、Q24的栅极输入栅极信号。由此，各开关元件Q21、Q22、Q23、Q24导通/截止。
开关元件Q21、Q22的串联电路是本发明的“第三臂”的一个例子。开关元件Q23、Q24的串联电路是本发明的“第四臂”的一个例子。此外，开关元件Q21、Q22是本发明的“上侧开关元件”的一个例子。开关元件Q22、Q24是本发明的“下侧开关元件”的一个例子。
电感器L21的第一端与开关元件Q21、Q22的连接点连接。此外，电感器L22的第一端与全桥电路的开关元件Q23、Q24的连接点连接。而且，电感器L21、L22的第二端与变压器30的二次线圈的两端连接。该电感器L21、L22是进行磁耦合的耦合电感器。电感器L21、L22是本发明的“第三电感器”和“第四电感器”的一个例子。
变压器30的二次线圈33、34被串联连接。此外，第四输入输出端口P4的输入输出端子IO6与二次线圈33、34的连接点(中心抽头)连接。
电力变换装置1具备控制部35。控制部35分别向一次侧驱动器13和二次侧驱动器23输出控制信号。输入了该控制信号的一次侧驱动器13和二次侧驱动器23向各开关元件输出栅极信号。
图2是示出控制部35的功能的框图。控制部35具备电力变换模式决定部351、相位差决定部352、占空比决定部353、一次侧输出部354、以及二次侧输出部355。
电力变换模式决定部351例如基于输入到控制部35的外部信号决定电力变换装置1的电力变换模式。电力变换模式有第一～第十二模式。
第一模式是对从第一输入输出端口P1输入的电力进行变换并向第三输入输出端口P3输出的模式。第二模式是对从第一输入输出端口P1输入的电力进行变换并向第二输入输出端口P2输出的模式。第三模式是对从第一输入输出端口P1输入的电力进行变换并向第四输入输出端口P4输出的模式。
第四模式是对从第三输入输出端口P3输入的电力进行变换并向第一输入输出端口P1输出的模式。第五模式是对从第三输入输出端口P3输入的电力进行变换并向第二输入输出端口P2输出的模式。第六模式是对从第三输入输出端口P3输入的电力进行变换并向第四输入输出端口P4输出的模式。
第七模式是对从第二输入输出端口P2输入的电力进行变换并向第一输入输出端口P1输出的模式。第八模式是对从第二输入输出端口P2输入的电力进行变换并向第三输入输出端口P3输出的模式。第九模式是对从第二输入输出端口P2输入的电力进行变换并向第四输入输出端口P4输出的模式。
第十模式是对从第四输入输出端口P4输入的电力进行变换并向第一输入输出端口P1输出的模式。第十一模式是对从第四输入输出端口P4输入的电力进行变换并向第三输入输出端口P3输出的模式。第十二模式是对从第四输入输出端口P4输入的电力进行变换并向第二输入输出端口P2输出的模式。
相位差决定部352根据电力变换模式决定部351决定的模式来决定一次侧变换电路10和二次侧变换电路20分别具有的开关元件的开关周期的相位差φ。根据决定的相位差φ，从第一输入输出端口P1向第二输入输出端口P2(或者向其反方向)传输电力。
占空比决定部353根据决定的模式来决定一次侧变换电路10和二次侧变换电路20分别具有的开关元件的占空比。根据决定的占空比，分别在一次侧变换电路10和二次侧变换电路20中控制电压(升压或降压)。
一次侧输出部354基于电力变换模式决定部351决定的模式从一次侧驱动器13向一次侧变换电路10的各开关元件Q11、Q12、Q13、Q14的栅极输出栅极信号。由此，各开关元件Q11、Q12、Q13、Q14导通/截止。此外，一次侧输出部354输出与由相位差决定部352决定的相位差φ和由占空比决定部353决定的占空比相应的栅极信号。一次侧输出部354是本发明的“第一开关控制部”的一个例子。
二次侧输出部355基于电力变换模式决定部351决定的模式从二次侧驱动器23向二次侧变换电路20的各开关元件Q21、Q22、Q23、Q24的栅极输出栅极信号。由此，各开关元件Q21、Q22、Q23、Q24导通/截止。此外，二次侧输出部355输出与由相位差决定部352决定的相位差φ和由占空比决定部353决定的占空比相应的栅极信号。二次侧输出部355是本发明的“第二开关控制部”的一个例子。
对像以上那样构成的电力变换装置1的动作进行说明。电力变换装置1具备作为升降压电路的功能以及作为双有源桥(Dual Active Bridge，以下DAB)变换器电路的功能。
图3是用于说明电力变换装置1的变换器电路的功能中的作为升降压电路的功能的图。图4是用于说明电力变换装置1的变换器电路功能中的作为DAB变换器的功能的图。
关于电力变换装置1的作为一次侧变换电路10侧的升降压电路的功能进行说明。如图3所示，例如，开关元件Q11、Q12(或者Q13、Q14)的串联电路与第一输入输出端口P1的输入输出端子IO1、IO2连接。而且，因为与开关元件Q11、Q12(或者Q13、Q14)连接的电感器L11、L12是进行磁耦合的耦合电感器，所以能够像图3那样用漏电感器Lr1、Lr2和励磁电感器M1的等效电路来表示。
此外，流过励磁电感器M1的电流分配到变压器30的一次线圈31、32而流过，因此在此磁通量抵消，励磁电感器M1和输入输出端子IO3可视为等同于短路。即，在第一输入输出端口P1和第三输入输出端口P3之间连接有降压电路。因此，从第一输入输出端口P1输入的电压被降压并从第三输入输出端口P3输出。此外，在第三输入输出端口P3和第一输入输出端口P1之间连接有升压电路。因此，从第三输入输出端口P3输入的电压被升压并从第一输入输出端口P1输出。
另外，关于二次侧变换电路20侧的升降压功能，能够与一次侧变换电路10侧同样地进行说明。即，从第二输入输出端口P2输入的电压被降压并从第四输入输出端口P4输出。此外，从第四输入输出端口P4输入的电压被升压并从第二输入输出端口P2输出。
接着，关于电力变换装置1的作为DAB变换器电路的功能进行说明。如图4所示，一次侧变换电路10和二次侧变换电路20分别具备全桥电路。而且，因为电感器L11、L12(或者L21、L22)是进行磁耦合的耦合电感器，所以能够用漏电感器Lr1、Lr2(或者Lr3、Lr4)和励磁电感器的等效电路来表示。在电感器L11、L12(或者L21、L22)中，相对于极性向反方向流过电流，因此励磁电感器被抵消，只有漏电感器Lr1、Lr2(或者Lr3、Lr4)发挥作用。而且，一次侧变换电路10和二次侧变换电路20进行磁耦合。
即，构成将第一输入输出端口P1和第二输入输出端口P2作为输入输出的DAB变换器电路。因此，使第一臂和第二臂以180度(π)的相位差进行开关动作，并使第三臂和第四臂以180度(π)的相位差进行开关动作，并调整一次侧变换电路10侧与二次侧变换电路20侧的开关元件的开关周期的相位差，从而能够对输入到第一输入输出端口P1(或者第三输入输出端口P3)的电力进行变换并传输到第二输入输出端口P2(或者第四输入输出端口P4)。此外，能够对输入到第二输入输出端口P2(或者第四输入输出端口P4)的电力进行变换并传输到第一输入输出端口P1(或者第三输入输出端口P3)。
以下，对电力变换装置1的动作进行说明。
图5是示出一次侧变换电路10和二次侧变换电路20各部分的电压波形以及流过电感器L11的电流波形的图。在此，Vu1是开关元件Q12的漏极-源极间电压，Vv1是开关元件Q14的漏极-源极间电压，Vu2是开关元件Q22的漏极-源极间电压，Vv2是开关元件Q24的漏极-源极间电压(参照图1)。
在该例子中，在第一输入输出端口P1连接输入电源，在其他端口连接负载，控制部35对一次侧变换电路10和二次侧变换电路20各自的各开关元件进行开关控制，使得Vu1、Vv1分别为导通时间δ，彼此的相位差为180度，此外，使得Vu2、Vv2分别为导通时间δ，彼此的相位差为180度。
如图5的电流I1的波形所示，在Vu1为高电平(H)且Vv1为低电平(L)的情况下，电流依次流过输入输出端子IO1→开关元件Q11→电感器L11→变压器30的一次线圈31→输入输出端子IO3。在Vu1为低电平(L)且Vv1为高电平(H)的情况下，电流依次流过输入输出端子IO1→开关元件Q13→电感器L12→变压器30的一次线圈32→输入输出端子IO3。在Vu1、Vv1为低电平(L)的情况下，电流依次流过电感器L11、L12→变压器30的一次线圈31、32→输入输出端子IO3→负载→输入输出端子IO2→开关元件Q12、Q14。即，通过重复Vu1和Vv1的高电平、低电平，从而从第一输入输出端口P1输入的电压被降压，并向第三输入输出端口P3输出。此时的电压的降压比能够根据导通时间δ来确定。
另外，关于从第三输入输出端口P3向第一输入输出端口P1的电力变换，也通过重复Vu1和Vv1的高电平、低电平，从而对从第三输入输出端口P3输入的电压进行升压，并向第一输入输出端口P1输出。而且，升压比能够根据导通时间δ来确定。此外，关于二次侧变换电路20侧，也能够与一次侧变换电路10侧同样地进行说明。
此外，当像上述那样在一次侧变换电路10中流过电流时，会在变压器30的一次线圈31、32施加电压，并在变压器30的二次线圈33、34感应出电压。而且，当对二次侧变换电路20的各开关元件进行开关控制而使得Vu2、Vv2与Vu1、Vv1的相位差为φ(＞0)时，电流会流向第二输入输出端口P2(或者第四输入输出端口P4)。由此，从一次侧变换电路10向二次侧变换电路20进行电力传输。
例如，在变压器30的二次线圈33侧为高电位的情况下，在开关元件Q21、Q24导通时，在二次侧变换电路20中，电流流过变压器30的二次线圈33→电感器L21→开关元件Q21→输入输出端子IO4的路径。此外，在变压器30的二次线圈34侧为高电位的情况下，在开关元件Q22、Q23导通时，电流流过变压器30的二次线圈34→电感器L22→开关元件Q23→输入输出端子IO4的路径。
像这样，通过以相位差φ(＞0)对一次侧变换电路10和二次侧变换电路20的各开关元件进行开关控制，从而从第一输入输出端口P1输入的电压通过作为DAB变换器电路的功能而传输到二次侧变换电路20侧，并从第二输入输出端口P2和第四输入输出端口P4输出。如图5所示，当使相位差φ变化时，Vu1、Vu2为高电平(开关元件Q11、Q21导通)且Vv1、Vv2为低电平(开关元件Q14、Q24导通)的时间T1会变化，同样地，Vu1、Vu2为低电平(开关元件Q12、Q22导通)且Vv1、Vv2为高电平(开关元件Q13、Q23导通)的时间T2会变化。由此，能够通过相位差φ来控制从一次侧变换电路10向二次侧变换电路20的电力输电量。另外，对于从第三输入输出端口P3向第二输入输出端口P2或第四输入输出端口P4的电力传输，也是同样的。
此外，通过变更相位差φ，从而能够从第二输入输出端口P2向第一输入输出端口P1(或者第三输入输出端口P3)传输电力，并能够从第四输入输出端口P4向第一输入输出端口P1(或者第三输入输出端口P3)传输电力。详细地，通过以相位差φ(＜0)对一次侧变换电路10和二次侧变换电路20的各开关元件进行开关控制，从而可从二次侧变换电路20对一次侧变换电路10传输电力。
使相位差φ为0而对一次侧变换电路10和二次侧变换电路20的各开关元件进行开关控制，从而不进行向绝缘方向的电力传输。一次侧变换电路10和二次侧变换电路20是对称电路。因此，在第一输入输出端口P1和第二输入输出端口P2分别连接有电池等电源且相位差φ为0的情况下，一次侧变换电路10和二次侧变换电路20进行对称动作。在该情况下，从一次侧变换电路10向二次侧变换电路20传输的电力将从二次侧变换电路20向一次侧变换电路10进行再生。同样地，从二次侧变换电路20向一次侧变换电路10传输的电力将从一次侧变换电路10向二次侧变换电路20进行再生。其结果是，不进行向绝缘方向的电力传输。关于第三输入输出端口P3和第四输入输出端口P4之间，也是同样的。然而，在该情况下，会由于再生而产生无用的电力消耗。
因此，本实施方式涉及的电力变换装置1在只进行向非绝缘方向的电力传输的情况下，对一次侧变换电路10和二次侧变换电路20的开关元件进行开关控制，使得不会产生由再生造成的无用的电力消耗。以下，对只进行向非绝缘方向的电力传输的情况下的开关控制进行说明。
图6是示出一次侧变换电路10的各开关元件Q11、Q12、Q13、Q14的时间图以及一次侧变换电路10各部分的电压波形的图。在该例子中，也与图5同样地，在第一输入输出端口P1连接有输入电源来进行说明。
在一次侧变换电路10侧，控制部35使开关元件Q11、Q13和开关元件Q12、Q14交替地导通/截止。在开关元件Q11、Q13导通且开关元件Q12、Q14截止的情况下，电流流过输入输出端子IO1→开关元件Q11→电感器L11→变压器30的一次线圈31→输入输出端子IO3的路径和输入输出端子IO1→开关元件Q13→电感器L12→变压器30的一次线圈32→输入输出端子IO3的路径。此时的Vu1、Vv1的电位为高电平(H)。此外，在开关元件Q11、Q13截止且开关元件Q12、Q14导通的情况下，电流流过输入输出端子IO2→开关元件Q12、Q14→电感器L11、L12→变压器30的一次线圈31、32→输入输出端子IO3的路径。此时的Vu1、Vv1的电位为低电平(L)。
即，开关元件Q11、Q12的连接点与开关元件Q13、Q14的连接点的电位差Vuv1始终为0。因此，施加在变压器30的一次线圈31、32的电压为0，不进行从第一输入输出端口P1向二次侧变换电路20侧的电力传输。关于从第三输入输出端口P3向二次侧变换电路20侧的电力传输，也是同样的。
图7是示出二次侧变换电路20的各开关元件Q21、Q22、Q23、Q24的时间图以及二次侧变换电路20各部分的电压波形的图。在该例子中，在第二输入输出端口P2连接有输入电源来进行说明。
在二次侧变换电路20侧，控制部35使开关元件Q21、Q23和开关元件Q22、Q24交替地导通/截止。在开关元件Q21、Q23导通且开关元件Q22、Q24截止的情况下，电流流过输入输出端子IO4→开关元件Q21→电感器L21→变压器30的二次线圈33→输入输出端子IO6的路径、和输入输出端子IO4→开关元件Q23→电感器L22→变压器30的二次线圈34→输入输出端子IO6的路径。此时的Vu1、Vv1的电位为高电平(H)。此外，在开关元件Q21、Q23截止且开关元件Q22、Q24导通的情况下，电流流过输入输出端子IO5→开关元件Q22、Q24→电感器L21、L22→变压器30的二次线圈33、34→输入输出端子IO6的路径。此时的Vu2、Vv2的电位为低电平(L)。
即，开关元件Q21、Q22的连接点与开关元件Q23、Q24的连接点的电位差Vuv2始终为0。因此，施加在变压器30的二次线圈33、34的电压为0，不进行从第二输入输出端口P2向一次侧变换电路10的电力传输。关于从第四输入输出端口P4向一次侧变换电路10侧的电力传输，也是同样的。
像这样，在本实施方式中，使得不在变压器30的一次线圈31、32以及二次线圈33、34施加电压，并使得不进行向绝缘方向的电力传输，从而不会产生由再生造成的无用的电力消耗。此外，无需在一次侧变换电路10和二次侧变换电路20中使开关控制同步，能够分别独立地执行一次侧变换电路10内的电力传输(例如，从第一输入输出端口P1向第三输入输出端口P3的电力传输)和二次侧变换电路20内的电力传输(例如，从第二输入输出端口P2向第四输入输出端口P4的电力传输)。此外，在要在第一输入输出端口P1与第三输入输出端口P3之间进行电力传输而无需在第二输入输出端口P2与第四输入输出端口P4之间进行电力传输的情况下，也可以只对一次侧变换电路10进行开关控制，并停止二次侧变换电路20的开关。同样地，也可以只对二次侧变换电路20进行开关控制并停止一次侧变换电路10的开关。
像以上说明的那样，电力变换装置1具备作为升降压电路的功能和作为DAB变换器电路的功能，能够在4个输入输出端口P1～P4中的任一个与其它输入输出端口之间进行电力变换。而且，在只在非绝缘方向上进行电力传输的情况下，使得不向绝缘方向传输电力，从而不会产生不必要的电力消耗，能够进行高效的电力传输。
图8、图9、图10、图11、图12以及图13是电力变换装置的变形例的电路图。
图8所示的电力变换装置1A所具有的电感器L11、L12(或者L21、L22)不进行磁耦合，是分别独立的。即使在该情况下，也能够与电力变换装置1同样地进行高效的电力传输。
图9所示的电力变换装置1B具备连接在一次线圈31、32的中心抽头与输入输出端子IO3之间的电感器L13和连接在二次线圈33、34的中心抽头与输入输出端子IO6之间的电感器L23。在该情况下，电感器L11、L12(或者L21、L22)可以进行磁耦合，也可以分别独立。
在此，电感器L13是本发明涉及的“第五电感器”的一个例子，电感器L23是本发明涉及的“第六电感器”的一个例子。
图10所示的电力变换装置1C是在电力变换装置1B的电路结构中不具备电感器L11、L12、L23的结构。图11所示的电力变换装置1D是在电力变换装置1B的电路结构中不具备电感器L11、L12的结构。在该情况下，电感器L21、L22可以进行磁耦合，也可以分别独立。
图12所示的电力变换装置1E具备3个输入输出端口P1、P2、P3。而且，电力变换装置1E是在3个输入输出端口P1、P2、P3中的任意的两个输入输出端口之间进行电力变换的电力变换电路。而且，电力变换装置1E的二次侧电路20不具备电感器L21、L22。
与电力变换装置1E同样地，图13所示的电力变换装置1F具备3个输入输出端口P1、P2、P3。而且，电力变换装置1F的一次侧电路10不具备电感器L11、L12，具备电感器L13。此外，二次侧电路20只具备电感器L21。
即使是这些图9～图13所示的各电力传输装置的电路结构，也能够与电力变换装置1同样进行高效的电力传输。
(实施方式2)
在实施方式2中，在不进行向绝缘方向的电力传输的情况下，在一次侧变换电路10中只使开关元件Q11、Q13导通/截止，在二次侧变换电路20中只使开关元件Q21、Q23导通/截止。图2所示的一次侧输出部354是本发明涉及的“第一禁止部”的一个例子。此外，二次侧输出部355是本发明涉及的“第二禁止部”的一个例子。
图14是示出一次侧变换电路10的各开关元件Q11、Q12、Q13、Q14的时间图以及一次侧变换电路10各部分的电压波形的图。本实施方式的电力变换装置与图1相同，在第一输入输出端口P1连接有输入电源来进行说明。另外，一次侧变换电路10和二次侧变换电路20的开关控制相同，因此只对一次侧变换电路10的开关控制进行说明。
在一次侧变换电路10侧，控制部35只使开关元件Q11、Q13同时导通/截止，使开关元件Q12、Q14始终截止。在该情况下，当考虑图3的等效电路时，因为开关元件Q21、Q23是具有体二极管的MOS-FET，所以即使始终截止，也可通过只使开关元件Q11、Q13进行开关，从而通过体二极管进行整流。
在开关元件Q11、Q13导通时，流过电感器L11、L12的电流I1、I2上升。当开关元件Q11、Q13截止时，积蓄在电感器L11、L12的能量通过开关元件Q12、Q14的体二极管放出。当积蓄在电感器L11、L12的能量放出时，I1、I2变为零。此时，体二极管截止，因此出现电压Vd。
假设在第三输入输出端口P3连接有电池等电源，对开关元件Q12、Q14进行开关控制，从而开关元件Q12、Q14导通，此时，电流流过第三输入输出端口P3→电感器L11、L12→开关元件Q12、Q14的路径。即，从第三输入输出端口向第一输入输出端口P1产生再生电流(图7的虚线部分)。相对于此，在本实施方式中，因为使开关元件Q12、Q14始终截止，所以能够抑制再生电流的产生，能够抑制由再生电流造成的损耗。
另外，例如在从连接在第一输入输出端口P1的输入电源向连接在第三输入输出端口P3的负载供给电力的情况下，如果该负载是轻负载，则流向轻负载的电流小。因此，即使在不对开关元件Q12、Q14进行开关而利用体二极管进行整流的情况下，该体二极管中的损耗也不大。
像以上说明的那样，在不进行向绝缘方向的电力传输而只进行向非绝缘方向的电力传输的情况下，在一次侧变换电路10中只对开关元件Q11、Q13进行开关控制，在二次侧变换电路20中只对开关元件Q21、Q23进行开关控制。由此，能够抑制再生电流的产生，能够抑制再生电流造成的损耗。其结果是，能够提高向非绝缘方向的电力传输的效率。
(实施方式3)
本实施方式涉及的电力变换装置在向绝缘方向进行电力传输的情况下，交替地切换向绝缘方向传输电力的模式(以下，称为绝缘电力传输模式)和不向绝缘方向传输电力而只向非绝缘方向传输电力的模式(以下，称为非绝缘电力传输模式)。
图15是用于说明电力变换装置1的动作模式的图。
以下，对如下情况进行说明，即，在图1中，在第一输入输出端口P1连接输入电源，在第二输入输出端口P2连接负载，从第一输入输出端口P1向第二输入输出端口P2进行电力传输。
在从第一输入输出端口P1向第二输入输出端口P2进行电力传输的情况下，像在实施方式1中说明的那样，控制部35以相位差φ对一次侧变换电路10和二次侧变换电路20的各开关元件进行开关控制。此时的相位差φ设为电力变换装置1能够以高效率进行动作的值。在是轻负载的情况下，电力变换模式决定部351切换为图9所示的交替地执行绝缘电力传输模式和非绝缘电力传输模式的动作模式。一次侧输出部354和二次侧输出部355基于电力变换模式决定部351决定的动作模式对各开关元件进行开关控制。
在绝缘电力传输模式中，控制部35的一次侧输出部354和二次侧输出部355以相位差φ对一次侧变换电路10和二次侧变换电路20的各开关元件进行开关控制。在非绝缘电力传输模式中，控制部35的一次侧输出部354和二次侧输出部355使一次侧变换电路10的开关元件Q11、Q13和开关元件Q12、Q14交替地导通/截止，并使二次侧变换电路20的开关元件Q21、Q23和开关元件Q22、Q24交替地导通/截止。电力变换模式决定部351是本发明涉及的“切换部”的一个例子。一次侧输出部354是本发明涉及的“第三开关控制部”的一个例子。二次侧输出部355是本发明涉及的“第四开关控制部”的一个例子。
在向绝缘方向传输的电力小的情况下，即，当相位差φ小时，会产生再生电流而使损耗增大。然而，像本实施方式那样，以能够以高效率动作的相位差φ动作，并通过绝缘电力传输模式和非绝缘电力传输模式的切换来调整向绝缘方向传输的电力，从而能够提高向绝缘方向的电力传输的效率。
附图标记说明
IO1、IO2、IO3、IO4、IO5、IO6：输入输出端子；
L11、L12：电感器；
L21、L22：电感器；
L13、L23：电感器；
P1：第一输入输出端口；
P2：第二输入输出端口；
P3：第三输入输出端口；
P4：第四输入输出端口；
Q11、Q12、Q13、Q14：开关元件；
Q21、Q22、Q23、Q24：开关元件；
R11、R12、R13、R14：分压电阻；
R21、R22、R23、R24：分压电阻；
1、1A、1B、1C、1D、1E、1F：电力变换装置；
10：一次侧变换电路；
13：一次侧驱动器；
20：二次侧变换电路；
23：二次侧驱动器；
30：变压器；
31、32：一次线圈；
33、34：二次线圈；
35：控制部；
351：电力变换模式决定部；
352：相位差决定部；
353：占空比决定部；
354：一次侧输出部；
355：二次侧输出部。

Claims (9)

1.一种电力变换装置，具备：
第一输入输出端口和第二输入输出端口；
一次侧全桥电路，具有上侧开关元件和下侧开关元件被串联连接而成的第一臂和第二臂，所述第一臂和所述第二臂与所述第一输入输出端口连接；
二次侧全桥电路，具有上侧开关元件和下侧开关元件被串联连接而成的第三臂和第四臂，所述第三臂和所述第四臂与所述第二输入输出端口连接；
变压器，具有一次线圈和二次线圈；
第一电感器，第一端与所述第一臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件的连接点连接，第二端与所述一次线圈的第一端连接；
第二电感器，第一端与所述第二臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件的连接点连接，第二端与所述一次线圈的第二端连接；
第三电感器，第一端与所述第三臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件的连接点连接，第二端与所述二次线圈的第一端连接；
第四电感器，第一端与所述第四臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件的连接点连接，第二端与所述二次线圈的第二端连接；
第三输入输出端口，与所述一次线圈的中心抽头连接；
第四输入输出端口，与所述二次线圈的中心抽头连接；
第一开关控制部，使所述第一臂以及所述第二臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件交替地导通/截止；以及
第二开关控制部，使所述第三臂以及所述第四臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件交替地导通/截止，
所述电力变换装置具有以下动作模式中的至少任一个：
所述第一臂和所述第二臂的所述上侧开关元件的接通和断开的定时为同时，且所述第一臂和所述第二臂的所述下侧开关元件的接通和断开的定时为同时的动作模式；以及
所述第三臂和所述第四臂的所述上侧开关元件的接通和断开的定时为同时，且所述第三臂和所述第四臂的所述下侧开关元件的接通和断开的定时为同时的动作模式。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中，
具备第五电感器和第六电感器的至少一个，所述第五电感器连接在所述一次线圈的中心抽头与所述第三输入输出端口之间，所述第六电感器连接在所述二次线圈的中心抽头与所述第四输入输出端口之间。
3.一种电力变换装置，具备：
第一输入输出端口和第二输入输出端口；
一次侧全桥电路，具有上侧开关元件和下侧开关元件被串联连接而成的第一臂和第二臂，所述第一臂和所述第二臂与所述第一输入输出端口连接；
二次侧全桥电路，具有上侧开关元件和下侧开关元件被串联连接而成的第三臂和第四臂，所述第三臂和所述第四臂与所述第二输入输出端口连接；
变压器，具有一次线圈和二次线圈；
第三电感器，第一端与所述第一臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件的连接点连接，第二端与所述二次线圈的第一端连接；
第四电感器，第一端与所述第二臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件的连接点连接，第二端与所述二次线圈的第二端连接；
第三输入输出端口，与所述一次线圈的中心抽头连接；
第四输入输出端口，与所述二次线圈的中心抽头连接；
第五电感器，连接在所述一次线圈的中心抽头与所述第三输入输出端口之间；
第一开关控制部，使所述第一臂以及所述第二臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件交替地导通/截止；以及
第二开关控制部，使所述第三臂以及所述第四臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件交替地导通/截止，
所述电力变换装置具有以下动作模式中的至少任一个：
所述第一臂和所述第二臂的所述上侧开关元件的接通和断开的定时为同时，且所述第一臂和所述第二臂的所述下侧开关元件的接通和断开的定时为同时的动作模式；以及
所述第三臂和所述第四臂的所述上侧开关元件的接通和断开的定时为同时，且所述第三臂和所述第四臂的所述下侧开关元件的接通和断开的定时为同时的动作模式。
4.根据权利要求3所述的电力变换装置，其中，
具备：第六电感器，连接在所述二次线圈的中心抽头与所述第四输入输出端口之间。
5.一种电力变换装置，具备：
第一输入输出端口和第二输入输出端口；
一次侧全桥电路，具有上侧开关元件和下侧开关元件被串联连接而成的第一臂和第二臂，所述第一臂和所述第二臂与所述第一输入输出端口连接；
二次侧全桥电路，具有上侧开关元件和下侧开关元件被串联连接而成的第三臂和第四臂，所述第三臂和所述第四臂与所述第二输入输出端口连接；
变压器，具有一次线圈和二次线圈；
第一电感器，第一端与所述第一臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件的连接点连接，第二端与所述一次线圈的第一端连接；
第二电感器，第一端与所述第二臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件的连接点连接，第二端与所述一次线圈的第二端连接；
第三输入输出端口，与所述一次线圈的中心抽头连接；
第一开关控制部，使所述第一臂以及所述第二臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件交替地导通/截止；以及
第二开关控制部，使所述第三臂以及所述第四臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件交替地导通/截止，
所述电力变换装置具有：所述第一臂和所述第二臂的所述上侧开关元件的接通和断开的定时为同时，且所述第一臂和所述第二臂的所述下侧开关元件的接通和断开的定时为同时的动作模式。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的电力变换装置，其中，
第一电感器和第二电感器、以及第三电感器和第四电感器的至少一方进行磁耦合。
7.一种电力变换装置，具备：
第一输入输出端口和第二输入输出端口；
一次侧全桥电路，具有上侧开关元件和下侧开关元件被串联连接而成的第一臂和第二臂，所述第一臂和所述第二臂与所述第一输入输出端口连接；
二次侧全桥电路，具有上侧开关元件和下侧开关元件被串联连接而成的第三臂和第四臂，所述第三臂和所述第四臂与所述第二输入输出端口连接；
变压器，具有一次线圈和二次线圈；
第三电感器，第一端与所述第一臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件的连接点连接，第二端与所述二次线圈的第一端连接；
第三输入输出端口，与所述一次线圈的中心抽头连接；
第五电感器，连接在所述一次线圈的中心抽头与所述第三输入输出端口之间；
第一开关控制部，使所述第一臂以及所述第二臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件交替地导通/截止；以及
第二开关控制部，使所述第三臂以及所述第四臂的所述上侧开关元件和所述下侧开关元件交替地导通/截止，
所述电力变换装置具有：所述第一臂和所述第二臂的所述上侧开关元件的接通和断开的定时为同时，且所述第一臂和所述第二臂的所述下侧开关元件的接通和断开的定时为同时的动作模式。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的电力变换装置，其中，
所述第一臂、所述第二臂、所述第三臂以及所述第四臂的上侧开关元件和下侧开关元件是具有体二极管的MOS-FET，
所述第一开关控制部具有：第一禁止部，在所述动作模式中，禁止所述第一臂和所述第二臂的所述上侧开关元件或所述下侧开关元件的导通，
所述第二开关控制部具有：第二禁止部，在所述动作模式中，禁止所述第三臂和所述第四臂的所述上侧开关元件或所述下侧开关元件的导通。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的电力变换装置，其中，
具备：
第三开关控制部，使所述第一臂的所述上侧开关元件和所述第二臂的所述下侧开关元件、以及所述第一臂的所述下侧开关元件和所述第二臂的所述上侧开关元件交替地导通/截止；
第四开关控制部，使所述第三臂的所述上侧开关元件和所述第四臂的所述下侧开关元件、以及所述第三臂的所述下侧开关元件和所述第四臂的所述上侧开关元件交替地导通/截止；以及
切换部，交替地切换由所述第一开关控制部以及所述第二开关控制部进行的开关控制模式和由所述第三开关控制部以及所述第四开关控制部进行的开关控制模式。
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