CN107210683B - 转换器和控制电路 - Google Patents

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Abstract

提供了一种能够通过开关控制来减小波纹电流以及能够使电容器更小的转换器。转换器设置有：前级转换器，其具有间歇地输出电流的第一开关电路；后级转换器，其具有使第一开关电路输出的电流平滑的电容器和通过电容器平滑后的电流间歇地输入到其中的第二开关电路；以及控制电路9。施加到前级转换器的直流或交流被转换，并且从后级转换器输出转换后的直流或交流。控制电路9控制第一开关电路和第二开关电路的开关，使得在从第一开关电路输出电流期间的输出时段的结束时间点与将电流施加到第二开关电路期间的输入时段的开始时间点之间存在时间差。

Description

转换器和控制电路
技术领域
本发明涉及包括通过用于降低波纹电流的电容器连接的前级转换器和后级转换器的转换器，以及涉及控制转换器的操作的控制电路。
背景技术
已经广泛使用安装有AC-DC转换器以及具有由通过AC-DC转换器转换后的DC电压充电的电池的插电式混合动力电动汽车(PHEV)和电动汽车(EV)，其中AC-DC转换器将从家庭使用的商用电源供应的交流电压(下文还被称为AC电压)转换为直流电压(下文还被称为DC电压)。
专利文献1公开了将AC电压转换为DC电压的AC-DC转换器。该AC-DC转换器包括具有功率因数校正(PFC)电路的AC-DC转换器和绝缘型DC-DC转换器。在带有PFC电路的AC-DC转换器(下文还被称为“带有PFC的AC-DC转换器”)和DC-DC转换器之间，插入有用于减低波纹电压的电容器。DC-DC转换器包括隔离变压器、在隔离变压器的前级设置的全桥电路、以及在隔离变压器的后级设置的二极管桥。带有PFC的AC-DC转换器对用于商用电源的AC电压进行提升和整流。在带有PFC的AC-DC转换器处整流后的电压通过全桥电路被转换为高频的AC电压。转换后的AC电压由整流电路和平滑电路通过隔离变压器被转换为电池电压的DC电压。
现有技术文献
专利文献
[专利文献1]日本专利申请公布No.2009-213202
发明内容
[本发明要解决的技术问题]
流入电容器的电流由在从前级的带有PFC的AC-DC转换器输出的电流与输入到后级的DC-DC转换器的电流之间的差值表示。如果电流差值大，则波纹电流也会增加，这需要大体积电容器。现有技术没有公开通过开关控制用于降低波纹电流的具体控制方法。
本申请的目的是提供一种转换器，其能够通过开关控制来降低波纹电流以及减小电容器的尺寸，以及提供一种控制电路，其能够控制转换器的操作。
[解决问题所采用的手段]
根据本发明的一方面的转换器包括：前级转换器，其具有间歇地输出电流的第一开关电路；电容器，其平滑从所述第一开关电路输出的电流；以及后级转换器，其具有第二开关电路，通过所述电容器平滑的电流间歇地输入到所述第二开关电路，所述转换器转换输入到所述前级转换器的直流或交流，并且从所述后级转换器输出转换后的直流或交流；所述转换器还包括控制电路，其控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的开关，使得在从所述第一开关电路输出电流期间的输出时段的结束时间点与电流输入到所述第二开关电路期间的输入时段的开始时间点之间存在时间差。
根据本发明的一方面的控制电路控制转换器的操作，所述转换器包括：前级转换器，其具有间歇地输出电流的第一开关电路；电容器，其平滑从所述第一开关电路输出的电流；以及后级转换器，其具有第二开关电路，通过所述电容器平滑的电流间歇地输入到所述第二开关电路，所述转换器转换输入到所述前级转换器的直流或交流，并且从所述后级转换器输出转换后的直流或交流，控制电路还控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的开关，使得在从所述第一开关电路输出电流期间的输出时段的结束时间点与电流输入到所述第二开关电路期间的输入时段的开始时间点之间存在时间差。
应当注意，本申请不仅可以作为如上所述的包括特征处理单元的转换器或控制电路来实现，还可以作为包括执行这样的特征处理的步骤的控制方法来实现，或者可以作为用于使计算机执行这样的步骤的程序来实现。本申请还可以被实现为半导体集成电路，该半导体集成电路实现转换器和控制电路的部分或整体，或者本申请还可以被实现为包括转换器和控制电路的另一系统。
[发明的效果]
根据以上描述，可以提供一种转换器，其能够通过开关控制来降低波纹电流以及减小电容器尺寸，以及可以提供一种控制电路，其能够控制转换器的操作。
附图说明
图1是示出了根据本发明的实施例1的AC-DC转换器的结构示例的电路图。
图2是示出了根据本发明的实施例1的控制电路的结构示例的框图。
图3示出了带有PFC的AC-DC转换器的操作示例。
图4示出了全桥电路的操作示例。
图5是示出了开关控制方法的时序图。
图6是示出了波纹电流的有效值与时段A和时段B的重叠时段之间的关系的曲线图。
图7A是示出了降低波纹电流的效果的曲线图。
图7B是示出了降低波纹电流的效果的曲线图。
图8是示出了在带有PFC的AC-DC转换器和全桥电路具有相同的驱动频率的情况下电流流动的时序图。
图9是示出了在带有PFC的AC-DC转换器的驱动频率是全桥电路的驱动频率的一半的情况下电流流动的时序图。
图10是示出了在带有PFC的AC-DC转换器的驱动频率是全桥电路的驱动频率的两倍的情况下电流流动的时序图。
图11是示出了根据本发明的实施例2的AC-DC转换器的结构示例的电路图。
具体实施方式
[实施本发明的模式]
[优选实施例的描述]
首先，下面将列出本发明的实施例。下面所述的实施例的至少一些部分可任意地组合在一起。
(1)根据本发明的一方面，一种转换器包括：前级转换器，其具有间歇地输出电流的第一开关电路；电容器，其平滑从所述第一开关电路输出的电流；以及后级转换器，其具有第二开关电路，通过所述电容器平滑的电流间歇地输入到所述第二开关电路，所述转换器转换输入到所述前级转换器的直流或交流，并且从所述后级转换器输出转换后的直流或交流，并且所述转换器还包括控制电路，其控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的开关，使得在从所述第一开关电路输出电流期间的输出时段的结束时间点与电流输入到所述第二开关电路期间的输入时段的开始时间点之间存在时间差。
根据本申请，控制电路控制第一开关电路和第二开关电路的开关，使得在从所述第一开关电路输出电流期间的输出时段的结束时间点与电流输入到所述第二开关电路期间的输入时段的开始时间点之间存在时间差。在执行这种控制的情况下，从所述第一开关电路输出电流期间的输出时段和电流输入到所述第二开关电路期间的输入时段的重叠时段长于在结束时间点与开始时间点相匹配的情况的重叠时段。随着重叠时段延长，波纹电流会变得更小。因此，控制电路可以控制重叠时段，以减小电容器的尺寸。
转换器包括AC/AC转换器、AC/DC转换器、DC/AC转换器和DC/DC转换器。
(2)控制电路优选地被配置为控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的开关，以使从所述第一开关电路输出电流期间的输出时段和电流输入到所述第二开关电路期间的输入时段的重叠时段最大。
根据本申请，开关控制如此执行以使控制电路具有最大的重叠时段。因此，波纹电流被抑制到最小，并且可以减小电容器的尺寸。
(3)控制电路优选地被配置为控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的开关，以使从所述第一开关电路输出电流期间的输出时段的结束时间点与电流输入到所述第二开关电路期间的输入时段的结束时间点实质上匹配。
根据本申请，控制电路控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的开关，以使从所述第一开关电路输出电流期间的输出时段的结束时间点与电流输入到所述第二开关电路期间的输入时段的结束时间点实质上匹配。这样，相对简单的开关的定时控制可以控制重叠时段达到最大，可以将波纹电流抑制到最小，并可以减小电容器的尺寸。
(4)所述第一开关电路优选地被配置为功率因数改善电路，并且所述第二开关电路优选地被配置为用于将直流转换为交流的全桥电路。
根据本申请，在功率改善电路和全桥电路之间产生的波纹电流得到了抑制，并且可以减小电容器的尺寸。
(5)优选地配置所述第一开关电路和所述第二开关电路中的一个的开关周期是所述第一开关电路和所述第二开关电路中另一个的开关周期的整数倍。
根据本申请，所述第一开关电路和所述第二开关电路中的一个的开关周期是所述第一开关电路和所述第二开关电路中另一个的开关周期的整数倍。因此，保持第一开关电路和第二开关电路之间的开关定时的关系，并且重叠时段将不会大幅度地变化。因此，会在特定范围内保持波纹电流被降低的状态，并且可减小电容器的尺寸。
(6)根据本发明的一方面的控制电路控制转换器的操作，所述转换器包括：前级转换器，其具有间歇地输出电流的第一开关电路；电容器，其平滑从所述第一开关电路输出的电流；以及后级转换器，其具有第二开关电路，通过所述电容器平滑的所述电流间歇地输入到所述第二开关电路，所述转换器转换输入到所述前级转换器的直流或交流，并且从所述后级转换器输出转换后的直流或交流，控制电路还控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的开关，使得在从所述第一开关电路输出电流期间的输出时段的结束时间点与电流输入到所述第二开关电路期间的输入时段的开始时间点之间存在时间差。
根据本申请，如同模式(1)，控制电路可以控制重叠时段以减小电容器的尺寸。
[实施例的详细描述]
作为根据本发明实施例的转换器的具体示例，下面将参考附图描述AC-DC转换器。应当注意，本发明不限于下面的示例，而是由所附权利要求限定，并且因此所附权利要求旨在包括落入这些权利要求的范围内的所有改变或这些权利要求的范围的等效物。
实施例1
图1是示出了根据本发明的实施例1的AC-DC转换器1的结构示例的电路图。根据本实施例的AC-DC转换器1是绝缘型的，例如，该AC-DC转换器1安装至插电式混合动力电动汽车和电动汽车。AC-DC转换器1包括：噪声滤波器(N/F)3；带有PFC的AC-DC转换器4；电容器C1；绝缘型DC-DC转换器5；以及执行每个转换器的开关控制的控制电路9。例如，DC-DC转换器5由全桥电路51、变压器52和二极管桥(diode bridge)53构成。带有PFC的AC-DC转换器4对应于本实施例中的前级转换器，而DC-DC转换器5对应于本实施例中的后级转换器。
噪声滤波器3包括输入端子T1和T2，而DC-DC转换器5包括输出端子T3和T4。输入端子T1和T2连接到交流电源。在AC电压被施加到输入端子T1和T2的情况下，通过带有PFC的AC-DC转换器4改善了AC电压的功率因数，并且对AC电压进行提升和整流。DC-DC转换器5将在带有PFC的AC-DC转换器4处整流后的电压转换为高频的AC电压以变换该电压，将变换后的AC电压整流为DC电压，以及通过输出端子T3和T4输出DC电压。输出端子T3和T4连接到至电池2，电池2由通过输出端子T3和T4输出的DC电压来充电。
噪声滤波器3是如下的电路，该电路移除包括在被施加到输入端子T1和T2的AC电压中的高频噪声，以及将从中移除了噪音的AC电压施加到带有PFC的AC-DC转换器4。
带有PFC的AC-DC转换器4是如下的电路，该电路通过开关控制提高和整流AC电压，同时试图通过开关PWM控制来改善功率因数。带有PFC的AC-DC转换器4间歇地输出带有被提高的电压的电流。带有PFC的AC-DC转换器4包括输入电容器C2、电抗器L1和L2、和两个二极管D1和D2，除此之外还有构成用于整流和改善功率因数的桥式电路的两个开关元件Z3和Z4。例如，开关元件Z3和Z4是诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的功率装置。在本实施例中，下面将开关元件Z3和Z4中的每一个描述为IGBT。噪声滤波器3的输入端子分别连接到输入端子T1和T2，而噪声滤波器3的输出端子连接到输入电容器C2的相应端部上。此外，电抗器L1的一端连接到输出端子对的一个端子，而电抗器L1的另一端连接到二极管D1的阳极和开关元件Z3的集电极。电抗器L2的一端连接到输出端子对的另一个端子，而电抗器L2的另一端连接到二极管D2的阳极和开关元件Z4的集电极。
二极管D1和D2的阴极连接到全桥电路51。二极管D1和D2的阳极分别连接到开关元件Z3和Z4的集电极，而开关元件Z3和Z4的发射极连接到全桥电路51。
电抗L1、L2，二极管D1、D2，和开关元件Z3、Z4构成功率因数改善电路41。功率因数改善电路41对应于根据本实施例的第一开关电路。应该注意图1示出的功率因数改善电路41仅仅是示例，并且还可以采用另一公知的功率因数改善电路。
电容器C1的一端连接到二极管D1和D2的阴极，而电容器C1的另一端连接到开关元件Z3和Z4的发射极。
电容器C1是通过平滑来从带有PFC的AC-DC转换器4输出的电压来抑制波纹电流的电路。
在DC-DC转换器5中的全桥电路51是通过开关控制将经电容器C1从带有PFC的AC-DC转换器4输出的电压转换为AC电压的电路。全桥电路51包括构成全桥电路51的四个开关元件Z5、Z6、Z7和Z8。开关元件Z5和Z6的集电极连接到二极管D1和D2的阴极。开关电路Z5和Z6的发射极分别连接到开关元件Z7和Z8的集电极，而开关元件Z7和Z8的发射极连接到开关元件Z3和Z4的发射极。
变压器52包括多个磁连接线圈，例如，初级线圈和次级线圈。初级线圈的一端连接到开关元件Z5的发射极和开关元件Z7的集电极，而初级线圈的另一端连接到开关元件Z6的发射极和开关元件Z8的集电极。当从全桥电路51输出的AC电压被施加到初级线圈时，在初级线圈处产生交流磁通量，以及在次级线圈处产生通过交流磁通量变换的AC电压。
二极管桥53是对感应到变压器52的次级线圈的AC电压进行全波整流的电路。二极管桥53包括二极管D9、D10、D11和D12。构成变压器52的次级线圈的一端连接到二极管D9的阳极和二极管D11的阴极，而次级线圈的另一端连接到二极管D10的阳极和二极管D12的阴极。
二极管D9和D10的阴极连接到线圈L3的一端，而线圈L3的另一端连接到输出端子T3。二极管D9和D10的阳极分别连接到二极管D11和D12的阴极。二极管D11和D12的阳极连接到输出端子T4.此外，输出电容器C3的一端连接到线圈L3的所述另一端，而输出电容器C3的另一端连接到二极管D11和D12的阳极。
输出电容器C3是用于平滑从二极管桥53输出的全波整流后的电压的元件。线圈L3是用于对流入输出电容器C3的波纹电流进行抑制的元件。
此外，AC-DC转换器1包括AC电压检测单元90a，其检测输入到/输出自带有PFC的AC-DC转换器4的AC电压。AC电压检测单元90a位于将输入端子T2连接到噪声滤波器3的一个端子对中的一个端子的导线上，并且将要输出对应于导线上的电压的信号，即，要被施加到带有PFC的AC-DC转换器4的AC电压。例如，AC电压检测单元90a是如下的电路，该电路包括将导线的电压进行分压的分压电阻并且将分压输出到控制电路9。应当注意分压可以通过放大器放大并输出到控制电路9，或者该电压可以被AD转换并且AD转换后的电压值可以被输出到控制电路9。
此外，AC-DC转换器1包括AC电流检测单元90b，其检测输入到/输出自带有PFC的AC-DC转换器4的电流。AC电流检测单元90b位于将噪声滤波器3的另一个端子对中的一个端子连接到电抗器L2的导线上，并且要将输入到/输出自带有PFC的AC-DC转换器4的电流所对应的信号输出到控制电路9。AC电流检测单元90b是如下的电路，该电路例如包括电流互感器，将电流互感器变换后的电流转换为电压，以及将电压输出到控制电路9。
此外，AC-DC转换器1包括DC电流检测单元90c，其检测输入到/输出自电池2的电流。DC电流检测单元90c位于将二极管桥53的一个端子连接到输出端子T4的导线上，并且要将输入到/输出自电池2的电流所对应的信号输出到控制电路9。
图2是示出了根据本发明的实施例1的控制电路9的结构示例的框图。控制电路9包括诸如中央处理器(CPU)的控制单元91，其控制在控制电路9中的每一个部件的操作。控制单元91通过总线连接到RAM 92、存储单元93、通信单元94、接口95和用于对开关控制的定时进行计时的时钟单元96。
存储单元93是诸如电可擦除可编程ROM(EEPROM)的非易失性存储器,其中存储根据本实施例的用于开关控制的表93a和控制程序。表93a在其中存储带有PFC的AC-DC转换器4和DC-DC转换器5的与AC电压的相位和幅度相关的开关定时。
此外，控制程序被记录在作为计算机可读便携式记录介质的记录介质(诸如，CD(压缩光盘)-ROM、DVD(数字通用光盘)-ROM或BD(蓝光(注册商标))光盘)、硬盘驱动器或固态驱动器中。控制单元91可以从记录介质中读取控制程序，并且在存储单元93中存储控制程序。
还可以通过通信单元94从连接到通信网络的外部计算机(未示出)中获取根据本发明的控制程序，并且将控制程序存储在存储单元93中。
RAM 92是诸如DRAM(动态RAM)或SRAM(静态RAM)的存储器，其在执行操作处理时通过控制单元91从存储单元93读取的控制程序，以及暂时存储从通过控制单元91执行的操作处理中产生的各种类型的数据。
通信单元94是接收用于下指示将AC电压转换为DC电压的充电指令、终止指令等的电路。
接口95连接到构成带有PFC的AC-DC转换器4和全桥电路51的开关元件Z3、Z4、……、Z7、Z8的栅极，并且通过将电压施加到栅极来执行每个电路的开关控制。
此外，接口95连接到AC电压检测单元90a、AC电流检测单元90b、DC电流检测单元90c，并且接收在每一个检测单元处检测到的电流和电压的输入。
在通过通信单元94接收充电指令的情况下，控制单元91通过开关控制来使带有PFC的AC-DC转换器4作为功率因数改善电路41和AC-DC转换电路来操作，以及使全桥电路51作为DC-AC转换电路来操作。
图3示出了带有PFC的AC-DC转换器4的操作示例。带有PFC的AC-DC转换器4的开关频率例如是50kHz。
在时钟单元96计时的特定定时处控制单元91使开关元件Z3导通。在AC电压是正的情况下，如图3A所示，电流从噪声滤波器3经过电抗器L1从集电极侧到发射极侧流进开关元件Z3。电流从发射极侧到集电极侧流进开关元件Z4，经过电抗器L2到达噪声滤波器3。
随后，如图3B所示，如果AC电压是正的，控制单元91关断开关元件Z3。此处，电流从噪声滤波器3流经电抗器L1和二极管D1，并且到达DC-DC转换器5的正端子侧。此外，来自DC-DC转换器5的负端子侧的电流从开关元件Z4的发射极流向集电极侧，经过电抗器L2到达噪声滤波器3。
随后，控制单元91在时钟单元96计时的特定定时处再次导通开关元件Z3和Z4。在AC电压是正的期间的时段中，交替执行图3A和图3B所示的开关控制。
在开关元件Z4被导通的同时AC电压为负的情况下，如图3C所示，电流从噪声滤波器3经过电抗器L2从集电极侧到发射极侧流进开关元件Z4。然后电流从发射极侧到集电极侧流进开关元件Z3，经过电抗器L1到达噪声滤波器3。
如图3D所示，如果AC电压是负的，控制单元91关断开关元件Z4。此处，电流从噪声滤波器3流经电抗器L2和二极管D2，并且到达DC-DC转换器5的正端子侧。此外，来自DC-DC转换器5的负端子侧的电流从开关元件Z3的发射极侧流向集电极侧，经过电抗器L1到达噪声滤波器3。
图4示出了全桥电路51的操作示例。例如，全桥电路51的开关频率是50kHz。全桥电路51的开关频率是50kHz，其与带有PFC的AC-DC转换器4的开关频率一样。应当注意，控制单元91可执行控制，使得带有PFC的AC-DC转换器4和全桥电路51中的一个的开关周期是带有PFC的AC-DC转换器4和全桥电路51中的另一个的开关周期的整数倍。
如图4A所示，控制单元91在时钟单元96计时的特定定时处导通开关元件Z5和Z8，并且关断开关元件Z6和Z7。电流流过开关元件Z5、变压器52的初级线圈、和开关元件Z8。电流以预定方向流过初级线圈，并且电压被感应到次级线圈侧。
随后，如图4B所示，控制单元91关断开关元件Z5、Z6、Z7和Z8，然后如图4C所示，导通开关元件Z6和Z7，同时保持开关元件Z5和Z8处于关断(OFF)状态。电流流过开关元件Z6、变压器52的初级线圈、和开关元件Z7。电流以上述预定方向的相反方向流过初级线圈，并且电压被感应到次级线圈侧。
随后，如图4D所示，控制单元91关断开关元件Z5、Z6、Z7和Z8，然后如图4A所示，再次导通开关元件Z5和Z8同时保持开关元件Z6和Z7处于关断(OFF)状态。电流流过开关元件Z6、变压器52的初级线圈、和开关元件Z7。此后，执行相似的开关控制。
应当注意，图4所示的控制方法仅是示例，并且全桥电路51的控制方法没有具体的限制。例如，全桥电路51可以通过相移方法控制。
图5是示出了开关控制方法的时序图。
附图中由“PWM控制”表示的时段表示控制单元91使带有PFC的AC-DC转换器4的开关元件Z3和Z4两者都导通期间的时段。在该时段中，AC电源的能量存储在电抗器L1和L2中。在时段A中，没有电流从带有PFC的AC-DC转换器4输出到电容器C1。
时段A表示开关元件Z3和Z4中的一个处于导通状态，同时他们中的另一个处于关断状态的期间的时段。在时段A中，电流从带有PFC的AC-DC转换器4输出到电容器C1。从带有PFC的AC-DC转换器4输出的电压通过存储在电抗器L1和L2中的能量而提高。时段A的长度取决于AC电压而不同。执行控制，使得如果AC电压值大则时段A较长，而如果AC电压值小则时段A较短。这样的控制改善了功率因数。
同时，时段B表示全桥电路51的开关元件Z5和Z8或者开关元件Z6和Z7处于导通状态的期间的时段。在时段B中，AC电压从全桥电路51输出，并且电流从带有PFC的AC-DC转换器4或电容器C1流入全桥电路51。
在其他时段中，全桥电路51的开关元件Z5、Z6、Z7和Z8处于关断状态，并且没有电流从带有PFC的AC-DC转换器4或电容器C1流入全桥电路51。
根据实施例1的控制单元91执行带有PFC的AC-DC转换器4和全桥电路51的开关控制，使得时段A的结束时间点(例如，20[μs]的时间点)和时段B的开始时间点(例如，20+td[μs])之间存在时间差，其中，在时段A期间电流从带有PFC的AC-DC转换器4输出，在时段B期间电流输入到全桥电路51。优选地，控制单元91执行控制，使得时段A和时段B的重叠时段最大。为了使时段A和时段B的重叠时段最大，可执行开关控制，使得时段A的结束时间点与时段B的结束时间点实质上匹配。应当注意，用于这样的开关控制的定时信息被预先存储在表93a中，并且控制单元91可以读取存储在表93a中的定时信息并执行开关控制。控制单元91可以被配置为计算如上所述的定时以及不使用表93a来执行开关控制。此外，还可以包括开关驱动电路，该开关驱动电路在如上所述的定时处输出用于使开关元件Z3、Z4、Z5、Z6、Z7和Z8中的每一个导通或关断的信号。
可以通过将时间td从用于使带有PFC的AC-DC转换器4的开关元件Z3和Z4导通的定时调整到用于使全桥电路51的开关元件Z5和Z8或者开关元件Z6和Z7导通的定时，来控制时段A和时段B的重叠时段。
图6是示出了时段A和时段B之间的重叠时段的波纹电流的有效值之间的关系的曲线图。水平轴表示时间td，左侧的垂直轴表示波纹电流的有效值，以及右侧的垂直轴表示时段A和时段B的重叠时段的长度。随着td增加，使得时段A和时段B的重叠时段更长，这降低了波纹电流的有效值。然而，如果td超过特定值，另一方面缩短了时段A和时段B的重叠时段，这增加了波纹电流的有效值。当时段A和时段B的重叠时段最大时，波纹电流的有效值最小。当时段A对应于不断变化的值时，如果时段A的结束时间点与时段B的结束时间点实质上匹配，则时段A和时段B的重叠时段变得最大。换句话说，控制单元91执行开关控制，使得在电流从带有PFC的AC-DC转换器4输出期间的输出时段的结束时间点与在电流输入到全桥电路51的期间的输入时段的结束时间点实质上匹配。
图7A和图7B是示出了降低波纹电流的效果的曲线图。水平轴表示时间，而垂直轴表示流入和流出电容器C1的波纹电流。图7A示出了在执行控制使时段A和时段B的重叠时段最大的情况下的波纹电流。图7B示出了在不执行根据实施例1的控制(即，td＝0)的情况下的波纹电流。将图7A中由虚线椭圆表示的各部分和图7B进行比较，能看出流入电容器C1的电流或流出电容器C1的电流降低了。
图8是示出了在带有PFC的AC-DC转换器4和全桥电路51具有相同的驱动频率的情况下电流流动的时序图。在图8所示的示例中，带有PFC的AC-DC转换器4和全桥电路51具有50kHz的驱动频率。水平轴表示时间。
上面的两个时序图分别示出了在全桥电路51中开关元件Z5和Z8的通电状态以及开关元件Z6和Z7的通电状态。矩形阴影部表示时序，在该时序处，电流从电容器C1侧流出到全桥电路51中。
中间的两个时序图表示在通过常规方法控制带有PFC的AC-DC转换器4的情况下二极管D1或二极管D2的通电状态以及重叠时段。该重叠时段是在二极管D1或二极管D2被通电期间的时段与在开关元件Z5、Z6、Z7和Z8被通电期间的时段重叠的时段。
底部的两个时序图表示二极管D1或二极管D2的通电状态和在通过根据实施例1的控制方法控制带有PFC的AC-DC转换器4的情况下的重叠时段。
从中间和底部的时序图可以看出，通过根据实施例1的开关控制，在电流从带有PFC的AC-DC转换器4输出期间的时段和电流输入到全桥电路51期间的时段的重叠时段比常规方法中的重叠时段更长。如果在从带有PFC的AC-DC转换器4流入电容器C1的电流与从电容器C1流出到达全桥电路51的电流之间的差值增加，则波纹电流也会增加。总体上，根据实施例1的开关控制能降低差值，并因此还能够降低波纹电流。通过降低波纹电流，可以使电容器C1缩小尺寸。
图9是示出了在带有PFC的AC-DC转换器4的驱动频率是全桥电路51的驱动频率的一半的情况下电流流动的时序图。在图9所示的示例中，带有PFC的AC-DC转换器4具有50kHz的驱动频率，而全桥电路51具有25kHz的驱动频率。水平轴表示时间。
除了带有PFC的AC-DC转换器4的驱动频率以外，上面的时序图、中间的时序图和底部的时序图和图8中的时序图类似。即使带有PFC的AC-DC转换器4的驱动频率是全桥电路51的驱动频率的一半，通过延长重叠时段使其与常规方法相比更长，也可以抑制波纹电流和可以缩小电容器C1的尺寸。
此外，正如从图9中可以看出的那样，除了在开关元件Z3和Z4的导通时段中的周期性变化以外，重叠时段在25kHz的频率处仅以规律的方式变化。因此，指定在规律地变化的重叠时段的范围内电容器C1所需的电容量是足够的。
图10是示出了在带有PFC的AC-DC转换器4的驱动频率是全桥电路51的驱动频率的两倍的情况下电流流动的时序图。在图9所示的示例中，带有PFC的AC-DC转换器4具有50kHz的驱动频率，而全桥电路51具有100kHz的驱动频率。水平轴表示时间。
除了带有PFC的AC-DC转换器4的驱动频率以外，上面的时序图、中间的时序图和底部的时序图和图8中的时序图类似。即使带有PFC的AC-DC转换器4的驱动频率是全桥电路51的驱动频率的两倍，通过延长重叠时段使其与常规方法相比更长，也可以抑制波纹电流和可以缩小电容器C1的尺寸。此外，正如从图10中可以看出的那样，除了在开关元件Z3和Z4的导通时段中的周期性变化以外，重叠时段在100kHz的频率处仅以规律的方式变化。因此，指定在规律地变化的重叠时段的范围内电容器C1所需的电容量是足够的。
如上所述，根据实施例1，开关控制可降低在带有PFC的AC-DC转换器4和构成DC-DC转换器5的全桥电路51之间的波纹电流，并能缩小电容器C1的尺寸。
由于控制电路9执行开关控制，使得时段A和时段B的重叠时段最大，因此波纹电流被抑制到最小，并且电容器的尺寸可以被缩小。
此外，控制电路9执行开关控制，使得时段A的结束时间点和时段B的结束时间点实质上匹配，这可以通过相对简单的开关定时控制来使重叠时段最大。
此外，由于带有PFC的AC-DC转换器4和全桥电路51两者中的任一个的开关周期是他们中的另一个的开关周期的整数倍，所以可以在特定范围内保持波纹电流被降低的状态，从而允许电容器更小。
实施例2
图11是示出了根据本发明的实施例2的AC-DC转换器1的结构示例的电路图。根据实施例2的AC-DC转换器1被配置为类似于关于实施例1的AC-DC转换器1，而带有PFC的AC-DC转换器204中的功率改善电路241和DC-DC转换器205被配置为不同于实施例1中的相应部件。下面的描述主要讨论差异。
根据实施例2的带有PFC的AC-DC转换器204是通过开关控制来双向转换AC电压和DC电压的电路。带有PFC的AC-DC转换器204包括输入电容器C2，还有如同实施例1的电抗器L1和L2，电抗器L1和L2连接到通过开关元件Z1、Z2、Z3和Z4配置的PFC全桥电路。电抗器L1的一端连接到噪声滤波器3，而电抗器L1的另一端连接到开关元件Z1的发射极和开关元件Z3的集电极。电抗器L2的一端连接到噪声滤波器3，而电抗器L2的另一端连接到开关元件Z2的发射极和开关元件Z4的集电极。开关元件Z1和Z2的集电极连接到全桥电路51。开关元件Z1和Z2的发射极分别连接到开关元件Z3和Z4的集电极，而开关元件Z3和Z4的发射极连接到全桥电路51。
根据实施例2的DC-DC转换器205是用于双向AD-AD转换的电路。DC-DC转换器205包括与实施例1中的那些类似的第一全桥电路51、变压器52和第二全桥电路253。第一全桥电路51和第二全桥电路253被配置为类似于实施例1中的那些，并且连接到构成变压器52的相应线圈。第二全桥电路253是用开关元件Z9、Z10、Z11和Z12替换实施例1中的二极管桥53的二极管D9、D10、D11和D12的电路。
当给电池2充电时，控制单元91执行带有PFC的AC-DC转换器204的开关元件Z1、Z2、Z3和Z4的开关控制，以允许电流如图3所示的那样流动。也就是说，在图3A所示的状态中，使开关元件Z3导通。在图3B所示的状态中，使开关元件Z3关断。在图3C所示的状态中，使开关元件Z4导通。在图3D所示的状态中，使开关元件Z4关断。
此外，当给电池2充电时，控制单元91执行第二全桥电路253的开关元件Z9、Z10、Z11和Z12的开关控制，以使通过如图4所示的控制将由变压器52的次级线圈感应的电压被整流。例如，在图4A所示的状态中，使开关元件Z10和Z11关断。在图4C所示的状态中，使开关元件Z9和Z12关断。在图4B和图4D所示的状态中，使开关元件Z9、Z10、Z11和Z12关断。
在给电池2放电的情况下，控制单元91执行带有PFC的AC-DC转换器204和DC-DC转换器205的开关控制，以使PFC全桥电路起到逆变器的作用，以将从DC-DC转换器205输出的电压转换为将要输出的AC电压。
在负载连接到输入端子T1和T2的情况下，通过电池2施加到输出端子T3和T4的DC电压被AC-DC转换，并且AC-DC转换后的交流通过输入端子T1和T2被提供给负载。通过安装在车辆上的、对AC电压和DC电压执行双向AC-DC转换的AC-DC转换器1，一旦发生灾难或紧急情况，就可将电池2用作电源。
即使在根据如上所述配置的实施例2的双向AC-DC转换器1中，如同实施例1中那样，开关控制能降低在带有PFC的AC-DC转换器204和DC-DC转换器205之间的波纹电流，并且能减小电容器C1的尺寸。
[附图标记说明]
1 AC-DC转换器(转换器)
2 电池
3 噪声滤波器
4、204 带有PFC的AC-DC转换器(前级转换器)
41 功率因数改善电路(第一开关电路)
5、205 DC-DC转换器(后级转换器)
9 控制电路
51 全桥电路
52 变压器
53 二极管桥
90a AC电压检测单元
90b AC电流检测单元
90c DC电流检测单元
91 控制单元
92 RAM
93 存储单元
93a 表
94 通信单元
95 接口
96 时钟单元
C1 电容器
C2 输入电容器
C3 输出电容器
L1、L2 电抗器
L3 线圈
D1、D2、D9、D10、D11、D12 二极管
Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7、Z8、Z9、Z10、Z11、Z12 开关单元
T1、T2 输入端子
T3、T4 输出端子

Claims (10)

1.一种转换器，包括：前级转换器，其具有间歇地输出电流的第一开关电路；电容器，其平滑从所述第一开关电路输出的电流；以及后级转换器，其具有第二开关电路，通过所述电容器平滑的电流间歇地输入到所述第二开关电路，所述转换器转换输入到所述前级转换器的直流或交流，并且从所述后级转换器输出转换后的直流或交流，所述转换器还包括
控制电路，其控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的开关，使得在从所述第一开关电路输出电流期间的输出时段的结束时间点与电流输入到所述第二开关电路期间的输入时段的开始时间点之间存在时间差，其中
所述控制电路控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的开关，使得从所述第一开关电路输出电流期间的所述输出时段和电流输入到所述第二开关电路期间的所述输入时段的重叠时段最大。
2.根据权利要求1所述的转换器，其中
所述控制电路控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的开关，使得从所述第一开关电路输出电流期间的输出时段的结束时间点与电流输入到所述第二开关电路期间的输入时段的结束时间点实质上匹配。
3.根据权利要求1或2所述的转换器，其中
所述第一开关电路是功率因数改善电路，并且所述第二开关电路是用于将直流转换为交流的全桥电路。
4.根据权利要求1或2所述的转换器，其中
所述第一开关电路和所述第二开关电路中的一个的开关周期是所述第一开关电路和所述第二开关电路中另一个的开关周期的整数倍。
5.根据权利要求3所述的转换器，其中，
所述第一开关电路和所述第二开关电路中的一个的开关周期是所述第一开关电路和所述第二开关电路中另一个的开关周期的整数倍。
6.一种转换器，包括：前级转换器，其具有间歇地输出电流的第一开关电路；电容器，其平滑从所述第一开关电路输出的电流；以及后级转换器，其具有第二开关电路，通过所述电容器平滑的电流间歇地输入到所述第二开关电路，所述转换器转换输入到所述前级转换器的直流或交流，并且从所述后级转换器输出转换后的直流或交流，所述转换器还包括
控制电路，其控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的开关，使得在从所述第一开关电路输出电流期间的输出时段的结束时间点与电流输入到所述第二开关电路期间的输入时段的开始时间点之间存在时间差，其中，
所述控制电路控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的开关，使得从所述第一开关电路输出电流期间的输出时段的结束时间点与电流输入到所述第二开关电路期间的输入时段的结束时间点实质上匹配。
7.根据权利要求6所述的转换器，其中，
所述第一开关电路是功率因数改善电路，并且所述第二开关电路是用于将直流转换为交流的全桥电路。
8.根据权利要求6或7所述的转换器，其中，
所述第一开关电路和所述第二开关电路中的一个的开关周期是所述第一开关电路和所述第二开关电路中另一个的开关周期的整数倍。
9.一种控制转换器的操作的控制电路，所述转换器包括：前级转换器，其具有间歇地输出电流的第一开关电路；电容器，其平滑从所述第一开关电路输出的电流；以及后级转换器，其具有第二开关电路，通过所述电容器平滑的电流间歇地输入到所述第二开关电路，所述转换器转换输入到所述前级转换器的直流或交流，并且从所述后级转换器输出转换后的直流或交流，其中
所述控制电路控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的开关，使得在从所述第一开关电路输出电流期间的输出时段的结束时间点与电流输入到所述第二开关电路期间的输入时段的开始时间点之间存在时间差，其中，
所述控制电路控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的开关，使得从所述第一开关电路输出电流期间的所述输出时段和电流输入到所述第二开关电路期间的所述输入时段的重叠时段最大。
10.一种控制转换器的操作的控制电路，所述转换器包括：前级转换器，其具有间歇地输出电流的第一开关电路；电容器，其平滑从所述第一开关电路输出的电流；以及后级转换器，其具有第二开关电路，通过所述电容器平滑的电流间歇地输入到所述第二开关电路，所述转换器转换输入到所述前级转换器的直流或交流，并且从所述后级转换器输出转换后的直流或交流，其中
所述控制电路控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的开关，使得在从所述第一开关电路输出电流期间的输出时段的结束时间点与电流输入到所述第二开关电路期间的输入时段的开始时间点之间存在时间差，其中，
所述控制电路控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的开关，使得从所述第一开关电路输出电流期间的输出时段的结束时间点与电流输入到所述第二开关电路期间的输入时段的结束时间点实质上匹配。
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