CN108028602A - 电力变换装置以及驱动装置 - Google Patents

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Abstract

一种电力变换装置，其特征在于，具备在从直流电源向电动机、从电动机向直流电源这样的双向上变换电压并输出的电力变换部、检测电力变换部的直流电源侧的端子间电压的第1电压检测部、检测电力变换部的电动机侧的端子间电压的第2电压检测部以及控制电力变换部的动作的控制部，控制部具备根据目标电压以及电动机侧的端子间电压计算出主占空比的第1计算部及根据主占空比、电动机侧的端子间电压及由第2电压检测部检测到的直流电源侧的端子间电压计算出副占空比的第2计算部，根据主占空比和副占空比计算出使电力变换部动作的占空比量，针对死区时间的影响所致的输出电压变动也能够提高控制的追随性。

Description

电力变换装置以及驱动装置
技术领域
本发明涉及变换从外部施加的电压并进行电力传送的电力变换装置以及使用了该电力变换装置的驱动装置。
背景技术
如下的电力变换装置用于混合动力汽车或电动汽车等各种用途，该电力变换装置能够在进行变换从电池等直流电源输入的直流电力的电压并供给到电动机的动力运转动作并且进行将在电动机中发电而得到的直流电力供给到直流电源的再生动作这样的双向上进行电力传送。从电力变换装置向电动机的输出电压因目标电压的变动、电动机的负载变动、死区时间等各种主要原因而变动。公开有一种升压转换器的控制装置，该升压转换器的控制装置针对这些输出电压的变动，根据目标电压与输出电压的偏差以及目标电压的变化率来调整输出电压反馈控制以及前馈控制的增益(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-17302号公报
发明内容
在双向上进行电力传送的电力变换装置中，在从动力运转动作切换到再生动作或者从再生动作切换到动力运转动作时，发生电池的充放电电流为零的状态。上述死区时间所致的输出电压的变动在电池的充放电电流为零附近发生。在以往的升压转换器中，使用检测电池的充放电电流并根据被检测到的电流的正负来确定死区时间的校正量的控制方法，所以为了抑制死区时间所导致的输出电压的控制性的恶化，需要在零附近精度良好地进行电池的充电电流的正负的判定。但是，实际上存在如下课题：由于电流的感测功能的误差或感测部的误检测而不能正确地判定，使输出电压的控制性进一步恶化。
本发明是为了解决如上所述的问题点而完成的，其目的在于提供即使针对死区时间的影响所导致的输出电压变动也进一步提高控制的追随性的电力变换装置。
本发明提供一种电力变换装置，一方的端子连接有直流电源，另一方的端子连接有电动机，其特征在于，所述电源装置具备：电力变换部，在从直流电源向电动机、从电动机向直流电源这样的双向上变换电压并进行电力传送；第1电压检测部，检测电力变换部的直流电源侧的端子间电压；第2电压检测部，检测电力变换部的电动机侧的端子间电压；以及控制部，控制电力变换部的变换动作，控制部具备：第1计算部，根据预先决定的目标电压以及由第1电压检测部检测到的电动机侧的端子间电压来计算出主占空比；以及第2计算部，基于根据由第1计算部计算出的主占空比和由第1电压检测部检测到的电动机侧的端子间电压而计算出的直流电源侧的端子间电压以及由第2电压检测部检测到的直流电源侧的端子间电压来计算出副占空比，控制部根据主占空比和副占空比来计算出使电力变换部动作的占空比量。
另外，本发明提供一种驱动装置，具备直流电源、电动机以及一方的端子连接有直流电源且另一方的端子连接有电动机的电力变换装置，所述驱动装置的特征在于，电力变换装置具备：电力变换部，在从直流电源向电动机、从电动机向直流电源这样的双向上变换电压来进行电力传送；第1电压检测部，检测电力变换部的直流电源侧的端子间的电压；第2电压检测部，检测电力变换部的电动机侧的端子间的电压；以及控制部，控制电力变换部的变换动作，控制部具备：第1计算部，根据预先决定的目标电压以及由第1电压检测部检测到的电动机侧的端子间电压来计算出主占空比；以及第2计算部，基于根据由第1计算部计算出的主占空比和由第1电压检测部检测到的电动机侧的端子间电压而计算出的直流电源侧的端子间电压以及由第2电压检测部检测到的直流电源侧的端子间电压来计算出副占空比，控制部根据主占空比和副占空比来计算出使电力变换部动作的占空比量。
利用本发明的电力变换装置，能够高速响应地对死区时间的偏移量进行控制，所以能够提高死区时间的影响所致的输出电压的控制的追随性。
附图说明
图1是本发明的实施方式1所示的电力变换装置以及驱动装置的结构图。
图2是本发明的实施方式1所示的电力变换装置的控制部的结构图。
图3是示出本发明的实施方式1所示的电力变换装置的栅极信号与在电抗器中流过的电流的关系的图。
图4是示出以往的电力变换装置的电流等的波形的图。
图5是示出本发明的实施方式1所示的电力变换装置的电流等的波形的图。
图6是本发明的实施方式2所示的电力变换装置的控制部的结构图。
图7是计算本发明的实施方式2所示的电力变换装置的控制部的系数的流程图。
图8是本发明的实施方式3所示的电力变换装置的控制部的结构图。
图9是计算本发明的实施方式3所示的电力变换装置的控制部的副占空比(sub-duty)量的流程图。
图10是本发明的实施方式4所示的电力变换装置以及驱动装置的结构图。
图11是本发明的实施方式4所示的电力变换装置的控制部的结构图。
图12是本发明的实施方式5所示的电力变换装置的控制部的结构图。
图13是本发明的实施方式6所示的电力变换装置以及驱动装置的结构图。
图14是示出本发明的实施方式6所示的电力变换装置的栅极信号与在电抗器中流过的电流的关系的图。
图15是示出本发明的实施方式1～6所示的控制部的结构的框图。
(附图标记说明)
10：直流电源；20：电力变换装置；30：电动机；100：电力变换部；100a～100d：端子；101：输入电容器；102：电抗器；103：第1开关元件；104：第2开关元件；105：输出电容器；106：第1开关元件；107：第2开关元件；108：第3开关元件；109：第4开关元件；201：输入电压检测部(第1电压检测部)；202：输出电压检测部(第2电压检测部)；300：控制部；310：第1计算部；311：减法器；312：第1控制器；320：第2计算部；321：减法器；322：乘法器；323：减法器；324：第2控制器；325：除法器；326：限制器；330：加法器；340：第2计算部；350：第2计算部。
具体实施方式
实施方式1.
使用附图说明本发明的实施方式1的电力变换装置以及驱动装置。图1是本发明的实施方式1的电力变换装置以及驱动装置的结构图。图2是示出控制部的结构的电路图。图1所示的驱动装置包括直流电源10、电力变换装置20以及电动机30。另外，电力变换装置20包括电力变换部100以及控制部300，并构成为直流电源10与电力变换部100的一方的端子连接，电动机30与另一方的端子连接。
在此，电动机30是除了能够进行使汽车的车轴等旋转驱动的动作之外还能够作为发电机进行动作的电动机。在驱动电动机30时，进行从直流电源10向电动机30的电力传送(动力运转动作)，在电动机30发电时，进行从电动机30向直流电源10的电力传送(再生动作)。即，本实施方式所示的驱动装置是能够双向地传送电池的电能和电动机的机械能的系统。以下，设为电动机30用于旋转驱动汽车或铁路车辆等的车轴并根据汽车或铁路车辆等的行驶状态来随时切换动力运转动作和再生动作而进行说明。
在图1中，直流电源10为电池，在动力运转动作时一边控制施加于电动机30的电压一边向电动机30放电，在再生动作时一边控制施加于电动机30的电压一边对由电动机30发电而得到的直流电力进行充电。此外，直流电源10并不限于电池，只要是能够输入输出直流电力的电路或者装置即可。
电力变换装置20包括电力变换部100以及控制部300。电力变换部100是能够在低压侧与高压侧之间进行双向的电力传送的双向型的电力变换电路，具有第1端子100a、第2端子100b、第3端子100c、第4端子100d。作为低压侧的端子的第1端子100a、第2端子100b分别与直流电源10的两端连接，作为高压侧的端子的第3端子100c、第4端子100d分别与电动机30的两端连接。
电力变换部100是包括输入电容器(C1)101、电抗器(L1)102、第1开关元件(Q1)103、第2开关元件(Q2)104、输出电容器(C2)105的升压斩波器电路。另外，电力变换部100具备两个电压检测电路。设置有：输入电压检测部(第1电压检测部)201，检测直流电源10侧的端子间的电压、即输入电容器(C1)101的电压(以下设为输入电压Vin)；以及输出电压检测部(第2电压检测部)202，检测电动机30侧的端子间的电压、即输出电容器(C2)105的电压(以下设为输出电压Vout)。
输入电容器(C1)101与直流电源10并联地连接，电抗器(L1)102的一端与输入电容器(C1)101连接。输出电容器(C2)105的一端与第2开关元件(Q2)104的漏极侧连接，另一端与输入电容器(C1)101连接。
第1开关元件(Q1)103的漏极与电抗器(L1)102的一方的端子连接，源极连接到输入电容器(C1)101的一方的端子。另外，第2开关元件(Q2)104的源极与电抗器(L1)102和第1开关元件(Q1)的连接部连接。第1开关元件(Q1)103以及第2开关元件(Q2)104为开关半导体，使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)或MOSFET(metal－oxide－semiconductor field－effect transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)等。第1开关元件(Q1)103以及第2开关元件(Q2)104根据由控制部300中的栅极信号输出部生成的栅极信号来进行互补开关。另外，为了防止由于第1开关元件(Q1)103以及第2开关元件(Q2)104这两方变为导通而导致的短路，设置有如第1开关元件(Q1)103以及第2开关元件(Q2)104这两方变为截止那样的期间(死区时间)。
输入电压检测部201与输入电容器(C1)101的两端连接，是检测电力变换装置20的输入电压Vin的电压传感器。另外，输出电压检测部202与输出电容器(C2)105的两端连接，是检测电力变换装置20的输出电压Vout的电压传感器。为了防止与开关频率相应的脉动电压或噪声所致的误检测，这些检测部具有适当的低通滤波器电路。此外，输入电压检测部201以及输出电压检测部202未必需要设置于电力变换部100内部，也可以设置于电力变换部100的外部。
控制部300是控制电力变换部100的控制装置。即，根据由输入电压检测部201检测到的输入电压Vin、在输出电压检测部202中检测到的输出电压Vout以及目标电压Vout*来决定占空比量，将控制第1开关元件(Q1)103以及第2开关元件(Q2)104的栅极信号输出到电力变换部100。图2示出表示控制部300的详细结构的电路图。控制部300具备：第1计算部310，使用输出电压Vout以及目标电压Vout*来计算出主占空比量Dmain；第2计算部320，使用由第1计算部310计算出的主占空比量Dmain、输入电压Vin、输出电压Vout来计算出副占空比量Dsub；以及加法器330，将Dmain与Dsub相加来计算出占空比量。
输出电压(Vout)被控制成根据行驶状态而追随由未图示的外部装置等预先设定的目标电压(Vout*)。在控制部300中，计算电力变换部100的第1开关元件(Q1)103以及第2开关元件(Q2)104的占空比量，进行基于使用栅极信号计算出的占空比量的控制。由此，能够实现电动机效率的提高等。
第1计算部310具备：减法器311，取得目标电压Vout*与输出电压Vout的差分；以及第1控制器312，根据由减法器311求出的差分值(Verr)来运算主占空比量(Dmain)。另外，第2计算部320具备：减法器321，取得1与由第1计算部310求出的Dmain的差分；乘法器322，取得由减法器321得到的差分值与输出电压Vout之积；减法器323，取得由乘法器322得到的值与输入电压Vin的差分；第2控制器324，使用由减法器323得到的值来进行运算；以及除法器325，求出由第2控制器324得到的值与输出电压Vout的商。
电动机30具备在图1中未图示的逆变器电路，将输入到电动机30的直流电压变换为交流电压，使电动机30的驱动部进行旋转驱动。通过控制第1开关元件(Q1)103以及第2开关元件(Q2)104的导通时间的比例，能够对逆变器电路的直流部施加目标的电压来驱动电动机30。
接下来，说明本实施方式的电力变换装置以及驱动装置的动作。作为电力变换装置20的动作状态，存在通过从直流电源10对电动机30供给电力来驱动电动机的状态(动力运转动作)以及电动机30在发电状态下发电而得到的电力被供给到直流电源10的状态(再生动作)这两个动作。
图3示出第1开关元件(Q1)103以及第2开关元件(Q2)104的栅极信号电压波形以及在电抗器(L1)102中流过的电抗器电流IL的波形。在图3中，(a)表示第1开关元件(Q1)103的栅极信号波形，(b)表示第2开关元件(Q2)的栅极信号波形。各开关元件根据所输入的栅极信号来进行导通/截止动作。(c)～(e)是分别示出了流经电抗器(L1)102的电流波形的图，分别表示电抗器L1的每个平均电流IL_ave的值的波形。当将电抗器L1的脉动电流设为Ir时，(c)表示IL_ave≥Ir/2的情况，(d)表示－Ir/2<IL_ave<Ir/2，(e)表示IL_ave≤－Ir/2的情况。
在动力运转动作时，控制部300对第1开关元件(Q1)103以及第2开关元件(Q2)104发送栅极信号，从而使第1开关元件(Q1)103以及第2开关元件动作。一边反复执行第1开关元件(Q1)103以及第2开关元件(Q2)104的导通/截止动作，使施加于电动机30的两端的电压升压到目标电压，一边将来自直流电源10的输入电力传送到电动机30。在被输入在电力变换装置20中传送的直流电力的电动机30中，利用内部的逆变器电路变换为交流电力，使电动机30的驱动部进行旋转驱动。
在图3中，第1开关元件(Q1)103为截止、第2开关元件(Q2)104为导通的期间为从直流电源10输入到电力变换装置20的能量积蓄于输出电容器105的状态。另一方面，第1开关元件(Q1)103为导通、第2开关元件(Q2)104为截止的期间为释放积蓄于输出电容器105的能量的状态。另外，通过适当地调整第1开关元件(Q1)103为导通的期间的时间比率(占空比量，0～1的值)，从而将第3端子100c～第4端子100d间的输出电压Vout控制为任意的电压。在此，在控制部300中确定占空比量，控制部300根据所确定的该占空比量将栅极信号发送到各开关元件，从而控制电力变换部100。关于占空比量的计算方法将在后面叙述。
接下来，说明再生动作、即IL_ave<0的情况。
在再生动作时，也与动力运转动作时同样地，控制部300对第1开关元件(Q1)103以及第2开关元件(Q2)104发送栅极信号，从而使第1开关元件(Q1)103以及第2开关元件(Q2)104动作。一边反复执行第1开关元件(Q1)103以及第2开关元件(Q2)104的导通/截止动作，使施加于电动机30的两端的电压升压到目标电压，一边使来自电动机30的输入电力传送到直流电源10，在其内部使直流电力充电。
在图3中，第1开关元件(Q1)为截止、第2开关元件(Q2)为导通的期间为释放积蓄于输出电容器105的能量的状态。另一方面，第1开关元件(Q1)为导通、第2开关元件(Q2)为截止的期间为将从电动机30输入的能量积蓄于输出电容器105的状态。与动力运转动作时同样地，适当地调整这些动作模式的时间比率(占空比量)，从而将第3端子100c～第4端子100d间的输出电压Vout控制为任意的电压。在此，在控制部300中确定占空比量，将栅极信号从控制部300发送到电力变换部100，从而能够进行基于计算出的占空比量的动作。关于占空比量的计算方法将在后面叙述。
在此，说明控制部300中的占空比量的计算方法。控制部300具有如下特征：根据由设置于电力变换部100的输入电压检测部201以及输出电压检测部202检测到的输入电压Vin以及输出电压Vout和目标电压Vout*来计算出主占空比量(Dmain)以及副占空比量(Dsub)，使用计算出的主占空比量(Dmain)以及副占空比量(Dsub)来计算出占空比量。该控制动作连续地或者每隔一定时间(例如，每隔几μsec)反复实施，从而能够维持适当的占空比量。以下说明详细内容。
控制部300当执行占空比量的控制动作时，输入由输入电压检测部201以及输出电压检测部202检测到的输入电压Vin以及输出电压Vout。在第1计算部310中，由减法器311计算根据行驶状态等预先决定的值即目标电压Vout*与输出电压Vout的差分值Verr。在第1控制器312中，使用该差分值(Verr)来计算出主占空比量(Dmain)。即，确定主占空比量(Dmain)以使差分值(Verr)接近0。在第1控制器312中，例如使用P控制、PI控制、PID控制等来确定主占空比量(Dmain)。在第1计算部310中，除了确保针对输出电压Vout的变化的响应性之外，即使在由于急剧的电动机30的变动而输出电压Vout的电压从目标电压Vout*偏离的情况下，也能够利用由控制部300、电力变换部100以及输出电压检测部202确定的响应性，以使输出电压Vout追随目标电压Vout*的方式进行动作。
另一方面，在第2计算部320中，使用由第1计算部310计算出的主占空比量(Dmain)、输入电压Vin、输出电压Vout来计算出副占空比量(Dsub)。具体而言，用减法器321计算出(1－Dmain)，用乘法器322对(1－Dmain)乘以检测到的输出电压Vout。其结果，成为输入电压的预测值Vincal。将由该减法器321和乘法器322处理的计算式记载于式(1)。
[式1]
(l-Dmain)×Vout＝Vincal (I)
在减法器323中计算出从乘法器322得到的Vincal与由输入电压检测部201检测到的输入电压Vin的差分值，输出到第2控制器324。第2控制器324例如使用P控制、PI控制、PID控制等来进行运算。此外，在此，将在控制器中使用的增益设为固定值，但也可以是可变值。用除法器325将由第2控制器324得到的结果除以检测到的输出电压Vout，从而得到与占空比量对应的值。将其结果设为副占空比量Dsub。
在第1计算部310中，以使目标电压Vout*与检测到的输出电压Vout的差分接近0的方式运算Dmain。另一方面，在第2计算部320中，以维持和通过理想运算得到的输入电压预测值Vincal与检测到的输入电压Vin的差分相当的占空比量的方式计算Dsub。通过使第1控制器312和第2控制器324具有不同的控制单元或者增益，能够将针对目标电压Vout*与检测到的输出电压Vout的差分的占空比量的响应速度以及从理想状态的偏移Duty急剧变化时的响应速度分别设定为单独的响应速度。
接下来说明效果。首先，根据图4、图5的波形说明本申请发明应解决的死区时间的影响所导致的输出电压Vout的变动。图4是示出以往的电力变换装置的波形的图，图5是示出本实施方式所示的电力变换装置的波形的图。在图4、图5中，(a)是示出流经电抗器(L1)的电流的平均值(IL_ave)的波形的图，电力变换装置20在从动力运转动作变化为再生动作的情况下，IL_ave从正变化为负。(b)是示出在控制部300中设定的占空比量的图，(c)是示出电力变换装置20的输出电压Vout的图。
在使用电力变换部100的输出电压Vout和目标电压Vout*来进行控制的情况下，如图4所示，有时由于死区时间的影响而输出电压Vout与目标电压Vout*的偏差变大。当将第1开关元件(Q1)103的占空比量设为don，将开关周期设为T，将死区时间设为td，将电抗器L1的平均电流设为IL_ave，将电抗器L1的脉动电流设为Ir时，在IL_ave≥Ir/2时，死区时间期间不与第1开关元件(Q1)103的导通时间重叠，所以输入电压Vin与输出电压Vout的关系如式(2)那样表示。
[式2]
另一方面，在－Ir/2<IL_ave<Ir/2时，死区时间期间的一边与第1开关元件(Q1)103的导通时间重叠，所以由式(3)表示输入电压Vin与输出电压Vout的关系。
[式3]
另外，在IL_ave≤－Ir/2时，死区时间期间的两边与第1开关元件的导通时间重叠，所以由式(4)表示输入电压Vin与输出电压Vout的关系。
[式4]
即使这样以相同的占空比量don进行驱动，输出电压Vout也由于死区时间的影响而从作为没有死区时间的影响的理想的升压转换器的关系式的式(2)偏移。
在此，根据图4，说明具有不具备第2计算部320而仅具有第1计算部310的控制部的情况下的波形。
在电力变换装置从动力运转动作变化为再生动作的情况下，电抗器电流的平均电流IL_ave与脉动电流Ir的关系按照上述式(2)→式(3)→式(4)转变。死区时间td的时间表面上被加到第1开关元件(Q1)103的占空比量，所以在由控制部运算出的占空比量与第1开关元件(Q1)103的占空比量don对应的情况下，由第1计算部310计算的Dmain针对每个状态的转变而变小死区时间td的量。另外，在不具有第2计算部320的情况下，Dmain为控制电力变换部100的占空比量。
在从式(2)向式(3)的状态转变期间、以及从式(3)向式(4)的状态转变期间，电抗器L1的电流波形变得不连续，基于反馈控制的占空比量的操作量不被反映到对输出电压造成的影响。其结果，输出电压Vout不追随目标电压Vout*，发生过冲(overshoot)。在第1控制器312的增益过高的情况下，在脱离电流不连续的状态的瞬间，连续地发生下冲(undershoot)。在第1控制器312的增益过低的情况下，过冲量增加。同样地，在系统从再生动作改变为动力运转动作的情况下，输出电压Vout不追随而发生下冲。
接下来，根据图5说明具有作为本申请发明的特征的第2计算部320的电力变换装置的波形。
在第2计算部320中，根据从由式(1)表示的理想状态的偏移量来计算副占空比量Dsub。在将第2控制器324设为P控制的情况下，电抗器L1的电流不连续，在发生过冲时，第2计算部320使Dsub与偏差成比例地变化。根据各动作状态计算出与死区时间的时间比率(Td/fsw)相应的值，所以在脱离不连续的状态的式(3)的状态下不发生下冲。因而，第1计算部310能够设计成对目标电压的变动具有足够的响应速度，第2计算部320能够设计成高速响应地运算死区时间的影响所导致的偏离量，能够针对不同的扰乱以一个占空比量确保适当的响应。
实施方式1所示的电力变换装置以及驱动装置形成为如上所述的结构，所以在切换动力运转动作和再生动作切换的状况下，即使在流经内部的电抗器的电流量为0附近的情况下，也能够抑制控制性的恶化，针对死区时间的影响所导致的输出电压变动也能够提高控制的追随性。
实施方式2.
在实施方式1所示的电力变换装置中，将控制部中的控制器的增益设为固定而进行了占空比量的设定，但在实施方式2所示的电力变换装置中，说明使控制器的增益可变的情况。实施方式2的电力变换装置以及驱动装置的结构与图1所示的情况相同，省略说明。图6示出实施方式2的控制部300的结构。实施方式2的控制部300的结构与实施方式1所示的结构相同，但第2控制器324a的动作不同。以下，说明其详细内容。
实施方式2的电力变换装置以及驱动装置的动作除了控制部300中的占空比量的设定方法之外，与实施方式1的电力变换装置以及驱动装置相同，省略说明。另外，关于占空比量的设定方法，除了第2控制器324a之外，与实施方式1所示的情况相同。
在第2控制器324a中，如实施方式1所示的控制部那样对在减法器323中得到的结果进行运算，但与实施方式1所示的情况不同，使增益可变。在第2控制器324a中，将第2控制器324a中的运算结果设为y，针对减法器323的运算结果(x)，进行以下的公式(5)的运算。
[式5]
y＝Kd×x (5)
在此，使用图7说明与减法器323的运算结果x相乘的系数Kd的值的设定方法。图7是示出第2控制器324a中的系数Kd的设定方法的流程图。在步骤S101中，根据目标电压Vout*和输入电压Vin来判断是否为升压动作状态。在Vout*>Vin的判定为否的情况下，不是升压动作状态，不受到死区时间的影响，所以在步骤S104中将Kd设定为0。
在步骤S101的判定为是的情况、即电力变换装置20为升压动作状态的情况下，在步骤S102中依照公式(6)来确定Kd。
[式6]
Kd＝-Ca×Vin/Vout*+Cb (6)
在公式(6)中，Ca以及Cb为任意的系数，至少根据输入电压Vin与目标电压Vout*之比，Kd为可变值。一般而言，死区时间的影响下的过冲量在升压比(Vout*/Vin)高的情况下大，在升压比低的情况下小。当设想反馈控制的稳定性在升压比高的情况下稳定性良好、在升压比低的情况下变得不稳定的特性的情况时，能够使用在步骤S102中决定的运算结果，将Kd用作可变增益。作为在步骤S102中使用的可变增益的运算方法，也可以使用基于输入电压Vin、输出电压Vout或者目标电压Vout*、主占空比量Dmain、电抗器(L1)的电流值等的运算。另外，作为S101中的可变增益的运算方法，也可以使用1次方程或2次方程。能够使用如根据由第1计算部、第2计算部以及电力变换部的电路常数确定的反馈控制的稳定性来计算出适当的Kd值那样的计算式。另外，在步骤S102中，也可以不使用计算式，而是持有各电压和电流等条件下的映射来确定的方法。
在实施方式2的电力变换装置以及驱动装置中，形成为如上所述的结构，所以能够得到与实施方式1所示的情况同样的效果。进而，根据升压比或电抗器电流而将不同的值用作第2控制器324a的Kd，从而能够实现根据各条件而过冲的抑制效果也高且稳定的控制。
实施方式3.
在实施方式3中示出在实施方式2所示的控制部中设置有限制器的电力变换装置。实施方式3的电力变换装置以及驱动装置的结构与图1所示的情况相同，省略说明。图8示出实施方式3的控制部300的结构。在图8中，关于与图6同样的结构省略说明。在图8中，限制器326是对除法器325中的运算结果进行限制器处理来限制能够取值的范围的运算器。
接下来，说明动作。
实施方式3的电力变换装置以及驱动装置的动作除了控制部300中的占空比量的设定方法之外，与实施方式1的电力变换装置以及驱动装置相同，省略说明。关于占空比量的设定方法，除了对除法器325中的运算结果进行限制器处理之外，与实施方式2所示的情况相同。
在上述实施方式中，将由除法器325运算出的结果设为副占空比量Dsub，但在此，为了方便而对由除法器325运算出的结果附加不同的附图标记，设为Dsub′。通过限制器处理来对除法器325中的运算结果即Dsub′限制Dsub能够取值的范围。通过第2计算部320的反馈控制，由第2计算部320运算的Dsub补偿死区时间的影响所导致的输出电压变动，所以上下限值根据开关频率和死区时间期间的比例来确定。在使用固定的载波的情况下，根据死区时间(Td)与开关周期(1/fsw)的关系，设为宽度fsw×Td，能够在±fsw×Td÷2的范围内进行变更。
根据图9说明开关频率根据动作条件而改变的情况下的限制器处理。图9示出计算副占空比量的流程图。在步骤S201中，根据当前使用的开关频率(fsw)和死区时间(Td)来运算Dsub的上限值(Up_lim)和下限值(Low_lim)。在步骤S202中，在Dsub′比下限值小的情况下，在步骤S205中将Dsub设为下限值。另外，在步骤S202中，在Dsub′比上限值大的情况下，在步骤S206中将Dsub设为上限值。在与步骤S202以及步骤S203中的任意步骤都不符合的情况下，Dsub＝Dsub′。
在实施方式3所示的电力变换装置以及驱动装置中，形成为如上所述的结构，所以能够得到与实施方式1所示的情况同样的效果。进而，由第2计算部320计算出的副占空比量Dsub是与校正死区时间的时间相应的占空比量即可，通过计算每个开关频率(fsw)的死区时间的Duty率(Td/fsw)，施加与其相伴的限制器限制，能够确保反馈控制的稳定性。
实施方式4.
在上述实施方式所示的电力变换装置中，关于使用电压检测部作为电力变换装置内的状态的确认的结构进行了说明，但在实施方式4的电力变换装置中示出还设置电流检测部并将在电抗器中流过的电流用于副占空比量的计算的情况。图10表示示出本实施方式的电力变换装置以及驱动装置的结构的框图。在图10中，附加有图1所示的相同的记号的元件或者电路表示相同或者同样的元件或者电路，省略说明。电流检测部110是检测流经电抗器(L1)102的电流的检测器，例如是包括分流电阻器和放大器的电流检测器、霍尔型的电流检测器。由于还具备电流检测部110，从而能够检测电抗器(L1)的电流IL。
图11示出本实施方式的控制部300的结构。控制部300与图6所示的控制部相比，追加有使用由电流检测部110检测到的电流IL来计算副占空比量的电路。附加有与图6所示的控制部相同的记号的元件或者电路是与图6所示的控制部同样的元件或者电路，省略说明。乘法器328是将在电流检测部110中检测到的电抗器102的电流IL与Lm/Ts相乘的运算电路。在此，Lm为电抗器102的电感值，另外，在连续时间下的控制的情况下将Ts设为1，在微机等的离散时间下的控制的情况下为采样时间。加法器327是将利用减法器323以及乘法器328得到的结果进行相加的运算电路。
接下来，说明动作。
实施方式4的电力变换装置以及驱动装置的动作除了控制部300中的占空比量的设定方法之外，与实施方式1的电力变换装置以及驱动装置相同，省略说明。关于占空比量的设定方法，在减法器323中的运算之前与实施方式1所示的控制部300相同。
利用乘法器328将由电流检测部110检测到的电抗器(L1)102的电流值IL与Lm/Ts相乘。另外，利用加法器327将减法器323的运算结果与由乘法器328运算出的结果相加。乘法器328的Ts在连续时间下的控制的情况下设为1，在微机等的离散时间下的控制的情况下使用采样时间。关于Lm，虽然使用电抗器102的电感值，但也可以使用所使用的电抗器的电感值的最小值、最大值、额定值。在第2计算部340中，使用加法器327中的运算结果并使用第2控制器324a以及除法器325来计算副占空比量。
在实施方式4的电力变换装置以及驱动装置中，形成为如上所述的结构，能够得到与实施方式1所示的电力变换装置以及驱动装置同样的效果。进而，还进行基于电抗器电流的死区时间的运算，所以能够得到能够更准确地计算副占空比量Dsub的值并能够进一步抑制死区时间的影响所导致的过冲量这样的效果。
实施方式5.
在实施方式5中，示出利用与实施方式4所示的控制部不同的结构来计算副占空比量的电力变换装置。实施方式5的电力变换装置以及驱动装置的结构与图1所示的情况相同，省略说明。图12示出控制部300的结构。在图12中，第1计算部310与图2所示的情况相同。
第2计算部350与实施方式1所示的计算部同样地，在第2计算部320中，使用由第1计算部310确定的主占空比量(Dmain)来计算副占空比量(Dsub)。第2计算部350具备使用主占空比量(Dmain)来计算(1－Dmain)的减法器321、将输出电压Vout与输入电压Vin相除的除法器329、计算减法器321与除法器329的运算结果的差分的减法器323、对减法器323中的运算结果进行运算的第2控制器324a以及对第2控制器324a中的运算结果进行限制器处理的限制器326。
接下来，说明动作。
实施方式5的电力变换装置以及驱动装置的动作除了控制部300中的占空比量的设定方法之外，与实施方式1的电力变换装置以及驱动装置相同，省略说明。关于占空比量的设定方法，实施方式1所示的控制部与第2计算部350的动作不同，以下说明其差异。
在第2计算部350中，由减法器321使用在第1计算部310中计算出的主占空比量Dmain来计算占空比量的预测值(1－Dmain)。另外，利用除法器329计算Vin/Vout，由减法器323计算在除法器329中计算出的Vin/Vout与在减法器321中计算出的占空比量的预测值(1－Dmain)之差。将该差分值作为用于用第2控制器324进行运算的偏差的值。此外，该值为将实施方式1所示的输入电力的预测值Vincal除以输出电力Vout而得到的值。第2控制器324将Kd的值与减法器323中的运算结果相乘。Kd例如使用P控制、PI控制、PID控制等来计算。在此，Kd既可以使用固定值，也可以使用如实施方式2所示的可变值。在此，为了方便，将由第2控制器324运算出的结果设为副占空比量Dsub′。在限制器326中，对得到的Dsub′进行适当的限制器处理，通过限制该值，进行副占空比量Dsub的运算。
在实施方式5所示的电力变换装置以及驱动装置中，形成为如上结构，所以能够得到与实施方式1所示的电力变换装置以及驱动装置同样的效果。进而，与实施方式1以及3所示的电力变换装置以及驱动装置相比，能够省略第2计算部320的电路。另外，在安装于微机等的软件的情况下，能够省略第2计算部320的运算。
实施方式6.
在实施方式1所示的电力变换装置中，示出了将具备两个开关元件的DC/DC转换器用作电力变换部的结构，但在实施方式6所示的电力变换装置中，示出将多电平转换器(multi-level converter)用作电力变换部的结构。图13示出实施方式6的电力变换装置以及驱动装置的结构。在图13中，直流电源10以及电动机30与实施方式1所示的情况相同，省略说明。另外，关于电力变换装置20内的控制部300，也可以使用上述实施方式所示的任意的控制部。
电力变换部100是包括输入电容器(C1)101、电抗器(L1)102、第1开关元件(Q3)106、第2开关元件(Q4)107、第3开关元件(Q5)108、第4开关元件(Q6)109、输出电容器(C2)105、飞跨电容器(flying capacitor)(C0)111的升压斩波器电路。另外，设置有检测各电容器的电压的输入电压检测部201、输出电压检测部202、飞跨电容器电压检测部203。
输入电容器(C1)101与直流电源10并联地连接，电抗器(L1)102的一端与输入电容器(C1)101连接。输出电容器(C2)105的一端与第4开关元件(Q6)109的漏极侧连接，另一端与输入电容器(C1)101连接。另外，飞跨电容器(C0)111的两端连接于第1与第2开关元件的连接点以及第3与第4开关元件的连接点。
第1开关元件(Q3)106的漏极与第2开关元件(Q4)107的源极连接，另一端与输入电容器(C1)101连接。另外，第2开关元件(Q4)107的漏极与电抗器(L1)102的一方的端子连接。飞跨电容器(C0)111的一方的端子连接于第1开关元件(Q3)106与第2开关元件(Q4)107的连接部。第3开关元件(Q5)108的源极连接于电抗器(L1)102和第2开关元件(Q4)107的连接部，漏极与飞跨电容器(C0)111的一端连接。第4开关元件(Q6)109的源极与第3开关元件(Q5)108的漏极连接，漏极与输出电容器(C2)105连接。输出电容器(C2)105的另一端连接于输入电容器(C1)101与第1开关元件(Q3)的连接部。
第1开关元件(Q3)106以及第2开关元件(Q4)107以及第3开关元件(Q5)108以及第4开关元件(Q6)109为开关半导体，例如使用IGBT或MOSFET等。第1开关元件(Q3)106以及第4开关元件(Q6)109根据由控制部300生成的栅极信号来进行互补开关。另外，第2开关元件(Q4)107和第3开关元件(Q5)108的开关元件根据由控制部300生成的栅极信号来进行互补开关。
进而，第1开关元件(Q3)103和第2开关元件(Q4)104的栅极信号相对于开关频率(fsw)，相位偏移180度。另外，为了防止由于第1以及第4开关元件这两方变为导通而导致的短路，具有如第1以及第4开关元件这两方为截止信号那样的适当的死区时间期间，为了防止由于第2以及第3开关元件这两方变为导通而导致的短路，具有如第2以及第3开关元件这两方为截止信号那样的适当的死区时间期间。
输入电压检测部201与输入电容器(C1)101的两端连接，是检测电力变换装置20的输入电压Vin的电压传感器。另外，输出电压检测部202与输出电容器(C2)105的两端连接，是检测电力变换装置20的输出电压Vout的电压传感器。飞跨电容器电压检测部203与飞跨电容器(C0)111的两端连接。为了防止与开关频率相应的脉动电压或噪声所到致的误检测，这些检测部具有适当的低通滤波器电路。另外，这些检测部未必需要设置于电力变换部100内部，也可以设置于电力变换部100的外部。
接下来，说明动作。实施方式6的电力变换装置的占空比量的计算方法也可以是上述实施方式1～5所示的方法中的任意方法，根据计算出的占空比量来控制各开关元件的动作。
图14表示示出电力变换装置的栅极信号与在电抗器中流过的电流的关系的图。根据图14说明电力变换部100的第1～第4开关元件Q3、Q4、Q5、Q6的栅极信号和电抗器电流。在图14中，(a)表示第1开关元件(Q3)106的栅极信号波形，(b)表示第4开关元件(Q6)109的栅极信号波形，(c)表示第2开关元件(Q4)107的栅极信号波形，(d)表示第3开关元件(Q5)108的栅极信号波形。各开关元件根据所输入的栅极信号来进行导通/截止动作。(e)～(g)分别是示出了流经电抗器(L1)102的电流波形的图，分别表示电抗器L1的每个平均电流IL_ave的值的波形。当将电抗器L1的脉动电流设为Ir时，(e)表示IL_ave≥Ir/2的情况，(f)表示－Ir/2<IL_ave<Ir/2，(g)表示IL_ave≤－Ir/2的情况。
首先，说明动力运转动作、即流经电抗器(L1)102的电流的平均值(平均电流IL_ave)>0的情况。在动力运转动作时，控制部300对第1～第4开关元件106～109发送栅极信号，从而实施各开关元件的导通/截止动作。一边反复执行各开关元件的导通/截止动作，使施加于电动机30的两端的电压升压到目标电压，一边使来自直流电源10的输入电力传送到电动机30。在被输入在电力变换装置20中传送的直流电力的电动机30中，利用内部的逆变器电路变换为交流电力，使电动机30的驱动部进行旋转驱动。
在图14中，第1开关元件(Q3)106为导通、第4开关元件(Q6)109为截止、第2开关元件(Q4)107为导通、第3开关元件(Q5)108为截止的期间为释放积蓄于输出电容器105的能量的状态。第1开关元件(Q3)106为导通、第4开关元件(Q6)109为截止、第2开关元件(Q4)107为截止、第3开关元件(Q5)108为导通的期间成为释放积蓄于输出电容器105的能量并且将从直流电源10输入到电力变换装置20的能量积蓄于飞跨电容器111的状态。第1开关元件(Q3)106为截止、第4开关元件(Q6)109为导通、第2开关元件(Q4)107为导通、第3开关元件(Q5)108为截止的期间为从直流电源10输入到电力变换装置20的能量积蓄于飞跨电容器111和输出电容器105的状态。另外，通过适当地调整第1开关元件(Q1)103为导通的期间的时间比率(占空比量)，能够将第3端子100c～第4端子100d间的输出电压Vout控制为任意的电压。在此，在控制部300中确定占空比量，控制部300根据该确定的占空比量将栅极信号发送到各开关元件，从而控制电力变换部100。
接下来，说明再生动作、即IL_ave<0的情况。
在再生动作时，也与动力运转动作时同样地，控制部300对第1～第4开关元件106～109发送栅极信号，从而使各开关元件动作。一边反复执行各开关元件的导通/截止动作，使施加于电动机30的两端的电压升压到目标电压，一边使来自电动机30的输入电力传送到直流电源10，在其内部使直流电力充电。
在图14中，第1开关元件(Q3)106为导通、第4开关元件(Q6)109为截止、第2开关元件(Q4)107为导通、第3开关元件(Q5)108为截止的期间为将从电动机30输入的能量积蓄于输出电容器105的状态。第1开关元件(Q3)106为导通、第4开关元件(Q6)109为截止、第2开关元件(Q4)107为截止、第3开关元件(Q5)108为导通的期间为将从电动机30输入的能量积蓄于输出电容器105并且将飞跨电容器111的能量放电到直流电源10的状态。第1开关元件(Q3)106为截止、第4开关元件(Q6)109为导通、第2开关元件(Q4)107为导通、第3开关元件(Q5)108为截止的期间为将积蓄于输出电容器105的能量放电到直流电源10并且将能量积蓄于飞跨电容器111的状态。另外，与动力运转动作时同样地，适当地调整这些动作模式的时间比率(占空比量)，从而能够将第3端子100c～第4端子100d间的输出电压Vout控制为任意的电压。在此，在控制部300中确定占空比量，将栅极信号从控制部300发送到电力变换部100，从而能够进行基于计算出的占空比量的动作。
在动力运转动作以及再生动作中的任意动作的情况下，第1开关元件(Q3)106和第4开关元件(Q6)109都进行互补开关，设置防止短路用的死区时间(Td)。另外，第2开关元件(Q4)107和第3开关元件(Q5)108也同样地进行互补开关，设置防止短路用的死区时间(Td)。第1开关元件(Q3)106和第2开关元件(Q4)107按照偏移180°相位的关系进行开关。第1以及第2开关元件Q3和Q4的导通时间为由控制部运算出的占空比量与开关周期(1/Tsw＝fsw)的乘积。
飞跨电容器(C0)111的电压Vcf始终被控制成Vout的电压的1/2倍的电压。示出该状态下的电抗器电流的波形。与实施方式1同样地，因电抗器(L1)电流的正负不同而在死区时间(Td)期间流过的开关元件不同，所以需要使占空比量变化。另外，在按照实施方式6所示的电力变换部100与图14所示的栅极信号的关系进行了开关的情况下，电抗器电流为开关频率的两倍的频率，施加于电抗器102的电压为实施方式1的1/2倍。
在实施方式6所示的电力变换装置以及驱动装置中，电抗器电流的开关频率成为两倍，所以在开关周期发生死区时间所致的电流不连续的状态是实施方式1的两倍，更加能够得到具备第2计算部320的效果。进而，将多电平转换器用作电力变换部，所以能够使电抗器102的尺寸小型化。
此外，在实施方式6所示的电力变换装置中，构成为使用2电平的多电平转换器，当然也可以使用3电平以上的多电平转换器。
实施方式1～6所示的控制部的运算电路既可以通过硬件实现，也可以通过软件实现。在通过软件实现的情况下，能够如图15所示使用存储装置和处理装置来实现，能够由处理装置(处理器)读出保存于存储装置(存储器)的程序并执行来实现。

Claims (8)

1.一种电力变换装置，该电力变换装置的一方的端子连接有直流电源(10)，另一方的端子连接有电动机(30)，所述电力变换装置特征在于，具备：
电力变换部(100)，在从所述直流电源(10)向所述电动机(30)、从所述电动机(30)向所述直流电源(10)这样的双向上进行电力传送；
第1电压检测部(201)，检测所述电力变换部(100)的所述直流电源侧的端子间电压；
第2电压检测部(202)，检测所述电力变换部(100)的所述电动机侧的端子间电压；以及
控制部(300)，控制所述电力变换部的动作，
所述控制部具备：
第1计算部(310)，根据预先决定的目标电压以及由所述第1电压检测部(201)检测到的电动机侧的端子间电压来计算出主占空比量；以及
第2计算部(320)，根据由所述第1计算部(310)计算出的主占空比量、由所述第1电压检测部(201)检测到的电动机侧的端子间电压以及由所述第2电压检测部检测到的所述直流电源侧的端子间电压来计算出副占空比量，
所述控制部根据所述主占空比量和所述副占空比量来计算出使所述电力变换部动作的占空比量。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
所述第1计算部(310)根据所述预先决定的目标电压与由所述第2电压检测部(202)检测到的所述电动机侧的端子间电压的差分来计算所述主占空比量，
所述第2计算部(320)根据由所述第1计算部(310)计算出的所述主占空比量和由所述第2电压检测部(202)检测到的所述电动机侧的端子间电压来计算出所述直流电源侧的端子间电压的预测值，根据所述预测值和由所述第1电压检测部(201)检测到的所述直流电源侧的端子间电压来计算出所述副占空比量。
3.根据权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于，
所述第2计算部(320)通过对所述预测值与由所述第1电压检测部(201)检测到的所述直流电源侧的端子间电压的差分值乘以根据由所述第1电压检测部(201)检测到的所述直流电源侧的端子间电压与由所述第2电压检测部检测到的所述电动机侧的端子间电压而确定的可变的系数，计算副占空比量。
4.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
所述第1计算部(310)根据所述预先决定的目标电压与由所述第2电压检测部(202)检测到的所述电动机侧的端子间电压的差分来计算出所述主占空比量，
所述第2计算部(320)根据由所述第1计算部(310)计算出的所述主占空比量计算出占空比量的预测值，根据所述占空比量的预测值、由所述第1电压检测部(201)检测到的所述直流电源侧的端子间电压以及由所述第2电压检测部(202)检测到的所述电动机侧的端子间电压来计算出所述副占空比量。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的电力变换装置，其特征在于，
所述第2计算部具备限制器，该限制器对所述副占空比量进行限制器处理。
6.根据权利要求1～4中的任意一项所述的电力变换装置，其特征在于，
所述电力变换装置还具备电流检测部(110)，该电流检测部(110)检测在设置在所述电力变换部内的电抗器中流过的电流，
所述第2计算部(320)根据由所述电流检测部(110)检测到的电流来计算出所述副占空比量。
7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的电力变换装置，其特征在于，
所述电力变换部(100)使用多电平转换器，在从所述直流电源向所述电动机、从所述电动机向所述直流电源这样的双向上进行电力传送。
8.一种驱动装置，具备直流电源(10)、电动机(30)以及一方的端子连接有所述直流电源且另一方的端子连接有所述电动机的电力变换装置(20)，所述驱动装置的特征在于，
所述电力变换装置(20)具备：
电力变换部(100)，在从所述直流电源(10)向所述电动机(30)、从所述电动机(30)向所述直流电源(10)这样的双向上进行电力传送；
第1电压检测部(201)，检测所述电力变换部(100)的所述直流电源侧的端子间电压；
第2电压检测部(202)，检测所述电力变换部(100)的所述电动机侧的端子间电压；以及
控制部(300)，控制所述电力变换部的变换动作，
所述控制部(300)具备：
第1计算部(310)，根据预先决定的目标电压以及由所述第1电压检测部(201)检测到的电动机侧的端子间电压来计算出主占空比量；以及
第2计算部(320)，基于根据由所述第1计算部(310)计算出的主占空比量和由所述第1电压检测部(201)检测到的电动机侧的端子间电压而计算出的直流电源侧的端子间电压以及由所述第2电压检测部(202)检测到的所述直流电源侧的端子间电压来计算出副占空比量，
所述控制部根据所述主占空比量和所述副占空比量来计算出使所述电力变换部(100)动作的占空比量。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113366749A (zh) * 2019-02-15 2021-09-07 株式会社自动网络技术研究所 车载用电源装置

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019000611A1 (zh) * 2017-06-27 2019-01-03 华为技术有限公司 升降压芯片控制方法、升降压芯片及电子设备
US10404175B2 (en) * 2017-12-29 2019-09-03 Texas Instruments Incorporated Converter topology with adaptive power path architecture
US10530256B1 (en) * 2018-11-30 2020-01-07 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Multi-level buck converter with reverse charge capability
US11201493B2 (en) 2018-12-31 2021-12-14 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Circuit for battery charging and system supply, combining capacitive and inductive charging
JP7355686B2 (ja) * 2020-03-19 2023-10-03 新電元工業株式会社 制御装置及びそれを有する電力変換装置
JP7275398B2 (ja) * 2020-09-04 2023-05-17 三菱電機株式会社 電力変換装置、モータ駆動装置、送風機、圧縮機及び空気調和機
CN114825913A (zh) 2021-01-18 2022-07-29 台达电子企业管理（上海）有限公司 功率变换系统及其控制方法
CN113131797B (zh) * 2021-04-16 2022-05-03 宁波杜亚机电技术有限公司 一种单相异步电机的遇阻停控制方法
CN114285278B (zh) * 2021-12-27 2024-03-19 厦门科华数能科技有限公司 变换器的控制方法及控制装置
EP4318923A1 (en) * 2022-08-03 2024-02-07 Delta Electronics (Thailand) Public Co., Ltd. Flying-capacitor inverter, multi-level phase-shift converter, and method of controlling the flying-capacitor inverter and the multi-level- phase-shift converter

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5412293A (en) * 1991-11-18 1995-05-02 Kabushiki Kaisha Equos Research Power supply for motor usable with an electric vehicle
CN1703816A (zh) * 2003-01-24 2005-11-30 三菱电机株式会社 电池用电力电路
JP2007097392A (ja) * 2005-09-05 2007-04-12 Nissan Motor Co Ltd Ｄｃ−ｄｃコンバータの制御装置
CN102449891A (zh) * 2009-05-27 2012-05-09 丰田自动车株式会社 转换器的控制装置以及具备它的电动车辆
CN102460926A (zh) * 2009-06-18 2012-05-16 得克萨斯系统大学评议会 用于使用输入-输出线性化来控制转换器的系统、方法和装置
CN102832858A (zh) * 2011-06-16 2012-12-19 依必安-派特穆尔芬根股份有限两合公司 用于ec电机的控制电路
CN103053104A (zh) * 2010-07-30 2013-04-17 三菱电机株式会社 Dc/dc转换器
CN104488180A (zh) * 2012-07-19 2015-04-01 三菱电机株式会社 电力变换装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007132667A1 (ja) * 2006-05-15 2007-11-22 Panasonic Corporation 双方向電源装置
JP4541425B2 (ja) 2008-02-25 2010-09-08 本田技研工業株式会社 Ｄｃ／ｄｃコンバータ装置
US8392030B2 (en) * 2008-04-17 2013-03-05 Levant Power Corporation System and method for control for regenerative energy generators
JP5548383B2 (ja) * 2009-05-14 2014-07-16 本田技研工業株式会社 コンバータの制御装置
JP2011167011A (ja) 2010-02-12 2011-08-25 Toyota Central R&D Labs Inc Ｄｃｄｃコンバータシステム
JP2013017302A (ja) 2011-07-04 2013-01-24 Toyota Motor Corp 昇圧コンバータの制御装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5412293A (en) * 1991-11-18 1995-05-02 Kabushiki Kaisha Equos Research Power supply for motor usable with an electric vehicle
CN1703816A (zh) * 2003-01-24 2005-11-30 三菱电机株式会社 电池用电力电路
JP2007097392A (ja) * 2005-09-05 2007-04-12 Nissan Motor Co Ltd Ｄｃ−ｄｃコンバータの制御装置
CN102449891A (zh) * 2009-05-27 2012-05-09 丰田自动车株式会社 转换器的控制装置以及具备它的电动车辆
CN102460926A (zh) * 2009-06-18 2012-05-16 得克萨斯系统大学评议会 用于使用输入-输出线性化来控制转换器的系统、方法和装置
CN103053104A (zh) * 2010-07-30 2013-04-17 三菱电机株式会社 Dc/dc转换器
CN102832858A (zh) * 2011-06-16 2012-12-19 依必安-派特穆尔芬根股份有限两合公司 用于ec电机的控制电路
CN104488180A (zh) * 2012-07-19 2015-04-01 三菱电机株式会社 电力变换装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113366749A (zh) * 2019-02-15 2021-09-07 株式会社自动网络技术研究所 车载用电源装置

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Publication number Publication date
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