CN108781039B - 谐振型电力转换装置和异常判定方法 - Google Patents

谐振型电力转换装置和异常判定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108781039B
CN108781039B CN201780018332.4A CN201780018332A CN108781039B CN 108781039 B CN108781039 B CN 108781039B CN 201780018332 A CN201780018332 A CN 201780018332A CN 108781039 B CN108781039 B CN 108781039B
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
power conversion
current
switching elements
conversion device
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.)
Active
Application number
CN201780018332.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108781039A (zh
Inventor
小南智
佐藤畅晃
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.)
Panasonic Automotive Electronic Systems Co ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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 Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority claimed from PCT/JP2017/005211 external-priority patent/WO2017163666A1/ja
Publication of CN108781039A publication Critical patent/CN108781039A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108781039B publication Critical patent/CN108781039B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion 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
    • H02M3/325—Conversion 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
    • H02M3/335—Conversion 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
    • H02M3/33569—Conversion 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
    • H02M3/33573—Full-bridge at primary side of an isolation transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/01—Resonant DC/DC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion 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
    • H02M3/325—Conversion 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
    • H02M3/335—Conversion 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
    • H02M3/33569—Conversion 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
    • H02M3/33571—Half-bridge at primary side of an isolation transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/565—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor
    • G05F1/567—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for temperature compensation
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/565—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor
    • G05F1/569—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for protection
    • G05F1/573—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for protection with overcurrent detector
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/327—Means for protecting converters other than automatic disconnection against abnormal temperatures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/4815—Resonant converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/4826—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode operating from a resonant DC source, i.e. the DC input voltage varies periodically, e.g. resonant DC-link inverters
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies 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

谐振型电力转换装置具有桥电路、变压器、电流检测电路以及控制电路。桥电路具有多个开关元件，被输入直流电力。变压器连接于桥电路的输出侧。电流检测电路检测流过多个开关元件中的至少一个开关元件的电流值。控制电路基于开关控制中的规定的定时的电流检测电路的检测值，来判定谐振型电力转换装置中是否发生了异常。

Description

谐振型电力转换装置和异常判定方法
技术领域
本公开涉及一种利用了电流谐振的谐振型电力转换装置和异常判定方法。
背景技术
将蓄电池的电力用作动力的电动汽车、混合动力车正在被普及。在这种电动汽车、混合动力车中使用DC-DC转换器，该DC-DC转换器是为了进行电池的充电、电压转换而使直流(DC)电压上升或下降的电力转换装置。特别是在电动汽车、混合动力车中要求高效率且低噪声，因此近年来使用一种利用了电流谐振的电力转换装置。
利用了电流谐振的DC-DC转换器能够进行在将电压和电流中的至少一方设为零的状态下使开关元件进行动作的零电压(电流)开关，能够减少动作时的电力损失。
然而，在利用了电流谐振的DC-DC转换器中存在以下情况：由于作为谐振用的部件的变压器、谐振电容器的经年劣化或伴随温度变化引起的特性的变化，导致谐振频率发生变动。在这种情况下，无法准确地进行零电压(电流)开关，因此发生因开关损耗的增加导致的电力转换效率的降低、开关噪声的产生、电路的故障等。
作为用于应对因变压器、谐振电容器的特性变化导致的谐振频率的变动的技术，例如存在一种专利文献1中公开的技术。在专利文献1中公开了如下一种电力转换装置：只在利用用于限制输入输出电力的输入输出电力限制单元限制输入输出电力的状态持续了规定时间时，进行开关频率的重新设定。
专利文献1：日本特开2014-217199号公报
发明内容
本公开提供一种能够在短时间内高精度地探测谐振频率的变动的谐振型电力转换装置和异常判定方法。
本公开的谐振型电力转换装置具有桥电路、变压器、电流检测电路以及控制电路。桥电路具有多个开关元件，被输入直流电力。变压器连接于桥电路的输出侧。电流检测电路检测流过多个开关元件中的至少一个开关元件的电流值。控制电路基于开关控制中的规定的定时的电流检测电路的检测值，来判定谐振型电力转换装置中是否发生了异常。
本公开的谐振型电力转换装置的异常判定方法用于判定谐振型电力转换装置的异常，该谐振型电力转换装置具有：桥电路，其被输入直流电流，具有多个开关元件；变压器；电流检测电路，其检测流过多个开关元件中的至少一个开关元件的电流值；以及控制电路。在该方法中，在开关控制中的规定的定时，由电流检测电路检测流过多个开关元件中的至少一个开关元件的电流值。然后，由控制电路基于检测出的电流值来判定谐振型电力转换装置中是否发生了异常。
根据本公开，能够在短时间内高精度地探测谐振频率的变动。
附图说明
图1是示出本公开的实施方式所涉及的电力转换装置的结构的一例的电路图。
图2是对图1所示的电力转换装置追加了寄生元件的等效电路图。
图3是示出控制电路为了控制桥电路而输出的栅极信号Vg1和Vg2的波形以及流过桥电路的电流的波形的图。
图4是将正常动作时的流过桥电路的电流与异常动作时的流过桥电路的电流进行对比的图。
图5是示出本公开的实施方式所涉及的电力转换装置的结构的其它例的电路图。
具体实施方式
在说明本公开的实施方式之前，简单地说明现有技术中的问题点。在上述的专利文献1所公开的技术中，如果不经过规定时间，则无法探测谐振频率的变动，难以在短时间内探测谐振频率的变动。
以下，参照附图来说明本公开的实施方式。图1是示出本实施方式所涉及的电力转换装置100的结构的一例的电路图。
<电力转换装置100的结构例>
电力转换装置100具有直流电源电路1、桥电路2、控制电路3、电流检测电路4、谐振电容器5、变压器6、整流电路7以及平滑电容器8。
直流电源电路1例如供给燃料电池或蓄电池、AC/DC转换器等的直流电力。在直流电源电路1的两个端子之间连接有桥电路2。如图1所示，桥电路2具有以全桥方式连接的开关元件Q1～Q4。
在桥电路2中，开关元件Q1与Q2串联连接，开关元件Q3与Q4串联连接。而且，开关元件Q1及Q2与开关元件Q3及Q4并联连接，由此构成了全桥的桥电路2。开关元件Q1～Q4例如由场效应晶体管(FET：Field Effect Transistor)构成，特别地，由MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor FET：金属-氧化物半导体场效应晶体管)构成。
开关元件Q1～Q4分别具有寄生二极管D1～D4。此外，也可以是，不是开关元件Q1～Q4具有寄生二极管D1～D4，而是将开关元件Q1～Q4与独立的二极管分别并联连接。
在桥电路2中，开关元件Q1及Q3的漏极端子连接于直流电源电路1。开关元件Q1的源极端子与开关元件Q2的漏极端子连接，开关元件Q3的源极端子与开关元件Q4的漏极端子连接。开关元件Q2及Q4的源极端子经由电流检测电路4连接于直流电源电路1。另外，在节点n1与节点n2之间，谐振电容器5与变压器6的初级绕组61串联连接，其中，该节点n1设置于开关元件Q1的源极端子与开关元件Q2的漏极端子之间，该节点n2设置于开关元件Q3的源极端子与开关元件Q4的漏极端子之间。
并且，控制电路3连接于开关元件Q1～Q4的栅极端子。控制电路3以基于电力转换装置100的谐振频率预先决定的驱动频率对开关元件Q1～Q4进行接通断开控制(开关控制)。由此，桥电路2将直流电源电路1的直流电力转换为高频交流电力。驱动频率例如设为比电路设计时的谐振频率大规定的(微小)量的值即可。另外，电流检测电路4检测通过桥电路2的电流值。在本实施方式中，电流检测电路4将从直流电源电路1的与开关元件Q1及Q3连接的一侧向与开关元件Q2及Q4连接的一侧流动的方向作为正向来检测流过桥电路2的电流。
变压器6具有被磁耦合的初级绕组61和次级绕组62。变压器6的初级绕组61连接于谐振电容器5、以及开关元件Q3的源极端子与开关元件Q4的漏极端子的连接线。即，变压器6连接于桥电路2的输出侧。变压器6的次级绕组62连接于整流电路7。在变压器6中，供给到初级绕组61的交流电力的电压被进行变压后传递到次级绕组62。在变压器6的次级绕组62中产生的交流电力被整流电路7和平滑电容器8转换为直流电力后被供给到未图示的直流负载。
图2是对图1所示的电力转换装置100追加了寄生元件的等效电路图。C1～C4是开关元件Q1～Q4的输出电容，Le是变压器6的漏电感，Lm是变压器6的励磁电感。由谐振电容器5、漏电感Le以及励磁电感Lm构成了串联LLC电路。以下，使用该等效电路来进行说明。此外，也可以将励磁电感Lm和初级绕组61共用化来构成为一个电感器。
此外，以下，将由桥电路2、谐振电容器5、漏电感Le以及励磁电感Lm构成的电路称为初级侧，将由整流电路7、平滑电容器8以及未图示的直流负载构成的电路称为次级侧。
<电力转换装置100的动作原理>
以下，对电力转换装置100正常地进行动作的情况下的动作以及动作原理进行说明。图3是示出控制电路3为了控制桥电路2而输出的栅极信号Vg1及Vg2的波形以及流过桥电路2的电流的波形的图。此外，流过桥电路2的电流值是将流过开关元件Q1及Q4的电流与流过开关元件Q2及Q3的电流相加得到的值，是如上述的那样由电流检测电路4检测的电流值。
栅极信号Vg1是用于将桥电路2的开关元件Q1和Q4接通或断开的信号，栅极信号Vg2是用于将开关元件Q2和Q3接通或断开的信号。此外，在以下的说明中，关于栅极信号Vg1，对将开关元件Q1和Q4同时接通或断开的情况进行说明，但例如也可以设为使开关元件Q4比开关元件Q1稍微延迟地接通或断开。同样地，在以下的说明中，关于栅极信号Vg2，对将开关元件Q2和Q3同时接通或断开的情况进行说明，但例如也可以设为使开关元件Q3比开关元件Q2稍微延迟地接通或断开。
如图3所示，时刻t1和t5表示开关元件Q1和Q4接通的定时，时刻t2和t6表示开关元件Q1和Q4断开的定时。另外，时刻t3和t7表示开关元件Q2和Q3接通的定时，时刻t0和t4表示开关元件Q2和Q3断开的定时。此外，在从开关元件Q1和Q4断开起到开关元件Q2和Q3接通为止的期间以及从开关元件Q2和Q3断开起到开关元件Q1和Q4接通为止的期间设置有死区时间(td)。
如上述的那样，电流检测电路4检测的电流值是通过桥电路2的电流的测量值。如上述的那样，关于电流检测电路4检测的信号，将从直流电源电路1的与开关元件Q1及Q3连接的一侧向与开关元件Q2及Q4连接的一侧流动的方向设为正向。
当在图3所示的时刻t1控制电路3使栅极信号Vg1从Low(低水平)上升至High(高水平)时，开关元件Q1和Q4被接通。在从时刻t1至时刻t2开关元件Q1和Q4为接通的状态下，负载电流从直流电源电路1依次流过开关元件Q1、谐振电容器5、变压器6的初级绕组61以及开关元件Q4。即，如图3所示，流过桥电路2的电流值向正方向增大。
对由谐振电容器5、漏电感Le以及励磁电感Lm构成的LLC电路施加输入电压，由此通过谐振动作在谐振电容器5中蓄积电荷。另外，由谐振电容器5和漏电感Le产生的谐振电流通过次级绕组62后被释放到未图示的直流负载。
随着谐振电容器5的电压上升，对初级绕组61施加的电压减少。因此，向次级侧释放的电流也减少。当谐振结束且次级侧的电流变为零时，只在初级侧流过励磁电流，来维持对谐振电容器5的充电。
当在时刻t2控制电路3使栅极信号Vg1从高水平下降至低水平时，开关元件Q1和Q4被断开。在紧接着开关元件Q1和Q4被断开之后，利用流过初级侧的励磁电流对输出电容C1和输出电容C4进行充电，输出电容C2和输出电容C3进行放电。由此，开关元件Q1和Q4的漏极-源极之间的电压上升，开关元件Q2和Q3的漏极-源极之间的电压下降。当开关元件Q2和Q3的漏极-源极之间的电压降低至零时，励磁电流向通过开关元件Q2的寄生二极管D2及开关元件Q3的寄生二极管D3来将在漏电感Le和励磁电感Lm中蓄积的励磁能量重置的方向流动。
此外，从时刻t2到时刻t3的期间是死区时间的期间，所有的开关元件Q1～Q4断开。
当在时刻t3控制电路3使栅极信号Vg2从低水平上升至高水平时，开关元件Q2和Q3被接通。此时，励磁电流从源极沿漏极的方向、即负方向流向开关元件Q2和Q3，因此成为在开关元件Q2和Q3的漏极-源极之间的电压为零的定时进行开关。因此，成为零电压开关(ZVS：Zero-Voltage Switching)，能够避免接通时的开关损耗。
在从时刻t3到时刻t4开关元件Q2和Q3为接通的状态下，利用对谐振电容器5充入的电压来在串联LLC电路中流过励磁电流，谐振电容器5的电荷进行放电。同时，由谐振电容器5和漏电感Le产生的谐振电流通过次级绕组62后释放到未图示的直流负载。
随着谐振电容器5的电压降低，对初级绕组61施加的电压减少。因此，向次级侧释放的电流也减少。当次级侧的电流变为零时，只在初级侧流过励磁电流，来维持对谐振电容器5的充电。
当在时刻t4控制电路3使栅极信号Vg2从高水平下降至低水平时，开关元件Q2和Q3被断开。在紧接着开关元件Q2和Q3被断开之后，利用流过初级侧的励磁电流对输出电容C1和输出电容C4进行放电，对输出电容C2和输出电容C3进行充电。由此，开关元件Q1和Q4的漏极-源极之间的电压下降，开关元件Q2和Q3的漏极-源极之间的电压缓慢地上升。
当开关元件Q2和Q3的漏极-源极之间的电压上升至输入电压时，谐振电流持续向将在漏电感Le和励磁电感Lm中蓄积的励磁能量重置的方向流动。该励磁能量是通过开关元件Q1的寄生二极管D1和开关元件Q4的寄生二极管D4而在直流电源电路1中再生的。之后，在时刻t5再次将开关元件Q1和Q4接通。时刻t5的动作是与时刻t1的动作相同的动作，之后重复进行与上述同样的动作。
此外，时刻t5(t1)的开关元件Q1和Q4的接通动作成为在开关元件Q1和Q4的漏极-源极之间的电压为零的定时进行开关。因此，成为零电压开关，能够避免接通时的开关损耗。
<异常时的电力转换装置100的动作例>
接着，对在电力转换装置100中发生了异常的情况下的动作例进行说明。在本公开的实施方式中，关于异常，假定了谐振电容器5的故障。具体地说，例如是以下状态：在多个电容器并联连接而构成了谐振电容器5的情况下，其中一个电容器发生故障，导致谐振电容器5的静电电容降低。
一般地，串联LLC电路的谐振频率fr通过以下的数式(1)来计算。
【数1】
Figure GDA0001803619860000071
即，在电力转换装置100中发生了谐振电容器5的静电电容C降低的异常的情况下，串联LLC电路的谐振频率增大。
如上述的那样，桥电路2的驱动频率被设计为比电路设计时的谐振频率大规定的微小量的值。因此，当串联LLC电路的谐振频率由于电力转换装置100的异常而增大时，增大后的谐振频率超过桥电路2的驱动频率。
由此，串联LLC电路的谐振动作向进相侧转移，流过串联LLC电路的谐振电流成为进相。图4是将正常动作时的流过桥电路2的电流与异常动作时的流过桥电路2的电流进行对比的图。
如图4所示，在异常时电流向进相侧转移，因此当将从使桥电路2的开关元件Q1和Q4接通起到使开关元件Q2和Q3断开为止设为一个周期时，异常动作时的电流波形成为使正常动作时的电流波形按每个周期进行左右反转那样的形状。
<异常动作的检测处理>
基于以上内容，对本公开的实施方式所涉及的电力转换装置100中的异常动作的检测处理进行说明。
如图4所示，在正常动作时和异常动作时，电流检测电路4检测的流过桥电路2的电流值存在明显的差异。因而，通过预先确定规定的定时的正常动作时的电流值的可取范围，控制电路3参照规定的定时的电流检测电路4的检测值来判定该检测值是否处于预先确定的范围内，由此能够判定电力转换装置100是否正在进行异常动作。
预先通过实验获取如图4所示的在正常动作时流过桥电路2的电流值(正常时电流)和在异常动作时流过桥电路2的电流值(异常时电流)，并将这些电流值进行对比，由此确定规定的定时的正常动作时的电流值的可取范围即可。
以下，举出具体例来进行说明。作为第一例，控制电路3根据例如像时刻t1、t3以及t5等这样的栅极信号Vg1或Vg2上升时的电流值来进行是否异常的判定。在栅极信号Vg1或Vg2上升时、即开关元件Q1和Q4被接通或者Q2和Q3被接通时，正常时电流通过开关元件Q3的寄生二极管D3和开关元件Q2的寄生二极管D2而在桥电路2中逆流。因此，如图4的正常时电流所示的那样，在栅极信号Vg1或Vg2上升时，电流值必定变为小于零的值。
另一方面，在异常动作时，电流向进相移相，因此栅极信号Vg1或Vg2上升时的电流值有时如图4的异常时电流所示的那样变为零以上的值。即，控制电路3在使栅极信号Vg1或Vg2从低水平上升至高水平时，参照从电流检测电路4获取到的流过桥电路2的电流值，在该值为零以上的情况下，能够判定为电力转换装置100中发生了异常动作。此外，在判定为电力转换装置100中发生了异常动作的情况下，控制电路3向外部(例如，上级的控制电路等)输出表示发生了异常动作的信号。
此外，图4所示的异常时电流是一例，在电力转换装置100的异常动作时由电流检测电路4检测的电流不一定必须为这样的波形。因此，也有时虽然栅极信号Vg1或Vg2上升时的电流值为小于零的值，但是在电力转换装置100中发生了异常。然而，在谐振频率相比于电路设计时而言大幅地增大的情况下，电流向进相侧转移，因此栅极信号Vg1或Vg2上升时的电流值变为大于零的值。在谐振频率相比于电路设计时的谐振频率而言大幅地增大的情况下，不仅无法在桥电路2中进行零电压开关，还有时发生例如直通电流从开关元件Q1流向开关元件Q2、桥电路2发热而导致电力转换装置100发生故障等情形。在上述所说明的控制电路3的异常检测方法中，虽然有时无法检测谐振电流的相比于电路设计时的谐振电流而言小的变动，但能够高精度地检测成为电力转换装置100损坏原因的大的变动。
作为第二例，控制电路3例如根据从栅极信号Vg1或Vg2下降时起经过了少量时间的时间点的电流值来进行是否异常的判定。在图4中，将从栅极信号Vg1或Vg2下降时起经过了少量时间的时间点表示为t2’、t4’、t6’。在栅极信号Vg1或Vg2下降时、即紧接着开关元件Q1和Q4被断开或者Q2和Q3被断开之后，如图4所示，正常时电流随着开关元件断开而在桥电路2中逆流，但之后向正方向增大。另一方面，异常时电流如图4所示那样不在桥电路2中逆流，就之后向正方向增大。
因此，控制电路3在使栅极信号Vg1或Vg2下降时，参照从电流检测电路4获取到的流过桥电路2的电流值，在该值为大于零的值的情况下，判定为电力转换装置100中发生了异常动作。此外，与第一例同样地，在判定为电力转换装置100中发生了异常动作的情况下，控制电路3向外部(例如，上级的控制电路等)输出表示发生了异常动作的信号。
以上，针对预先确定正常动作时的电流值的范围的规定的定时，举出两个具体例进行了说明，但本公开不限定于这两个例子。如果能够明确地判别正常时电流和谐振频率相比于电路设计时的谐振频率而言大幅地变动的异常时的电流的定时，则可以是任意的定时。
如以上所说明的那样，本公开的实施方式所涉及的电力转换装置100具有桥电路2、变压器6、电流检测电路4以及控制电路3。桥电路2具有多个开关元件，被输入直流电力。变压器6连接于桥电路2的输出侧。电流检测电路4检测流过多个开关元件中的至少一个开关元件的电流值。控制电路3基于开关控制中的规定的定时的电流检测电路4的检测值，来判定谐振型电力转换装置100中是否发生了异常。
根据这样的结构，能够在检测时不花费时间地高精度地检测谐振频率大幅地增大等电力转换装置100的异常。
以上，参照附图说明了各种实施方式，但本公开不限定于上述的例子。如果是本领域技术人员，则应当清楚能够在权利要求书所记载的范围内想到各种变更例或修正例，这些变更例或修正例也属于本公开的技术范围。
在上述的实施方式中，电流检测电路4连接在桥电路2的下游，检测流过桥电路2的电流值，但本公开不限定于此。例如，电流检测电路4也可以设置在桥电路2的上游、桥电路2的内部。另外，电流检测电路4也可以不检测流过桥电路2整体的电流值，而只检测流过某个开关元件的电流值。在该情况下，预先获取正常动作时和异常动作时的流过该开关元件的电流值的范围，控制电路3基于该范围来进行是否发生了异常动作的判定即可。
另外，在上述的实施方式中，对具有全桥的桥电路2的电力转换装置100进行了说明，但本公开不限定于此。例如图5所示，也可以具有半桥的桥电路21。
另外，在上述的实施方式中，对具有变压器6的电力转换装置100进行了说明，但本公开不限定于此。例如，作为变压器6，也可以使用用于非接触充电的初级绕组(供电线圈)和次级绕组(受电线圈)。
另外，在上述的实施方式中，在判定为发生了异常动作的情况下，向外部(例如，上级的控制电路等)输出表示发生了异常动作的信号，但本公开不限定于此。例如，也可以使驱动频率以变为比变动后的谐振频率大规定的量的值的方式可变并继续进行动作(电力转换)。
产业上的可利用性
本公开作为对直流电力进行变压的电力转换装置是优选的。
附图标记说明
100：电力转换装置；1：直流电源电路；2、21：桥电路；Q1、Q2、Q3、Q4：开关元件；D1、D2、D3、D4：寄生二极管；C1、C2、C3、C4：输出电容；3：控制电路；4：电流检测电路；5：谐振电容器；6：变压器；61：初级绕组；62：次级绕组；7：整流电路；8：平滑电容器；Le：漏电感；Lm：励磁电感；n1、n2：节点。

Claims (8)

1.一种谐振型电力转换装置，具备：
桥电路，其具有多个开关元件，被输入直流电力；
变压器，其连接于所述桥电路的输出侧；
电流检测电路，其检测流过所述多个开关元件中的至少一个开关元件的电流值；以及
控制电路，
其中，所述控制电路基于开关控制中的规定的定时的所述电流检测电路的检测值，来判定所述谐振型电力转换装置中是否发生了异常，
所述规定的定时是从所述控制电路输出用于将所述桥电路的所述多个开关元件中的至少一个开关元件断开的控制信号起经过了规定的微小时间的定时，
所述控制电路判断从输出所述控制信号起经过了所述规定的微小时间的所述定时的所述电流检测电路的检测值是否大于零，在判断为所述检测值大于零的情况下，所述控制电路判定为所述谐振型电力转换装置中发生了所述异常。
2.根据权利要求1所述的谐振型电力转换装置，其特征在于，
所述控制电路将谐振频率相比于电路设计时的谐振频率而言增大规定频率以上判定为所述谐振型电力转换装置的所述异常。
3.根据权利要求1或2所述的谐振型电力转换装置，其特征在于，
所述控制电路在判定为发生了所述异常的情况下，输出表示发生了所述异常的信号。
4.根据权利要求1或2所述的谐振型电力转换装置，其特征在于，
所述桥电路是全桥电路。
5.根据权利要求1或2所述的谐振型电力转换装置，其特征在于，
所述桥电路是半桥电路。
6.一种谐振型电力转换装置的异常判定方法，其中，所述谐振型电力转换装置具有：桥电路，其具有多个开关元件，被输入直流电力；变压器，其连接于所述桥电路的输出侧；电流检测电路，其检测流过所述多个开关元件中的至少一个开关元件的电流值；以及控制电路，
所述异常判定方法包括以下步骤：
在开关控制中的规定的定时，由所述电流检测电路检测流过所述多个开关元件中的至少一个开关元件的电流值；以及
由所述控制电路基于检测出的所述电流值来判定所述谐振型电力转换装置中是否发生了异常，
所述规定的定时是从所述控制电路输出用于将所述桥电路的所述多个开关元件中的至少一个开关元件断开的控制信号起经过了规定的微小时间的定时，
所述异常判定方法还包括以下步骤：
判断从输出所述控制信号起经过了所述规定的微小时间的所述定时的所述电流检测电路的检测值是否大于零；以及
在判断为所述检测值大于零的情况下，由所述控制电路判定为所述谐振型电力转换装置中发生了所述异常。
7.一种谐振型电力转换装置，具备：
桥电路，其具有多个开关元件，被输入直流电力；
变压器，其连接于所述桥电路的输出侧；
电流检测电路，其检测流过所述多个开关元件中的至少一个开关元件的电流值；以及
控制电路，
其中，所述控制电路基于开关控制中的规定的定时的所述电流检测电路的检测值，来判定所述谐振型电力转换装置中是否发生了异常，
所述规定的定时是所述控制电路输出用于将所述桥电路的所述多个开关元件中的至少一个开关元件接通的控制信号的定时，
在输出所述控制信号的所述定时的所述电流检测电路的检测值大于零的情况下，所述控制电路判定为所述谐振型电力转换装置中发生了所述异常。
8.一种谐振型电力转换装置的异常判定方法，其中，所述谐振型电力转换装置具有：桥电路，其具有多个开关元件，被输入直流电力；变压器，其连接于所述桥电路的输出侧；电流检测电路，其检测流过所述多个开关元件中的至少一个开关元件的电流值；以及控制电路，
所述异常判定方法包括以下步骤：
在开关控制中的规定的定时，由所述电流检测电路检测流过所述多个开关元件中的至少一个开关元件的电流值；以及
由所述控制电路基于检测出的所述电流值来判定所述谐振型电力转换装置中是否发生了异常，
其中，所述规定的定时是所述控制电路输出用于将所述桥电路的所述多个开关元件中的至少一个开关元件接通的控制信号的定时，
所述异常判定方法还包括以下步骤：
判断输出所述控制信号的所述定时的所述电流检测电路的检测值是否大于零；以及
在判断为所述检测值大于零的情况下，由所述控制电路判定为所述谐振型电力转换装置中发生了所述异常。
CN201780018332.4A 2016-03-25 2017-02-14 谐振型电力转换装置和异常判定方法 Active CN108781039B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016062313 2016-03-25
JP2016-062313 2016-03-25
JP2017-021245 2017-02-08
JP2017021245A JP6839816B2 (ja) 2016-03-25 2017-02-08 共振型電力変換装置および異常判定方法
PCT/JP2017/005211 WO2017163666A1 (ja) 2016-03-25 2017-02-14 共振型電力変換装置および異常判定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108781039A CN108781039A (zh) 2018-11-09
CN108781039B true CN108781039B (zh) 2020-11-06

Family

ID=60008782

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780018332.4A Active CN108781039B (zh) 2016-03-25 2017-02-14 谐振型电力转换装置和异常判定方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10530262B2 (zh)
JP (1) JP6839816B2 (zh)
CN (1) CN108781039B (zh)
DE (1) DE112017001544T5 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7273661B2 (ja) * 2019-09-02 2023-05-15 株式会社東芝 電気車用電源装置
TWI695573B (zh) 2019-10-02 2020-06-01 群光電能科技股份有限公司 電源轉換裝置
CN114141471B (zh) * 2021-12-08 2023-12-05 杭州电力设备制造有限公司 一种退磁系统、方法、装置及介质
US20230396174A1 (en) * 2022-06-03 2023-12-07 Infineon Technologies Austria Ag Voltage converter with switch control circuitry

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001161032A (ja) * 1999-12-01 2001-06-12 Canon Inc 系統連系パワーコンディショナ及びそれを用いた発電システム
JP2002142462A (ja) * 2000-10-30 2002-05-17 Canon Inc 電力変換装置およびその盗難防止方法
JP3931627B2 (ja) * 2001-11-01 2007-06-20 株式会社日立製作所 半導体スイッチング素子のゲート駆動装置
JP2004364493A (ja) * 2003-05-09 2004-12-24 Canon Inc 電力変換装置およびその制御方法、並びに、太陽光発電装置
US7848117B2 (en) * 2007-01-22 2010-12-07 Power Integrations, Inc. Control arrangement for a resonant mode power converter
JP4438833B2 (ja) * 2007-07-04 2010-03-24 トヨタ自動車株式会社 電力変換装置の異常検出装置および異常検出方法
EP2081288A1 (en) * 2008-01-18 2009-07-22 Power Integrations, Inc. Control unit for a resonant power converter
JP4806455B2 (ja) * 2009-03-27 2011-11-02 株式会社日立メディアエレクトロニクス スイッチング電源およびスイッチング方法
JP2010252443A (ja) * 2009-04-13 2010-11-04 Toshiba Corp 電気車用電力供給装置
US8976551B2 (en) * 2010-12-07 2015-03-10 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Power converter
JP2014217199A (ja) 2013-04-26 2014-11-17 株式会社ノーリツ 電力変換装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017184599A (ja) 2017-10-05
US20190260298A1 (en) 2019-08-22
US10530262B2 (en) 2020-01-07
DE112017001544T5 (de) 2018-12-13
JP6839816B2 (ja) 2021-03-10
CN108781039A (zh) 2018-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6390823B2 (ja) スイッチング電源装置
CN100456613C (zh) 开关电源装置
CN108781039B (zh) 谐振型电力转换装置和异常判定方法
US8242754B2 (en) Resonant power converter with half bridge and full bridge operations and method for control thereof
US10211719B2 (en) Power converter
EP3565100A1 (en) Llc resonant converter
US9487098B2 (en) Power conversion apparatus
EP3522350B1 (en) Power conversion device
KR102136564B1 (ko) 전원 공급 장치 및 그 구동 방법
US10396667B2 (en) DC-DC converter including an intermittent overcurrent protection circuit
US9739806B2 (en) Voltage detection method and circuit and associated switching power supply
US10491127B2 (en) Power supply control unit and isolation type switching power supply device
CN115211018A (zh) 自动调谐的同步整流器控制器
JP6009027B1 (ja) 電力変換装置
US20200366198A1 (en) Converter
JP4211743B2 (ja) 充電装置
US9071149B2 (en) Electric power conversion circuit
JP6354505B2 (ja) スイッチング電源装置
JP2016220483A (ja) 共振形電源装置
JP5355655B2 (ja) Ｄｃｄｃコンバータおよびｄｃｄｃコンバータの制御方法
JP2009142061A (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータ装置
WO2017163666A1 (ja) 共振型電力変換装置および異常判定方法
CN111989855A (zh) 谐振型电力转换装置的控制方法及谐振型电力转换装置
CN114499215B (zh) 一种llc谐振变换器同步整流驱动方法及系统
JP6575461B2 (ja) 電圧変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240401

Address after: Kanagawa Prefecture, Japan

Patentee after: Panasonic Automotive Electronic Systems Co.,Ltd.

Country or region after: Japan

Address before: Osaka, Japan

Patentee before: PANASONIC INTELLECTUAL PROPERTY MANAGEMENT Co.,Ltd.

Country or region before: Japan