CN109964397A - 功率转换装置 - Google Patents

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Abstract

通过使并联连接至一个筐体(102)的第一直流‑直流转换电路(101)和第二直流‑直流转换电路(101a)分别独立地工作，由此即使在万一构成第一直流‑直流转换电路(101)和第二直流‑直流转换电路(101a)中的任一个的半导体开关元件(107、108、107a、108a)发生故障的情况下，也通过仅使正常工作的直流‑直流转换电路工作，从而使功率转换装置(100)继续供电。

Description

功率转换装置
技术领域
本发明涉及使用了半导体元件的功率转换装置，尤其涉及即使在发生故障的情况下也能够继续进行供电的功率转换装置。
背景技术
功率转换装置用途广泛，不仅要求小型、高效，而且从功能安全的观点角度出发要求功率转换装置即使在万一发生故障的情况下也具有最低限度的功能。例如日本专利第5590124号公报(专利文献1)中揭示了无论对负载的供电量任何都能够进行高效的供电的功率转换电路。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5590124号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
专利文献1所揭示的功率转换电路虽然无论对负载的供电量如何都能够实现高效，但是该电路搭载于电动车车载用的功率转换装置中，若电动车在行驶中发生故障而停止输出，则会切断从功率转换装置向电动车的供电，存在由于电动车急停而导致车辆之间发生碰撞事故的问题。
本发明正是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种即使在发生故障的情况下也能够继续进行供电的功率转换装置。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的功率转换装置的特征在于，包括：设置于相同筐体的内部且相互并联连接的多个功率转换电路；对所述多个功率转换电路进行控制的控制部；以及对所述控制部进行供电的控制电源。
所述多个功率转换电路分别具有：包括初级绕组和次级绕组的变压器；连接至所述初级绕组的半导体开关元件；连接至所述次级绕组的整流电路；连接至所述整流电路的输出侧的滤波电抗器；以及连接在所述滤波电抗器与接地之间的滤波电容器。
所述多个功率转换电路分别独立地工作。
发明效果
根据本发明的功率转换装置，具有多个并联连接的能分别独立地工作的功率转换电路，从而即使在构成任一个功率转换电路的元件发生故障的情况下，也能够使功率转换装置继续工作而无需使其停止工作。
本发明的上述之外的目的、特征、观点及效果通过参照附图对本发明进行如下详细说明，来进一步阐明。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的功率转换装置的简要结构图。
图2是表示本发明的实施方式2的功率转换装置的简要结构图。
图3是表示本发明的实施方式3的功率转换装置的简要结构图。
图4是表示本发明的实施方式4的功率转换装置的简要结构图。
图5是表示本发明的实施方式5的功率转换装置的简要结构图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的功率转换装置的优选实施方式进行说明。此外，各图中对相同或相当的部分标注相同标号，并省略重复说明。
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1的功率转换装置的简要结构图。实施方式1的功率转换装置100中，将第一功率转换电路即第一直流-直流转换电路101与第二功率转换电路即第二直流-直流转换电路101a并列连接且设置在一个筐体102内部。另外，功率转换装置100包括：连接至第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a各自的初级侧的直流电源103；连接至第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a各自的次级侧的负载104(例如电池等)；以及连接在第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a各自的次级侧、与负载104之间的熔断器105、105a。而且，第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a各自的初级侧、与筐体102之间分别连接有熔断器106、106a。
第一直流-直流转换电路101成为使用了半导体开关元件(下面称为开关元件)107、108的半桥型电路结构，谐振电容器109、110分别与开关元件107、108并联连接。
开关元件107、108分别被控制部111进行导通/截止控制，控制部111由控制电源112进行供电。另外，控制部111的控制方法采用硬开关法(hard-switching method)。
变压器113的初级侧连接有开关元件107、108，次级侧连接有成为整流电路的整流元件114、115。滤波电抗器116的一端连接至整流元件114、115，另一端连接至滤波电容器117。滤波电容器117连接在滤波电抗器116与接地之间。滤波电抗器116及滤波电容器117对整流元件114、115的输出电流进行滤波。
第二直流-直流转换电路101a成为使用了开关元件107a、108a的半桥型电路结构，谐振电容器109a、110a分别与开关元件107a、108a并联连接。开关元件107a、108a分别被控制部111进行导通/截止控制，控制部111由控制电源112进行供电。变压器113的初级侧连接有开关元件107a、108a，次级侧连接有成为整流电路的整流元件114a、115a。滤波电抗器116a的一端连接至整流元件114a、115a，另一端连接至滤波电容器117a。滤波电容器117a连接在滤波电抗器116a与接地之间。滤波电抗器116a及滤波电容器117a对整流元件114a、115a的输出电流进行滤波。
实施方式1的功率转换装置100构成为如上所述。此处，控制部111对开关元件107、108、107a、108a进行导通/截止控制，从而使第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a能够分别独立地工作。由此，即使在万一构成第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a中的任一个的开关元件发生故障的情况下，也能够通过仅使正常进行工作的直流-直流转换电路进行工作，来实现功率转换装置100的继续供电。
在第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a的电路结构为半桥型的情况下，例如与全桥型相比，虽然需要谐振电容器109、110、109a、110a，但是能够削减开关元件的数量，能够实现功率转换装置100的小型化、低成本化。
接着，关于控制部111对开关元件107、108、107a、108a的控制方法，例如与软开关方式相比，在硬开关方式的情况下，由于不使用谐振用电抗器等，因此能够削减元器件数量，随之能够实现功率转换装置100的小型化、低成本化。
另外，控制部111使负载分散到并联连接的第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a来使并联连接的第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a工作，以使得效率变得最大，或者仅使特定的直流-直流转换电路工作而使其它并联连接的直流-直流转换电路停止工作，由此能够实现功率转换装置100的高效化。
而且，控制部111利用交错驱动，例如对开关元件107、108、107a、108a进行导通/截止控制，以使得第二直流-直流转换电路101a的输出电流的相位相对于第一直流-直流转换电路101的输出电流偏移180度，通过使因交错而分散的电流在筐体102的外部汇流，由此能够减少被输入至负载104的电流波纹，并且由于例如在交错汇流点与筐体102之间具有熔断器105、105a，在功率转换装置100的输出侧无需设置熔断器的情况下，能够削减功率转换装置100的元器件数量，能够实现功率转换装置100的小型化。
另外，如实施方式1的功率转换装置100那样，由于具有与一个筐体102并联连接的多个直流-直流转换电路，因此，在结构元器件数量变多且可能会大型化的功率转换装置100中，通过由使用了开关速度比硅快的碳化硅、氮化镓类材料的宽带隙半导体来构成第一直流-直流转换电路101、第二直流-直流转换电路101a所具有的开关元件107、108、107a、108a，由此能够实现功率转换装置100的小型化。
第一直流-直流转换电路101、第二直流-直流转换电路101a的电路结构可以由全桥型来构成，控制部111对开关元件的控制方法也可以是软开关方式。另外，控制部111可以使因交错而分散的电流在筐体102的内部汇流，控制部111和控制电源112可以构成为分别独立地具有第一直流-直流转换电路101、第二直流-直流转换电路101a。
实施方式2.
接着，对本发明的实施方式2的功率转换装置进行说明。
图2是表示实施方式2的功率转换装置的简要结构图。实施方式2的功率转换装置200中，将第一功率转换电路即第一直流-直流转换电路101与第二功率转换电路即第二直流-直流转换电路101a并列连接且设置在一个筐体102内部。第一直流-直流转换电路101构成为使用了半导体开关元件201、202、203、204的全桥型的电路结构，开关元件201、202、203、204分别被控制部111进行导通/截止控制，控制部111由控制电源112来供电。另外，控制部111对开关元件201、202、203、204的控制方法采用软开关方式。
第二直流-直流转换电路101a构成为使用了半导体开关元件201a、202a、203a、204a的全桥型的电路结构，开关元件201a、202a、203a、204a分别被控制部111a进行导通/截止控制，控制部111a由控制电源112a来供电。另外，控制部111a对开关元件201a、202a、203a、204a的控制方法采用软开关方式。另外，熔断器105、105a设置于筐体102的内部。其它结构与实施方式1相同，省略其说明。
实施方式2的功率转换装置200构成为如上所述。此处，控制部111、111a对开关元件201、202、203、204、201a、202a、203a、204a进行导通/截止控制，从而使第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a能够分别独立地工作。由此，即使在万一构成第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a中的任一个的开关元件或者控制部、控制电源发生故障的情况下，也能够通过仅使正常进行工作的直流-直流转换电路进行工作，来实现功率转换装置200的继续供电。
在第一直流-直流转换电路101及第二直流-直流转换电路101a的电路结构是全桥型的情况下，例如与半桥型相比，能够减小流过开关元件201、202、203、204、201a、202a、203a、204a的电流，随之能够实现功率转换装置200的高效化。
接着，例如与硬开关方式相比，在软开关方式的情况下，控制部111、111a对开关元件201、202、203、204、201a、202a、203a、204a的控制方法能够减少开关损耗，随之能够实现功率转换装置200的高效化。
另外，控制部111、111a利用交错驱动，例如对开关元件201、202、203、204、201a、202a、203a、204a进行导通/截止控制，以使得第二直流-直流转换电路101a的输出电流的相位相对于第一直流-直流转换电路101的输出电流偏移180度，通过使因交错而分散的电流在筐体102的内部汇流，由此能够抑制功率转换装置200的发热，且减少输出波纹电流，随之还能够使滤波电容器117小型化，能够实现功率转换装置200的小型化。
另外，如实施方式2的功率转换装置200那样，由于具有与一个筐体102并联连接的多个直流-直流转换电路，因此，在结构元器件数量变多且可能会大型化的功率转换装置200中，通过由使用了开关速度比硅快的碳化硅、氮化镓类材料的宽带隙半导体来构成第一直流-直流转换电路101、第二直流-直流转换电路101a所具有的开关元件201、202、203、204、201a、202a、203a、204a，由此能够实现功率转换装置200的小型化。
上述第一直流-直流转换电路101、第二直流-直流转换电路101a的电路结构可以为全桥型，控制部111、111a所具有的开关元件的控制方法也可以是硬开关方式。另外，控制部111、111a可以使因交错而分散的电流在筐体102的外部汇流。
实施方式3.
接着，对本发明的实施方式3的功率转换装置进行说明。
图3是表示实施方式3的功率转换装置的简要结构图。实施方式3的功率转换装置300中，将第一功率转换电路即第一直流-直流转换电路101与第二功率转换电路即第二直流-直流转换电路101a并列连接且设置在一个筐体102内部。第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a的初级侧分别连接有直流电源103，次级侧连接有负载104。在第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a各自的初级侧与筐体102之间连接有熔断器106、106a，在第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a各自的次级侧与筐体102之间连接有熔断器105、105a。
开关元件107、108分别被控制部111进行导通/截止控制，控制部111由控制电源112进行供电。开关元件107a、108a分别被控制部111a进行导通/截止控制，控制部111a由控制电源112a进行供电。其它结构与实施方式1相同，通过标注相同的标号来省略其说明。
实施方式3的功率转换装置300构成为如上所述，例如在第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a中的任一个发生短路故障的情况下，因为熔断器106、106a能防止短路电流流过直流电源103且在直流电源103一侧无需具有短路电流防止装置，因此能够削减直流电源103一侧的元器件数量。例如在功率转换装置300被适用于电动车的情况下，能够削减电动车两侧的元器件数量，且能够实现电动车结构器件的小型化。
另外，在例如第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a中的任一个发生短路故障的情况下，因为熔断器105、105a能防止短路电流流过负载104且在负载104一侧无需具有短路电流防止装置，因此能够削减负载104一侧的元器件数量。例如在功率转换装置300被适用于电动车的情况下，能够削减电动车两侧的元器件数量，且能够实现电动车结构器件的小型化。
另外，在第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a各自的初级侧，在筐体102的外部与直流电源103之间可以连接熔断器106、106a。另外，在第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a各自的次级侧，在控制部111、111a使因交错而分散的电流在筐体102的外部汇流的情况下，在筐体102的外部与负载104之间可以连接熔断器105、105a。而且，控制部111、111a可以使因交错而分散的电流在筐体102的外部或内部汇流。
实施方式4.
接着，对本发明的实施方式4的功率转换装置进行说明。
图4是表示实施方式4的功率转换装置的简要结构图。实施方式4的功率转换装置400中，将第一功率转换电路即第一直流-直流转换电路101与第二功率转换电路即第二直流-直流转换电路101a并列连接且设置在一个筐体102内部。在第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a各自的初级侧，在筐体102的外部与直流电源103之间连接有熔断器106、106a，在第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a各自的次级侧，在筐体102的外部与负载104之间连接有熔断器105、105a。其它结构与实施方式3相同，通过标注相同的标号来省略其说明。
实施方式4的功率转换装置400构成为如上所述，在例如第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a中的任一个短路发生故障的情况下，因为熔断器106、106a能防止短路电流流过直流电源103且在功率转换装置400中无需具有短路电流防止装置，因此能够削减功率转换装置400的元器件数量，且能够实现小型化。
另外，在例如第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a中的任一个发生短路故障的情况下，因为熔断器105、105a能防止短路电流流过负载104且在功率转换装置400中无需具有短路电流防止装置，因此能够削减功率转换装置400的元器件数量，且能够实现小型化。
另外，在第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a各自的初级侧、与筐体102之间可以连接熔断器106、106a。另外，在第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a各自的次级侧、与筐体102之间可以连接熔断器105、105a，此时，控制部111、111a可以使因交错而分散的电流在筐体102的内部汇流。
实施方式5.
接着，对本发明的实施方式5的功率转换装置进行说明。
图5是表示实施方式5的功率转换装置的简要结构图。实施方式5的功率转换装置500中，将第一功率转换电路即第一直流-直流转换电路101与第二功率转换电路即第二直流-直流转换电路101a并列连接且设置在一个筐体102的内部。第一直流-直流转换电路101的次级侧连接有第一负载501(例如电池等)，第二直流-直流转换电路101a的次级侧连接有第二负载501a(例如电池等)。其它结构与实施方式3相同，通过标注相同的标号来省略其说明。
实施方式5的功率转换装置500构成为如上所述，例如第一负载501和第二负载501a具有相同的性能，即使在任意一个直流-直流转换电路发生故障的情况下，通过使发生故障的直流-直流转换电路停止工作，仅使正常工作的直流-直流转换电路工作，由此能够实现功率转换装置500的继续供电。
另外，在实施方式3、实施方式4及实施方式5中，以半桥型来图示第一直流-直流转换电路101、第二直流-直流转换电路101a的电路结构，但是也可以是全桥型的电路结构，控制部111、111a的开关元件107、108、107a、108a的控制方法可以是硬开关方式，也可以是软开关方式。
另外，上述各个实施方式中的第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a所具有的整流元件114、115、114a、115a可以使用开关元件。第一直流-直流转换电路101和第二直流-直流转换电路101a也可以是直流-交流转换电路或者交流-直流转换电路。
上面对本发明的实施方式1至5的功率转换装置进行了说明，但是本发明可以在其发明范围内对各实施方式进行自由组合，或者对各实施方式适当地进行变形、省略。

Claims (14)

1.一种功率转换装置，其特征在于，包括：
设置于同一个筐体的内部且相互并联连接的多个功率转换电路；
对所述多个功率转换电路进行控制的控制部；以及
对所述控制部进行供电的控制电源，
所述多个功率转换电路分别具有：
具有初级绕组和次级绕组的变压器；
连接至所述初级绕组的半导体开关元件；
连接至所述次级绕组的整流电路；
连接至所述整流电路的输出侧的滤波电抗器；以及
连接在所述滤波电抗器与接地之间的滤波电容器，
所述多个功率转换电路分别独立地工作。
2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
在所述多个功率转换电路各自的前级和后级中的任一方、或者前级和后级两方，具有熔断器。
3.如权利要求2所述的功率转换装置，其特征在于，
所述熔断器设置于所述筐体的内部。
4.如权利要求2所述的功率转换装置，其特征在于，
所述熔断器设置于所述筐体的外部。
5.如权利要求1至4中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
对所述多个功率转换电路进行交错驱动。
6.如权利要求5所述的功率转换装置，其特征在于，
使因所述交错驱动而分散的电流在所述筐体的内部汇流。
7.如权利要求5所述的功率转换装置，其特征在于，
使因所述交错驱动而分散的电流在所述筐体的外部汇流。
8.如权利要求1至7的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述控制部和所述控制电源相对于所述多个功率转换电路分别独立地设置。
9.如权利要求1至8的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述控制部使负载分散到所述多个功率转换电路来使所述多个功率转换电路工作，以使得效率变为最大，或者使所述多个功率转换电路中特定的功率转换电路停止工作。
10.如权利要求1至9的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
利用硬开关方式对所述多个功率转换电路进行驱动。
11.如权利要求1至9的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
利用软开关方式对所述多个功率转换电路进行驱动。
12.如权利要求10或11所述的功率转换装置，其特征在于，
以半桥式来构成所述功率转换电路。
13.如权利要求10或11所述的功率转换装置，其特征在于，
以全桥式来构成所述功率转换电路。
14.如权利要求1至13的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述半导体开关元件是使用了碳化硅、氮化镓类材料的宽带隙半导体。
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