CN110168887A - 电源电路以及电动车辆 - Google Patents

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Abstract

为了提高电源电路的输出的稳定性。一种电源电路，其包括：开关元件对(10A、10B)，具有高侧开关元件(Q1、Q3)和与高侧开关元件串联连接的低侧开关元件(Q2、Q4)；以及控制部(2)，该控制部(2)互补地驱动构成该开关元件对的相应开关元件，其中控制部(2)以使高侧开关元件和低侧开关元件在第一时间段(稳态操作)内的开关占空与高侧开关元件和低侧开关元件在第二时间段(Q1驱动电压保持操作)内的开关占空彼此不同的方式来控制相应开关元件的接通/断开。

Description

电源电路以及电动车辆
技术领域
本公开涉及一种电源电路以及电动车辆。
背景技术
迄今，已经提出了一种能够执行降压-升压操作的电源电路(例如，参见专利文献1)。
[引文列表]
[专利文献]
[专利文献1]
日本专利申请特开第2012-29361号
发明内容
[技术问题]
在此领域中，希望提高电源电路的输出的稳定性。
因此，本公开的目的之一是提供一种电源电路以及电动汽车，在每个电源电路以及电动汽车中，电源电路的输出的稳定性得到提高。
[问题的解决方案]
例如，本公开是一种电源电路，该电源电路包括：开关元件对，该开关元件对具有高侧开关元件和与高侧开关元件串联连接的低侧开关元件；以及控制部，该控制部互补地驱动构成该开关元件对的相应开关元件，其中，该控制部以使高侧开关元件和低侧开关元件在第一时间段内的开关占空(switching duty)与高侧开关元件和低侧开关元件在第二时间段内的开关占空彼此不同的方式来控制相应开关元件的接通/断开。
此外，本公开可以是一种电动车辆，该电动车辆包括：转换装置，该转换装置接收来自包括上述电源电路的电源系统的电力供应并且将电力转换成车辆的驱动力；以及控制器，该控制器基于与蓄电装置相关联的信息来执行与车辆控制相关联的信息处理。
[本发明的有益效果]
根据本公开的至少一个实施例，可以提高电源电路的输出的稳定性。应当注意，在此描述的效果不一定受到限制，并且可以产生本公开中描述的任何效果。此外，本公开的内容不会通过示例效果以限制性方式来解释。
附图说明
[图1]
图1是描述了根据一个实施例的电源电路的配置的示例的电路图。
[图2]
图2是用于说明电源电路的输出随一般升压操作而波动的时序图。
[图3]
图3是用于说明电源电路的输出随一般降压操作而波动的时序图。
[图4]
图4是用于说明根据所述实施例的电源电路的升压操作的时序图。
[图5]
图5是用于说明根据所述实施例的电源电路的降压操作的时序图。
[图6]
图6是用于说明一个应用示例的框图。
[图7]
图7是用于说明另一个应用示例的框图。
具体实施方式
下面将参照附图对本公开的实施例等进行描述。应当注意，将按照以下顺序给出描述。
<1、实施例>
<2、修改示例>
<3、应用示例>
下面将要描述的实施例等是本公开的优选具体示例，并且本公开的内容决不限于这些实施例等。
<实施例>
[1、电源电路的配置的示例]
图1是描述了根据一个实施例的电源电路(电源电路1)的配置的示例的电路图。例如，电源电路1是能够执行输入电压的降压-升压操作的转换器。电源电路1示意性地通过耦合半桥电路10A和半桥电路10B来配置，在半桥电路10A中，作为开关元件的示例的N沟道MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)Q1和MOSFET Q2彼此串联连接，在半桥电路10B中，MOSFET Q3和MOSFET Q4彼此串联连接。第一开关元件对由MOSFET Q1和Q2配置，并且第二开关元件对由MOSFET Q3和Q4配置。
将对电源电路1的配置的示例进行详细描述。输入端子IN和接地端GND中的每一个连接至半桥电路10A。具体地，输入端子IN连接至作为高侧开关元件的MOSFET Q1，而接地端GND连接至作为低侧开关元件的MOSFET Q2。应当注意，高侧开关元件是指连接至高电位侧的开关元件，并且低侧开关元件是指连接至低电位侧的开关元件。
输入端子IN连接至未描述的电源，并且输入电压Vin从电源供应到电源电路1。例如，输入电压Vin约为100至400V。在输入端子IN与接地端GND之间连接了用于稳定的电容器C1。
输出端子OUT和接地端GND中的每一个连接至半桥电路10B。具体地，输出端子OUT连接至作为高侧开关元件的MOSFET Q3，而接地端GND连接至作为低侧开关元件的MOSFETQ4。电容器C6和未描述的负载连接至半桥电路10B的输出侧。
MOSFET Q1与MOSFET Q2之间的连接中点和MOSFET Q3与MOSFET Q4的连接中点经由电感器L1彼此连接。
半桥(HB)驱动器IC1根据来自控制单元2的控制信号互补地驱动MOSFET Q1和MOSFET Q2。措词“互补地驱动”是指按照在一个MOSFET处于接通状态时断开另一MOSFET的方式来执行的驱动。在半桥驱动器IC1内设有开关SW1、与开关SW1串联连接的开关SW2、开关SW1a以及与开关SW1a串联连接的开关SW2a。开关SW1a与开关SW2a之间的连接中点连接至MOSFET Q2的栅极，开关SW1a连接至有关连接中点和电容器C3的一端侧中的每一个，并且开关SW2a连接至有关连接中点和接地端GND中的每一个。此外，半桥驱动器IC2根据来自控制单元2的控制信号互补地驱动MOSFET Q3和MOSFET Q4。在半桥驱动器IC2内设有开关SW3、与开关SW3串联连接的开关SW4、开关SW3a以及与开关SW3a串联连接的开关SW4a。开关SW3a与开关SW4a之间的连接中点连接至MOSFET Q4的栅极，开关SW3a连接至有关连接中点和电容器C5的一端侧中的每一个，并且开关SW4a连接至有关连接中点和接地端GND中的每一个。
电压Vcc是用于驱动MOSFET Q1至Q4的电源电压，并且半桥驱动器IC1和IC2例如约为10至几十伏特。例如，电压Vcc分别经由电容器C3和C5提供给半桥驱动器IC1和IC2，并且用作驱动MOSFET Q2和Q4的电源。
二极管D1和电容器(自举电容器)C2是自举电路(第一自举电路)，该自举电路生成驱动信号，升高到输入电压Vin或更高，用于驱动MOSFET Q1。。二极管D1的阴极和电容器C2的一端侧中的每一个连接至半桥驱动器IC1内的开关SW1，并且二极管D1的阳极和电容器C2的另一端侧中的每一个连接至半桥驱动器IC1内的开关SW2。互补地驱动开关SW1和SW2，从而在通过电压Vcc对电容器C2充电与向MOSFET Q1施加驱动电压(具有源极参考的电压)之间相互切换。当从接地端GND看时，向MOSFET Q1的栅极施加(输入电压Vin+电压Vcc)。
二极管D2和电容器(自举电容器)C4是自举电路(第二自举电路)，该自举电路生成驱动信号，升高到输入电压Vin或更高，用于驱动MOSFET Q3。二极管D2的阴极和电容器C4的一端侧中的每一个连接至半桥驱动器IC2内的开关SW3，并且二极管D2的阳极和电容器C4的另一端侧中的每一个连接至半桥驱动器IC2内的开关SW4。互补地驱动开关SW3和SW4，从而在通过电压Vcc对电容器C4充电与向MOSFET Q3施加驱动电压(具有源极参考的电压)之间相互切换。当从接地端GND看时，向MOSFET Q3的栅极施加(输入电压Vin+电压Vcc)。
控制单元2检测从输出端子OUT输出的输出电压Vout并且输出控制信号，该控制信号分别在适当的时序(开关占空比)将MOSFET Q1至Q4切换到半桥驱动器IC1和IC2。例如，控制单元2包括微型计算机，并且通过执行数字算术运算来计算接通/断开MOSFET的时间段或稍后将要描述的校正时间段的长度。作为示例，控制部由半桥驱动器IC1和IC2以及控制单元2配置。
应当注意，如图1所描述的，根据实施例的电源电路1具有双侧对称的配置，并且是即使在输入侧和输出侧相反的情况下也可工作的双向电路(转换器)。例如，电池分别连接至电源电路1的输入侧和输出侧，并且可以经由电源电路1在电池之间交换充电和放电。
[电源电路的操作的示例]
接着，给出了电源电路1的一个基本操作的示例。在施加到输入端子IN的输入电压Vin升高以输出到输出端子OUT的情况下，半桥驱动器IC2交替地接通/断开MOSFET Q3和MOSFET Q4。另一方面，半桥驱动器IC1始终将MOSFET Q1保持在接通状态(始终将MOSFET Q2保持在断开状态)。
在施加到输入端子IN的输入电压Vin降低以输出到输出端子OUT的情况下，半桥驱动器IC1交替地接通/断开MOSFET Q1和MOSFET Q2。另一方面，半桥驱动器IC2始终将MOSFETQ3保持在接通状态(始终将MOSFET Q4保持在断开状态)。
通过这种方式，理想地，在升压操作中，MOSFET Q1始终保持在接通状态，从而使得电源电路1能够作为升压转换器操作。然而，当MOSFET Q1连续地保持在接通状态时，电容器C2的电容减小。然后，需要通过周期性地断开MOSFET Q1和接通MOSFET Q2的方式来执行所谓的自举操作，从而经由二极管D1和MOSFET Q2向电容器C2供应电压Vcc以对电容器C2充电。在实施例中，由于将N沟道MOSFET用作了MOSFET Q1，所以当接通MOSFET Q1时会向栅极施加电压，但是，由于几乎不引起电流流动，所以用于保持MOSFET Q1的接通状态的功率非常小。因此，只需要以相对于开关周期的较长间隔来执行自举操作，并且非常短的时间段可以对应于使MOSFET Q1保持在断开状态的时间段。
这同样适用于降压操作。也就是说，理想地，在降压操作中，MOSFET Q3通常保持在接通状态，从而使得电源电路1能够作为降压转换器操作。然而，当MOSFET Q3连续地保持在接通状态时，电容器C4的电容减小。然后，需要通过周期性地断开MOSFET Q3和接通MOSFETQ4的方式来进行自举操作，从而经由二极管D2和MOSFET Q4向电容器C4供应电压Vcc以对电容器C4充电。在本实施例中，由于将N沟道MOSFET用作了MOSFET Q3，所以当接通MOSFET Q3时会向栅极施加电压，但是，由于几乎不引起电流流动，所以用于保持MOSFET Q3的接通状态的功率非常小。因此，只需要以相对于开关周期的较长间隔来执行自举操作，并且非常短的时间段可以对应于使MOSFET Q3保持在断开状态的时间段。
[关于自举操作后的输出的波动]
然而，当在电源电路1中执行一般自举操作时，输出会产生波动。参照图2和图3的时序图来描述这一点。顺便提及，虽然图2和图3描述了接通/断开MOSFET Q2和Q4的时序，但是MOSFET Q1的接通/断开与MOSFET Q2的接通/断开相反，并且MOSFET Q3的接通/断开与MOSFET Q4的接通/断开相反。此外，MOSFET Q3和MOSFET Q4中的每一个的开关占空比仅仅是示例，并且在该示例中被设定为50％。此外，图2和图3中的IL是流经电感器L1的电流的波形，Ii描述了输入电流的波形，并且Iout描述了输出电流的波形。这同样适用于稍后将描述的图4和图5。
图2是描述了在升压操作中接通/断开MOSFET Q2和Q4的时序等的时序图。如图所描述的，在基于响应于预定开关频率(例如，50至100kHz)的开关周期T来接通MOSFET Q1(换言之，断开MOSFET Q2)的状态下，执行MOSFET Q3和Q4的开关操作，从而执行稳态操作(在该示例中为升压操作)。
然后，将对应于某一开关周期T的时间段分配为保持MOSFET Q1的驱动电压的操作时间段，即，自举操作的时间段(下文称为自举操作时间段)。作为示例，虽然将一个自举操作时间段分配给100次的开关周期，但是执行自举操作的频率应根据电容C2的电容大小适当地设置。
当在自举操作时间段内接通MOSFET Q2并且也接通MOSFET Q4时，形成了闭合环路的电流路径：MOSFET Q2→电感器L1→MOSFET Q4→MOSFET Q2。此时，流过电感器L1的电流IL变得基本恒定。由于发生了通过自举操作使电流IL变得基本恒定的时间段，所以在自举操作之后的电流IL会再减小，并且这种状态会继续下去。在图2中，MOSFET Q2接通后的理想电流IL等用细实线表示，而实际电流IL用实线表示。不用说，控制单元2检测输出电压Vout，并且基于检测结果改变MOSFET Q3和Q4的开关占空比(例如，由MOSFET Q3的占空比确定)。因此，在若干次开关周期之后，输出的减少得以改善。然而，如上所述，刚好在自举操作之后，观察到输出的减少。
图3是描述了在降压操作中接通/断开MOSFET Q2和Q4的时序等的时序图。如图所描述的，在基于响应于预定开关频率的开关周期T来接通MOSFET Q3(换言之，断开MOSFETQ4)的状态下，执行MOSFET Q1和Q2的开关操作，从而执行稳态操作(在该示例中为降压操作)。
然后，与升压操作的情况相似，将对应于某一开关周期T的时间段分配为保持MOSFET Q3的驱动电压的操作时间段，即，自举操作时间段。
当在自举操作时间段内接通MOSFET Q4并且也接通MOSFET Q2时，形成了闭合环路的电流路径：MOSFET Q2→电感器L1→MOSFET Q4→MOSFET Q2。此时，流经电感器L1的电流IL变得基本恒定。由于发生了通过自举操作使电流IL变得基本恒定的时间段，所以在自举操作之后的电流IL不会再减小到理想值。因此，电流IL增加以超过理想值，并且这种状态会继续下去。在图3中，在MOSFET Q4接通之后的理想电流IL等用细实线表示，而实际电流IL用实线表示。由于每当以这种方式执行保持MOSFET Q1或MOSFET Q3的驱动电压的自举操作时输出都会波动，所以降低了电源电路1的输出的稳定性。
[关于实施例的自举操作]
基于上面参照图4和图5描述的点来描述关于实施例的自举操作。与图2的情况相似，图4是描述了在升压操作中接通/断开MOSFET Q2和Q4的时序等的时序图。如图所描述的，在基于对应于预定开关频率的开关周期T(第一时间段)来接通MOSFET Q1(换言之，断开MSOFET Q2)的状态下，执行MOSFET Q3和Q4的开关操作，从而执行稳态操作(在该示例中为升压操作)。在此，在稳态操作中接通MOSFET Q4的时间段被称为td。
然后，将对应于某一开关周期T的时间段分配为保持MOSFET Q1的驱动电压的操作时间段，即，自举操作时间段(第二时间段)。在该实施例中，开关周期T和自举操作时间段被设定为相同的长度。因此，尽管可以有效地执行处理，但是开关周期T和自举操作时间段可以在长度上彼此不同。在自举操作时间段的预定时序，将MOSFET Q2和Q4两者接通。在自举操作时间段内接通MSOFET Q2的时间段被称为ta。
在实施例中，在自举操作时间段内MOSFET Q3和Q4侧上的开关占空比(例如，MOSFET Q4的占空比)比稳态时的占空比得到更大程度的校正。具体地，如图4所描述的，在自举操作时间段内接通MOSFET Q4的时间段被设定为(tb+td)，并且因此被设定为长于在开关周期T内接通MOSFET Q4的时间段td。例如，该控制由半桥驱动器IC2根据控制单元2的控制来执行。因此，如图4所描述的，例如，虽然缩短了使电流IL减小的时间段，但是可以延长使电流IL增加的时间段。因此，可以使MOSFET Q3接通时的电流IL与开关周期T内的电流IL相同。因此，即使在存在电流IL变得基本恒定的时间段(与同时接通MOSFET Q2和Q4的时间段相对应的时间段)的情况下，输出电流Iout也可以在自举操作前后保持相同。因此，可以提高电源电路1的稳定性。
与图3的情况相似，图5是描述了在降压操作中接通/断开MOSFET Q2和Q4的时序等的时序图。如图所描述的，在基于对应于预定开关频率的开关周期T(第一时间段)来接通MOSFET Q3(换言之，断开MOSFET Q4)的状态下，执行MOSFET Q1和Q2的开关操作，从而执行稳态操作(在该示例中为降压操作)。在此，在稳态操作中接通MOSFET Q2的时间段被称为td。
然后，将对应于某一开关周期T的时间段分配为保持MOSFET Q3的驱动电压的操作时间段，即，自举操作时间段(第二时间段)。在自举操作时间段内的预定时序，将MOSFET Q2和Q4两者接通。在自举操作时间段内接通MOSFET Q4的时间段被称为ta。
在实施例中，在自举操作时间段内MOSFET Q1和Q2侧上的开关占空比(例如，MOSFET Q2的占空比)比稳态时的占空比得到更大程度的校正。具体地，如图5所描述的，在自举操作时间段内接通MOSFET Q2的时间段被设定为(tb+td)，并且因此被设定为长于在开关周期T内接通MOSFET Q2的时间段td。例如，该控制由半桥驱动器IC1根据控制单元2的控制来执行。因此，如图5所描述的，例如，虽然缩短了使电流IL增加的时间段，但是可以延长使电流IL减小的时间段。因此，可以使MOSFET Q1接通时的电流IL与开关周期T内的电流IL相同。因此，即使在存在电流IL变得基本恒定的时间段(与同时接通MOSFET Q2和Q4的时间段相对应的时间段)的情况下，输出电流Iout也可以在自举操作前后保持相同。因此，可以提高电源电路1的稳定性。
[计算校正时间段的方法的示例]
基于稳态操作时的开关占空比和自举操作时的占空比，可以将输出电流在自举操作前后相同的事实作为条件来计算关于实施例的校正时间段(如上所描述的tb)。例如，计算作为校正时间段的tb的处理由控制单元2来执行。下面将给出关于在升压操作时计算tb的方法的示例的描述。应当注意，等式中的字符所表示的内容如下(参照图4)。
开关周期：T
接通MOSFET Q2的时间段：ta
在稳态操作的时间段(开关周期)内接通MOSFET Q4的时间：td
接通MOSFET Q4的时间的校正量：tb
输入电压：Vi
输出电压：Vo
电感器L1的电感：L
流经电感器L1的电流：IL
IL在稳态操作的时间段(开关周期)内的峰值：IP1和IP3
IL在自举操作时间段内的峰值：IP2
IL在稳态操作的时间段(开关周期)内的底值：Ib1
IL在自举操作时间段内的峰值：Ib2
电流Ib1、IP2、Ib2和IP3可以分别用如下等式1至4表示。
[数学式1]
[数学式2]
[数学式3]
[数学式4]
在此，当在假设关系IP1＝IP3成立的情况下求解等式1至4时，得到如下等式5。
[数学式5]
在此，由于Vo/Vi是输出电压与输入电压的升压比，因此有关升压比可以用如下等式6表示。
[数学式6]
通过将等式6代入等式5，可以根据如下等式7计算作为校正时间段的tb。
[数学式7]
接下来，将给出关于在降压操作时计算tb的方法的示例的描述。应当注意，等式中的字符所表示的内容如下(参见图5)。
开关周期：T
接通MOSFET Q4的时间段：ta
在稳态操作的时间段(开关周期)内接通MOSFET Q2的时间：td
接通MOSFET Q2的时间的校正量：tb
输入电压：Vi
输出电压：Vo
电感器L1的电感：L
流经电感器L1的电流：IL
IL在稳态操作的时间段(开关周期)内的峰值：IP1和IP3
IL在自举操作时间段内的峰值：IP2
IL在稳态操作的时间段(开关周期)内的底值：Ib1
IL在自举操作时间段内的峰值：Ib2
电流Ib1、IP2、Ib2和IP3可以分别用如下等式8至11表示。
[数学式8]
[数学式9]
[数学式10]
[数学式11]
在此，当在假设关系IP1＝IP3成立的情况下求解等式8至11时，得到如下等式12。
[数学式12]
在此，由于Vo/Vi是输出电压与输入电压的降压比，因此有关降压比可以用如下等式13表示。
[数学式13]
通过将等式12代入等式13，可以根据如下等式14计算作为校正时间段的tb。
[数学式14]
目前已经描述了本公开的实施例。根据实施例的电源电路，可以抑制自举操作所产生的输出波动。
<2、修改示例>
虽然目前已经具体地描述了本公开的实施例，但是本公开的内容决不限于上述实施例，并且可以基于本公开的技术理念做出各种修改。
在上述实施例中，自举操作仅在一个开关周期内执行。然而，自举操作可以在多个开关周期上执行。
在上述实施例中，作为要添加到td的校正时间段的tb可以临时添加到时间段td的后侧，可以添加到时间段td的前侧，或者tb/2可以分别添加到时间段td的后侧和前侧。
诸如IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等另一种元件也可以用作开关元件。
在上述实施例中给出的配置、方法、处理、形状、材料和数值等仅仅是示例，并且如果必要，则可以包括与该实施例中的配置、方法、处理、形状、材料和数值等不同的配置、方法、处理、形状、材料、数值等。此外，只要引起技术矛盾，实施例和修改示例中描述的事项可以彼此结合。
应当注意，本公开还可以采用如下配置。
(1)
一种电源电路，该电源电路包括：
开关元件对，该开关元件对具有高侧开关元件和与高侧开关元件串联连接的低侧开关元件；以及
控制部，该控制部互补地驱动构成开关元件对的相应开关元件，
其中，控制部以使高侧开关元件和低侧开关元件在第一时间段内的开关占空与高侧开关元件和低侧开关元件在第二时间段内的开关占空彼此不同的方式来控制相应开关元件的接通/断开。
(2)
根据(1)的电源电路，其中，控制部执行控制以使在第二时间段内接通低侧开关元件的时间段长于在第一时间段内接通低侧开关元件的时间段。
(3)
根据(1)或(2)的电源电路，其中，开关元件对具有第一开关元件对和第二开关元件对，第一开关元件对具有高侧第一开关元件和低侧第二开关元件，第二开关元件对具有高侧第三开关元件和低侧第四开关元件。
(4)
根据(3)的电源电路，其中，控制部在升高输入电压的升压操作中互补地驱动第三开关元件和第四开关元件，并且在降低输入电压的降压操作中互补地驱动第一开关元件和第二开关元件。
(5)
根据(4)的电源电路，该电源电路进一步包括：
第一自举电路，该第一自举电路生成第一驱动信号，该第一驱动信号的电压升高到输入电压或更高以便驱动第一开关元件；以及
第二自举电路，该第二自举电路生成第二驱动信号，该第二驱动信号的电压升高到输入电压或更高以便驱动第三开关元件。
(6)
根据(5)的电源电路，其中，
第一自举电路具有第一自举电容器，
第二自举电路具有第二自举电容器，以及
第二时间段是对第一自举电容器和第二自举电容器中任一个进行充电的时间段。
(7)
根据(3)至(6)中任一项的电源电路，其中，控制部
当在第一时间段内接通第一开关元件时，互补地驱动第三开关元件和第四开关元件，
以使第二开关元件和第四开关元件都在第二时间段内的预定时序接通的方式驱动开关元件，以及
执行控制以使在第二时间段内接通第四开关元件的时间段长于在第一时间段内接通第四开关元件的时间段。
(8)
根据(3)至(6)中任一项的电源电路，其中，控制部
当在第一时间段内接通第三开关元件时，互补地驱动第一开关元件和第二开关元件，
以使第二开关元件和第四开关元件都在第二时间段内的预定时序接通的方式驱动开关元件，以及
执行控制以使在第二时间段内接通第二开关元件的时间段长于在第一时间段内接通第二开关元件的时间段。
(9)
根据(1)至(8)中任一项的电源电路，其中，第一时间段和第二时间段具有对应于开关周期的相同长度。
(10)
根据(3)至(8)中任一项的电源电路，其中，第一开关元件与第二开关元件之间的连接中点和第三开关元件与第四开关元件之间的连接中点经由电感器彼此连接。
(11)
根据(1)至(10)中任一项的电源电路，其中，开关元件包括N沟道MOSFET。
(12)
根据(1)至(11)中任一项的电源电路，其中，电源电路是即使在输入侧和输出侧相反的情况下也可工作的双向电路。
(13)
根据(1)至(12)中任一项的电源电路，其中，控制部通过数字算术运算来计算接通/断开相应开关元件的时间段。
(14)
一种电动车辆，该电动车辆包括：
转换装置，该转换装置接收来自包括根据(1)至(13)中任一项的电源电路的电源系统的电力供应并且将电力转换成车辆的驱动力；以及
控制器，该控制器基于与蓄电装置相关联的信息来执行与车辆控制相关联的信息处理。
<3、应用示例>
关于本公开的技术可以应用于各种产品。例如，本公开可以被实现为具有根据上述实施例的电源电路的电源设备或者由电源电路控制的电池单元。而且，这种电源设备可以被实现为安装到汽车、电动汽车、混合电动汽车、摩托车、自行车、个人移动、飞机、无人机、船只、机器人、施工机械、农业机械(拖拉机)等任何类型的移动主体上的设备。在下文中，虽然将要描述具体的应用示例，但是本公开的内容决不限于下面将要描述的应用示例。
“以车辆中的蓄电系统作为应用示例”
将参照图6给出关于将本公开应用于车辆的蓄电系统的示例的描述。图6示意性地描述了采用串联式混合动力系统的混合动力车辆的配置的示例，本公开应用于该配置。串联式混合动力系统是由驱动力转换装置通过使用由发动机驱动的发电机生成的电力或者通过将所生成的电力临时存储在电池中而获得的电力来运行的车辆。
该混合动力车辆7200包括发动机7201、发电机7202、电力-驱动力转换装置7203、驱动轮7204a、驱动轮7204b、车轮7205a、车轮7205b、电池7208、车辆控制装置7209、各种传感器7210以及充电端口7211。根据本公开实施例的上述电源电路应用于电池7208的控制电路和车辆控制装置7209的电路。
混合动力车辆7200以电力-驱动力转换装置7203作为电源来运行。电力-驱动力转换装置7203的一个示例是电机。电力-驱动力转换装置7203由电池7208的电力来启动。电力-驱动力转换装置7203的旋转力被传递到驱动轮7204a和7204b。顺便提及，通过在必要位置使用直流-交流转换(DC-AC转换)或反向转换(AC-DC转换)，电力-驱动力转换装置7203既可用作交流电机又可用作直流电机。各种传感器7210经由车辆控制装置7209控制发动机速度，并且控制图中未描述的节气门的打开程度(节气门开度)。各种传感器7210包括速度传感器、加速度传感器、发动机速度传感器等。
发动机7201的旋转力传递到发电机7202。发电机7202通过旋转力生成的电力可以存储在电池7208中。
当混合动力车辆通过图中未描述的制动机构减速时，减速时的阻力作为旋转力施加到电力-驱动力转换装置7203。电力-驱动力转换装置7203通过旋转力生成的再生电力存储在电池7208中。
电池7208还可以连接到以充电端口7211作为输入端口从外部电源供电的混合动力车辆外部的电源，并且存储接收到的电力。
虽然未描述，但是可以提供信息处理装置，该信息处理装置基于关于二次电池的信息执行与车辆控制有关的信息处理。作为这种信息处理装置，例如，存在基于关于电池的剩余电量的信息来显示电池剩余电量的信息处理装置。
已经通过以由电机运行的串联式混合动力车辆为例进行了上述描述，该电机使用由发动机驱动的发电机生成的电力或者由用于存储发动机所生成的电力的电池供应的电力。然而，本公开还可有效应用于并联式混合动力车辆，并联式混合动力车辆使用发动机和电机两者的输出作为驱动源并且适当地选择和使用下面三种系统：即，车辆仅由发动机运行的系统、车辆仅由电机运行的系统、以及车辆由发动机和电机运行的系统。进一步地，本公开还可有效地应用于仅由驱动电机驱动而不使用发动机运行的电动车辆。
目前已经给出了关于可以应用关于本公开的技术的混合动力车辆7200的示例的描述。例如，根据本公开的实施例的电源电路可以用作与电池7208的输入和输出相关联的电路。
“以住宅内的蓄电系统作为应用示例”
将参照图7给出关于本公开应用于住宅的蓄电系统的示例的描述。例如，在住宅9001的蓄电系统9100中，电力经由电力网络9009、信息网络9012、智能仪表9007、电力集线器9008等从诸如热力发电9002a、核能发电9002b、水力发电9002c等集中电网9002被供应到蓄电装置9003。与该电力供应一起，将电力从诸如家用发电机9004等独立电源供应到蓄电装置9003。这节省了供应到蓄电装置9003的电力。不仅对于住宅，而且还对于建筑物，都可以使用类似的蓄电装置。
住宅9001配备有发电机9004、耗电装置9005、蓄电装置9003、用于控制各种装置的控制器9010、智能仪表9007、以及用于获取各种信息的传感器9011。这些装置通过电力网络9009和信息网络9012连接。例如，使用太阳能或燃料电池作为发电机9004。所生成的电力供应给耗电装置9005和/或蓄电装置9003。耗电装置9005是冰箱9005a、空调9005b、电视(TV)接收机9005c、浴缸9005d等。耗电装置9005进一步包括电动车辆9006。电动车辆9006可以是电动汽车9006a、混合动力汽车9006b、以及电动摩托车9006c。
上面描述的本公开的电池单元用于适用于蓄电装置9003的电路。蓄电装置9003包括二次电池或电容器。例如，蓄电装置9003包括锂离子电池。锂离子电池可以是固定锂离子电池或者为电动车辆9006设计的锂离子电池。智能仪表9007能够测量商业耗电量并且将测得的耗电量发送到电力公司。电力网络9009可以包括直流(DC)、交流(AC)和非接触式电源中的任何一种或多种。
例如，各种传感器9011是人体传感器、照度传感器、物体检测传感器、电力消耗传感器、振动传感器、接触传感器、温度传感器、红外传感器和其它传感器。由各种传感器9011获取的信息发送到控制器9010。来自传感器9011的信息使得有可能发现气象、人类和其它条件，从而自动控制耗电装置9005并将能耗降低到最小。进一步地，控制器9010可以例如经由互联网向外部电力公司发送关于住宅9001的信息。
电力集线器9008处理电力线的分支划分、DC/AC转换和其它任务。控制器9010和与其连接的信息网络9012之间使用的通信方案是，其中一个使用诸如通用异步接收发送器(UART)等通信接口，而另一个基于诸如蓝牙、ZigBee和无线保真(Wi-Fi)等无线通信标准使用传感器网络。蓝牙方案适用于多媒体通信以允许一对多通信。ZigBee使用电气与电子工程师协会(IEEE)802.15.4的物理层。IEEE 802.15.4是短距离无线网络标准的名称，又称为个人局域网(PAN)或无线(W)PAN。
控制器9010连接至外部服务器9013。外部服务器9013可以由住宅9001、电力公司或服务提供商中的任何一个来管理。由服务器9013发送和接收的信息是例如耗电信息、生活模式信息、电价信息、天气信息、自然灾害信息以及电力交易信息。这些信息可以发送到住宅中的耗电装置(例如，TV接收机)并且从耗电装置接收。可替代地，这些信息可以发送到住宅外面的装置(例如，移动电话)并且从该装置接收。这些信息可以显示在具有显示功能的电器上，诸如TV接收机、移动电话或个人数字助理(PDA)。
控制各个这些部分的控制器9010包括：例如，中央处理单元(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。在本示例中，控制器9010容纳在蓄电装置9003中。控制器9010经由信息网络9012连接至蓄电装置9003、家用发电机9004、耗电装置9005、各种传感器9011和服务器9013。例如，控制器9010能够调控商业耗电量和电力输出。应当注意，另外，控制器9010能够在电力市场中进行电力交易。
如上所述，不仅来自于包括热力发电9002a、核能发电9002b、水力发电9002c等的集中电网9002的电力，而且由家用发电机9004(太阳能和风力发电)生成的电力，都可以存储在蓄电装置9003中。因此，即使在由家用发电机9004生成的电力发生变化的情况下，也可以执行控制，例如，包括保持外部供应的电力恒定或者尽可能多地使蓄电装置9003放电。例如，可以将从太阳能发电获得的电力和具有低夜间费率的廉价午夜电力存储在蓄电装置9003中，并且在具有高费率的白天释放并使用蓄电装置9003中存储的电力。
应当注意，虽然在本示例中已经描述了控制器9010容纳在蓄电装置9003中的情况，但是控制器9010可以容纳在智能仪表9007中。可替代地，控制器9010可以是独立单元。仍然可替代地，蓄电系统9100可以用于住宅区中的多个家庭。仍然可替代地，蓄电系统9100可以用于多个独立式住宅。
目前已经给出了关于可以应用关于本公开的技术的蓄电系统9100的示例的描述。目前所描述的配置的关于本公开的技术可以适当地应用于蓄电装置9003。具体地，根据实施例的电源电路可以应用于与蓄电装置9003相关联的电路。
[附图标记列表]
1…电源电路
2…控制单元
IC1、IC2…半桥驱动器
Q1至Q4…N沟道MOSFET
L1…电感器
C2、C4…(自举)电容器
D1、D2…二极管。

Claims (14)

1.一种电源电路，所述电源电路包括：
开关元件对，所述开关元件对具有高侧开关元件和与所述高侧开关元件串联连接的低侧开关元件；以及
控制部，所述控制部互补地驱动构成所述开关元件对的相应开关元件，
其中，所述控制部以使所述高侧开关元件和所述低侧开关元件在第一时间段内的开关占空与所述高侧开关元件和所述低侧开关元件在第二时间段内的开关占空彼此不同的方式来控制相应开关元件的接通/断开。
2.根据权利要求1所述的电源电路，其中，所述控制部执行控制以使在所述第二时间段内接通所述低侧开关元件的时间段长于在所述第一时间段内接通所述低侧开关元件的时间段。
3.根据权利要求1所述的电源电路，其中，所述开关元件对具有第一开关元件对和第二开关元件对，所述第一开关元件对具有高侧第一开关元件和低侧第二开关元件，所述第二开关元件对具有高侧第三开关元件和低侧第四开关元件。
4.根据权利要求3所述的电源电路，其中，所述控制部在升高输入电压的升压操作中互补地驱动所述第三开关元件和所述第四开关元件，并且在降低所述输入电压的降压操作中互补地驱动所述第一开关元件和所述第二开关元件。
5.根据权利要求4所述的电源电路，所述电源电路进一步包括：
第一自举电路，所述第一自举电路生成第一驱动信号，所述第一驱动信号的电压升高到所述输入电压或更高以便驱动所述第一开关元件；以及
第二自举电路，所述第二自举电路生成第二驱动信号，所述第二驱动信号的电压升高到所述输入电压或更高以便驱动所述第三开关元件。
6.根据权利要求5所述的电源电路，其中，
所述第一自举电路具有第一自举电容器，
所述第二自举电路具有第二自举电容器，以及
所述第二时间段是对所述第一自举电容器和所述第二自举电容器中任一个进行充电的时间段。
7.根据权利要求3所述的电源电路，其中，所述控制部
当在所述第一时间段内接通所述第一开关元件时，互补地驱动所述第三开关元件和所述第四开关元件，
以使所述第二开关元件和所述第四开关元件都在所述第二时间段内的预定时序接通的方式驱动所述开关元件，以及
执行控制以使在所述第二时间段内接通所述第四开关元件的时间段长于在所述第一时间段内接通所述第四开关元件的时间段。
8.根据权利要求3所述的电源电路，其中，所述控制部
当在所述第一时间段内接通所述第三开关元件时，互补地驱动所述第一开关元件和所述第二开关元件，
以使所述第二开关元件和所述第四开关元件都在所述第二时间段内的预定时序接通的方式驱动所述开关元件，以及
执行控制以使在所述第二时间段内接通所述第二开关元件的时间段长于在所述第一时间段内接通所述第二开关元件的时间段。
9.根据权利要求1所述的电源电路，其中，所述第一时间段和所述第二时间段具有对应于开关周期的相同长度。
10.根据权利要求3所述的电源电路，其中，所述第一开关元件与所述第二开关元件之间的连接中点和所述第三开关元件与所述第四开关元件之间的连接中点经由电感器彼此连接。
11.根据权利要求1所述的电源电路，其中，所述开关元件包括N沟道MOSFET。
12.根据权利要求1所述的电源电路，其中，所述电源电路是即使在输入侧和输出侧相反的情况下也工作的双向电路。
13.根据权利要求1所述的电源电路，其中，所述控制部通过数字算术运算来计算接通/断开所述相应开关元件的时间段。
14.一种电动车辆，所述电动车辆包括：
转换装置，所述转换装置接收来自包括根据权利要求1所述的电源电路的电源系统的电力供应并且将所述电力转换成车辆的驱动力；以及
控制器，所述控制器基于与蓄电装置相关联的信息来执行与车辆控制相关联的信息处理。
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