CN110350789A - 绝缘型dc/dc变换器及其控制装置、以及dc/ac转换装置 - Google Patents

绝缘型dc/dc变换器及其控制装置、以及dc/ac转换装置 Download PDF

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Abstract

提供一种降低绝缘变压器的损耗并提高效率的绝缘型DC/DC变换器及其控制装置、以及DC/AC转换装置。其包括DC/AC转换器、绝缘变压器、整流电路以及控制装置，控制装置包括计算DC/AC转换器的直流输入功率的乘法器、以使整流电路的输出电压检测值跟随输出电压指令值的方式计算直流输入功率指令值的第一调节器、对直流输入功率指令值的上限值进行限制并输出的输入功率限制器、以使由乘法器所计算出的直流输入功率计算值跟随由输入功率限制器所限制的直流输入功率指令值的方式计算整流电路的输出功率指令值的第二调节器、以及根据该输出功率指令值生成DC/AC转换器的半导体开关元件的驱动脉冲的驱动脉冲生成器。

Description

绝缘型DC/DC变换器及其控制装置、以及DC/AC转换装置
技术领域
本发明涉及一种用于降低在绝缘型DC/DC变换器的绝缘变压器中所产生的损耗的技术。
背景技术
图4是专利文献1中记载的绝缘型DC/DC变换器的电路图。
在图4中，51是连接在施加有直流电压Vin的输入端子a、b之间的平滑用电容器，52a、52b、52c、52d是构成DC/AC转换器52的半导体开关元件，53是谐振电容器，54是谐振电抗器(reactor)，55是绝缘变压器，56是用于在绝缘变压器55的初级绕组上并联线圈57的开关，58是构成并联谐振电感的线圈，59是整流电路，60是平滑电容器，其两端连接到输出端子c、d并输出直流电压Vout。在此，开关56和线圈57构成用于对线圈58的并联谐振电感进行调节的电路。
另外，由电压检测器71和电流检测器72所检测出的各检测值被输入到控制单元70，控制单元70对DC/AC转换器52和开关56的接通/断开(ON/OFF)进行控制。
在该绝缘型DC/DC变换器中，在输入输出电压的预定范围内，例如在包括输入电压的额定值的320[V]～440[V]的范围内，断开开关56而而在绝缘变压器55的初级绕组上仅并联线圈58，在上述以外的电压范围内，通过接通开关56而并联线圈57、58从而实质上减小线圈58的并联谐振电感。由此，当输入电压在320[V]～440[V]的范围内时减小了流到绝缘变压器55的初级侧的并联谐振电流从而实现了电路整体的损耗降低。
<现有技术文献>
<专利文献>
专利文献1：日本特开2015-177595号公报(段落[0040]～[0056]、图1～图5等)
发明内容
<本发明所要解决的问题>
图5示出了由图4的绝缘型DC/DC变换器所产生的损耗降低效果。如图所示，在该绝缘型DC/DC变换器中，通过对开关56进行控制并对并联谐振电感进行调整，从而能够与现有设计相比整体上降低损耗。
然而，从图5中也可以看出，损耗降低效果主要取决于DC/AC转换器52的半导体开关元件52a、52b、52c、52d或谐振电抗器54和线圈58，绝缘变压器55中的损耗几乎没有变化。
另一方面，例如在车载电源装置的领域中，已知利用逆变器将绝缘型DC/DC变换器的直流输出电压转换为交流电压并将其供应到外部的交流电源系统。在该类交流电源系统中，为了制造能够应对逆变器的交流最大输出的绝缘变压器以实现电源的大容量化，不得不将励磁电感设计得较小，因此励磁电流会变大。
因此，由于取决于绝缘变压器的励磁电流和负载电流的输入电流也会变大，因此存在铜损增加并且效率降低，需要增强冷却能力而导致装置大型化或成本增大的问题。
在专利文献1中记载的绝缘型DC/DC变换器中，虽然能够降低预定的输入输出电压范围内的装置整体的损耗，但是由于由绝缘变压器本身所产生的损耗几乎不变，因此希望进一步降低损耗。
因此，本发明所要解决的问题在于提供一种降低绝缘变压器的损耗并提高效率的绝缘型DC/DC变换器及其控制装置、以及DC/AC转换装置。
<用于解决问题的方案>
为了解决上述问题，在本发明的第1实施方式中，提供一种绝缘型DC/DC变换器，包括通过半导体开关元件的动作进行直流/交流转换的DC/AC转换器、以绝缘的方式将所述DC/AC转换器的交流输出电压变压为预定大小的绝缘变压器、将所述绝缘变压器的交流输出电压转换为直流电压的整流电路、以及对所述半导体开关元件进行驱动的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：直流输入功率计算单元，计算所述DC/AC转换器的直流输入功率；第一调节单元，以使所述整流电路的直流输出电压检测值跟随直流输出电压指令值的方式计算直流输入功率指令值；输入功率限制单元，将所述直流输入功率指令值的上限值限制为预定值并进行输出；第二调节单元，以使由所述直流输入功率计算单元所计算出的直流输入功率计算值跟随由所述输入功率限制单元所限制的直流输入功率指令值的方式计算所述整流电路的直流输出功率指令值；以及驱动脉冲生成单元，根据所述直流输出功率指令值生成所述半导体开关元件的驱动脉冲。
在本发明的第2实施方式中，在第1实施方式所述的绝缘型DC/DC变换器中，根据所述绝缘变压器的励磁电感的设计值设定所述输入功率限制单元中的所述预定值。
在本发明的第3实施方式中，提供一种绝缘型DC/DC变换器的控制装置，所述绝缘型DC/DC变换器包括通过半导体开关元件的动作进行直流/交流转换的DC/AC转换器、以绝缘的方式将所述DC/AC转换器的交流输出电压变压为预定大小的绝缘变压器、以及将所述绝缘变压器的交流输出电压转换为直流电压的整流电路，所述控制装置用于生成所述半导体开关元件的驱动脉冲，其特征在于，所述控制装置包括：直流输入功率计算单元，计算所述DC/AC转换器的直流输入功率；第一调节单元，以使所述整流电路的直流输出电压检测值跟随直流输出电压指令值的方式计算直流输入功率指令值；输入功率限制单元，将所述直流输入功率指令值的上限值限制为预定值并进行输出；第二调节单元，以使由所述直流输入功率计算单元所计算出的直流输入功率计算值跟随由所述输入功率限制单元所限制的直流输入功率指令值的方式计算所述整流电路的直流输出功率指令值；以及驱动脉冲生成单元，根据所述直流输出功率指令值生成所述半导体开关元件的驱动脉冲。
在本发明的第4实施方式中，在第3实施方式所述的绝缘型DC/DC变换器的控制装置中，根据所述绝缘变压器的励磁电感的设计值设定所述输入功率限制单元中的所述预定值。
在本发明的第5实施方式中，提供一种DC/AC转换装置，其特征在于，包括根据第1实施方式或第2实施方式所述的绝缘型DC/DC变换器、以及将所述整流电路的直流输出电压转换为交流电压的逆变器。
在本发明的第6实施方式中，在第5实施方式所述的DC/AC转换装置中，将所述输入功率限制单元中的所述预定值设定为所述逆变器的额定交流输出功率的大约1.5倍的大小。
<发明的效果>
根据本发明，由于对构成绝缘型DC/DC变换器的DC/AC转换器的直流输入功率的上限值进行了限制，因此能够降低绝缘变压器的输入功率并将其励磁电感设计为较大的值。由此，能够减小绝缘变压器的励磁电流以及输入电流从而降低铜损，并降低绝缘变压器的整体损耗，并且能够提高绝缘型DC/DC变换器或具有绝缘型DC/DC变换器的DC/AC转换装置的效率。因此，无需过度增强装置的冷却能力，不会导致装置整体的大型化或成本的增大。
附图说明
图1是包括本发明的实施方式的绝缘型DC/DC变换器的DC/AC转换装置的电路图。
图2是用于对图1的动作进行说明的示意性的波形图。
图3是未对输入功率指令值进行限制情况下的示意性的波形图。
图4是专利文献1中记载的绝缘型DC/DC变换器的电路图。
图5是由专利文献1中记载的绝缘型DC/DC变换器所产生的损耗降低效果的说明图。
符号说明
1 直流电源
2、7 平滑电容器
3 DC/AC转换器
3a、3b、3c、3d 半导体开关元件
4 谐振电容器
5 绝缘变压器
6 整流电路
6a、6b、6c、6d 二极管
8 逆变器
8a、8b、8c、8d 半导体开关元件
8e 输出滤波器
8f、8g 交流输出端子
9、11 电压检测器
10 电流检测器
20 控制装置
21、25 减法器
22、26 调节器
23 输入功率限制器
24 乘法器
27 驱动脉冲生成器
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是包括该实施方式的绝缘型DC/DC变换器的DC/AC转换装置的电路图。首先，对主电路的结构进行说明。
在图1中，在直流电源1的正负极之间连接有平滑电容器2，其两端与由半导体开关元件3a、3b、3c、3d构成的DC/AC转换器3的直流输入侧连接。在DC/AC转换器3的交流输出端子之间经由谐振电容器4连接有绝缘变压器5的初级绕组，其次级绕组的两端与由二极管6a、6b、6c、6d构成的整流电路6的交流输入侧连接。
在整流电路6的直流输出端子之间连接有平滑电容器7，其两端与具有半导体开关元件8a、8b、8c、8d的桥接电路以及输出滤波器8e的单向逆变器8的直流输入侧连接。需要说明的是，8f、8g是输出交流电压Vac以及交流电流Iac的交流输出端子。
构成上述DC/AC转换器3以及单向逆变器8的半导体开关元件的种类并不限定于任何附图示例，根据装置的额定值或规格选择FET、IGBT或功率晶体管等适当类型的元件即可。
接着，对DC/AC转换器3的控制装置20的结构进行说明。需要说明的是，关于逆变器8的控制装置，由于其并非本发明的主要部分，因此为了方便起见，省略其图示及说明。
在上述主电路中，设置有用于对DC/AC转换器3的直流输入电压Vin进行检测的电压检测器9、用于对直流输入电流Iin进行检测的电流检测器10、以及用于对DC/DC变换器的直流输出电压(DC/AC转换装置的直流中间电压)Vo进行检测的电压检测器11，由该些检测器9～11所检测出的各检测值Vin、Iin、Vo被输入到控制装置20。
在控制装置20中，DC/DC变换器的输出电压指令值Vo *和输出电压检测值Vo被输入到减法器21，由P(比例)调节器和/或PI(比例积分)调节器等构成的第一调节器22以使输出电压检测值Vo跟随输出电压指令值Vo *的方式计算第一输入功率指令值Pin *。第一输入功率指令值Pin *被输入到功率限制器23，计算上限值被功率限制值Plim限制的第二输入功率指令值Pin **。
另一方面，通过利用乘法器24对输入电压检测值Vin和输入电流检测值Iin进行乘法而得到的输入功率检测值Pin与第二输入功率指令值Pin **一起被输入到减法器25，输入功率检测值Pin与第二输入功率指令值Pin **之间的偏差被输入到由P调节器和/或PI调节器等构成的第二调节器26。
第二调节器26以使上述偏差变为零的方式计算输出功率指令值Po *并将其输出到驱动脉冲生成器27。
驱动脉冲生成器27根据输出功率指令值Po *进行PWM(脉冲宽度调制)计算等，生成具有预定的频率、脉冲宽度及相位的驱动脉冲并将其供应到DC/AC转换器3的开关元件3a、3b、3c、3d，并使该些开关元件接通/断开。
接着，图2是用于对本实施方式的动作进行说明的示意性的波形图，示出了图1的逆变器8的交流输出电压Vac及交流输出电流Iac、第二输入功率指令值Pin **、输入功率检测值Pin、直流输出电压Vo的波形。
在本实施方式中，尽管输入功率检测值Pin试图随着由逆变器8所输出的瞬时功率而变化，然而第二调节器26以使输入功率检测值Pin跟随上限值被输入功率限制器23的功率限制值Plim限制的第二输入功率指令值Pin **的方式进行动作并生成输出功率指令值Po *，并且根据该输出功率指令值Po *来驱动DC/AC转换器3的开关元件3a、3b、3c、3d。
因此，DC/AC转换器3的输入功率变成跟随第二输入功率指令值Pin **，从而变得比针对由逆变器8输出的瞬时功率所要求的原本的输入功率(第一输入功率指令值Pin *)更小。因此，在图2所示的限制范围内，直流输入电压(平滑电容器7的电压)Vo如图所示般减小。
需要说明的是，图3是对DC/AC转换器3进行控制但未如上述实施方式般对DC/AC转换器3的直流输入功率进行限制的情况下(以下称为对比技术)的示意性的波形图，直流输出电压Vo基本被保持恒定。
在本发明的实施方式中，由于以对直流输入功率指令值的上限值进行限制并使直流输入功率的峰值降低的方式对DC/AC转换器3进行了控制，因此与未对直流输入功率指令值进行限制的对比技术相比绝缘变压器5的输入功率变小，能够将绝缘变压器5的励磁电感设计得较大。由此，由于绝缘变压器5的励磁电流变小，因此取决于负载电流和励磁电流的绝缘变压器5的输入电流变小从而使得铜损减小。
因此，无需过度增强冷却能力，不会因冷却装置的大容量化而导致装置的大型化或成本增大。
需要说明的是，虽然如果将绝缘变压器5的励磁电感设计得较大会使铁损因磁通密度变大而增大，但是只要适当地选择励磁电感或匝数比等绝缘变压器5的常数并适当地设定功率限制值Plim乃至第二输入功率指令值Pin **，则能够使铜损减小所带来的效果超过铁损增大的效果，从而能够整体上降低绝缘变压器5的损耗。
另外，当如实施方式般对原本的直流输入功率指令值(第一输入功率指令值Pin **)施加限制时，有可能会使直流输出电压Vo失真并且有可能会略微给逆变器8的交流输出电压Vac的瞬时值带来影响。然而，如图1所示，在组合了绝缘型DC/DC变换器和逆变器8的绝缘型DC/AC转换装置中，作为DC/DC变换器的直流输出电压Vo要求严格的恒定电压的情况较少，即使在直流输出电压(DC/AC转换装置的直流中间电压)Vo中存在一些失真，在交流输出电压Vac的质量上也不会特别成为问题。
接着，对通过实验针对本实施方式中的绝缘变压器的损耗降低效果进行验证的结果进行说明。
以下的表1示出了针对对比技术(对DC/AC转换器进行控制但未对直流输入功率进行限制的情况)及本实施方式的包括绝缘型DC/DC变换器的DC/AC转换器的输入输出的设计条件。
[表1]
在表1中，直流输入电压的最小值、最大值相当于图1中的Vin，直流输出电压相当于Vo，交流输出功率相当于逆变器8的额定输出功率，最大峰值功率相当于Pin的峰值。
在该实施方式中，以使得最大峰值功率变为2250[W]的方式利用输入功率限制器23对第二输入功率指令值Pin **进行限制。换言之，相对于逆变器8的额定输出功率(＝1500[W])，将输入功率限制器23中的功率限制值Plim设定为1.5倍的2250[W]。
另外，表1中的谐振频率是由绝缘变压器5的初级侧的谐振电容器4和漏电感所构成的谐振电路的谐振频率。
表2是谐振电容器4和绝缘变压器5的常数设计示例。在本实施方式中，将绝缘变压器5的励磁电感设计为较对比技术大33[％]的值。
[表2]
接着，表3示出了绝缘变压器5的损耗计算结果。
当将本发明的实施方式与对比技术进行比较时可以看出，本实施方式中虽然铁损略微增大但是初级绕组和次级绕组的铜损显著减小，因此绝缘变压器整体的损耗得到大幅降低。
[表3]
[产业上的可利用性]
本发明能够用作以绝缘的方式从直流电源电压获得预定大小的直流电压的各种直流电源装置、或者利用逆变器将绝缘型DC/DC变换器的输出电压转换为预定大小及频率的交流电压并进行输出的交流电源装置。

Claims (6)

1.一种绝缘型DC/DC变换器，包括通过半导体开关元件的动作进行直流/交流转换的DC/AC转换器、以绝缘的方式将所述DC/AC转换器的交流输出电压变压为预定大小的绝缘变压器、将所述绝缘变压器的交流输出电压转换为直流电压的整流电路、以及对所述半导体开关元件进行驱动的控制装置，其特征在于，
所述控制装置包括：
直流输入功率计算单元，计算所述DC/AC转换器的直流输入功率；
第一调节单元，以使所述整流电路的直流输出电压检测值跟随直流输出电压指令值的方式计算直流输入功率指令值；
输入功率限制单元，将所述直流输入功率指令值的上限值限制为预定值并进行输出；
第二调节单元，以使由所述直流输入功率计算单元所计算出的直流输入功率计算值跟随由所述输入功率限制单元所限制的直流输入功率指令值的方式计算所述整流电路的直流输出功率指令值；以及
驱动脉冲生成单元，根据所述直流输出功率指令值生成所述半导体开关元件的驱动脉冲。
2.根据权利要求1所述的绝缘型DC/DC变换器，其中，
根据所述绝缘变压器的励磁电感的设计值设定所述输入功率限制单元中的所述预定值。
3.一种绝缘型DC/DC变换器的控制装置，所述绝缘型DC/DC变换器包括通过半导体开关元件的动作进行直流/交流转换的DC/AC转换器、以绝缘的方式将所述DC/AC转换器的交流输出电压变压为预定大小的绝缘变压器、以及将所述绝缘变压器的交流输出电压转换为直流电压的整流电路，所述控制装置用于生成所述半导体开关元件的驱动脉冲，其特征在于，
所述控制装置包括：
直流输入功率计算单元，计算所述DC/AC转换器的直流输入功率；
第一调节单元，以使所述整流电路的直流输出电压检测值跟随直流输出电压指令值的方式计算直流输入功率指令值；
输入功率限制单元，将所述直流输入功率指令值的上限值限制为预定值并进行输出；
第二调节单元，以使由所述直流输入功率计算单元所计算出的直流输入功率计算值跟随由所述输入功率限制单元所限制的直流输入功率指令值的方式计算所述整流电路的直流输出功率指令值；以及
驱动脉冲生成单元，根据所述直流输出功率指令值生成所述半导体开关元件的驱动脉冲。
4.根据权利要求3所述的绝缘型DC/DC变换器的控制装置，其中，
根据所述绝缘变压器的励磁电感的设计值设定所述输入功率限制单元中的所述预定值。
5.一种DC/AC转换装置，其特征在于，包括根据权利要求1或2所述的绝缘型DC/DC变换器、以及将所述整流电路的直流输出电压转换为交流电压的逆变器。
6.根据权利要求5所述的DC/AC转换装置，其中，
将所述输入功率限制单元中的所述预定值设定为所述逆变器的额定交流输出功率的大约1.5倍的大小。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6913599B2 (ja) * 2017-10-17 2021-08-04 日立Astemo株式会社 制御装置
JP7367643B2 (ja) * 2020-09-10 2023-10-24 株式会社明電舎 電力変換装置の制御装置および制御方法
JP7387663B2 (ja) * 2021-03-02 2023-11-28 株式会社東芝 電力変換回路及び電力変換装置
US11855544B2 (en) * 2022-02-03 2023-12-26 Lee Fredrik Mazurek Single stage synchronous harmonic current controlled power system
US11855545B1 (en) * 2023-09-10 2023-12-26 Lee Fredrik Mazurek Single stage synchronous generalized regulator

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5644206A (en) * 1995-04-18 1997-07-01 Okuma Corporation Control unit for induction motor
US7031176B2 (en) * 2002-07-15 2006-04-18 Koninklijke Philips Electronics N.V. Inverter
CN101286703A (zh) * 2007-04-06 2008-10-15 电力集成公司 用于控制功率变换器的最大输出功率的方法和设备
US20110026281A1 (en) * 2009-07-31 2011-02-03 Chapman Patrick L Apparatus and method for controlling dc-ac power conversion
US20130334212A1 (en) * 2011-12-06 2013-12-19 Panasonic Corporation Induction heating device
US20140032145A1 (en) * 2012-07-26 2014-01-30 Lsis Co., Ltd. Apparatus for estimating capacitance of dc-link capacitor in inverter
JP2014197950A (ja) * 2013-03-29 2014-10-16 株式会社豊田自動織機 電力変換回路
JP2014217153A (ja) * 2013-04-25 2014-11-17 Tdk株式会社 Ｄｃｄｃコンバータ及びこのｄｃｄｃコンバータを備えた電源装置
CN205847102U (zh) * 2015-12-21 2016-12-28 意法半导体股份有限公司 用于电子变换器的功率控制模块、相关集成电路和电子变换器
JP2017523580A (ja) * 2014-08-07 2017-08-17 フィリップス ライティング ホールディング ビー ヴィ ドライバ装置及び駆動方法
CN107408889A (zh) * 2015-03-03 2017-11-28 三菱电机株式会社 功率转换器

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4780180B2 (ja) * 2008-11-26 2011-09-28 トヨタ自動車株式会社 車両の充電システム
US8040695B2 (en) 2009-03-13 2011-10-18 American Power Conversion Corporation Method for portioning output current of a DC-DC converter
US8994320B2 (en) * 2013-06-28 2015-03-31 Eaton Corporation System and method for controlling regenerating energy in an adjustable speed drive
JP6130780B2 (ja) 2013-12-17 2017-05-17 三菱重工業株式会社 制御装置、ハイブリッド過給機、船内制御装置、エンジンコントローラ、制御方法、及びプログラム
JP6213318B2 (ja) 2014-03-13 2017-10-18 オムロン株式会社 電流共振型直流電圧変換器、制御用集積回路および電流共振型直流電圧変換方法
JP6243801B2 (ja) * 2014-06-12 2017-12-06 株式会社日立製作所 電力変換装置
JP6919590B2 (ja) * 2018-02-08 2021-08-18 トヨタ自動車株式会社 車両および蓄電装置の充電方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5644206A (en) * 1995-04-18 1997-07-01 Okuma Corporation Control unit for induction motor
US7031176B2 (en) * 2002-07-15 2006-04-18 Koninklijke Philips Electronics N.V. Inverter
CN101286703A (zh) * 2007-04-06 2008-10-15 电力集成公司 用于控制功率变换器的最大输出功率的方法和设备
US20110026281A1 (en) * 2009-07-31 2011-02-03 Chapman Patrick L Apparatus and method for controlling dc-ac power conversion
US20130334212A1 (en) * 2011-12-06 2013-12-19 Panasonic Corporation Induction heating device
US20140032145A1 (en) * 2012-07-26 2014-01-30 Lsis Co., Ltd. Apparatus for estimating capacitance of dc-link capacitor in inverter
JP2014197950A (ja) * 2013-03-29 2014-10-16 株式会社豊田自動織機 電力変換回路
JP2014217153A (ja) * 2013-04-25 2014-11-17 Tdk株式会社 Ｄｃｄｃコンバータ及びこのｄｃｄｃコンバータを備えた電源装置
JP2017523580A (ja) * 2014-08-07 2017-08-17 フィリップス ライティング ホールディング ビー ヴィ ドライバ装置及び駆動方法
CN107408889A (zh) * 2015-03-03 2017-11-28 三菱电机株式会社 功率转换器
CN205847102U (zh) * 2015-12-21 2016-12-28 意法半导体股份有限公司 用于电子变换器的功率控制模块、相关集成电路和电子变换器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
林智钦;王志冰;杨晓峰;黄先进;郑琼林;李琰;姚良忠;: "模块化多电平高压DC/DC变换器的电感参数设计", 中国电机工程学报, no. 09, 5 May 2016 (2016-05-05), pages 158 - 165 *

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Publication number Publication date
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