CN110739847A - 电力变换器以及马达系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开电力变换器以及马达系统。本说明书提供用少的部件降低开关误差的电力变换器。本说明书公开的电力变换器具备：第1、第2开关元件，分别并联地连接；二极管，与各个开关元件的正极端连接；第1、第2电流传感器；电抗器；以及控制器，使第1、第2开关元件交替地导通。电抗器的一端与第1开关元件和第1二极管的串联电路的中点(第1中点)以及第2开关元件和第2二极管的串联电路的中点(第2中点)连接。第1电流传感器测量在电抗器与第1中点之间流过的电流。第2电流传感器测量在电抗器与第2中点之间流过的电流。第1(第2)电流传感器具备被插通电抗器与第1(第2)中点之间的第1(第2)导体的第1(第2)集磁环芯。

Description

电力变换器以及马达系统
技术领域
本说明书公开的技术涉及电力变换器和利用该电力变换器的马达系统。
背景技术
在专利文献1中公开了具有并联地连接的开关元件的电力变换器。该电力变换器具备2个开关元件、2个二极管、主电抗器、以及2个副电抗器。第1开关元件和第1二极管串联地连接，第2开关元件和第2二极管也串联地连接。2组串联电路并联地连接。主电抗器与各个串联电路的中点连接。在主电抗器与一方的中点(第1开关元件侧的中点)之间连接有第1副电抗器，在主电抗器与另一方的中点(第2开关元件侧的中点)之间连接有第2副电抗器。电力变换器的控制器使2个开关元件交替地导通断开。在各个开关元件从断开切换为导通时，通过2个副电抗器的感应电压，抑制开关损耗。另外，在专利文献2中，也公开了使用多个电抗器抑制开关损耗的技术。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2001-186768号公报
专利文献2：日本特开2007-288876号公报
发明内容
一般而言，电力变换器还具备用于测定在主电抗器中流过的电流的电流传感器。电流传感器的1个类型具备包围导体的集磁环芯。电流传感器用集磁环芯聚集起因于在导体中流过的电流而产生的磁通。电流传感器测量在集磁环芯中通过的磁通，根据测量出的磁通得到在导体中流过的电流。另一方面，副电抗器以抑制开关损耗为目的，具有小的电感即可。本申请的发明者注意到副电抗器所要求的特性(电感的大小)和电流传感器的集磁环芯的特性接近，集磁环芯和在其中插通的导体能够兼用作副电抗器。本说明书使用该见解提供用少的部件数实现能够降低开关损耗的电力变换器的技术。
本说明书公开的电力变换器具备第1开关元件、第2开关元件、第1二极管、第2二极管、第1电流传感器、第2电流传感器、电抗器、控制器。第1、第2开关元件并联地连接。控制器使第1开关元件和第2开关元件交替地导通。第1二极管与第1开关元件的正极端连接，第2二极管与第2开关元件的正极端连接。换言之，第1开关元件和第1二极管的串联电路与第2开关元件和第2二极管的串联电路并联地连接。在n型晶体管的情况下，开关元件的正极端与集电极或者漏极相当。
将第1开关元件和第1二极管的串联电路的中点称为第1中点，将第2开关元件和第2二极管的串联电路的中点称为第2中点。电抗器的一端与第1中点和第2中点连接。第1电流传感器测量在电抗器与第1中点之间流过的电流。第2电流传感器测量在电抗器与第2中点之间流过的电流。第1电流传感器具备被插通电抗器与第1中点之间的第1导体的第1集磁环芯。第2电流传感器具备被插通电抗器与第2中点之间的第2导体的第2集磁环芯。第1集磁环芯和第2集磁环芯的各个作为副电抗器发挥功能。在电抗器(主电抗器)中流过的电流能够通过将第1电流传感器和第2电流传感器的测量值进行合计而得到。以往的电力变换器需要3个电子部件(2个副电抗器和1个电流传感器)，但本说明书公开的电力变换器能够用2个电子部件(2个电流传感器)实现相同的功能。即，本说明书公开的电力变换器能够用比以往少的部件件数降低开关损耗。此外，在实施例中说明开关损耗抑制的机理。
本说明书公开的技术能够适用于具备电抗器的电压变换器，并且能够适用于包括逆变器和交流马达的马达系统。在马达系统的情况下，马达的绕组与主电抗器相当。上述电力变换器的2个开关元件的并联电路与逆变器的下臂开关元件对应。2个二极管与和上臂开关元件反并联地连接的续流二极管对应。2个电流传感器的测量值的合计值与在马达(主电抗器)中流过的电流相当。这样的马达系统能够利用2个电流传感器的合计值来控制在马达中流过的电流。
在以下的“具体实施方式”中说明本说明书公开的技术的详情和进一步的改良。
附图说明
图1是第1实施例的电力变换器的电路图。
图2是功率模块和电抗器的立体图。
图3是电流传感器的立体图。
图4是在电抗器中流过的电流和开关元件的栅极电压的时序图。
图5是示出图4的时序图的各时刻下的电流的流动的图。
图6是第2实施例的电力变换器的电路图。
图7是在电抗器中流过的电流和开关元件的栅极电压的时序图(第2实施例)。
图8是第3实施例(马达系统)的框图。
图9是开关电路的框图。
图10是变形例的电流传感器的立体图。
图11是用于抵消误差的电流传感器的配置图。
(符号说明)
10：升压转换器；10a：双向DC-DC转换器；20：滤波电容器；22：电抗器；23：第1导体；24、26、124：电流传感器；24b、26b、124b：集磁环芯；25：第2导体；27：第1中点；28：第2中点；31-34：开关元件；41-44：二极管；50：平滑电容器；52：差分器；54：控制器；62、64：功率模块；90：电池；100：马达系统；110：逆变器；110a-110c：开关电路；130：交流马达。
具体实施方式
(第1实施例)
参照附图，说明第1实施例的电力变换器。第1实施例的电力变换器是升压转换器10。图1示出升压转换器10的电路图。在升压转换器10的低电压端12连接有电池90。虽然省略图示，在高电压端13连接逆变器等负载。升压转换器10使施加到低电压端12的电压升压而从高电压端13输出。此外，将低电压端12的正极和负极分别称为低压正极端12a和低压负极端12b，将高电压端13的正极和负极分别称为高压正极端13a和高压负极端13b。低压负极端12b和高压负极端13b用共用负极线14直接连接。
升压转换器10具备第1开关元件31、第2开关元件32、第1下二极管41、第2下二极管42、第1上二极管43、第2上二极管44、电抗器22、滤波电容器20、平滑电容器50。
第1开关元件31的负极端与共用负极线14连接。第1开关元件31的正极端与第1上二极管43的阳极连接。第1上二极管43的阴极与高压正极端13a连接。将第1开关元件31和第1上二极管43的串联电路的中点称为第1中点27。第1下二极管41与第1开关元件31反并联地连接。包围第1开关元件31、第1下二极管41、第1上二极管43的虚线表示功率模块62。功率模块62后述。
第2开关元件32的负极端与共用负极线14连接。第2开关元件32的正极端与第2上二极管44的阳极连接。第2上二极管44的阴极与高压正极端13a连接。将第2开关元件32和第2上二极管44的串联电路的中点称为第2中点28。第2下二极管42与第2开关元件32反并联地连接。包围第2开关元件32、第2下二极管42、第2上二极管44的虚线表示功率模块64。功率模块64后述。
第1、第2开关元件31、32都是n型的MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)。第1、第2开关元件31、32也可以是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)等其他类型的开关元件。在n型MOSFET的情况下，开关元件的正极端被称为漏极。在n型IGBT的情况下，开关元件的正极端被称为集电极。在MOSFET的情况下，还能够从负极端向正极端流过电流，但在本说明书中，为方便起见，将n型开关元件的集电极或者漏极称为正极端。
电抗器22的一端与第1中点27和第2中点28的各个连接，电抗器22的另一端与低压正极端12a连接。
滤波电容器20连接于低压正极端12a与低压负极端12b之间，平滑电容器50连接于高压正极端13a与高压负极端13b之间。
如图1所示，第1开关元件31和第2开关元件32并联地连接。关于图1所示的升压转换器10，由于电力被分散到并联地连接的2个开关元件31、32，所以能够使大的电力升压。此外，参照图5，在后面说明图1所示的电路的升压动作。
在连接电抗器22和第1中点27的第1导体23配置有第1电流传感器24，在连接电抗器22和第2中点28的第2导体25配置有第2电流传感器26。在图1的电路图中粗线所示的部分与第1导体23和第2导体25相当。第1电流传感器24测量在电抗器22与第1中点27之间流过的电流，第2电流传感器26测量在电抗器22与第2中点28之间流过的电流。第1电流传感器24和第2电流传感器26的输出的合计与在电抗器22中流过的电流相当。
第1电流传感器24和第2电流传感器26的测量值被送到控制器54。控制器54根据2个电流传感器的测量值计算在电抗器22中流过的电流。另一方面，控制器54从未图示的上位控制器接收升压转换器10的目标输出。控制器54以使升压转换器10的输出追随目标输出的方式，使用第1、第2电流传感器24、26的测量值，控制第1、第2开关元件31、32。控制器54使第1开关元件31和第2开关元件32交替地导通断开。在后面，使用图4、图5说明第1、第2开关元件31、32的动作。
使用图2和图3，说明升压转换器10的一部分的部件的硬件。图2是功率模块62、64和电抗器22的立体图。图1的第1开关元件31、第1下二极管41、第1上二极管43被收容于功率模块62。功率模块62由树脂封装和端子构成。实现第1开关元件31、第1下二极管41、第1上二极管43的半导体芯片被收容于封装。在封装的内部，第1开关元件31和第1下二极管41反并联地连接，第1开关元件31和第1上二极管43串联地连接。从封装延伸的功率端子63在封装的内部与第1开关元件31和第1上二极管43的串联电路的中点导通。即，功率模块62的功率端子63与图1的第1中点27对应。
图1的第2开关元件32、第2下二极管42、第2上二极管44被收容于功率模块64的封装。功率模块64的构造与功率模块62相同。从功率模块64的封装延伸的功率端子63在封装的内部与第2开关元件32和第2上二极管44的串联电路的中点导通。即，功率模块64的功率端子63与图1的第2中点28对应。
电抗器22具备在由高导磁率材料制作的芯22a将绕组22b缠绕多次的构造。电抗器22的一端即绕组22b的一端和功率模块62的功率端子63通过第1导体23连接。绕组22b的一端和功率模块64的功率端子63通过第2导体25连接。在第1导体23具备第1电流传感器24，在第2导体25具备第2电流传感器26。第1导体23和第2导体25是被称为汇流条的窄金属板。
图3示出第1电流传感器24的立体图。第1电流传感器24具备被插通第1导体23的第1集磁环芯24b和霍尔元件24h。第1集磁环芯24b由高导磁率材料构成。第1集磁环芯24b的1个部位被切口，在该切口配置有霍尔元件24h。在第1导体23中流过电流IL1时，在第1集磁环芯24b中产生磁通B1。磁通B1通过第1集磁环芯24b聚集。另一方面，对霍尔元件24h从控制器54供给恒定的电流(偏置电流Ib1)。通过由磁通B1和偏置电流Ib1产生的洛伦兹力，霍尔元件24h内的电子移动，由于该移动而产生电压。使该电压放大而成的电压成为电压Vout1，根据该电压Vout1，第1电流传感器24能够测定在第1导体23中流过的电流IL1。第1电流传感器24将测定的电流IL1发送到控制器54。也可以是第1电流传感器24输出电压Vout1，控制器54将电压Vout1换算为电流IL1。
第2电流传感器26的构造与第1电流传感器24相同，具备被插通第2导体25的第2集磁环芯26b和霍尔元件。第2电流传感器26测量在第2导体25中流过的电流IL2。测量的电流IL2也被发送到控制器54。第1电流传感器24和第2电流传感器26的测量值的合计与在电抗器22中流过的电流相当。
如上所述，控制器54从第1电流传感器24和第2电流传感器26的测量值取得在电抗器22中流过的电流，根据电抗器22的电流值，控制第1、第2开关元件31、32。
如图3所示，第1电流传感器24具备被插通第1导体23的第1集磁环芯24b。起因于在第1导体23中流过的电流而在第1集磁环芯24b中产生磁通B1。磁通B1通过第1集磁环芯24b具有的电感而产生。即，被插通第1导体23的第1集磁环芯24b作为电抗器发挥功能。第2电流传感器26具备的第2集磁环芯26b也作为电抗器发挥功能。
在第1电流传感器24的第1集磁环芯24b和第2电流传感器26的第2集磁环芯26b都作为电抗器发挥功能时，在图1的电路结构中，在第1开关元件31刚要从断开切换为导通之前形成第1导体23的电流为零的状态。如果在开关元件从断开切换为导通时其上游侧的导体的电流是零，则能够抑制开关损耗。
集磁环芯24b、26b的电感是1[μH]程度。另一方面，电抗器22所要求的电抗是50-100[μH]。该电抗的差适合于不对电抗器22的功能造成大的影响而抑制开关损耗。
参照图4和图5，说明开关损耗被抑制的机理。图4和图5还是说明升压转换器10的动作的图。图4是在电抗器中流过的电流和开关元件31、32的栅极电压的时序图。图5是示出图4的时序图的各时刻下的电流的流动的图。图4的图表G1表示在电抗器22中流过的电流ILm。图表G2表示在第1导体23中流过的电流IL1和在第2导体25中流过的电流IL2。实线表示在第1导体23中流过的电流IL1，虚线表示在第2导体25中流过的电流IL2。图表G3表示第1开关元件31的栅极电压Vg31，图表G4表示第2开关元件32的栅极电压Vg32。栅极电压的高电平的期间与开关元件的导通期间相当，栅极电压的低电平的期间与开关元件的断开期间相当。栅极电压Vg31的上升与第1开关元件31从断开切换为导通的定时对应。栅极电压Vg31的下降与第1开关元件31从导通切换为断开的定时对应。在栅极电压Vg32与第2开关元件32之间也有同样的关系。通过控制器54控制栅极电压Vg31、Vg32。
如图4所示，在时刻T1，第1开关元件31从断开切换为导通，在时刻T3，第1开关元件31从导通切换为断开。在从时刻T1至时刻T4的期间，第2开关元件32被保持为断开。第2开关元件32在时刻T4从断开切换为导通，在时刻T6从导通切换为断开。第1开关元件31在从时刻T3至时刻T6的期间被保持为断开。换言之，第1开关元件31和第2开关元件32交替地导通断开。换言之，控制器54在第1开关元件31为导通的期间，将第2开关元件32保持为断开，在第2开关元件32为导通的期间，将第1开关元件31保持为断开。开关元件31、32反复从时刻T1至时刻T6的动作。
图5示出时刻T1-T6的各时刻下的电流的流动。此外，在图5中，比图1简化地示出升压转换器10的电路结构。另外，在图5中，用线圈的记号表示第1电流传感器24的第1集磁环芯24b以及第2电流传感器26的第2集磁环芯26b。其原因为这些集磁环芯作为电抗器发挥功能。
说明各时刻下的动作。在时刻T1，第1开关元件31从断开切换为导通。第2开关元件32被保持为断开。在第1开关元件31刚要切换为导通之前，在第1导体23中未流过电流，详情后述。即，实现零电流开关(ZCS：Zero Current Switching)，抑制开关损耗。实现零电流开关的机理后述。
在第1开关元件31切换为导通后，从低压正极端12a经由电抗器22、第1导体23、第1开关元件31向共用负极线14开始流过电流IL1。另外，在紧接着时刻T1之前，从低压正极端12a经由电抗器22、第2导体25、第2上二极管44向高压正极端13a流过电流IL2。紧接着时刻T1之前的状态即时刻T6下的状态后述。
在从时刻T1至时刻T2的期间，在第2导体25中流过的电流转移到第1导体23，所以电流IL2急速减少，电流IL1急速增加。在该期间，在电抗器22中流过的电流ILm几乎不变化。此外，电流IL1、IL2的变化率依赖于集磁环芯24b、26b的电抗。
在时刻T2在第2导体25中流过的电流IL2成为零。即，在时刻T2在第2上二极管44中流过的电流成为零，二极管44切换为断开。在二极管44切换为断开时反向恢复电流从阴极流向阳极。该反向恢复电流成为开关损耗和噪声的一个原因。然而，在第1导体23和第2导体25配置有作为副电抗器发挥功能的第1集磁环芯24b和第2集磁环芯26b。通过第1集磁环芯24b和第2集磁环芯26b的电抗，第2上二极管44的最大电流变化率变小，反向恢复电流被抑制。即，通过第1集磁环芯24b和第2集磁环芯26b，第2上二极管44断开时的开关损耗和噪声被抑制。
在时刻T2以后，电抗器22的感应电压和第1集磁环芯24b的感应电压(在阻止电流IL1的方向作用的感应电压)变弱，从低压正极端12a流入的电流增加。其结果，在电抗器22中流过的电流ILm和在第1导体23中流过的电流IL1都增加。
在时刻T3，第1开关元件31从导通切换为断开。在第1开关元件31切换为断开后，电抗器22和第1集磁环芯24b在持续流过电流IL1的方向产生感应电压。通过该感应电压，从低压正极端12a经由电抗器22、第1导体23、第1上二极管43流过电流IL1。通过经由第1上二极管43流过的电流IL1，平滑电容器50(参照图1)被充电，高压正极端13a的电压上升。即，施加到低电压端12的电压升压而从高电压端13输出。在时刻T3以后，电抗器22以及第1集磁环芯24b的感应电压(在流过电流IL1的方向作用的感应电压)降低，所以电流IL1逐渐减少。因此，在电抗器22中流过的电流ILm也逐渐减少。
在时刻T3以后，在第1上二极管43中流过电流时，由于正向电压降，第1上二极管43的阴极电压比阳极电压降低。其结果，电流将要从电抗器22经由第2导体25和第2上二极管44流过。但是，通过配置于第2导体的第2集磁环芯26b的电抗，从电抗器22朝向第2上二极管44的电流被抑制。通过第2集磁环芯26b的电抗的效果，在紧接着接下来的时刻T4之前，在第2导体25中未流过电流。
在时刻T4，第2开关元件32从断开切换为导通。如上所述，在紧接着时刻T4之前，在第2导体25中未流过电流。因此，在第2开关元件32切换为导通时，实现零电流开关。第2开关元件32切换为导通，所以从低压正极端12a经由电抗器22、第2导体25、以及第2开关元件32向共用负极线14流过电流IL2。在紧接着时刻T4之前，经由第1导体23和第1上二极管43流过电流IL1。通过第2开关元件32切换为导通，在第1导体23中流过的电流转移到第2导体25。其结果，电流IL1急速减少，同时电流IL2急速增加。在该期间，在电抗器22中流过的电流ILm几乎不变化。
在时刻T5，在第1导体23中流过的电流IL1成为零。即，在时刻T5，在第1上二极管43中流过的电流成为零，二极管43切换为断开。此时，反向恢复电流从阴极流向阳极。如上所述，反向恢复电流成为开关损耗和噪声的一个原因。然而，在第1导体23和第2导体25配置有作为副电抗器发挥功能的第1集磁环芯24b和第2集磁环芯26b。通过第1集磁环芯24b和第2集磁环芯26b的电抗，第1上二极管43中的最大电流变化率被抑制，反向恢复电流被抑制。其结果，能够降低开关损耗和噪声。
在时刻T5以后，电抗器22的感应电压和第2集磁环芯26b的感应电压(在阻止电流IL2的方向作用的感应电压)变弱，从低压正极端12a流入的电流增加。其结果，在电抗器22中流过的电流ILm和在第2导体25中流过的电流IL2都增加。
在时刻T6，第2开关元件32从导通切换为断开。在第2开关元件32切换为断开后，电抗器22和第2集磁环芯26b在持续流过电流IL2的方向产生感应电压，所以从低压正极端12a经由电抗器22、第2导体25、第2上二极管44流过电流IL2。通过经由第2上二极管44流过的电流IL2，平滑电容器50(参照图1)被充电，高压正极端13a的电压上升。即，施加到低电压端12的电压升压而从高电压端13输出。在时刻T6以后，电抗器22以及第2集磁环芯26b的感应电压(在流过电流IL2的方向作用的感应电压)降低，所以电流IL2逐渐减少。因此，在电抗器22中流过的电流ILm也逐渐减少。
在时刻T6以后，在第2上二极管44中流过电流时，通过正向电压降，第2上二极管44的阴极电压比阳极电压降低。其结果，电流将要从电抗器22流向第1上二极管43。但是，通过配置于第1导体的第1集磁环芯24b的电抗，从电抗器22朝向第1上二极管43的电流被抑制。通过第1集磁环芯24b的电抗的效果，在紧接着接下来的时刻T1(第2周期的时刻T1)之前，在第1导体23中未流过电流。
以后，反复从时刻T1至T6的动作。这样，控制器54使第1开关元件31和第2开关元件32交替地导通断开。而且，具备图1的电路的升压转换器10通过将具有集磁环芯的电流传感器配置于第1导体23和第2导体25的各个，能够降低开关损耗。在第1实施例的升压转换器10中，用2个电流传感器实现以往用2个副电抗器和1个电流传感器实现的开关损耗降低效果。第1实施例的升压转换器10能够用少的部件降低开关损耗。
(第2实施例)
接下来，参照图6和图7，说明第2实施例的电力变换器。第2实施例的电力变换器是双向DC-DC转换器10a。以下，为便于说明，将双向DC-DC转换器10a单纯地称为双向转换器10a。
图6示出双向转换器10a的电路图。双向转换器10a具备对图1的电路追加第3开关元件33和第4开关元件34的结构。第3开关元件33相对于第1上二极管43反并联地连接。第4开关元件34相对于第2上二极管44反并联地连接。第3、第4开关元件33、34是n型MOSFET，能够从正极端(漏极)向负极端(源极)流过电流，并且还能够从负极端(源极)向正极端(漏极)流过电流。
关于升压动作，与图1的升压转换器10相同。另一方面，在对高电压端13施加了电压的情况下，通过第3、第4开关元件33、34导通断开，实现降压动作。除了作为电抗器发挥功能的电流传感器24、26以外，图6的电路结构和动作公知，所以省略详细的说明。
在图6的双向转换器10a进行升压动作时，得到与第1实施例的升压转换器10相同的优点即开关损耗降低效果。
双向转换器10a通过在进行升压动作时活用第3、第4开关元件33、34，能够减轻第1上二极管43和第2上二极管44的负荷。图7示出活用第3、第4开关元件33、34的升压动作的时序图。图表G1至G4与图4的图表相同。图表G5表示第3开关元件33的栅极电压Vg33，图表G6表示第4开关元件34的栅极电压Vg34。与第1、第2开关元件31、32同样地，栅极电压的高电平的期间与开关元件的导通期间相当，栅极电压的低电平的期间与开关元件的断开期间相当。栅极电压Vg33、Vg34也通过控制器54控制。
控制器54在时刻T3与时刻T4之间将第3开关元件33保持为导通。在图7中符号A表示的部分是被保持为导通的期间。在其以外的期间，第3开关元件33被保持为断开。如在第1实施例中说明的那样，在从时刻T3至时刻T4的期间，在第1上二极管43中流过电流IL1。通过在该期间将第3开关元件33保持为导通，电流IL1在第1上二极管43和第3开关元件33中分散流过。其结果，第1上二极管43的负荷被减轻。
控制器54在时刻T6与时刻T1之间将第4开关元件34保持为导通。在图7中符号B表示的部分是被保持为导通的期间。在其以外的期间，第4开关元件34被保持为断开。如在第1实施例中说明的那样，在从时刻T6至时刻T1的期间，在第2上二极管44中流过电流IL2。通过在该期间将第4开关元件34保持为导通，电流IL2在第2上二极管44和第4开关元件34中分散流过。其结果，第2上二极管44的负荷被减轻。在升压动作的期间，将第3、第4开关元件33、34始终保持为断开的情况下，双向转换器10a的动作与在图4、图5中说明的动作相同。
(第3实施例)
接下来，参照图8、9，说明第3实施例。第3实施例是由逆变器110和交流马达130构成的马达系统100。以下，将交流马达130称为马达130。向逆变器110的输入端112的输入正极端112a和输入负极端112b输入直流电力。逆变器110将输入的直流电力变换为三相交流，供给到马达130。
逆变器110具备3个开关电路110a-110c。开关电路110a-110c在输入正极端112a与输入负极端112b之间并联地连接。开关电路110a-110c的各个将直流变换为交流。
在开关电路110a、110b、110c的各个连接对应的马达布线120a、120b、120c。马达布线120a、120b、120c的另一端与马达130连接。马达130具有3个线圈222a、222b、222c。马达布线120a与线圈222a连接，马达布线120b与线圈222b连接，马达布线120c与线圈222c连接。线圈222a-222c的一端彼此连接。这样的线圈的连接关系被称为星形联结。
接下来，说明开关电路110a、110b、110c。此外，开关电路110a、110b、110c的结构相同，所以以下说明开关电路110c。
图9示出开关电路110c的电路图。开关电路110c的结构与图6所示的第2实施例的双向转换器10a的结构相同。因此以下对开关电路110c的构成要素中的与第2实施例的双向转换器10a的构成要素对应的构成要素，附加与第2实施例相同的参照编号来说明。开关电路110c具有开关元件31～34。第1开关元件31和第2开关元件32并联地连接。第1、第2开关元件31、32的负极端与逆变器110的输入负极端112b连接。在第1开关元件31反并联地连接第1下二极管41，在第2开关元件32反并联地连接第2下二极管42。
在第1开关元件31的正极端连接第1上二极管43的阳极，在第2开关元件32的正极端连接第2上二极管44的阳极。第1、第2上二极管43、44的阴极与逆变器110的输入正极端112a连接。在第1上二极管43反并联地连接第3开关元件33，在第2上二极管44反并联地连接第4开关元件34。
第1开关元件31和第1上二极管43的串联电路的中点(第1中点27)与马达130的线圈222c连接。第2开关元件32和第2上二极管44的串联电路的中点(第2中点28)与线圈222c连接。在连接线圈222c和第1中点27的第1导体23具备第1电流传感器24，在连接线圈222c和第2中点28的第2导体25具备第2电流传感器26。第1、第2电流传感器24、26具有与第1实施例的第1电流传感器24相同的构造。即，第1电流传感器24具备被插通第1导体23的第1集磁环芯24b，第2电流传感器26具备被插通第2导体25的第2集磁环芯26b。第3实施例中的第1、第2电流传感器24、26、第1、第2导体23、25、以及线圈222c的关系与在图2中将电抗器22置换为线圈222c的结构相当。
如公知那样，逆变器将2个开关元件的串联连接的组具备3组。逆变器的正极端侧的开关元件被称为上臂开关元件，逆变器的负极端侧的开关元件被称为下臂开关元件。在各个开关元件反并联地连接有二极管。该二极管被称为续流二极管。
如从图8和图9可知，第1、第2开关元件31、32与下臂开关元件对应，第3、第4开关元件33、34与上臂开关元件对应。第1、第2上二极管43、44与和上臂开关元件反并联地连接的续流二极管对应。
控制器54使第1开关元件31和第2开关元件32交替地导通断开，并且使第1开关元件31和第3开关元件33交替地导通断开。另外，控制器54使第2开关元件32和第4开关元件34交替地导通断开。其结果，控制器54使第1开关元件31和第4开关元件34同步地导通断开，使第2开关元件32和第3开关元件33以与第1开关元件31相反的相位导通断开。
开关电路110a、110b具有与开关电路110c相同的构造。控制器54以120度的相位差驱动3个开关电路110a-110c。由此，从3个开关电路110a-110c的各个，输出具有120度的相位差的交流(即三相交流)。
线圈222a-222c与第1实施例的电抗器22同样地具有预定的电感。而且，控制器54使并联地连接的第1、第2开关元件31、32交替地导通断开。因此，在具有马达130和逆变器110的马达系统100中，电流传感器24、26的集磁环芯24b、26b作为副电抗器发挥功能，开关损耗被降低。马达系统100不具备固有的副电抗器而能够抑制开关损耗。即，马达系统100能够用比以往少的部件数降低开关损耗。
<电流传感器的变形例>
第1实施例的电力变换器(升压转换器10)具有的第1、第2电流传感器24、26是霍尔元件类型。本说明书公开的电力变换器即便并非霍尔元件类型，具有集磁环芯即可。图10示出变形例的电流传感器的立体图。图6的电流传感器124是线圈类型。线圈类型的电流传感器124具备被插通第1导体23的集磁环芯124b和缠绕到集磁环芯124b的线圈124c。通过在第1导体23中流过的电流IL1，在第1集磁环芯124b中产生磁通B1。控制器54使电流Ic1在卷绕到第1集磁环芯124b的线圈124c中流过。该电流Ic1在集磁环芯124b中产生消除磁通B1的方向(或者使磁通B1增大的方向)的磁通Bc。磁通Bc的大小与在线圈124c中流过的电流Ic1的大小成比例。能够根据集磁环芯124b的磁通成为零时的电流和线圈124c的匝数以及电阻124d测定在第1导体23中流过的电流IL1。也可以代替实施例的第1电流传感器24、第2电流传感器26而使用图10的电流传感器。
<2个电流传感器的误差的抵消>
接下来，说明电流传感器的误差。如上所述，控制器54通过将第1电流传感器24测定出的电流IL1和第2电流传感器26测定出的电流IL2进行合计，取得在电抗器22中流过的电流ILm。有时在电流传感器中包含偏移误差，以下说明通过将2个电流传感器的测量值进行合计而抵消偏移误差的结构。
在第1实施例的电力变换器(升压转换器10)中，作为第1、第2电流传感器24、26，使用图3所示的霍尔元件类型。以图3的霍尔元件类型的第1电流传感器24为例子，说明偏移误差的例子。
第1电流传感器24测量在被插通到第1集磁环芯24b的第1导体23中流过的电流IL1。将电流IL1在第1集磁环芯24b产生的磁通设为B1，将比例常数设为K，将控制器54在霍尔元件24h中流过的恒定的电流设为Ib1。在该情况下，通过K×Ib1×B1+Voffset求出在霍尔元件24h中产生的电压Vout1。在此，Voffset是在针对霍尔元件24h的输入信号为零时产生的电压。该电压Voffset是霍尔元件24h具有的误差(偏移误差)。偏移误差Voffset的值由切出霍尔元件24h的晶片的特性决定，所以由同一晶片构成的霍尔元件的偏移误差Voffset的值的偏差非常小。因此，在第2电流传感器26的霍尔元件26h也由同一晶片构成的情况下，第2电流传感器26的偏移误差与第1电流传感器24的偏移误差大致相等。在将在第2导体25中流过的电流IL2在第2集磁环芯26b产生的磁通设为B2，将控制器54在霍尔元件26h中流过的恒定的电流设为与霍尔元件24h同样的Ib1时，在霍尔元件26h中产生的电压Vout2成为K×Ib1×B2+Voffset。在原样地将电压Vout1和电压Vout2进行合计时，偏移误差Voffset成为2倍，误差变大。
在第1实施例的升压转换器10中，通过研究第1、第2电流传感器24、26的配置并且还导入差分器，实现偏移误差的抵消。图11示出用于抵消偏移误差的电流传感器的配置。第1电流传感器24被配置成在电流从电抗器22流向第1中点27时输出正值，第2电流传感器26被配置成在电流从电抗器22流向第2中点28时输出负值。换言之，第1电流传感器24和第2电流传感器26被配置成在第1导体23和第2导体25的各个中流过相同的方向的电流时输出值的正负相互相反。进而换言之，第1电流传感器24和第2电流传感器26被配置成在第1导体23和第2导体25的各个中流过相同的方向的电流时输出成为相反极性(相反特性)。
具体而言，如图11所示，第1电流传感器24和第2电流传感器26的几何学的配置相同。另一方面，在第1电流传感器24的霍尔元件24h和第2电流传感器26的霍尔元件26h中流过相互反向的偏置电流Ib1。在图11的例子中，在第1电流传感器24的霍尔元件24h中在图中的坐标系的+X方向流过偏置电流Ib1，在第2电流传感器26的霍尔元件26h中流过-X方向的偏置电流Ib1。由此，在第1导体23和第2导体25中流过相同的方向的电流(从电抗器22流向中点的电流)时，一方的电流传感器(例如第1电流传感器24)的输出成为正值，另一方的电流传感器(例如第2电流传感器26)的输出成为负值。
如果将在电流IL1从电抗器22流向第1中点27时在第1集磁环芯24b中产生的磁通设为B1，则在霍尔元件24h中产生的电压Vout1根据上式而成为Vout1＝K×Ib1×B1+Voffset。另一方面，如果将在电流IL2从电抗器22流向第2中点28时在第2集磁环芯26b中产生的磁通设为B2，则在霍尔元件26h中产生的电压Vout2成为Vout2＝-K×Ib1×B2+Voffset。Vout1和Vout2的正负逆转的原因在于偏置电流Ib1的朝向在第1电流传感器24和第2电流传感器26中相反。此时，在电抗器22中流过的电流取第1电流传感器24的输出Vout1和第2电流传感器26的输出Vout2的差分即可。在图11的例子中，通过差分器52取Vout1和Vout2的差分，其结果被输入到控制器54。通过取Vout1和Vout2的差分，2个电流传感器24、26的偏移误差Voffset被抵消。通过将图11所示的部件配置和差分器52适用于实施例的电力变换器(升压转换器10、双向转换器10a等)，能够高精度地测量在电抗器22中流过的电流。
一般而言，传感器具有偏移误差，所以不限于霍尔元件类型的电流传感器，即使使用其他类型的电流传感器，通过以2个电流传感器成为相反特性的方式配置并且导入差分器，也能够降低电流传感器的偏移误差。
以上详细说明了本发明的具体例，但这些仅为例示，并不限定权利要求书。在权利要求书记载的技术中包括使以上例示的具体例各种各样地变形、变更而成的技术。在本说明书或者附图中说明的技术要素单独或者通过各种组合发挥技术上的有用性，不限定于在申请时在权利要求中记载的组合。另外，在本说明书或者附图中例示的技术能够同时达成多个目的，达成其中的一个目的自身具有技术上的有用性。

Claims (3)

1.一种电力变换器，具备：
第1开关元件；
第2开关元件，与所述第1开关元件并联地连接；
第1二极管，与所述第1开关元件的正极端连接；
第2二极管，与所述第2开关元件的正极端连接；
电抗器，一端与所述第1开关元件和所述第1二极管的串联电路的中点即第1中点及所述第2开关元件和所述第2二极管的串联电路的中点即第2中点连接；
第1电流传感器，测量在所述电抗器与所述第1中点之间流过的电流；
第2电流传感器，测量在所述电抗器与所述第2中点之间流过的电流；以及
控制器，使所述第1开关元件和所述第2开关元件交替地导通，
所述第1电流传感器具备被插通所述电抗器与所述第1中点之间的第1导体的第1集磁环芯，
所述第2电流传感器具备被插通所述电抗器与所述第2中点之间的第2导体的第2集磁环芯。
2.根据权利要求1所述的电力变换器，其中，
所述第1电流传感器被配置成在电流从所述电抗器流向所述第1中点时输出正值，所述第2电流传感器被配置成在电流从所述电抗器流向所述第2中点时输出负值，
所述电力变换器还具备取所述第1电流传感器的输出和所述第2电流传感器的输出的差分的差分器。
3.一种马达系统，包括权利要求1或者2所述的电力变换器，其中，
所述第1开关元件和所述第2开关元件被设置为逆变器的下臂开关元件，
所述第1二极管和所述第2二极管被设置为上臂开关元件的续流二极管，
所述电抗器是马达的绕组。
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