CN110880869A - 电压变换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电压变换装置，抑制结构的大型化。DC‑DC转换器(30)具备第1输入电容器(61)以及第2输入电容器(62)、桥接电路(63)、电流互感器(64)、变压器(65)、第1二极管(66)以及第2二极管(67)和输出电容器(68)。电流互感器(64)设置于初级侧，并探测流过初级侧的电流。变压器(65)具备设置于相对高压的初级侧的初级侧线圈(65a)以及设置于相对低压的次级侧的次级侧线圈(65b)。DC‑DC转换器(30)至少将电流互感器(64)的电感(Lct)作为初级侧的谐振电路的电感分量使用。

Description

电压变换装置
技术领域
本发明涉及电压变换装置。
本申请基于在2018年9月5日申请的日本专利申请第2018-165950号主张优先权，将其内容援用于此。
背景技术
以往，已知作为变压器的初级侧的电流谐振用的电感分量而使用变压器的励磁电感的绝缘型的DC-DC转换器(例如，参照专利文献1)。
此外，以往，已知作为变压器的初级侧的电流谐振用的电感分量而使用变压器的漏电感的绝缘型的DC-DC转换器(例如，参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018-019578号公报
专利文献2：国际公开第2016/139745号
发明要解决的课题
然而，在上述现有技术所涉及的绝缘型的DC-DC转换器中，在使用变压器的励磁电感作为电流谐振用的电感分量的情况下，需要在初级侧的谐振电路中追加地具备励磁电感器，产生DC-DC转换器大型化的问题。
此外，在上述现有技术所涉及的绝缘型的DC-DC转换器中，在使用变压器的漏电感作为电流谐振用的电感分量的情况下，伴随着电流容量(即通过电流)的增大，为了防止磁饱和而需要的电感器截面积或者匝数增大，DC-DC转换器有可能大型化。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够抑制结构的大型化的电压变换装置。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题并实现所涉及的目的，本发明采用了以下的方式。
(1)本发明的一方式所涉及的电压变换装置(例如，实施方式中的DC-DC转换器30)具备：变压器(例如，实施方式中的变压器65)，其设置于相对高压的初级侧的初级线圈(例如，实施方式中的初级侧线圈65a)以及设置于相对低压的次级侧的次级线圈(例如，实施方式中的次级侧线圈65b)；和设置于所述初级侧的电流传感器(例如，实施方式中的电流互感器64)，使用所述电流传感器的电感(例如，实施方式中的电感Lct)作为所述初级侧的谐振电路(例如，实施方式中的串联谐振电路69)的电感分量。
(2)在上述(1)所记载的电压变换装置中，也可以将所述电流传感器的电感以及所述变压器的漏电感(例如，实施方式中的漏电感Lt)用作所述电感分量。
(3)上述(1)或者(2)所记载的电压变换装置也可以具备设置于所述初级侧的电感器(例如，实施方式中的励磁电感器71)，至少将所述电流传感器的电感以及所述电感器的电感(例如，实施方式中的励磁电感Lm)用作所述电感分量。
(4)上述(1)～(3)中的任一项所记载的电压变换装置也可以具备设置于所述次级侧的整流用的二极管(例如，实施方式中的第1二极管66以及第2二极管67)。
(5)在上述(4)所记载的电压变换装置中，也可以具备设置于所述次级侧的同步整流用的开关元件(例如，实施方式中的第1整流晶体管72以及第2整流晶体管73)。
发明效果
根据上述(1)，将预先设置于初级侧的电流传感器的电感用作谐振电路的电感分量，因此与例如谐振用地设置新的电感器的情况相比，能够抑制电压变换装置的大型化。此外，与例如仅将变压器的漏电感用作谐振电路的电感分量的情况相比，能够将电感分量设定在更宽的范围内，能够通过谐振频率的高频化抑制电感器截面积以及匝数的增大，抑制电压变换装置的大型化。
在上述(2)的情况下，能够将谐振电路的电感分量设定为更宽的范围，能够适当地应对更宽范围的初级侧的输入电压范围，能够提高电压变换装置的通用性。
在上述(3)的情况下，通过在初级侧的谐振电路中追加地具备电感器，能够将电感分量设定在更宽的范围内。
在上述(4)的情况下，能够抑制装置结构所需的费用高涨，并且能够适当地进行整流。
在上述(5)的情况下，与例如具备整流用的二极管的情况相比，能够进行高精度的整流，能够更低损耗地维持稳定的输出电压。
附图说明
图1是表示搭载本发明的实施方式所涉及的DC-DC转换器的车辆的一部分结构的图。
图2是表示本发明的实施方式所涉及的DC-DC转换器的结构的图。
图3是表示本发明的实施方式所涉及的DC-DC转换器的下垂特性的一例的图。
图4是表示在本发明的实施方式所涉及的DC-DC转换器中，高压侧臂的晶体管接通的情况下的初级侧以及次级侧的各电流的流动的一例的图。
图5是表示在本发明的实施方式所涉及的DC-DC转换器中，低压侧臂的晶体管接通的情况下的初级侧以及次级侧的各电流的流动的一例的图。
图6是表示本发明的实施方式的第2变形例所涉及的DC-DC转换器的结构的图。
图7是表示在本发明的实施方式的第2变形例所涉及的DC-DC转换器中，高压侧臂的晶体管接通的情况下的初级侧以及次级侧的各电流的流动的一例的图。
图8是表示在本发明的实施方式的第2变形例所涉及的DC-DC转换器中，低压侧臂的晶体管接通的情况下的初级侧以及次级侧的各电流的流动的一例的图。
图9是表示本发明的实施方式的第3变形例所涉及的DC-DC转换器的结构的图。
附图标记的说明
10 车辆
11 第1蓄电池
12 第1电动机
13 第2电动机
14 第2蓄电池
15 辅机类
16 电力变换装置
21 功率模块
22 电抗器
28 电子控制单元
29 栅极驱动单元
30 DC-DC转换器
64 电流互感器(电流传感器)
65 变压器
65a 初级侧线圈(初级线圈)
65b 次级侧线圈(次级线圈)
66 第1二极管(整流用的二极管)
67 第2二极管(整流用的二极管)
69 串联谐振电路(谐振电路)
71 励磁电感器(电感器)
72 第1整流晶体管(同步整流用的开关元件)
73 第2整流晶体管(同步整流用的开关元件)
Lct 电感
Lm 励磁电感
Lt 漏电感
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的电压变换装置的一个实施方式进行说明。
本实施方式的电压变换装置例如是连接于控制电动机与第1蓄电池之间的电力授受的功率模块、控制第1蓄电池的电压相对于第2蓄电池的降压的DC-DC转换器。例如，电压变换装置以及功率模块搭载于电动车辆等。电动车辆是电动汽车、混合动力车辆以及燃料电池车辆等。电动汽车将蓄电池作为动力源来驱动。混合动力车辆将蓄电池以及内燃机作为动力源来驱动。燃料电池车辆将燃料电池作为动力源而进行驱动。
＜车辆>
图1是表示搭载本发明的实施方式所涉及的DC-DC转换器30的车辆10的一部分的结构的图。
如图1所示，车辆10具备第1蓄电池11(BATT)、行驶驱动用的第1电动机12(MOT)、发电用的第2电动机13(GEN)、第2蓄电池14、辅机类15以及电力变换装置16。
第1蓄电池11例如是作为车辆10的动力源的高压蓄电池。第1蓄电池11具备蓄电池壳体和收纳于蓄电池壳体内的多个蓄电池模块。蓄电池模块具备串联连接的多个蓄电池单元。第1蓄电池11具备与电力变换装置16的第1直流连接器16a连接的正极端子PB以及负极端子NB。正极端子PB以及负极端子NB与在蓄电池壳体内串联连接的多个蓄电池模块的正极端以及负极端连接。
第1电动机12利用从第1蓄电池11供给的电力产生旋转驱动力(动力运行动作)。第2电动机13通过输入到旋转轴的旋转驱动力产生发电电力。在此，构成为能够向第2电动机13传递内燃机的旋转动力。例如，第1电动机12以及第2电动机13分别是三相交流的无刷DC电动机。三相是U相、V相以及W相。
第1电动机12以及第2电动机13分别是内转子型。各电动机12、13分别具备具有励磁用的永磁铁的转子和具有用于产生使转子旋转的旋转磁场的三相定子绕组的定子。第1电动机12的三相定子绕组与电力变换装置16的第1三相连接器16b连接。第2电动机13的三相的定子绕组与电力变换装置16的第2三相连接器16c连接。
第2蓄电池14例如是驱动车辆10的车载设备等辅机类的低压的蓄电池。第2蓄电池14经由电力变换装置16的DC-DC转换器30与第1蓄电池11连接。第2蓄电池14被施加从DC-DC转换器30输出的电压、即第1蓄电池11的输出电压被降压而得到的电压。
辅机类15由从第2蓄电池14输出的电压、即辅机类15的工作电压驱动。辅机类15例如是各种电装设备等。
＜电力变换装置>
电力变换装置16具备功率模块21、电抗器22、电容器单元23、第1电流传感器25、第2电流传感器26、第3电流传感器27、电子控制单元28(MOT GEN ECU)、栅极驱动单元29(G/DVCU ECU)以及DC-DC转换器30。
功率模块21构成第1电力变换电路部31、第2电力变换电路部32以及第3电力变换电路部33。第1电力变换电路部31通过第1三相连接器16b与第1电动机12的三相的定子绕组连接。第1电力变换电路部31将从第1蓄电池11经由第3电力变换电路部33输入的直流电力变换为三相交流电力。第2电力变换电路部32通过第2三相连接器16c与第2电动机13的三相的定子绕组连接。第2电力变换电路部32将从第2电动机13输入的三相交流电力变换为直流电力。由第2电力变换电路部32变换后的直流电力能够供给到第1蓄电池11以及第1电力变换电路部31中的至少一方。
第1电力变换电路部31以及第2电力变换电路部32分别具备由桥式连接的多个开关元件形成的桥接电路。例如，开关元件是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)，或者MOSFET(Metal Oxide Semi-conductor Field EffectTransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)等晶体管。例如，在桥接电路中，成对的高压侧臂以及低压侧臂U相晶体管UH、UL、成对的高压侧臂以及低压侧臂V相晶体管VH、VL、成对的高压侧臂以及低压侧臂W相晶体管WH、WL分别桥式连接。
桥接电路具备二极管，该二极管连接为在各晶体管UH、UL、VH、VL、WH、WL的集电极-发射极之间从发射极朝向集电极成为正向。
高压侧臂的各晶体管UH、VH、WH的集电极与正极汇流条PI连接而构成高压侧臂。在各相中，高压侧臂的各正极汇流条PI与电容器单元23的正极汇流条50p连接。
低压侧臂的各晶体管UL、VL、WL的发射极与负极汇流条NI连接而构成低压侧臂。在各相中，低压侧臂的各负极汇流条NI与电容器单元23的负极汇流条50n连接。
在各相中，高压侧臂的各晶体管UH、VH、WH的发射极在连接点TI处与低压侧臂的各晶体管UL、VL、WL的集电极连接。
在第1电力变换电路部31的各相中形成连接点TI的第1汇流条51与第1输入输出端子Q1连接。第1输入输出端子Q1与第1三相连接器16b连接。第1电力变换电路部31的各相的连接点TI经由第1汇流条51、第1输入输出端子Q1以及第1三相连接器16b与第1电动机12的各相的定子绕组连接。
在第2电力变换电路部32的各相中形成连接点TI的第2汇流条52与第2输入输出端子Q2连接。第2输入输出端子Q2与第2三相连接器16c连接。第2电力变换电路部32的各相的连接点TI经由第2汇流条52、第2输入输出端子Q2以及第2三相连接器16c与第2电动机13的各相的定子绕组连接。
第1电力变换电路部31以及第2电力变换电路部32分别基于从栅极驱动单元29向各晶体管UH、VH、WH、UL、VL、WL的栅极输入的开关指令即栅极信号，来切换各相的晶体管对的接通(导通)/截止(切断)。
第1电力变换电路部31将从第1蓄电池11经由第3电力变换电路部33输入的直流电力变换为三相交流电力，使向第1电动机12的三相的定子绕组的通电依次换流，由此在三相的定子绕组通电交流的U相电流、V相电流以及W相电流。
第2电力变换电路部32通过与第2电动机13的旋转同步的各相的晶体管对的接通(导通)/截止(切断)驱动，将从第2电动机13的三相的定子绕组输出的三相交流电力变换为直流电力。能将通过第2电力变换电路部32从三相交流电力变换的直流电力经由第3电力变换电路部33供给至蓄电池11。
第3电力变换电路部33是电压控制单元(VCU)。第3电力变换电路部33具备：成对的高压侧臂以及低压侧臂的开关元件；和电抗器22。例如，第3电力变换电路部33具备高压侧臂的第1晶体管S1以及低压侧臂的第2晶体管S2。第3电力变换电路部33具备二极管，该二极管连接为在第1晶体管S1以及第2晶体管S2各自的集电极-发射极之间从发射极朝向集电极成为正向。
第1晶体管S1的集电极与正极汇流条PV连接而构成高压侧臂。高压侧臂的正极汇流条PV与电容器单元23的正极汇流条50p连接。
第2晶体管S2的发射极与负极汇流条NV连接而构成低压侧臂。低压侧臂的负极汇流条NV与电容器单元23的负极汇流条50n连接。电容器单元23的负极汇流条50n与第1蓄电池11的负极端子NB连接。
高压侧臂的第1晶体管S1的发射极与低压侧臂的第2晶体管S2的集电极连接。第1晶体管S1的发射极以及第2晶体管S2的集电极的连接点由第3汇流条53形成。第3汇流条53经由电抗器22与第1蓄电池11的正极端子PB连接。
电抗器22的两端与构成第1晶体管S1以及第2晶体管S2的连接点的第3汇流条53、和第1蓄电池11的正极端子PB连接。电抗器22具备线圈和检测线圈的温度的温度传感器。温度传感器通过信号线与电子控制单元28连接。
第3电力变换电路部33基于从栅极驱动单元29向第1晶体管S1以及第2晶体管S2各自的栅极输入的开关指令即栅极信号，来切换晶体管对的接通(导通)/截止(切断)。
第3电力变换电路部33在升压时，交替地切换第2晶体管S2被设定为接通(导通)以及第1晶体管S1被设定为截止(切断)的第1状态、和第2晶体管S2被设定为截止(切断)以及第1晶体管S1被设定为接通(导通)的第2状态。
在第1状态下，电流依次流向第1蓄电池11的正极端子PB、电抗器22、第2晶体管S2、第1蓄电池11的负极端子NB，电抗器22被直流励磁而蓄积磁能。
在第2状态下，阻碍因流过电抗器22的电流被切断而引起的磁通的变化，在电抗器22的两端间产生电动势(感应电压)。蓄积于电抗器22的基于磁能所引起的感应电压与蓄电池电压重叠，比第1蓄电池11的端子间电压高的升压电压被施加于第3电力变换电路部33的正极汇流条PV与负极汇流条NV之间。
第3电力变换电路部33在再生时，交替地切换第2状态和第1状态。
在第2状态下，电流依次流向第3电力变换电路部33的正极汇流条PV、第1晶体管S1、电抗器22、第1蓄电池11的正极端子PB，电抗器22被直流励磁而蓄积磁能。
在第1状态下，阻碍因流过电抗器22的电流被切断而引起的磁通的变化，在电抗器22的两端间产生电动势(感应电压)。由蓄积于电抗器22的磁能产生的感应电压被降压，比第3电力变换电路部33的正极汇流条PV以及负极汇流条NV间的电压低的降压电压被施加于第1蓄电池11的正极端子PB与负极端子NB之间。
电容器单元23具备第1平滑电容器41和第2平滑电容器42。
第1平滑电容器41连接在第1蓄电池11的正极端子PB与负极端子NB之间。第1平滑电容器41对与第3电力变换电路部33的再生时的第1晶体管S1以及第2晶体管S2的接通/截止的切换动作相伴而产生的电压变动进行平滑化。
第2平滑电容器42连接在第1电力变换电路部31以及第2电力变换电路部32各自的正极汇流条PI以及负极汇流条NI间、和第3电力变换电路部33的正极汇流条PV以及负极汇流条NV间。第2平滑电容器42经由正极汇流条50p以及负极汇流条50n与多个正极汇流条PI以及负极汇流条NI、和正极汇流条PV以及负极汇流条NV连接。第2平滑电容器42对与第1电力变换电路部31以及第2电力变换电路部32各自的各晶体管UH、UL、VH、VL、WH、WL的接通/截止的切换动作相伴而产生的电压变动进行平滑化。第2平滑电容器42对与第3电力变换电路部33的升压时的第1晶体管S1以及第2晶体管S2的接通/截止的切换动作相伴而产生的电压变动进行平滑化。
第1电流传感器25配置于构成第1电力变换电路部31的各相的连接点TI并且与第1输入输出端子Q1连接的第1汇流条51，检测U相、V相以及W相各自的电流。
第2电流传感器26配置于构成第2电力变换电路部32的各相的连接点TI并且与第2输入输出端子Q2连接的第2汇流条52，检测U相、V相以及W相各自的电流。
第3电流传感器27配置于构成第1晶体管S1以及第2晶体管S2的连接点并且与电抗器22连接的第3汇流条53，检测流过电抗器22的电流。
第1电流传感器25、第2电流传感器26以及第3电流传感器27分别通过信号线与电子控制单元28连接。
电子控制单元28控制第1电动机12以及第2电动机13各自的动作。例如，电子控制单元28是通过由CPU(Central Processing Unit，中央控制单元)等处理器执行给定的程序来发挥功能的软件功能部。软件功能部是具备CPU等处理器、存放程序的ROM(Read OnlyMemory，只读存储器)，暂时存储数据的RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、以及计时器等电子电路的ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)。另外，电子控制单元28的至少一部分也可以是LSI(Large Scale Integration，大规模集成电路)等集成电路。
例如，电子控制单元28执行使用第1电流传感器25的电流检测值和与对第1电动机12的转矩指令值相应的电流目标值的电流的反馈控制等，生成向栅极驱动单元29输入的控制信号。
例如，电子控制单元28执行使用第2电流传感器26的电流检测值和与对第2电动机13的再生指令值相应的电流目标值的电流的反馈控制等，生成向栅极驱动单元29输入的控制信号。
控制信号是表示将第1电力变换电路部31以及第2电力变换电路部32各自的各晶体管UH、VH、WH、UL、VL、WL接通(导通)/截止(切断)驱动的定时的信号。例如，控制信号是脉冲宽度调制后的信号等。
栅极驱动单元29基于从电子控制单元28接受的控制信号，生成用于将第1电力变换电路部31以及第2电力变换电路部32各自的各晶体管UH、VH、WH、UL、VL、WL实际接通(导通)/截止(切断)驱动的栅极信号。例如，栅极驱动单元29执行控制信号的放大以及电平移位等，生成栅极信号。
栅极驱动单元29生成用于使第3电力变换电路部33的第1晶体管S1以及第2晶体管S2各自接通(导通)/截止(切断)驱动的栅极信号。
例如，栅极驱动单元29生成与第3电力变换电路部33的升压时的升压电压指令或者第3电力变换电路部33的再生时的降压电压指令相应的占空比的栅极信号。占空比例如是第1晶体管S1以及第2晶体管S2各自的接通时间的比率。
＜DC-DC转换器>
图2是表示本发明的实施方式所涉及的DC-DC转换器30的结构的图。
DC-DC转换器30由电子控制单元28控制。
如图1以及图2所示，DC-DC转换器30具备经由第1直流连接器16a与第1蓄电池11的正极端子PB以及负极端子NB连接的第1正极汇流条60p1以及第1负极汇流条60n1。DC-DC转换器30具备经由第2直流连接器16d与第2蓄电池14的正极端子以及负极端子连接的第2正极汇流条60p2以及第2负极汇流条60n2。
DC-DC转换器30具备第1输入电容器61以及第2输入电容器62、桥接电路63、电流互感器64、变压器65、第1二极管66以及第2二极管67和输出电容器68。
第1输入电容器61以及第2输入电容器62串联连接在第1正极汇流条60p1与第1负极汇流条60n1之间。第1输入电容器61以及第2输入电容器62的连接点与电流互感器64连接。
桥接电路63是所谓的半桥电路，具备成对的高压侧臂以及低压侧臂的开关元件。开关元件例如是MOSFET等晶体管。例如，桥接电路63具备高压侧臂以及低压侧臂的各晶体管QH、QL。
高压侧臂的晶体管QH的漏极与第1正极汇流条60p1连接。高压侧臂的晶体管QH的源极与低压侧臂的晶体管QL的漏极连接。低压侧臂的晶体管QL的源极与第1负极汇流条60n1连接。
桥接电路63中的高压侧臂的晶体管QH的源极与低压侧臂的晶体管QL的漏极的连接点与变压器65的初级侧线圈65a的第1端连接。桥接电路63将施加于第1正极汇流条60p1与第1负极汇流条60n1之间的直流电力变换为交流电力，使向变压器65的初级侧线圈65a的通电依次换流，由此对初级侧线圈65a通电交流电流。
电流互感器64是电流检测用的变流器。例如，贯通型的电流互感器64具备中空的环形铁芯、与测定对象的电流流动的线路串联连接并贯通环形铁芯的初级侧导体、卷绕于环形铁芯的次级侧线圈、和与次级侧线圈连接的负载电阻。电流互感器64的初级侧导体连接在第1输入电容器61以及第2输入电容器62的连接点与变压器65的初级侧线圈65a的第2端之间。电流互感器64在负载电阻产生与流过初级侧导体的输入交流电流成正比的电压。
电流互感器64例如与DC-DC转换器30的过电流保护相关联地从初级侧(即高压的输入侧)的电流探测相对于次级侧(即低压的输出侧)的过电流状态的下垂电流。
图3是表示本发明的实施方式所涉及的DC-DC转换器30的下垂特性的一例的图。
如图3所示，DC-DC转换器30的下垂特性例如在包含相对于次级侧(即低压的输出侧)的输出电流的给定的过电流检测值Ia的给定电流范围ΔIa内，一边维持输出电流一边使输出电压降低(下垂)。电子控制单元28在DC-DC转换器30的过电流保护中基于由电流互感器64进行了电压变换的初级侧(即高压的输入侧)的电流、即与输出电流成正比的初级侧的电流，来检测输出电流的过电流状态(下垂点)，控制各晶体管QH、QL的开关，使得使输出电压降低(下垂)。
变压器65具备初级侧线圈65a以及次级侧线圈65b。
初级侧线圈65a的第1端连接于桥接电路63的高压侧臂以及低压侧臂的各晶体管QH、QL的连接点。初级侧线圈65a的第2端经由电流互感器64与第1输入电容器61以及第2输入电容器62的连接点连接。
次级侧线圈65b连接在第1二极管66的阴极与第2二极管67的阴极之间。次级侧线圈65b的中间抽头与第2正极汇流条60p2连接。
变压器65利用初级侧线圈65a的交流电力使次级侧线圈65b产生感应电动势，对施加于初级侧线圈65a的电压进行降压而使次级侧线圈65b产生感应电压。
第1二极管66以及第2二极管67对变压器65的次级侧线圈65b的感应电动势进行整流。第1二极管66以及第2二极管67的阳极与第2负极汇流条60n2连接。
输出电容器68连接在第2正极汇流条60p2与第2负极汇流条60n2之间。输出电容器68使向第2蓄电池14的输出电压平滑化。
本实施方式的DC-DC转换器30具备上述结构，接下来，对DC-DC转换器30的动作进行说明。
图4是表示在本发明的实施方式所涉及的DC-DC转换器30中高压侧臂的晶体管QH接通的情况下的初级侧以及次级侧的各电流的流动的一例的图。图5是表示在本发明的实施方式所涉及的DC-DC转换器30中低压侧臂的晶体管QL接通的情况下的初级侧以及次级侧的各电流的流动的一例的图。
DC-DC转换器30作为所谓的LLC电流谐振型的转换器而动作。多个谐振用的电感分量(LL)例如是电流互感器64的电感Lct和变压器65的漏电感Lt。谐振用的电容分量(C)例如是第1输入电容器61的电容Cr1以及第2输入电容器62的电容Cr2。DC-DC转换器30利用流过由第1以及第2输入电容器61、62的各电容Cr1、Cr2、电流互感器64的电感Lct和变压器65的漏电感Lt形成的串联谐振电路69的谐振电流来控制输出电压。
DC-DC转换器30基于从栅极驱动单元29输入到桥接电路63的高压侧臂以及低压侧臂的各晶体管QH、QL的栅极的开关指令即栅极信号，来切换晶体管对的接通(导通)/截止(切断)。
如图4以及图5所示，DC-DC转换器30通过交替地切换高压侧臂的晶体管QH被设定为接通(导通)以及低压侧臂的晶体管QL被设定为截止(切断)的第1状态、和晶体管QH被设定为截止(切断)以及晶体管QL被设定为接通(导通)的第2状态，来将作为初级侧的输入电压即蓄电池电压VB降压，并对第2蓄电池14施加次级侧的输出电压。
如图4所示，在第1状态下，在初级侧，谐振电流依次流向第1输入电容器61的正极端、高压侧臂的晶体管QH、变压器65的初级侧线圈65a、电流互感器64、和第1输入电容器61的负极端。在次级侧，电流依次流向第2二极管67、次级侧线圈65b以及中间抽头。
另外，在高压侧臂的晶体管QH刚刚从第1状态切换为截止(切断)后，例如在初级侧，通过低压侧臂的晶体管QL的体二极管而向低压侧臂而流过负方向的电流。低压侧臂的晶体管QL在负方向的电流流过体二极管的状态下被切换为接通(导通)，不久流过低压侧臂的电流从负方向转变为正方向。
如图5所示，在第2状态下，在初级侧，谐振电流依次流向第2输入电容器62的正极端、电流互感器64、变压器65的初级侧线圈65a、低压侧臂的晶体管QL、和第2输入电容器62的负极端。在次级侧，电流依次流向第2二极管67、次级侧线圈65b以及中间抽头。
另外，在刚从第2状态低压侧臂的晶体管QL被切换为截止(切断)之后，在初级侧，通过高压侧臂的晶体管QH的体二极管而向高压侧臂流过负方向的电流。高压侧臂的晶体管QH在负方向的电流流过体二极管的状态下被切换为接通(导通)，不久流过高压侧臂的电流从负方向转变为正方向。
电子控制单元28例如如下述数学式(1)所示，使用由各电容Cr1、Cr2、电流互感器64的电感Lct和变压器65的漏电感Lt记述的谐振频率Fs，控制桥接电路63的各晶体管QH、QL的接通(导通)/截止(切断)的开关。另外，下述数学式(1)包含高压侧臂的晶体管QH侧的谐振频率Fs(QH)以及低压侧臂的晶体管QL侧的谐振频率Fs(QL)。
[数学式1]
Figure BDA0002189399600000141
如上所述，根据本实施方式的DC-DC转换器30，将设置于初级侧的电流互感器64的电感Lct用作谐振电路的电感分量，因此与例如为了谐振用而设置新的电感器的情况相比，能够抑制DC-DC转换器30的大型化。
此外，与例如仅将变压器65的漏电感Lt作为谐振电路的电感分量来使用的情况相比，能够将电感分量设定在更宽的范围内，能够通过谐振频率的高频化抑制电感器截面积以及匝数的增大，抑制DC-DC转换器30的大型化。
例如，如下述数学式(2)所示，变压器65的磁通密度变化ΔB由开关频率F、变压器65的截面积A以及绕组比N、输入电压Vin、各晶体管QH、QL的接通时间Ton记述。根据下述数学式(2)，在使磁通密度变化ΔB恒定的情况下，通过使开关频率F增大，能够使变压器65的截面积A以及绕组比N降低，使变压器65小型化。
[数学式2]
Figure BDA0002189399600000151
此外，例如在仅将变压器65的漏电感Lt作为谐振电路的电感分量的情况下，通过限定DC-DC转换器30的输入以及输出间的绕组比，将输入电压范围限制在相对窄的范围内。由此，例如与服务器的电源等那样输入电压大致恒定的电源相比，对于搭载于车辆10的高压的第1蓄电池11那样由于再生以及充电在相对较大地变动的同时反复进行而输入电压范围相对变大的电源，产生难以适当应对的问题。
针对这样的问题，通过将电流互感器64的电感Lct以及变压器65的漏电感Lt作为谐振电路的电感分量，能够应对相对大范围的输入电压范围，能够进行适合于各种车辆10的输出，能够提高DC-DC转换器30的通用性。
以下，对实施方式的变形例进行说明。
在上述实施方式中，DC-DC转换器30作为所谓的LLC电流谐振型的转换器而动作，但并不限定于此。DC-DC转换器30也可以作为至少将电流互感器64的电感Lct用于谐振用的电流谐振型的转换器而动作。
上述实施方式的第1变形例所涉及的DC-DC转换器30作为所谓的LC电流谐振型的转换器而动作。谐振用的电感分量(L)是电流互感器64的电感Lct。谐振用的电容分量(C)是第1输入电容器61的电容Cr1以及第2输入电容器62的电容Cr2。
第1变形例的DC-DC转换器30利用流过由第1以及第2输入电容器61、62的各电容Cr1、Cr2和电流互感器64的电感Lct形成的串联谐振电路的谐振电流来控制输出电压。
电子控制单元28例如如下述数学式(3)所示，使用由各电容Cr1、Cr2和电流互感器64的电感Lct记述的谐振频率Fs来控制桥接电路63的各晶体管QH、QL的接通(导通)/截止(切断)的开关。另外，下述数学式(3)包括高压侧臂的晶体管QH侧的谐振频率Fs(QH)以及低压侧臂的晶体管QL侧的谐振频率Fs(QL)。
[数学式3]
Figure BDA0002189399600000161
根据第1变形例，例如与将变压器65的漏电感Lt作为谐振电路的电感分量使用的情况相比，能够抑制在变压器65中与电流容量(即通过电流)的增大相伴而防止磁饱和所需的电感器截面积以及匝数增大，能够抑制DC-DC转换器30的大型化。
在上述的实施方式以及第1变形例中，DC-DC转换器30具备电流互感器64的电感Lct作为谐振用的电感分量，但并不限定于此，还可以具备励磁电感Lm。
图6是表示本发明的实施方式的第2变形例所涉及的DC-DC转换器30的结构的图。图7是表示在本发明的实施方式的第2变形例所涉及的DC-DC转换器30中，高压侧臂的晶体管QH接通的情况下的初级侧以及次级侧的各电流的流动的一例的图。图8是表示在本发明的实施方式的第2变形例所涉及的DC-DC转换器30中，低压侧臂的晶体管QL接通的情况下的初级侧以及次级侧的各电流的流动的一例的图。
如图6所示，上述实施方式的第2变形例所涉及的DC-DC转换器30除了上述的第1输入电容器61以及第2输入电容器62、桥接电路63、电流互感器64、变压器65、第1二极管66以及第2二极管67以及输出电容器68以外，还具备励磁电感器71。
励磁电感器71在第1输入电容器61以及第2输入电容器62的连接点与桥接电路63的高压侧臂以及低压侧臂的各晶体管QH、QL的连接点之间，与变压器65的初级侧线圈65a并联连接。
第2变形例的DC-DC转换器30利用流过由第1以及第2输入电容器61、62的各电容Cr1、Cr2、电流互感器64的电感Lct、变压器65的漏电感Lt以及励磁电感器71的励磁电感Lm形成的谐振电路的谐振电流来控制输出电压。
电子控制单元28例如如下述数学式(4)所示，使用由各电容Cr1、Cr2、电流互感器64的电感Lct、变压器65的漏电感Lt和励磁电感Lm记述的谐振频率Fs，来控制桥接电路63的各晶体管QH、QL的接通(导通)/截止(切断)的开关。另外，下述数学式(4)包含高压侧臂的晶体管QH侧的谐振频率Fs(QH)以及低压侧臂的晶体管QL侧的谐振频率Fs(QL)。
[数学式4]
Figure BDA0002189399600000171
根据第2变形例，通过追加地具备励磁电感器71，能够将谐振用的电感分量设定为更宽的范围，能够提高DC-DC转换器30的通用性。
另外，在图6所示的第2变形例中，谐振用的电感分量具备电流互感器64的电感Lct、变压器65的漏电感Lt以及励磁电感器71的励磁电感Lm，但并不限定于此，也可以省略变压器65的漏电感Lt。即，谐振用的电感分量也可以由电流互感器64的电感Lct以及励磁电感器71的励磁电感Lm构成。
在上述实施方式中，DC-DC转换器30在次级侧(即低压的输出侧)具备整流用的第1二极管66以及第2二极管67，但并不限定于此。DC-DC转换器30例如也可以具备同步整流用的开关元件来代替各二极管66、67。
图9是表示本发明的实施方式的第3变形例所涉及的DC-DC转换器30的结构的图。
如图9所示，第3变形例所涉及的DC-DC转换器30具备第1整流晶体管72以及第2整流晶体管73来代替上述实施方式中的第1二极管66以及第2二极管67。第1整流晶体管72以及第2整流晶体管73分别例如是MOSFET等晶体管。第1整流晶体管72以及第2整流晶体管73分别与初级侧的高压侧臂以及低压侧臂的各晶体管QH、QL的开关同步地进行接通/截止驱动。
在上述实施方式中，DC-DC转换器30具备电流互感器64，但并不限定于此，也可以具备具有成为谐振用的电感分量的电感的其他电流传感器。
在上述实施方式中，DC-DC转换器30由电子控制单元28控制桥接电路63的各晶体管QH、QL的接通(导通)/截止(切断)的开关，但也可以通过DC-DC转换器30内部的控制单元来控制桥接电路63的各晶体管QH、QL的开关。
在上述实施方式中，DC-DC转换器30例如可以内置于包含电力变换装置16的动力控制单元，也可以配置在动力控制单元的外部。
在上述实施方式中，DC-DC转换器30搭载于车辆10，但并不限定于此，也可以搭载于其他设备。
本发明的实施方式是作为例子而提出的，并不意图限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的要旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式、其变形包含在发明的范围、要旨中，同样地包含在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。

Claims (5)

1.一种电压变换装置，其特征在于，具备：
变压器，其具备设置于相对高压的初级侧的初级线圈以及设置于相对低压的次级侧的次级线圈；和
电流传感器，其设置于所述初级侧，
将所述电流传感器的电感作为所述初级侧的谐振电路的电感分量使用。
2.根据权利要求1所述的电压变换装置，其特征在于，
将所述电流传感器的电感以及所述变压器的漏电感作为所述电感分量使用。
3.根据权利要求1或者权利要求2所述的电压变换装置，其特征在于，
所述电压变换装置具备设置于所述初级侧的电感器，
至少将所述电流传感器的电感以及所述电感器的电感作为所述电感分量使用。
4.根据利要求1～权利要求3中的任一项所述的电压变换装置，其特征在于，
所述电压变换装置具备设置于所述次级侧的整流用的二极管。
5.根据利要求1～权利要求3中的任一项所述的电压变换装置，其特征在于，
所述电压变换装置具备设置于所述次级侧的同步整流用的开关元件。
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