CN111989855A - 谐振型电力转换装置的控制方法及谐振型电力转换装置 - Google Patents

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山上滋春
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Abstract

一种控制谐振型电力转换装置的方法，该谐振型电力转换装置包含第一谐振电路(L0、C0)及分流电路(3)，将直流电源的电力进行转换并输出，其中，通过在根据第一谐振电路(L0、C0)的谐振进行动作的第一开关元件(S1)的断开期间中的规定期间，控制分流电路(3)中所含的第二开关元件(S2)，由此对向与第一开关元件(S1)并联连接的第一电容器(CS)流动的电流进行分流。

Description

谐振型电力转换装置的控制方法及谐振型电力转换装置
技术领域
本发明涉及谐振型电力转换装置的控制方法、谐振型电力转换装置。
背景技术
为了降低对构成E级电路的开关元件的施加电压，已知有具备E级电路和在软开关动作时重叠动作频率的整数倍的高次谐波的谐振电路的E/F级电路(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-101408号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在现有技术中，通过谐振电路重叠动作频率的整数倍的高次谐波，因此，存在与仅使用E级电路的谐振型电力转换装置相比，开关损耗增大的这一问题。
本发明所要解决的问题在于，提供一种能够降低软开关动作时产生的开关损耗的谐振型电力转换装置的控制方法、谐振型电力转换装置。
用于解决问题的技术方案
本发明如下解决上述问题，在根据第一谐振电路的谐振进行动作的第一开关元件的断开期间中的规定期间，通过控制分流电路中所含的第二开关元件，对向与第一开关元件并联连接的第一电容器流动的电流进行分流。
发明效果
根据本发明，能够降低在软开关动作时产生的开关损耗。
附图说明
图1是具备第一实施方式的谐振型电力转换装置的电力转换系统的结构图。
图2是用于说明对第一实施方式的第二开关元件的控制信号的图。
图3是第一实施方式的谐振型电力转换装置动作的一例。
图4是第一实施方式的谐振型电力转换装置的输入阻抗特性。
图5是具备参考例的谐振型电力转换装置的电力转换系统的结构图。
图6是图5所示的谐振型电力转换装置动作的一例。
图7是比较例的谐振型电力转换装置动作的一例。
图8是第一实施方式的谐振型电力转换装置、使用图5、6说明的参考例的谐振型电力转换装置、使用图7说明的比较例的谐振型电力转换装置、各自的能量损耗的比较结果的例子。
图9是具备第二实施方式的谐振型电力转换装置的电力转换系统的结构图。
图10是用于说明对第二实施方式的第二开关元件的控制信号的图。
图11是第二实施方式的谐振型电力转换装置动作的一例。
图12是第二实施方式的谐振型电力转换装置的输入阻抗特性。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
□第一实施方式□
图1是表示具备第一实施方式的谐振型电力转换装置的电力转换系统的结构的图。第一实施方式的电力转换系统10用于能够以电动机为驱动源进行行驶的混合动力汽车及以电动机为驱动源进行行驶的电动汽车等。此外，电力转换系统10被利用的场景没有特别限定。
如图1所示，电力转换系统10是输入电压源1的直流电力被本实施方式的谐振型电力转换装置转换，向负载2供给的系统。本实施方式的谐振型电力转换装置为逆变器，根据电力向负载2的供给状态进行输出电力的控制。
输入电压源1生成直流电力并进行输出。例如，输入电压源1将从商用电源输入的交流电压(例如，200V)通过整流电路(未图示)进行整流，并通过平滑电路(未图示)进行平滑，从而转换为直流电压。然后，通过DC-DC转换器(未图示)转换为规定的目标电压的直流电压。此外，输入电压源1的结构没有限定，只要是输出规定的直流电压的结构即可。
逆变器将从输入电压源1输入的直流电压转换为交流电压。逆变器具备：输入线圈Lc、第一开关元件S1、分流电容器Cs、线圈L0及电容器C0的串联谐振电路、以及分流电路3。逆变器是能够进行E级动作的所谓的E级动作逆变器。
输入线圈Lc串联连接于输入电压源1的高电位侧的输出端子和第一开关元件S1之间。具体而言，输入线圈Lc的一端与输入电压源1连接，输入线圈Lc的另一端与第一开关元件S1连接。输入电压源1输入固定的直流电压，由此，输入线圈Lc向第一开关元件S1供给固定的直流电流。输入线圈Lc是所谓的扼流圈。
第一开关元件S1根据从控制器4输入的控制信号，切换接通状态和断开状态。第一开关元件S1通过接通而从断开状态切换为接通状态。相反，第一开关元件S1通过断开而从接通状态切换为断开状态。
在本实施方式中，将第一开关元件S1作为MOSFET(Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)进行说明，但第一开关元件S1没有特别限定。作为第一开关元件S1，例如，也可以是能够由电流控制的双极型晶体管、能够由电压控制的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)等。第一开关元件S1的漏极端子与输入线圈Lc的另一端连接。第一开关元件S1的源极端子与输入电压源1的低电位侧的输出端子连接。
从控制器4向第一开关元件S1的栅极端子输入控制信号。控制信号是以规定的频率反复高电平和低电平的脉冲信号。规定的频率是使第一开关元件S1开关的频率，以下，还称为开关频率fs。当控制信号从高电平变为低电平时，第一开关元件S1断开，当控制信号从低电平变为高电平时，第一开关元件S1接通。
第一开关元件S1在元件的内部具有二极管。如图1所示，二极管的阳极端子与第一开关元件S1的源极端子连接，二极管的阴极端子与第一开关元件S1的漏极端子连接。通过设置这样的二极管，能够保护第一开关元件S1免受由于第一开关元件S1的开关而产生的反电动势影响。
分流电容器Cs与第一开关元件S1并联连接。在第一开关元件S1为断开状态时，电流流入分流电容器Cs。分流电容器Cs是蓄积电能的电容器。而且，在分流电容器Cs两端的电压达到峰值后，进行放电，释放电能。在分流电容器Cs两端的电压成为零电压的时刻，第一开关元件S1从断开状态切换为接通状态。对控制器4进行的第一开关元件S1的控制在后叙述。
线圈L0及电容器C0是被设计为谐振频率与开关频率fs一致的串联谐振电路。线圈L0的一端与第一开关元件S1的漏极端子及输入线圈Lc的另一端连接。线圈L0的另一端与电容器C0的一端连接。电容器C0的另一端与后述的负载2连接。以下，为了便于说明，将线圈L0及电容器C0的串联谐振电路称为第一谐振电路进行说明。根据第一谐振电路的谐振特性，逆变器的输出电压成为沿着正弦波以谐振频率(开关频率fs)进行振动的电压。
负载2设置于逆变器的输出侧。作为负载2，例如，可举出电动机、由二次电池等构成的电池等。在负载2为电池的情况下，电池经由整流器与逆变器连接。此外，在本实施方式中，负载2的种类没有特别限定。
分流电路3与分流电容器Cs并联连接，对流入分流电容器Cs的电流进行分流。在本实施方式中，分流电路3由线圈L及电容器C1的串联谐振电路、和与该串联谐振电路串联连接的第二开关元件S2构成。线圈L的一端与输入线圈Lc的另一端连接，线圈L的另一端与电容器C1的一端连接。以下，为了便于说明，将线圈L及电容器C1的串联谐振电路称为第二谐振电路进行说明。此外，对流入分流电容器Cs的电流进行分流是指在将流入分流电容器Cs的电流设为本流的情况下，从本流分支流动。在以下的说明中，为了便于说明，设为分流也包含本流的电流自身不分支而向其它方向流动的情况。
第二开关元件S2根据从控制器4输入的控制信号，切换接通状态和断开状态。第二开关元件S2通过接通而从断开状态切换为接通状态。相反，第二开关元件S2通过断开而从接通状态切换为断开状态。
在本实施方式中，将第二开关元件S2与第一开关元件S1同样地作为MOSFET进行说明，但第二开关元件S2没有特别限定。作为第二开关元件S2，例如，也可以为能够由电流控制的双极型晶体管、能够由电压控制的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等。第二开关元件S2的漏极端子与线圈L的另一端连接。第二开关元件S2的源极端子与输入电压源1的低电位侧的输出端子连接。
在本实施方式中，配置第二开关元件S2，以使第二开关元件S2的源极端子的电位与第一开关元件S1的源极端子的电位共通。由此，能够降低噪声对第二开关元件S2的影响。此外，第二开关元件S2和第二谐振电路的配置关系没有特别限定。例如，与图1不同，也可以将第二开关元件S2配置于比第二谐振电路靠输入电压源1的高电位侧。
从控制器4向第二开关元件S2的栅极端子输入控制信号。控制信号根据第一开关元件S1的状态，在规定的时刻成为高电平。然后，控制信号根据第一开关元件S1的状态，在经过了规定时间后，成为低电平。当控制信号从高电平变为低电平时，第二开关元件S2断开，当控制信号从低电平变为高电平时，第二开关元件S2接通。控制信号根据第一开关元件S1断开或接通的时刻，切换为高电平或低电平。对控制器4进行的第二开关元件S2的控制在后叙述。
第二开关元件S2在元件的内部具有二极管。如图1所示，二极管的阳极端子与第二开关元件S2的源极端子连接，二极管的阴极端子与第二开关元件S2的漏极端子连接。
控制器4由具备CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)的微型计算机以及FPGA(Field-Programmable Gate Array)构成。
控制器4通过控制第一开关元件S1，控制逆变器的输出电力。另外，控制器4通过控制第二开关元件S2，使流入分流电容器Cs的电流分流，在分流电路3流动电流。
首先，对控制器4进行的第一开关元件S1的控制进行说明。控制器4生成用于使第一开关元件S1接通及断开的控制信号，并对第一开关元件S1的栅极端子进行输出。例如，控制器4基于基准时钟，生成开关频率fs的脉冲信号。而且，控制器4通过驱动电路(未图示)将该脉冲信号放大至能够驱动第一开关元件S1的电平，并作为控制信号输出到第一开关元件S1的栅极端子。由此，第一开关元件S1反复进行接通或断开。
另外，为了控制第一开关元件S1，从检测输出电流的电流传感器(未图示)向控制器4输入检测值。控制器4基于输出电流值进行反馈控制。例如，控制器4基于输出电流值变更或调整控制信号的频率及占空比。由此，能够变更第一开关元件S1的开关频率fs及占空比，控制逆变器的输出电力。此外，占空比是在将第一开关元件S1的接通期间及断开期间设为单位周期时，表示接通期间相对于单位周期的比例的值。
另外，控制器4在第一开关元件S1的漏极端子及源极端子间施加的电压为零电压的状态下，生成使第一开关元件S1接通的控制信号。通常，在第一开关元件S1中，由于内部结构，在漏极端子及源极端子之间存在接通电阻。因此，例如，在规定的电压施加于开关元件的两端子之间的状态下，如果开关元件接通，则产生基于开关元件的两端子之间的电压和接通电阻的消耗电力，使逆变器的电力转换效率降低(也称为开关损耗)。
如本实施方式所示，在具备由线圈L0及电容器C0构成的第一谐振电路的逆变器中，根据谐振电路的谐振特性，施加于第一开关元件S1的漏极端子及源极端子之间的电压成为沿着正弦波经时变化的电压。因此，例如，在漏极端子及源极端子之间的电压为零电压的状态下，如果第一开关元件S1接通，则由第一开关元件S1产生的消耗电力被大幅降低，能够提高逆变器的电力转换效率。在以下的说明中，为了便于说明，将这样的第一开关元件S1的动作称为ZVS(Zero Voltage Switching)、零电压开关、或软开关。此外，ZVS等动作中也包含在漏极端子及源极端子之间的电压为零电压的状态下，第一开关元件S1断开的动作。
接着，对控制器4进行的第二开关元件S2的控制进行说明。控制器4生成用于使第二开关元件S2接通及断开的控制信号，并对第二开关元件S2的栅极端子输出。控制器4在生成第二开关元件S2的控制信号时，与第一开关元件S1的控制同样，通过驱动电路放大至第二开关元件S2能够驱动的电平。
参照图2对使第二开关元件S2接通或断开的时刻及第二开关元件S2的接通期间进行说明。
图2是用于说明对第二开关元件S2的控制信号的图。图2中，上侧的图表表示对第一开关元件S1的控制信号，下侧的图表表示对第二开关元件S2的控制信号。
如图2所示，控制器4在对第一开关元件S1的控制信号为低电平期间，对第二开关元件S2进行控制。控制器4在第一开关元件S1的断开期间中的规定的期间，使第二开关元件S2接通。而且，控制器4在经过规定的时间后，使第二开关元件S2断开。具体而言，相较于第一开关元件S1断开，控制器4使第二开关元件S2延迟接通。当第二开关元件S2接通时，相较于第一开关元件S1接通，控制器4使第二开关元件S2提前断开。由此，在第一开关元件S1的断开期间中，能够使向分流电容器Cs流动的电流进行分流。
在图2的例中，控制器4使第一开关元件S1断开(时间T1)，在经过了规定的时间后，使第二开关元件S2接通(时间Ts2_ons)。然后，控制器4在接通期间Ts2_on之间，使第二开关元件S2接通，使第二开关元件S2断开(时间Ts2_one)。当对第二开关元件S2的控制结束时，控制器4使第一开关元件S1接通(时间T2)。
接着，参照图1、图3对本实施方式的谐振型电力转换装置的动作进行说明。图3是本实施方式的谐振型电力转换装置的动作的一例。图3(a)表示对第一开关元件S1的控制信号，与图2的上侧图表对应。图3(b)表示对第二开关元件S2的控制信号，与图2的下侧图表对应。另外，图3(c)表示施加于第一开关元件S1的漏极端子及源极端子之间的电压Vs1_ds，图3(d)表示向分流电容器Cs流动的电流Ics，图3(d)表示向分流电路3流动的电流Ic。以下，按图3所示的时间系列的顺序对谐振型电力转换装置的动作进行说明。
对从第一开关元件S1断开到第二开关元件S2接通的动作进行说明。如图3(b)、(d)、(e)所示，当第一开关元件S1通过控制器4断开时，电压Vs1_ds从零电压上升，另外，电流Ics从零电流急剧上升。这表示通过第一开关元件S1断开，开始对分流电容器Cs的充电，施加于与分流电容器Cs并联连接的第一开关元件S1的两端子的电压开始上升。一旦第一开关元件S1成为断开状态时，则向分流电容器Cs继续流动与电容值对应的电流，直到成为满充电状态。因此，电压Vs1_ds上升，直到分流电容器Cs成为满充电状态。
接着，对第二开关元件S2接通的时刻的动作进行说明。如图3(b)、(d)、(e)所示，在第一开关元件S1断开的状态下，当第二开关元件S2通过控制器4接通时，电流Ic从零电流上升，同时电流Ics急剧下降。如图1所示，这表示通过第二开关元件S2接通，第二谐振电路导通，向电容器C1开始流动从电流Ics分流的电流(以下，简称分流电流)。通过该分流电流向分流电路3流动，向分流电容器Cs流动的电流Ics大幅降低。
接着，对第二开关元件S2的接通期间中的动作进行说明。如图3(c)所示，电压Vs1_ds的上升被抑制。这表示在第二开关元件S2的接通期间中，本来向分流电容器Cs流动的预定的电流被分流，因此，施加于分流电容器Cs的两端的电压被抑制。另外，如图3(e)所示，电流Ic成为由正弦波的波形表示的电流。在本实施方式中，如图1所示，包含第二谐振电路作为分流电路3。因此，在第二开关元件S2的接通期间中，第二谐振电路谐振。第二谐振电路的谐振特性在后叙述。
接着，对从第二开关元件S2断开到第一开关元件S1接通的动作进行说明。如图3(e)所示，当第二开关元件S2断开时，电流Ic显示零电流。这表示通过第二开关元件S2断开，不向分流电路3流动电流。另外，如图3(c)、(d)所示，电压Vs1_ds显示沿着正弦波朝向零电压那样的形状，电流Ics显示负的电流。在第二开关元件S2的接通期间中，由于线圈L0及电容器C0的谐振，在分流电容器Cs开始放电。因此，在从第二开关元件S2断开到第一开关元件S1接通的期间，分流电容器Cs放电，施加于第一开关元件S1的两端的电压朝向零电压减少。
这样，在本实施方式的谐振型电力转换装置中，在第一开关元件S1的断开期间中，通过控制第二开关元件S2，能够使向分流电容器Cs流动的电流进行分流，并抑制施加于第一开关元件S1的两端的电压。其结果，能够降低峰值的电压值，降低施加于第一开关元件S1的负载。
接着，对构成分流电路3的第二谐振电路的谐振特性进行说明。控制器4相对于第一开关元件S1的断开期间Ts1_on设定第二开关元件S2的接通期间Ts2_on，以满足下述式(1)。
Ts2_on＜Ts1_on (1)
另外，控制器4设定第二开关元件S2的接通期间Ts2_on，以在与线圈L及电容器C1的谐振频率fs1的关系上满足下述式(2)。
Ts2_on＝N×Ts1＝Ds2×Ts1 (2)
Figure BDA0002725808500000081
其中，Ts2_on为第二开关元件S2的接通期间，N为实数，Ts1为如式(3)所示的那样，是线圈L及电容器C1的谐振频率fs1的倒数，Ds2为表示每单位时间的第二开关元件S2的接通期间的比率(占空比)。
在本实施方式中，控制器4设定第二开关元件S2的接通期间Ts2_on，以满足上述式(1)～(3)。换言之，控制器4控制相对于第二开关元件S2的占空比。由此，能够周期性地使作为谐振电流的分流电流向分流电路3流动，并且，能够在第一开关元件S1的断开期间中的规定的时刻，使分流电流向分流电路3流动。另外，在第一开关元件S1的接通期间中，没有流向分流电路3，因此，能够断续地进行分流。
接着，参照图4对本实施方式的谐振型电力转换装置的输入阻抗特性进行说明。图4是本实施方式的谐振型电力转换装置的输入阻抗特性。图4是图1所示的谐振型电力转换装置中从输入电压源1观察负载2侧时的输入阻抗特性。
图4所示的S1的动作区域是执行软开关动作的频带。与该动作区域对应的输入阻抗是成为用于执行软开关动作的诱导性的阻抗特性。控制器4在S1的动作区域执行第一开关元件S1的接通及断开的控制。
另外，图4所示的次谐振点是线圈L及电容器C1的谐振频率fs1。本实施方式的控制器4控制第二开关元件S2，以使谐振频率fs1成为比S1的动作区域高的频带。由此，能够抑制对通过第一开关元件S1执行的软开关动作的影响，同时使向分流电容器Cs流动的电流分流。
接着，举出参考例和比较例，对本实施方式的谐振型电力转换装置的作用、效果进行说明。
图5是具备参考例的谐振型电力转换装置的电力转换系统的结构图，图6表示图5所示的谐振型电力转换装置的动作的一例。另外，图7表示比较例的谐振型电力转换装置的动作的一例。此外，图6(a)、(b)、(c)分别与图3(a)、(c)、(d)对应，因此，引用上述的说明。另外，图7(a)、(b)、(c)分别与图3(a)、(c)、(d)对应，因此，引用上述的说明。
首先，对参考例的谐振型电力转换装置进行说明。参考例的谐振型电力转换装置除了未设置分流电路3这一点、控制器14仅执行第一开关元件S1这一点以外，具有与本实施方式的谐振型电力转换装置同样的结构及功能。为了便于说明，设控制器14具有的功能为与图1所示的控制器4具有的功能同样的功能。换言之，参考例的谐振型电力转换装置是所谓的通常的E级电路。
如图6所示，在第一开关元件S1的断开期间中，通过分流电容器Cs的充电及放电，向第一开关元件S1的两端施加沿着正弦波随时间变化的电压。施加于第一开关元件S1的两端子的电压Vds由下述式(4)表示。
Figure BDA0002725808500000091
其中，Vds为施加于第一开关元件S1的两端子的电压，Ics为向分流电容器Cs流动的电流，Cs为分流电容器Cs的电容值。
在此，如果考虑降低施加于第一开关元件S1的两端子的电压的方法，则只要根据式(4)变更向分流电容器Cs流动的电流Ics或分流电容器Cs的电容值即可。但是，分流电容器Cs的电容值是用于执行软开关动作的参数，因此在要确保软开关动作的情况下，难以变更电容值。因此，在要降低施加于第一开关元件S1的两端子的电压的情况下，使向分流电容器Cs流动的电流Ics降低。在本实施方式中，如上所述，通过控制第二开关元件S2，使向分流电容器Cs流动的电流Ics降低，其结果，能够使施加于第一开关元件S1的两端子的电压降低。
接着，对图7所示的比较例的谐振型电力转换装置进行说明。比较例的谐振型电力转换装置是以降低向分流电容器流动的电流，从而降低施加于第一开关元件的两端子的电压为目的的装置。比较例的谐振型电力转换装置总是具备重叠第一开关元件的动作频率的整数倍的高次谐波的谐振电路。比较例的谐振型电力转换装置是所谓的E/F级电路。图7(d)表示向E/F级电路的谐振电路流动的电流I’。
如图7所示，在比较例的谐振型电力转换装置中，通过始终使向分流电容器流动的电流分流到谐振电路，降低向分流电容器流动的电流Ics。其结果，降低施加于第一开关元件的两端子的电压的峰值，但另一方面，加快第一开关元件断开时的、施加于第一开关元件的两端的电压的上升速度。图7中，两端电压的上升速度由相对于第一开关元件断开时的电压Vds的斜率表示。由于两端电压的上升速度变快，在第一开关元件断开时所产生的开关损耗增大。
与此相对，本实施方式的谐振型电力转换装置具备：第一开关元件S1，其与输入电压源1并联连接；分流电路3，其与第一开关元件S1连接，其包含线圈L0及电容器C0的串联谐振电路(第一谐振电路)和第二开关元件S2，根据第二开关元件S2的动作对向分流电容器Cs流动的电流进行分流；控制器4，其控制第一开关元件S1及第二开关元件S2。控制器4在第一开关元件S1的断开期间中的规定期间，通过控制第二开关元件S2，使向分流电容器Cs流动的电流分流。由此，在第一开关元件S1的断开期间中，在适当的时刻对向分流电容器Cs流动的电流进行分流，其结果，能够降低在软开关动作时产生的开关损耗降低。
图8是本实施方式的谐振型电力转换装置、使用图5、6说明书的参考例的谐振型电力转换装置、使用图7说明书的比较例的谐振型电力转换装置、各自的能量损耗的比较结果的例子。能量损耗中包含在第一开关元件S1恒定产生的恒定损耗、和第一开关元件S1接通及在接通时产生的开关损耗。如图8所示，在本实施方式中，与参考例的谐振型电力转换装置和比较例的谐振型电力转换装置相比，能够大幅降低开关损耗。
另外，在本实施方式中，相较于第一开关元件S1断开，控制器4使第二开关元件S2延迟接通。由此，能够抑制第一开关元件断开时的、施加于第一开关元件S1的两端的电压的上升速度，其结果，能够降低第一开关元件S1断开时产生的开关损耗。
进而，在本实施方式中，相较于第一开关元件S1接通，控制器4使第二开关元件S2提前断开。由此，直到第一开关元件S1接通前，能够将向分流电容器Cs流动的电流进行分流。其结果，能够确保零电压开关动作，降低第一开关元件S1接通时产生的开关损耗。
而且，在本实施方式中，利用由分流电路3中所含的线圈L及电容器C1构成的串联谐振电路(第二谐振电路)的谐振现象，对向分流电容器Cs流动的电流进行分流。由此，能够通过线圈L及电容器C1的谐振电路构成分流电路3，能够实现分流电路3的小型化。
另外，在本实施方式中，控制器4控制第二开关元件S2的动作频率，以使第二谐振电路的谐振频率比第一开关元件S1的动作频率高。由此，因为第二谐振电路的谐振频率被设定在第一开关元件S1的动作区域的范围外，所以能够抑制对第一开关元件S1的零电压开关动作的影响。换言之，能够不改变E级电路的特征而进一步降低开关损耗。
进而，在本实施方式中，控制器4根据第二谐振电路的谐振频率的倒数控制第二开关元件S2。由此，能够以由第二谐振电路的谐振频率的倒数表示的周期的实数倍来设定第二开关元件S2的接通期间。换言之，通过控制对于第二开关元件S2的接通期间的占空比，能够实现分流。其结果，例如，即使在由于周围温度的变化而构成分流电路3的线圈L的电感值或电容器C1的电容值产生偏差的情况下，也能够对向分流电容器Cs流动的电流进行精度良好的分流。
此外，本实施方式的第二谐振电路与用于抑制对第一开关元件S1的噪声的缓冲电路类似，但第二谐振电路的谐振频率被设定在第一开关元件S1的动作区域的范围外，因此，作用效果与缓冲电路的作用效果不同。
□第二实施方式□
接着，对第二实施方式的谐振型电力转换装置进行说明。图9是表示具备第二实施方式的谐振型电力转换装置的电力转换系统的结构的图。第二实施方式的谐振型电力转换装置除了分流电路5的电路结构和控制器6进行的对第二开关元件S2的控制方法不同以外，具有与第一实施方式的谐振型电力转换装置同样的结构及功能。因此，关于与第一实施方式的谐振型电力转换装置同样的结构及功能，引用上述的实施方式中使用的说明。
分流电路5与分流电容器Cs并联连接，对流入分流电容器Cs的电流进行分流。在本实施方式中，分流电路5由电容器C2和与电容器C2串联连接的第二开关元件S2构成。电容器C2的一端与输入线圈Lc的另一端连接，电容器C2的另一端与第二开关元件S2的源极端子连接。第二开关元件S2的漏极端子与输入电压源1的低电位侧的输出端子连接。
另外，电容器C2的电容值设定为比分流电容器Cs的电容值大的值。由此，可以使向分流电容器Cs流动的电流在电容器C2中流动。向电容器C2流动的电流在后叙述。
另外，第二开关元件S2在元件的内部具有二极管。如图9所示，二极管的阳极端子与第二开关元件S2的源极端子连接，二极管的阴极端子与第二开关元件S2的漏极端子连接。换言之，与第一实施方式不同，二极管的阳极端子配置于输入电压源1的高电位侧，二极管的阴极端子配置于输入电压源1的低电位侧。由此，在第一开关元件S1两端的电压Vs1_ds比电容器C2两端的电压Vc2高的情况下，能够使向分流电容器Cs流动的电流经由二极管自动地向电容器C2流动。此外，分流电路5只要为对第一开关元件S1两端的电压Vs1_ds施加限制的电路结构即可，不限定于图9所示的电路结构。
控制器6通过控制第二开关元件S2，使流入分流电容器Cs的电流分流，向分流电路5流动电流。
参照图10对使第二开关元件S2接通或断开的时刻及第二开关元件S2的接通期间进行说明。
图10是用于说明对第二开关元件S2的控制信号的图。图10与图2对应，因此，适当引用各标号的说明。
如图10所示，在对第一开关元件S1的控制信号为低电平的期间，控制器6对第二开关元件S2进行控制。在第一开关元件S1的断开期间中的规定的期间，控制器6使第二开关元件S2接通，在经过规定的时间后，使第二开关元件S2断开。具体而言，相较于第一开关元件S1断开，控制器6使第二开关元件S2延迟接通。当第二开关元件S2接通时，相较于第一开关元件S1接通，控制器6使第二开关元件S2提前断开。
另外，在本实施方式中，控制器6根据第一开关元件S1两端的电压Vs1_ds和电容器C2两端的电压Vc2的关系，使第二开关元件S2接通。具体而言，控制器6在第一开关元件S1两端的电压Vs1_ds比电容器C2两端的电压Vc2高的情况下，使第二开关元件S2接通。作为能够检测各电压的结构，能够例示设置检测第一开关元件S1两端的电压Vs1_ds的电压传感器(未图示)和检测电容器C2两端的电压Vc2的电压传感器(未图示)，且将各自的电压值输入到控制器6的结构。
在图10的例中，控制器6在使第一开关元件S1断开(时间T1)，第一开关元件S1两端的电压Vs1_ds比电容器C2两端的电压Vc2高的情况下，使第二开关元件S2接通(时间Ts2_ons)。然后，控制器6在接通期间Ts2_on之间，使第二开关元件S2接通，使第二开关元件S2断开(时间Ts2_one)。当对第二开关元件S2的控制结束时，控制器4使第一开关元件S1接通(时间T2)。
接着，参照图9、图11，对本实施方式的谐振型电力转换装置的动作进行说明。图11是本实施方式的谐振型电力转换装置的动作的一例。图11(a)、(b)、(d)、(e)与图3(a)、(b)、(d)、(e)对应，因此，引用在上述的实施方式中使用的说明。图11(c)表示施加于第一开关元件S1的漏极端子及源极端子之间的电压Vs1-ds和施加于电容器C2两端的电压Vc2。以下，按图11所示的时间系列的顺序，对谐振型电力转换装置的动作进行说明。
对从第一开关元件S1断开到第二开关元件S2接通的动作进行说明。如图11(b)、(d)、(e)所示，通过第一开关元件S1断开，开始对分流电容器Cs的充电，施加于与分流电容器Cs并联连接的第一开关元件S1的两端子的电压开始上升。
接着，对第二开关元件S2接通的时刻的动作进行说明。如图11(b)、(d)、(e)所示，在第一开关元件S1为断开状态下，当第二开关元件S2通过控制器6接通时，电流Ic从零电流上升，同时，电流Ics成为零电流。如图9所示，这表示通过第二开关元件S2接通，向电容器C2开始流动向分流电容器Cs流动的电流。然后，电压Vs1_ds受限于施加于电容器C2两端的电压Vc2的电压值。
接着，对第二开关元件S2的接通期间中的动作进行说明。如图11(c)所示，电压Vs1_ds维持为电压Vc2的电压值。这表示在第二开关元件S2的接通期间中，本来向分流电容器Cs流动的预定的电流被分流，且向电容值比分流电容器Cs的电容值大的电容器C2流动。另外，图3(e)表示进行电容器C2的充电及放电。
此外，从第二开关元件S2断开到第一开关元件S1接通的动作与第一实施方式中的动作同样，因此，适当引用其说明。
这样，在本实施方式的谐振型电力转换装置中，在第一开关元件S1的断开期间中，通过控制第二开关元件S2，使向分流电容器Cs流动的电流分流，能够对施加于第一开关元件S1的两端子的电压实施限制。通过降低峰值的电压值，能够降低施加于第一开关元件S1的负载。
接着，参照图12，对本实施方式的谐振型电力转换装置的输入阻抗特性进行说明。图12是本实施方式的谐振型电力转换装置的输入阻抗特性。图12是图9所示的谐振型电力转换装置中从输入电压源1观察负载2侧时的输入阻抗特性。
图12所示的S1的动作区域是执行软开关动作的频带。在本实施方式中，电容器C2的电容值被设定为比分流电容器Cs的电容值大。由此，电容器C2的电容性的阻抗特性成为比S1的动作区域高的频带。此外，在图12中，没有显示电容器C2的次谐振点。
如上，在本实施方式中，通过在分流电路5中所含的电容器C2蓄积电荷，对向分流电容器Cs流动的电流进行分流。由此，能够降低构成分流电路5的元件数，其结果，能够实现分流电路5的低成本化。
另外，在本实施方式中，对电容器C2，使用比分流电容器Cs的电容值大的电容值的电容器，对施加于第一开关元件S1的两端子的电压施加限制。由此，因为电容器C2的电容性的阻抗特性被设定在第一开关元件S1的动作区域的范围外，所以能够抑制对第一开关元件S1的零电压开关动作的影响。换言之，能够不改变E级电路的特征而进一步降低开关损耗。
进而，在本实施方式中，控制器6在第一开关元件S1两端的电压Vs1_ds比电容器C2两端的电压Vc2高的时刻使第二开关元件S2接通。由此，能够将蓄积于分流电容器Cs的电荷以通过电容值大的电容器C2进行充电的方式除去。其结果，能够抑制分流电容器Cs的两端电压及第一开关元件S1的两端电压的电压上升。
此外，以上说明的实施方式是为了容易理解本发明而记载的内容，不是为了限定本发明而记载的内容。因此，上述的实施方式中所公开的各要素是还包含属于本发明的技术的范围的全部的设计变更及均等物的宗旨。
例如，在上述的实施方式中，举出使用输入电压源1的结构为例进行了说明，但不限于此。例如，也可以使用输入电流源代替输入电压源1和输入线圈Lc。
例如，在上述的第一实施方式中，举出第二开关元件S2的接通期间Ts2_on被设定为满足上述式(1)～(3)的结构为例进行了说明，但不限于此。也可以将第二开关元件S2的接通期间Ts2_on设定为仅满足上述式(1)。
另外，例如，在本说明书中，以本发明的谐振型电力转换装置、逆变器为例进行说明，但本发明不限于此。另外，在本说明书中，举出第一开关元件S1为例说明本发明的第一开关元件，但本发明不限定于此。另外，在本说明书中，举出第二开关元件S2为例说明本发明的第二开关元件，但本发明不限定于此。另外，在本说明书中，举出线圈L0及电容器C0的串联谐振电路为例说明本发明的第一谐振电路，但本发明不限定于此。在本说明书中，举出线圈L及电容器C1的串联谐振电路为例说明本发明的第二谐振电路，但本发明不限定于此。另外，在本说明书中，举出分流电路3、5为例说明本发明的分流电路，但本发明不限定于此。另外，在本说明书中，举出分流电容器Cs为例说明本发明的第一电容器，但本发明不限定于此。另外，在本说明书中，举出电容器C2为例说明本发明的第二电容器，但本发明不限定于此。
符号说明
10…电力转换系统
1…输入电压源
2…负载
3…分流电路
4…控制器

Claims (10)

1.一种谐振型电力转换装置的控制方法，控制谐振型电力转换装置，该谐振型电力转换装置包含第一谐振电路及分流电路，将直流电源的电力进行转换并输出，其中，
在根据所述第一谐振电路的谐振进行动作的第一开关元件的断开期间中的规定期间，通过控制所述分流电路中所含的第二开关元件，对向与所述第一开关元件并联连接的第一电容器流动的电流进行分流。
2.如权利要求1所述的谐振型电力转换装置的控制方法，其中，
相较于所述第一开关元件断开，使所述第二开关元件延迟接通。
3.如权利要求1或2所述的谐振型电力转换装置的控制方法，其中，
相较于所述第一开关元件接通，使所述第二开关元件提前断开。
4.如权利要求1～3中任一项所述的谐振型电力转换装置的控制方法，其中，
使所述分流电路中所含的第二谐振电路谐振，对所述电流进行分流。
5.如权利要求4所述的谐振型电力转换装置的控制方法，其中，
控制所述第二开关元件，以使所述第二谐振电路的谐振频率比所述第一开关元件的开关频率高。
6.如权利要求4或5所述的谐振型电力转换装置的控制方法，其中，
根据所述第二谐振电路的谐振频率的倒数，设定控制所述第二开关元件的所述规定期间。
7.如权利要求1～3中任一项所述的谐振型电力转换装置的控制方法，其中，
通过在所述分流电路中所包含的第二电容器中存储电荷，对所述电流进行分流。
8.如权利要求7所述的谐振型电力转换装置的控制方法，其中，
使用比所述第一电容器的电容大的所述第二电容器的电容，对所述第一开关元件的两端的电压施加限制。
9.如权利要求7或8所述的谐振型电力转换装置的控制方法，其中，
在所述第二电容器的两端的电压比所述第一开关元件的两端的电压高的时刻，使所述第二开关元件接通。
10.一种谐振型电力转换装置，其具备：
第一开关元件，其与直流电源并联连接；
谐振电路，其与所述第一开关元件连接；
第一电容器，其与所述第一开关元件并联连接；
分流电路，其包含第二开关元件，根据所述第二开关元件的动作，对向所述第一电容器流动的电流进行分流；
控制器，其控制所述第二开关元件，
所述控制器在根据所述谐振电路的谐振进行动作的第一开关元件的断开期间中的规定期间，控制所述第二开关元件。
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