CN112272916B - 控制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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Abstract

本发明提供能够抑制开关损耗的谐振型电力转换装置的控制方法。包含电压谐振电路(10)的谐振型电力转换装置的控制方法中，电压谐振电路(10)具有：与输入电源连接的扼流线圈(11)、与扼流线圈(11)连接的第一开关元件(12)、与第一开关元件(12)并联连接的电容器(14)、连接于连接点(A)与输出端子之间的谐振电路(15)，其中连接点(A)连接扼流线圈(11)和第一开关元件(12)，使用传感器(13a)检测向包含于电压谐振电路(10)且与第一开关元件(12)并联连接的并联电路(13)流动的电流的极性，根据由传感器(13a)检测的电流的极性控制第一开关元件(12)的动作条件。

Description

控制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
本发明涉及控制谐振型电力转换装置的控制方法及谐振型电力转换装置。
背景技术
目前，已知具备E型放大器电路和监视电路的无线电力传递装置，该E型放大器电路具备开关元件。该无线电力传递装置在第一输送的期间将开关元件设为开放位置，在判定为表示开关元件的电压的值低于阈值时，将开关元件设为闭合的位置，由此进行零伏开关。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-22709号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，上述那样的开关元件的控制方法中，必须通过在开关元件高速地反复接通、断开的状态下监视开关元件的电压变化，检测开关元件的电压低于阈值的有限的限定时间，因此，存在难以继续进行零伏开关，开关损耗变高的问题。
本发明所要解决的课题在于，提供能够抑制开关损耗的控制谐振型电力转换装置的控制方法及谐振型电力转换装置。
用于解决问题的技术方案
本发明通过如下解决所述课题，利用传感器检测向包含于电压谐振电路且与第一开关元件并联连接的并联电路流动的电流的极性，根据由传感器检测的电流的极性控制第一开关元件的动作条件。
发明效果
根据本发明，实现能够降低开关损耗的效果。
附图说明
图1是本发明的实施方式的谐振型电力转换装置的块图。
图2是表示图1所示的谐振型电力转换装置中、电压电流特性的图表。
图3是表示图1所示的谐振型电力转换装置中包含的控制器的控制流程的流程图。
图4是本发明的实施方式(变形例)的谐振型电力转换装置的块图。
图5是本发明的另一实施方式的谐振型电力转换装置的块图。
图6A是表示图5所示的谐振型电力转换装置中、电压电流特性的图表。
图6B是图5所示的谐振型电力转换装置中、电压电流特性的图表。
图7是表示图5所示的谐振型电力转换装置中包含的控制器的控制流程的流程图。
图8是用于说明图5所示的谐振型电力转换装置中、ZVS成立的控制的图表。
图9是表示本发明的实施方式的谐振型电力转换装置中、电压电流特性的图表。
图10是表示本发明的实施方式的谐振型电力转换装置中包含的控制器的控制流程的流程图。
图11是用于说明本发明的实施方式的谐振型电力转换装置中、ZVS成立的控制的图表。
图12是本发明的另一实施方式的谐振型电力转换装置的块图。
图13A是表示图12所示的谐振型电力转换装置中、电压电流特性的图表。
图13B是表示图12所示的谐振型电力转换装置中、电压电流特性的图表。
图13C是表示图12所示的谐振型电力转换装置中、电压电流特性的图表。
图14是表示图12所示的谐振型电力转换装置中包含的控制器的控制流程的流程图。
图15是用于说明图12所示的谐振型电力转换装置中、ZVS成立的控制的图表。
图16是本发明的另一实施方式的谐振型电力转换装置的块图。
图17是表示图16所示的谐振型电力转换装置中包含的控制器的控制流程的流程图。
图18是本发明的另一实施方式的谐振型电力转换装置的块图。
图19A是表示图18所示的谐振型电力转换装置中、电压电流特性的图表。
图19B是表示图18所示的谐振型电力转换装置中、电压电流特性的图表。
图20是表示图18所示的谐振型电力转换装置中包含的控制器的控制流程的流程图。
图21是表示本发明的另一实施方式的谐振型电力转换装置中、电压电流特性的图表。
图22是表示本发明的实施方式的谐振型电力转换装置中包含的控制器的控制流程的流程图。
图23是用于说明本发明的另一实施方式的谐振型电力转换装置中、ZVS成立的控制的图表。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的实施方式。
《第一实施方式》
说明本发明的谐振型电力转换装置及控制谐振型电力转换装置的控制方法。图1是谐振型电力转换装置的电路图。谐振型电力转换装置具备：输入电源1、负载2、控制器3、及电压谐振电路10。输入电源1与电压谐振电路10的输入侧连接。输入电源1例如为直流的恒压源。负载2与电压谐振电路10的输出侧连接。在输入电源1和负载2之间连接有一对电源线，正极侧的电源线连接于输入电源1的正极和负载2之间，负极侧的电源线连接于输入电源1的负极和负载2之间。负载2为电动机等，与电压谐振电路的输出端子连接。控制器3通过控制电压谐振电路10中包含的开关元件12的接通、断开，对从输入电源1输入的电力进行转换，并将转换的电力输出至负载2。
电压谐振电路10为E级逆变器电路，具有：扼流线圈11、开关元件12、并联电路13、电容器14、谐振电路15。扼流线圈11与输入电源1的正极连接。开关元件12为MOSFET等的晶体管(开关器件)。此外，以下的说明中，说明使用了MOSFET作为开关元件12的例子。开关元件12的高电位侧端子(漏极端子)与连接点A连接，开关元件12的低电位侧端子(源极端子)与负极侧的电源线连接。连接点A是位于正极侧的电源线上、且连接扼流线圈11和开关元件12之间的点。
并联电路13是相对于开关元件12并联连接的电路，即连接正极侧的电源线和负极侧的电源线之间的连接电路。在并联电路13连接有传感器13a。传感器13a检测向并联电路13流动的电流，并将检测值输出至控制器3。
电容器14相对于开关元件12并联连接，并连接于正极侧的电源线和负极侧的电源线之间。扼流线圈11及电容器14形成放大电路。谐振电路15是将谐振线圈15a和谐振电容器15b串联连接的LC谐振电路。谐振电路15连接于开关元件12和负载2之间。此外，谐振电路15不限于图1所示那样的将LC串联连接的LC串联电路，也可以是其它的谐振电路。
控制器3对于开关元件12的控制端子(栅极端子)输出驱动信号。驱动信号是用于切换开关元件12的接通、断开的信号。驱动信号以矩形波表示。控制器3通过传感器13a的检测电流的正负的值，检测向并联电路13流动的电流的极性。控制器3根据由传感器13a检测的电力的极性，控制开关元件12的动作条件。开关元件12的动作条件规定将开关元件12以规定周期切换接通、断开时的切换定时。即，通过改变开关元件12的动作条件，而变更开关元件12的接通和/或断开的定时。控制器3通过改变驱动信号的占空比和/或驱动周期，而控制开关元件12的动作条件。
参照图2对开关元件12的驱动信号和施加于开关元件12的两端的电压进行说明。图2是表示驱动信号的波形和施加于开关元件12的两端的电压的波形的图表。Vg表示开关元件12的栅极电压。Vds表示开关元件12的两端电压(漏极-源极间的电压)。在驱动信号为高电平时，开关元件12成为接通状态，在驱动信号为低电平时，开关元件12成为断开状态。而且，当驱动信号从高电平切换成低电平时，开关元件12接通。当驱动信号从低电平切换成高电平时，开关元件12断开。
电压谐振电路10那样的谐振型的放大电路中，开关元件12断开后，开关元件12的器件电压通过电容器14的充电而上升。而且，当电容器14从充电切换成放电时，开关元件12的两端电压下降。即，开关元件12断开后，开关元件12的两端电压以按照正弦波状上升下降的波形来变化。
开关元件12的两端电压按照正弦波状上升后下降，开关元件12的两端电压成为零电压。然后，开关元件12的两端电压变为零的时间，如果驱动信号上升，则零伏开关(以下，也称为ZVS)成立。
图2的(a)所示的图表表示ZVS成立时的电压波形，图2的(b)、(c)所示的图表表示ZVS不成立时的电压波形。如图2(a)所示，在ZVS成立时，在开关元件12的两端电压变为零的状态下，驱动信号上升，开关元件12接通，因此，开关元件12的两端电压在达到零之后的接通期间中，以零推移。
另一方面，在驱动信号的上升的定时比ZVS成立的定时延迟的情况下，开关元件12的两端电压成为图2(b)那样的波形。另外，在驱动信号的上升的定时比ZVS成立的定时提前的情况下，开关元件12的两端电压成为图2(c)那样的波形。例如，在谐振电容器15b的容量值比ZVS成立时的谐振电容器15b的容量值减少的情况下，开关元件12的两端电压以图2(b)那样的波形推移。另外，在谐振电容器15b的容量值比ZVS成立时的谐振电容器15b的容量值增加的情况下，开关元件12的两端电压以图2(c)那样的波形推移。
然后，如图2(b)及图2(c)所示，在比零大的电压施加于开关元件12的两端的状态下，在开关元件12接通的情况下，开关损耗变大。
传感器13a的检测值由开关元件12的两端电压和包含传感器13a的并联电路13的阻抗决定。因此，控制器3根据传感器13a的检测值，判定开关元件12的两端电压为图2(b)所示的状态，还是开关元件12的两端电压为图2(c)所示的状态。然后，控制器3控制开关元件12的动作条件，以使开关元件12的两端电压成为图2(a)所示的波形。
参照图3，说明控制器3的具体的控制。图3是表示控制器3的控制流程的流程图。控制器3通过向开关元件12的控制端子输出规定的周期的驱动信号，周期性地切换开关元件12的接通断开。除了这种开关动作控制之外，控制器3还执行以下的控制流程。此外，控制器3与开关元件12的接通的定时匹配，反复执行图3所示的控制流程。
步骤S1中，控制器3利用传感器13a，在开关元件12的接通的定时，检测向并联电路13流动的电流。步骤S2中，控制器3通过检测由传感器13a检测的电流的极性，判定正方向的电流是否在向并联电路13流动。在正方向的电流向并联电路13流动的情况下，控制器3执行步骤S4的控制流程。正方向是电流从正极侧的电源线向负极侧的电源线流动的方向。
在正方向的电流未向并联电路13流动的情况下，步骤S3中，控制器3通过检测由传感器13a检测的电流的极性，判定负方向的电流是否向并联电路13流动。在负方向的电流向并联电路13流动的情况下，控制器3执行步骤S6的控制流程。
在正方向的电流向并联电路13流动的情况下，开关元件12的两端电压成为图2(b)的状态，因此，步骤S4中，控制器3使驱动信号的频率比当前的频率提高。而且，控制器3执行步骤S1的控制处理。
在负方向的电流向并联电路13流动的情况下，开关元件12的两端电压成为图2(c)的状态，因此，步骤S5中，控制器3使驱动信号的频率比当前的频率降低。然后，控制器3执行步骤S1的控制处理。
在正方向的电流及负方向的电流未向并联电路13流动的情况下，步骤S6中，控制器3将当前的频率设定成驱动信号的频率。由此，决定用于使ZVS成立的频率。即，控制器3通过反复执行从步骤S1到步骤S5的控制循环，控制开关元件12的动作条件，以在开关元件12的接通的定时，使电流不向并联电路13流动。
如上述，在本实施方式中，使用传感器13a检测向并联电路13流动的电流的极性，根据检测的电流的极性，控制开关元件12的动作条件。在电压谐振电路10中包含的电路参数变更的情况下，开关元件12的接通的定时从ZVS成立时的定时偏差。在本实施方式中，通过检测向并联电路13流动的电流的极性，确定ZVS成立时的定时和开关元件12的接通的定时的偏差，并控制开关元件12的动作条件，以使开关元件12的接通的定时与ZVS成立时的定时一致。由此，在使开关元件12接通时，能够降低施加于开关元件12的电压。作为其结果，能够使开关损耗减少。
此外，本实施方式中，控制器3也可以在步骤S4的控制流程中，使驱动信号的占空比比当前的占空比提高。另外，控制器3也可以在步骤S5的控制流程中，使驱动信号的占空比比当前的占空比降低。而且，控制器3在步骤S6的控制流程中，将当前的占空比设定成驱动信号的占空比。
此外，本实施方式中，控制器3也可以在步骤S4的控制流程及步骤S5的控制流程中，调整驱动信号的频率及占空比双方。
此外，作为本实施方式的变形例，如图4所示，也可以将传感器13a相对于电容器14串联连接。图4的例子中，传感器13a和电容器14的连接电路相当于并联电路13。控制器3使用传感器13a，检测电容器14的电流的极性，根据检测结果控制开关元件12的动作条件。开关元件12的动作条件的控制与图3所示的控制流程一样。
《第二实施方式》
图5是发明的另一实施方式的谐振型电力转换装置的块图。本例中，相对于上述的第一实施方式，在设置二极管13b这一点有所不同。除此以外的结构与上述的第一实施方式相同，并引用其记载。
并联电路13具有传感器13a和二极管13b。并联电路13连接于开关元件12的低电位侧和连接点A之间。二极管13b的导通方向是从开关元件12的低电位侧向连接点A流动正向电流的方向。即，二极管13b的阳极与负极侧的电源线连接，二极管13b的阴极与正极侧的电源线连接。
传感器13a检测向二极管13b流动的电流(以下，也称为二极管电流)。控制器3将规定的周期的驱动信号输出至开关元件12的控制端子，切换开关元件12的接通及断开。
控制器3根据传感器的13a的检测值判定是否向二极管13a流动正向电流。控制器3根据该判定结果，控制开关元件12的动作条件。
参照图6A、图6B，对开关元件12的驱动信号(Vg)、开关元件12的两端的电压(Vds)、向电容器14流动的电流(Ic)、及向二极管13b流动的电流(Id)进行说明。图2是表示Vg、Vds、Ic、及Id的特性的图表。此外，对于图6A、6B中的电流(Ic，Id)的正负，将电流从正极侧的电力线向负极侧的电力线流动的方向设为正。
例如，在谐振电容器15b的容量值比ZVS成立时的谐振电容器15b的容量值减少的情况下，电压(Vds)及电流(Ic，Id)成为图6A那样的波形。另一方面，例如，在谐振电容器15b的容量值比ZVS成立时的谐振电容器15b的容量值增加的情况下，电压(Vds)及电流(Ic，Id)成为图6B那样的波形。
在图6A所示的情况下，在开关元件12接通之前，向电容器14流动的电流的方向为正方向，因此，在开关元件12接通后，二极管电流(Id)不流动。另一方面，在图6B所示的情况下，开关元件12接通之前，向电容器14流动的电流的方向为负方向，因此，在开关元件12接通后，二极管电流(Id)流动。即，通过检测正向电流是否向二极管13b流动，控制器3能够判定电压(Vds)及电流(Ic，Id)的波形是图6A的形式、还是图6B的状态。
参照图7说明控制器3的具体的控制。图7是表示控制器3的控制流程的流程图。控制器3通过将规定的周期的驱动信号输出至开关元件12的控制端子，而周期性地切换开关元件12的接通断开。除了这种开关动作控制之外，控制器3执行以下的控制流程。此外，控制器3在开始谐振侧电力转换装置的控制时、负载2的动作状态变动时、或谐振型电力谐振装置的动作中的任意的定时，执行图7所示的控制流程。
步骤S1中，控制器3利用传感器13a检测向并联电路13流动的电流。步骤S2中，控制器3判定是否向二极管13b流动电流。在流动二极管电流的情况下，开关元件12的两端电压成为图6B的状态，因此，步骤S3中，控制器3使驱动信号的频率比变更前的频率降低，且使开关元件12接通的定时比变更前的定时延迟。在未流动二极管电流的情况下，开关元件12的两端电压成为图6A的状态，因此，步骤S4中，控制器3使驱动信号的频率比变更前的频率提高，使开关元件12接通的定时比变更前的定时提前。步骤S5中，控制器3将变更后的频率设定成驱动信号的频率。
参照图8说明二极管13b的导通状态和驱动信号的频率的关系。图8的图表中，ZVS区域表示ZVS成立的驱动频率的区域。
在正向电流未向二极管13b流动的状态下，当驱动信号的频率比一个周期前的频率变高时，如图8的箭头P所示，驱动信号的频率接近ZVS成立时的频率。另外，在正向电流向二极管13b流动的状态下，驱动信号的频率比一个周期前的频率变低时，如图8的箭头Q所示，驱动信号的频率接近ZVS成立时的频率。由此，在使开关元件12接通时，能够降低施加于开关元件12的电压。
如上述，本实施方式中，开关元件12在规定周期的定时接通的状态下，检测向二极管13b流动的二极管电流的极性，在正向电流向二极管13b流动的情况下，将使开关元件12接通的定时比规定周期的定时延迟，在未流动二极管电流的情况下，将使开关元件12接通的定时比规定周期的定时提前。由此，检测二极管13b的通电的有无，能够调整开关元件13b的接通的定时，因此，能够继续地进行零伏开关，能够抑制开关损耗。另外，本实施方式中，为了使驱动信号的频率接近ZVS成立时的频率，能够根据二极管13b的通电的有无来确定只要提高频率即可，还是只要降低频率即可。由此，能够向损耗降低的方向调整频率，因此，例如能够防止开关损耗由于频率调整而进一步变大那样的控制。
此外，本实施方式中，控制器3也可以在步骤S3的控制流程中，使驱动信号的占空比比当前的占空比降低。另外，控制器3也可以在步骤S4的控制流程中，使驱动信号的占空比比当前的占空比提高。
此外，本实施方式中，控制器3也可以在步骤S3的控制流程及步骤S4的控制流程中，调整驱动信号的频率及占空比双方。
另外，本实施方式中，在开关元件12具有寄生二极管的情况下，也可以与寄生二极管的正向电压相比，缩小二极管13b的正向电压。由此，能够向二极管13b大量流动电流，因此，能够更稳定地进行二极管电流的检测。另外，也可以与寄生二极管的正向电压相比，增大二极管13b的正向电压。由此，抑制向二极管13b流动的电流，因此，能够缩小二极管13b的耐电流量，能够抑制二极管13b的成本。
《第三实施方式》
说明本发明的另一实施方式。本实施方式中，相对于上述的第二实施方式，控制流程的一部分不同。除此以外的结构与上述的第二实施方式相同，适当引用第一及第二实施方式的记载。
图9是表示ZVS成立时的电压(Vg，Vds)及电流(Ic，Id)的特性的图表。Vg表示开关元件12的栅极电压，Vds表示开关元件12的两端的电压，Ic表示向电容器14流动的电流，Id表示向二极管13b流动的电流。
如图9所示，在ZVS成立的条件下，也向二极管13b流动正向电流。这是因为，在从开关元件12的两端电压下降至零的时刻到开关元件12成为接通状态的期间，向电压谐振电路10流动回流电流，因此，二极管13b导通，正向电流向二极管13b流动。
参照图10，说明控制器3的具体的控制。图10是表示控制器3的控制流程的流程图。控制器3通过将规定的周期的驱动信号输出至开关元件12的控制端子，而周期性地切换开关元件12的接通断开。除了这种开关动作控制之外，控制器3还执行以下的控制流程。此外，控制器3在开始谐振侧电力转换装置的控制时、负载2的动作状态变动时，或谐振型电力谐振装置的动作中的任意的定时，执行图10所示的控制流程。
在步骤S1中，控制器3利用传感器13a检测向并联电路13流动的电流。步骤S2中，控制器3判定是否向二极管13b流动电流。在流动二极管电流的情况下，在步骤S3中，控制器3根据传感器13a的上一次的检测值，判定是否流动上一次的二极管电流。步骤S3的判定与上一次进行图10所示的控制流程时的步骤S2的判定相同。而且，在流动上一次的二极管电流的情况下，步骤S4中，控制器3使驱动信号的频率比变更前的频率降低，使开关元件12接通的定时比变更前的定时延迟。
在步骤S2的判定中，判定为电流未向二极管13b流动的情况下，步骤S5中，控制器3使驱动信号的频率比变更前的频率提高，使开关元件12接通的定时比变更前的定时提前。即，通过从步骤S1起反复进行步骤S5的控制循环，驱动信号的频率逐渐变化。
在步骤S3的判定中，判定为未流动上一次的二极管电流的情况下，步骤S6中，控制器3将当前的频率设定成驱动信号的频率。由此，决定用于使ZVS成立的频率。
参照图11，说明二极管13b的导通状态和驱动信号的频率的关系。图11的图表中，ZVS区域表示ZVS成立的驱动频率的区域。另外，S表示控制开始时的频率，E表示控制结束时的频率，即步骤S6的控制流程中设定的频率。
设驱动信号的频率从比ZVS成立时的频率低的状态逐渐变高，使驱动信号的频率接近ZVS成立时的频率(相当于图11的箭头P)。当逐渐提高驱动信号的频率时，开关元件12的接通的定时逐渐提前。而且，当驱动信号的频率达到ZVS成立时的频率时，正向电流开始向二极管13a流动。即，如图11的箭头P所示，控制器3逐渐提高驱动信号的频率，从没有二极管13b的通电的状态转变成具有二极管13b的通电的状态时，成为ZVS成立的状态。因此，控制器3逐渐提高驱动信号的频率，根据传感器13a的检测值检测正向电流已开始流动，由此，能够设定ZVS成立时的频率。
设驱动信号的频率从比ZVS成立时的频率高的状态逐渐降低，使驱动信号的频率接近ZVS成立时的频率(相当于图11的箭头Q)。当逐渐降低驱动信号的频率时，开关元件12的接通的定时逐渐延迟。而且，当驱动信号的频率比ZVS成立时的频率区域进一步变低时，从具有二极管13b的通电的状态向没有二极管13b的通电的状态转变。而且，图10所示的控制流程中，当从具有二极管13b的通电的状态向没有二极管13b的通电的状态转变时，频率变高。而且，当驱动信号的频率变高时，从没有二极管13b的通电的状态向具有二极管13b的通电的状态转变，成为ZVS成立的状态。因此，控制器3逐渐降低驱动信号的频率，并检测已从具有二极管13b的通电的状态转变成没有二极管13b的通电的状态的情况。然后，控制器3通过提高驱动信号的频率，根据传感器13a的检测值检测正向电流已开始流动的情况，由此，能够设定ZVS成立时的频率。
如上述，本实施方式中，通过变更使开关元件12接通的定时，从正向电流未向二极管13b流动的第一状态(没有二极管13b的通电的状态)变为正向电流向二极管13b流动的第二状态(具有二极管13b的通电的状态)的情况下，将使开关元件12接通的定时设定成在第二状态下变更的定时。由此，能够继续进行ZVS，能够抑制开关损耗。
此外，本实施方式中，控制器3也可以在步骤S5的控制流程中，使驱动信号的占空比比当前的占空比提高。另外，控制器3也可以在步骤S4的控制流程中，使驱动信号的占空比比当前的占空比降低。
此外，本实施方式中，控制器3也可以在步骤S4的控制流程及步骤S5的控制流程中，调整驱动信号的频率及占空比双方。
《第四实施方式》
图12是发明的另一实施方式的谐振型电力转换装置的块图。本例中，相对于上述的第二实施方式，并联电路13的电路结构不同。除此以外的结构与上述的第二实施方式相同，适当引用第一～第三实施方式的记载。
并联电路13具有：传感器13a、二极管13b、开关元件13c、传感器13d、二极管13e。并联电路13连接于开关元件12的低电位侧和连接点A之间。二极管13b、13e的导通方向是从开关元件13的低电位侧向连接点A流动正向电流的方向。即，二极管13b的阳极经由开关元件13c与负极侧的电源线连接，二极管13b的阴极与正极侧的电源线连接。另外，二极管13e的阳极与负极侧的电源线连接，二极管13e的阴极与正极侧的电源线连接。传感器13a检测向二极管13b流动的电流，传感器13d检测向二极管13e流动的电流。开关元件13c与二极管13b串联连接。二极管13e相对于二极管13b和开关元件13c的串联电路并联连接。
控制器3使用与开关元件12的驱动信号同样的驱动信号，控制开关元件13c的接通、断开。即，开关元件12和开关元件13c同步地切换接通、断开。控制器3根据传感器的13a的检测值判定正向电流是否向二极管13a流动。控制器3根据传感器的13d的检测值判定正向电流是否向二极管13e流动。控制器3根据这些判定结果，控制开关元件12的动作条件。
二极管13b的正向电压比二极管13e的正向电压低。另外，在开关元件13c接通的状态下，选定电压转换电路中包含的电路元件，以使电流向二极管13b流动，且电流不向二极管13e流动。
参照图13A～图13C，对开关元件12的驱动信号(Vg)、开关元件12的两端的电压(Vds)、向电容器14流动的电流(Ic)、及向二极管13b、13e流动的电流(Id1，Id2)进行说明。图13A～13C是表示Vg、Vds、Ic、Id1、及Id2的特性的图表。
图13A及图13B表示ZVS不成立的状态的电压及电流波形。图13C表示ZVS成立的状态的电压及电流波形。
例如，在谐振电容器15b的容量值比ZVS成立时的谐振电容器15b的容量值减少的情况下，电压(Vds)及电流(Ic，Id1，Id2)成为图13A那样的波形。另一方面，例如，在谐振电容器15b的容量值比ZVS成立时的谐振电容器15b的容量值增加的情况下，电压(Vds)及电流(Ic，Id1，Id2)成为图13B那样的波形。
如图13C所示，在ZVS成立时，电流向二极管13e流动，但如图13A、13B所示，在ZVS不成立时，电流不向二极管13e流动。如图13C所示，在ZVS成立时向二极管13e流动的电流在开关元件13c接通之前流动，因此，正向电流不向二极管13b流动而向二极管13e流动。
在图13B所示那样的ZVS不成立的情况下，正向电流向二极管13b流动，不向二极管13e流动。本实施方式中，二极管13b的正向电压比二极管13e的正向电压小，因此，在ZVS不成立时，正向电流向二极管13b流动，而不向二极管13e流动。
在图13A所示那样的ZVS不成立条件的情况下，正向电流均不向二极管13b及二极管13e流动。即，控制器3通过检测正向电流是否向二极管13b、13e流动，能够判定电压(Vds)及电流(Ic，Id1，Ids)的波形为图13A～13C的哪一状态。
参照图14，说明控制器3的具体的控制。图14是表示控制器3的控制流程的流程图。控制器3通过将规定的周期的驱动信号输出至开关元件12的控制端子，周期性地切换开关元件12的接通断开。除了这种开关动作控制之外，控制器3还执行以下的控制流程。此外，控制器3在开始谐振侧电力转换装置的控制时、负载2的动作状态变动时，或谐振型电力谐振装置的动作中的任意的定时，执行图14所示的控制流程。
步骤S1中，控制器3利用传感器13a、13d检测向并联电路13流动的电流。步骤S2中，控制器3判定电流是否向二极管13e流动。在流动二极管电流的情况下，控制器3执行步骤S6的控制。在正向电流未向二极管13e流动电流的情况下，步骤S3中，控制器3判定电流是否向二极管13b流动。在正向电流向二极管13b流动的情况下，步骤S4中，控制器3使驱动信号的频率比变更前的频率降低，将使开关元件12接通的定时比变更前的定时延迟。然后，返回步骤S1。另一方面，在正向电流未向二极管13b流动的情况下，步骤S5中，控制器3使驱动信号的频率比变更前的频率提高，且将使开关元件12接通的定时比变更前的定时提前。然后，返回步骤S1。步骤S6中，控制器3将当前的频率设定成驱动信号的频率。由此，决定用于使ZVS成立的频率。
参照图15，说明二极管13b、13e的导通状态和驱动信号的频率的关系。图11的图表中，ZVS区域表示ZVS成立的驱动频率的区域。另外，S表示控制开始时的频率，E表示控制结束时的频率，即步骤S6的控制流程中设定的频率。
设驱动信号的频率从比ZVS成立时的频率低的状态逐渐提高，使驱动信号的频率接近ZVS成立时的频率(相当于图15的箭头P)。当逐渐提高驱动信号的频率时，开关元件12的接通的定时逐渐提前。而且，当驱动信号的频率达到ZVS成立时的频率时，正向电流开始向二极管13e流动。即，如图15的箭头P所示，控制器3逐渐提高驱动信号的频率，从没有二极管13e的通电的状态转变成具有二极管13e的通电的状态时成为ZVS成立的状态。因此，控制器3通过逐渐提高驱动信号的频率，由传感器13d的检测值检测正向电流开始流动的情况，由此，能够设定ZVS成立时的频率。
设驱动信号的频率从比ZVS成立时的频率高的状态逐渐降低，使驱动信号的频率接近ZVS成立时的频率(相当于图15的箭头Q)。当逐渐降低驱动信号的频率时，开关元件12的接通的定时逐渐延迟。然后，当驱动信号的频率达到ZVS成立时的频率时，正向电流开始向二极管13e流动。即，如图15的箭头Q所示，控制器3逐渐降低驱动信号的频率，从没有二极管13e的通电的状态转变成具有二极管13e的通电的状态时成为ZVS成立的状态。因此，控制器3通过逐渐降低驱动信号的频率，由传感器13d的检测值检测正向电流开始流动的情况，由此，能够设定ZVS成立时的频率。
如上述，本实施方式中，开关元件12在规定周期的定时接通的状态下，检测向二极管13e流动的电流的极性，在正向电流未向二极管13e流动的情况下，将使开关元件12接通的定时从规定周期的定时进行变更，在正向电流向二极管13e流动的情况下，不将使开关元件12接通的定时从规定周期的定时变更。由此，能够继续进行ZVS，能够抑制开关损耗。
此外，本实施方式中，控制器3也可以在步骤S5的控制流程中，使驱动信号的占空比比当前的占空比提高。另外，控制器3也可以在步骤S4的控制流程中，使驱动信号的占空比比当前的占空比降低。
此外，本实施方式中，控制器3也可以在步骤S4的控制流程及步骤S5的控制流程中，调整驱动信号的频率及占空比双方。
《第五实施方式》
图16是发明的另一实施方式的谐振型电力转换装置的块图。本例中，相对于上述的第二实施方式，在设置温度传感器16这一点不同。除此以外的结构与上述的第二实施方式相同，并适当引用第一～第四实施方式的记载。
如图16所示，设置检测开关元件12的温度的温度传感器16。温度传感器16中使用热敏电阻等。温度传感器16将检测值输出至控制器3。控制器3根据传感器的13b的检测值及温度传感器16的检测值，控制开关元件12的动作条件。
当ZVS不成立时，开关损耗增加且开关元件12的温度变高，因此，控制器3能够根据检测温度判定ZVS是否成立。而且，在判定为ZVS不成立的情况下，控制器3根据向二极管13b流动的电流的极性，控制开关元件12的动作条件。
参照图17，说明控制器3的具体的控制。图17是表示控制器3的控制流程的流程图。控制器3通过将规定的周期的驱动信号输出至开关元件12的控制端子，周期性地切换开关元件12的接通断开。除了这种开关动作控制之外，控制器3还执行以下的控制流程。此外，控制器3在开始谐振侧电力转换装置的控制时、负载2的动作状态变动时，或谐振型电力谐振装置的动作中的任意的定时，执行图17所示的控制流程。
步骤S1中，控制器3利用传感器13b检测向二极管13a流动的电流，并利用温度传感器16检测开关元件12的温度。步骤S2中，控制器3判定检测温度是否为规定的阈值以上。在检测温度低于规定的阈值的情况下，控制器3执行步骤S6的控制。在检测温度为规定的阈值以上的情况下，步骤S3中，控制器3判定电流是否向二极管13a流动。在正向电流向二极管13a流动的情况下，步骤S4中，控制器3使驱动信号的频率比变更前的频率降低，将使开关元件12接通的定时比变更前的定时延迟。然后，返回步骤S1。另一方面，在正向电流未向二极管13a流动的情况下，步骤S5中，控制器3使驱动信号的频率比变更前的频率提高，将使开关元件12接通的定时比变更前的定时提前。然后，返回步骤S1。步骤S6中，控制器3将当前的频率设定成驱动信号的频率。由此，决定用于使ZVS成立的频率。
如上述，本实施方式中，在开关元件12以规定周期的定时接通的状态下，在开关元件12的检测温度为规定的温度阈值以上的情况下，将使开关元件12接通的定时从规定周期的定时变更，在开关元件12的检测温度低于规定的温度阈值的情况下，不将使开关元件12接通的定时从规定周期的定时变更。由此，能够继续进行ZVS，能够抑制开关损耗。
此外，本实施方式中，控制器3也可以在步骤S5的控制流程中，使驱动信号的占空比比当前的占空比提高。另外，控制器3也可以在步骤S4的控制流程中，使驱动信号的占空比比当前的占空比降低。
此外，本实施方式中，控制器3也可以在步骤S4的控制流程及步骤S5的控制流程中，调整驱动信号的频率及占空比双方。
《第六实施方式》
图18是发明的另一实施方式的谐振型电力转换装置的块图。本例中，相对于上述的第一实施方式，并联电路13中包含电容器14的点不同。除此以外的结构与上述的第一实施方式相同，并适当引用第一～第五实施方式的记载。
如图18所示，并联电路13具有传感器13a和电容器14。传感器13a检测向电容器14流动的电流。
参照图19A及图19B，说明开关元件12的驱动信号(Vg)、开关元件12的两端的电压(Vds)、及向电容器14流动的电流(Ic)。图19A、19B是表示Vg、Vds、Ic的特性的图表。
图19A及图19B表示ZVS不成立的状态的电压及电流波形。例如，在谐振电容器15b的容量值比ZVS成立时的谐振电容器15b的容量值减少的情况下，电压(Vds)及电流(Ic)成为图19A那样的波形。另一方面，例如，在谐振电容器15b的容量值比ZVS成立时的谐振电容器15b的容量值增加的情况下，电压(Vds)及电流(Ic)成为图19B那样的波形。
在图19A所示那样的ZVS不成立时，在开关元件12接通之前，向电容器14流动的电流成为正方向。另一方面，在图19B所示那样的ZVS不成立时，在开关元件12接通之前，向电容器14流动的电流成为负方向。即，控制器3通过在开关元件12接通之前，检测向电容器14流动的电流的极性，由此能够判定电压(Vds)及电流(Ic)的波形为图19A、19B的哪一状态。
参照图20，说明控制器3的具体的控制。图20是表示控制器3的控制流程的流程图。控制器3通过将规定的周期的驱动信号输出至开关元件12的控制端子，周期性地切换开关元件12的接通断开。除了这种开关动作控制之外，控制器3还执行以下的控制流程。此外，控制器3在开始谐振侧电力转换装置的控制时、负载2的动作状态变动时，或谐振型电力谐振装置的动作中的任意的定时，执行图20所示的控制流程。
步骤S1中，控制器3通过传感器13a，检测向电容器14流动的电流。步骤S2中，控制器3判定在开关元件12接通之前流动的电容器14的电流(电容器电流)是否为负方向。在流动负方向的电容器电流的情况下，开关元件12的两端电压成为图19B的状态，因此，步骤S3中，控制器3使驱动信号的频率比变更前的频率降低，将使开关元件12接通的定时比变更前的定时延迟。在流动正方向的电容器电流的情况下，开关元件12的两端电压成为图19A的状态，因此，步骤S4中，控制器3使驱动信号的频率比变更前的频率提高，将使开关元件12接通的定时比变更前的定时提前。步骤S5中，控制器3将变更后的频率设定成驱动信号的频率。
如上述，本实施方式中，开关元件12在规定周期的定时接通之前，检测向并联电路13中包含的电容器14流动的电容器电流的极性，在电容器电流的方向为正方向的情况下，将使开关元件12接通的定时比规定周期的定时提前，在电容器电流的方向为负方向的情况下，将使开关元件12接通的定时比规定周期的定时延迟。由此，能够继续进行ZVS，能够抑制开关损耗。
此外，本实施方式中，控制器3也可以在步骤S4的控制流程中，使驱动信号的占空比比当前的占空比提高。另外，控制器3也可以在步骤S3的控制流程中，使驱动信号的占空比比当前的占空比降低。
此外，本实施方式中，控制器3也可以在步骤S3的控制流程及步骤S4的控制流程中，调整驱动信号的频率及占空比双方。
此外，本实施方式中，作为与开关元件12并联连接的容量成分，使用了电容器14，但除了电容器14以外，也可以安装具有新的容量成分的元件。
《第七实施方式》
说明本发明的另一实施方式。本实施方式中，相对于上述的第六实施方式，控制流程的一部分不同。除此以外的结构与上述的第六实施方式相同，适当引用第一～第六实施方式的记载。
图21是表示ZVS成立时的电压(Vg，Vds)及电流(Ic，Id)的特性的图表。Vg表示开关元件12的栅极电压，Vds表示开关元件12的两端的电压，Ic表示向电容器14流动的电流。
如图21所示，在ZVS成立的条件下，在紧靠开关元件12接通之前不向电容器14流动电流。这是由于，从开关元件12的两端电压下降至零起到器件接通的期间(图21中的寄生二极管导通期间)，开关元件12的寄生二极管导通且流动电流。
参照图22说明控制器3的具体的控制。图22是表示控制器3的控制流程的流程图。控制器3通过将规定的周期的驱动信号输出至开关元件12的控制端子，周期性地切换开关元件12的接通断开。除了这种开关动作控制之外，控制器3还执行以下的控制流程。此外，控制器3在开始谐振侧电力转换装置的控制时、负载2的动作状态变动时，或谐振型电力谐振装置的动作中的任意的定时，执行图22所示的控制流程。
在步骤S1中，控制器3通过传感器13a，检测向电容器14流动的电流。步骤S2中，控制器3判定在开关元件12接通之前，电容器电流是否为零。在电容器电流为零的情况下，控制器3执行步骤S6的控制。在流动电容器电流的情况下，在步骤S3中，控制器3判定是否流动负方向的电容器电流。在流动负方向的电容器电流的情况下，在步骤S4中，控制器3使驱动信号的频率比变更前的频率降低，将使开关元件12接通的定时比变更前的定时延迟。然后，返回步骤S1。另一方面，在流动正方向的电容器电流的情况下，在步骤S5中，控制器3使驱动信号的频率比变更前的频率提高，将使开关元件12接通的定时比变更前的定时提前。然后，返回步骤S1。在步骤S6中，控制器3将当前的频率设定成驱动信号的频率。由此，决定用于使ZVS成立的频率。
参照图23，说明电容器14的导通状态和驱动信号的频率的关系。图23的图表中，ZVS区域表示ZVS成立的驱动频率的区域。另外，S表示控制开始时的频率，E表示控制结束时的频率，即步骤S6的控制流程中设定的频率。
设驱动信号的频率从比ZVS成立时的频率低的状态逐渐提高，使驱动信号的频率接近ZVS成立时的频率(相当于图22的箭头P)。当逐渐提高驱动信号的频率时，开关元件12的接通的定时逐渐提前。而且，当驱动信号的频率达到ZVS成立时的频率时，电容器电流从正变为零。即，如图22的箭头P所示，控制器3逐渐提高驱动信号的频率，电容器14的电流从正转变成零时成为ZVS成立的状态。因此，控制器3逐渐提高驱动信号的频率，检测电容器14的电流从正转变成零，由此，能够设定ZVS成立时的频率。
设驱动信号的频率从比ZVS成立时的频率高的状态逐渐降低，使驱动信号的频率接近ZVS成立时的频率(相当于图23的箭头Q)。当使驱动信号的频率逐渐降低时，开关元件12的接通的定时逐渐延迟。而且，当驱动信号的频率达到ZVS成立时的频率时，电容器14的电流从负变为零。即，如图23的箭头Q所示，控制器3逐渐降低驱动信号的频率，电容器14的电流从负变为零时成为ZVS成立的状态。因此，控制器3通过逐渐降低驱动信号的频率，并检测电容器14的电流从负变为零的情况，能够设定ZVS成立时的频率。
如上述，本实施方式中，在不流动电容器电流的情况下，将使开关元件12接通的定时设定成规定周期的定时。由此，能够继续进行ZVS，能够抑制开关损耗。
此外，本实施方式中，控制器3也可以在步骤S5的控制流程中，使驱动信号的占空比比当前的占空比提高。另外，控制器3也可以在步骤S4的控制流程中，使驱动信号的占空比比当前的占空比降低。
此外，本实施方式中，控制器3也可以在步骤S4的控制流程及步骤S5的控制流程中，调整驱动信号的频率及占空比双方。
标号说明
1…输入电源
2…负载
3…控制器
10…电压谐振电路
11…扼流线圈
12…开关元件
13…并联电路
13a…传感器
13b…二极管
13c…开关元件
13d…传感器
13e…二极管
14…电容器
15…谐振电路
15a…谐振线圈
15b…谐振电容器
16…温度传感器

Claims (7)

1.一种控制方法，控制包含电压谐振电路的谐振型电力转换装置，其中，
所述电压谐振电路具有：
扼流线圈，其与输入电源连接；
第一开关元件，其与所述扼流线圈连接；
电容器，其与所述第一开关元件并联连接；以及
谐振电路，其被连接于连接点和输出端子之间，该连接点连接所述扼流线圈和所述第一开关元件，
所述控制方法利用传感器检测向包含于所述电压谐振电路且与所述第一开关元件并联连接的并联电路流动的电流的极性，
根据由所述传感器检测的电流的极性，调整接通所述第一开关元件的定时，使得所述第一开关元件的接通的定时与ZVS成立时的定时一致，
所述并联电路具有二极管，该二极管被连接于所述第一开关元件的低电位侧和所述连接点之间，
所述二极管的导通方向是从所述第一开关元件的低电位侧向所述连接点流动正向电流的方向，
所述控制方法在所述第一开关元件以规定周期的定时接通的状态下，检测向所述二极管流动的二极管电流的极性，
在正向电流向所述二极管流动的情况下，将使所述第一开关元件接通的定时比所述规定周期的定时延迟，
在所述二极管电流不流动的情况下，将使所述第一开关元件接通的定时比所述规定周期的定时提前。
2.如权利要求1所述的控制方法，其中，
通过变更使所述第一开关元件接通的定时，在从不向所述二极管流动正向电流的第一状态变为了向所述二极管流动正向电流的第二状态的情况下，将使所述第一开关元件接通的定时设定为在所述第二状态下变更的定时。
3.如权利要求1所述的控制方法，其中，
所述并联电路具有将第一二极管和第二开关元件串联连接的串联电路、及与所述串联电路并联连接的第二二极管，
所述第一二极管的导通方向及所述第二二极管的导通方向是从所述第一开关元件的低电位侧向所述连接点流动正向电流的方向，
所述控制方法在所述第一开关元件以规定周期的定时接通的状态下，检测向所述第二二极管流动的电流的极性，
在正向电流不向所述第二二极管流动的情况下，从所述规定周期的定时变更使所述第一开关元件接通的定时，
在正向电流向所述第二二极管流动的情况下，不从所述规定周期的定时变更使所述第一开关元件接通的定时。
4.如权利要求1所述的控制方法，其中，
在所述第一开关元件以规定周期的定时接通的状态下，检测所述第一开关元件的温度，
在所述第一开关元件的检测温度为规定的温度阈值以上的情况下，从所述规定周期的定时变更使所述第一开关元件接通的定时，
在所述第一开关元件的检测温度低于规定的温度阈值的情况下，不从所述规定周期的定时变更使所述第一开关元件接通的定时。
5.如权利要求1所述的控制方法，其中，
在所述第一开关元件以规定周期的定时接通之前，检测向包含于所述并联电路的所述电容器流动的电容器电流的极性，
在所述电容器电流的方向为正方向的情况下，将使所述第一开关元件接通的定时比所述规定周期的定时提前，
在所述电容器电流的方向为负方向的情况下，将使所述第一开关元件接通的定时比所述规定周期的定时延迟，
所述正方向为电流从所述电容器的高电位侧向低电位侧流动的方向，所述负方向为电流从所述低电位侧向所述高电位侧流动的方向。
6.如权利要求5所述的控制方法，其中，
在所述电容器电流不流动的情况下，将使所述第一开关元件接通的定时设定为所述规定周期的定时。
7.一种谐振型电力转换装置，包含电压谐振电路，所述谐振型电力转换装置包括：
扼流线圈，其与输入电源连接；
第一开关元件，其与所述扼流线圈连接；
电容器，其与所述第一开关元件并联连接；
电压谐振电路，其具有被连接于连接点和输出端子之间的谐振电路，所述连接点连接所述扼流线圈和所述第一开关元件；
传感器，其检测向所述电压谐振电路中包含的并联电路流动的电流；以及
控制器，其控制所述第一开关元件，
所述并联电路与所述第一开关元件并联连接，
所述控制器根据由所述传感器检测的电流的极性，调整接通所述第一开关元件的定时，使得所述第一开关元件的接通的定时与ZVS成立时的定时一致，
所述并联电路具有二极管，该二极管被连接于所述第一开关元件的低电位侧和所述连接点之间，
所述二极管的导通方向是从所述第一开关元件的低电位侧向所述连接点流动正向电流的方向，
所述控制器在所述第一开关元件以规定周期的定时接通的状态下，检测向所述二极管流动的二极管电流的极性，
在正向电流向所述二极管流动的情况下，将使所述第一开关元件接通的定时比所述规定周期的定时延迟，
在所述二极管电流不流动的情况下，将使所述第一开关元件接通的定时比所述规定周期的定时提前。
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