CN112825457A - 功率转换装置、控制方法和计算机可读介质 - Google Patents

功率转换装置、控制方法和计算机可读介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可以高效调整电力传输量的功率转换装置。提供一种功率转换装置，其包括：变压器；第一桥式电路，该第一桥式电路与变压器的一次侧相连接，能够转换将一次侧的直流母线对连接至变压器的极性；第二桥式电路，该第二桥式电路与变压器的二次侧相连接，能够转换将二次侧的直流母线对连接至变压器的极性；以及控制装置，该控制装置可以进行使第一桥式电路和第二桥式电路具有相位差来进行切换的控制，控制装置具有频率调整部，该频率调整部根据来自第一桥式电路或第二桥式电路的输出和目标值来对第一桥式电路和第二桥式电路的切换的频率进行调整。

Description

功率转换装置、控制方法和计算机可读介质
技术领域
本发明涉及功率转换装置、控制方法和计算机可读介质。
背景技术
以往，作为能够双向地提供电力的功率转换装置，使用DAB(Dual Active Bridge：双有源桥)转换器等双向DC/DC转换器(例如，参照专利文献1)。这样的双向DC/DC转换器经由变压器连接至一次侧和二次侧的桥式电路。专利文献1的双向DC/DC转换器中，在传输的电力比阈值要低的区域中，进行间歇运行。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2017－130997号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
双向DC/DC转换器在进行间歇运行的情况下，在休止期间的期间内不传输电力。此外，双向DC/DC转换器中，在间歇运行中传输电力的期间变短，因此，为了传输需要的电力，在休止期间以外的期间中流过的电流的峰值变大。
解决技术问题所采用的技术方案
为了解决上述问题，在本发明的第一方式中，提供一种功率转换装置，该功率转换装置包括：变压器；第一桥式电路，该第一桥式电路与变压器的一次侧相连接，能够转换将一次侧的直流母线对连接至变压器的极性；第二桥式电路，该第二桥式电路与变压器的二次侧相连接，能够转换将二次侧的直流母线对连接至变压器的极性；以及控制装置，该控制装置可以进行使第一桥式电路和第二桥式电路具有相位差来进行切换的控制。控制装置可以具有频率调整部，该频率调整部根据来自第一桥式电路或第二桥式电路的输出和目标值，来调整第一桥式电路和第二桥式电路的切换的频率。
控制装置可以具有相位差调整部，该相位差调整部根据输出和目标值来对切换的相位差进行调整。
频率调整部可以以切换的相位差被调整为下限相位差的情况为条件，来变更切换的频率。
控制装置可以具有休止期间调整部，该休止期间调整部根据输出和目标值来对使来自第一桥式电路或第二桥式电路的输出休止的休止期间的比例进行调整。
休止期间调整部可以以切换的频率被调整为上限频率的情况为条件，来变更休止期间的比例。
控制装置可以具有控制运算部，该控制运算部输出与输出和目标值之差相对应的控制值。相位差调整部可以根据控制值来调整切换的相位差。频率调整部可以根据从控制值中去除了相位差调整部的调整量后得到的值来调整切换的频率。休止期间调整部可以根据从控制值中去除了相位差调整部和频率调整部的调整量后得到的值来调整休止期间的比例。
控制运算部可以通过与输出和目标值之差相对应的PI控制或PID控制来输出控制值。
控制装置可以具有选择部，该选择部根据所输入的指示来选择将第一桥式电路和第二桥式电路中的哪一个设为电力的输出侧。
在本发明的第二方式中，提供了功率转换装置的控制方法。功率转换装置可以包括：变压器；第一桥式电路，该第一桥式电路与变压器的一次侧相连接，能够转换将一次侧的直流母线对连接至变压器的极性；第二桥式电路，该第二桥式电路与变压器的二次侧相连接，能够转换将二次侧的直流母线对连接至变压器的极性；以及控制装置，该控制装置可以进行使第一桥式电路和第二桥式电路具有相位差来进行切换的控制。控制方法可以包含如下情况：根据来自第一桥式电路或第二桥式电路的输出和目标值来调整第一桥式电路和第二桥式电路的切换的频率。
控制装置可以包含如下情况：根据输出和目标值来调整切换的相位差。
调整频率可以以切换的相位差被调整为下限相位差的情况为条件，来变更切换的频率。
在本发明的第三方式中，提供了记录用于控制功率转换装置的控制程序的计算机可读介质。功率转换装置可以包括：变压器；第一桥式电路，该第一桥式电路与变压器的一次侧相连接，能够转换将一次侧的直流母线对连接至变压器的极性；第二桥式电路，该第二桥式电路与变压器的二次侧相连接，能够转换将二次侧的直流母线对连接至变压器的极性；以及控制装置，该控制装置可以进行使第一桥式电路和第二桥式电路具有相位差来进行切换的控制。控制程序可以将控制装置作为频率调整部来发挥功能，该频率调整部根据来自第一桥式电路或第二桥式电路的输出和目标值来对第一桥式电路和第二桥式电路的切换的频率进行调整。
控制程序可以将控制装置作为相位差调整部来发挥功能，该相位差调整部根据输出和目标值来对切换的相位差进行调整。
频率调整部可以以切换的相位差被调整为下限相位差的情况为条件，来变更切换的频率。
另外，上述发明的概要并没有列举出本发明的全部必要特征。此外，这些特征组的子组合也可以构成发明。
附图说明
图1将本实施方式所涉及的功率转换装置100的结构与一次侧装置110和二次侧装置120一起示出。
图2是本实施方式所涉及的功率转换装置100的动作波形的一个示例。
图3示出本实施方式所涉及的控制装置150的结构。
图4示出本实施方式所涉及的控制装置150的动作流程。
图5是本实施方式所涉及的功率转换装置100的相位差调整动作中的动作波形的一个示例。
图6是本实施方式所涉及的功率转换装置100的频率调整动作中的动作波形的一个示例。
图7是本实施方式所涉及的功率转换装置100的休止期间调整动作中的动作波形的一个示例。
具体实施方式
以下，通过发明的实施方式来说明本发明，但以下的实施方式并非对权利要求所涉及的发明进行限定。此外，实施方式中说明的特征的组合并不全是解决本发明的技术问题的技术手段所必需的。
图1将本实施方式所涉及的功率转换装置100的结构与一次侧装置110和二次侧装置120一起示出。功率转换装置100可以是绝缘型DC/DC转换器，能够在与一次侧相连接的一次侧装置110和与二次侧相连接的二次侧装置120之间双向地提供电力。
一次侧装置110和二次侧装置120是与功率转换装置100相连接的装置。一次侧装置110和二次侧装置120各自可以具有输出电力的功能和接收电力的功能。例如，一次侧装置110和二次侧装置120中的一方(作为一个示例，一次侧装置110)可以是蓄电装置，可以接收从一次侧装置110和二次侧装置120中的另一方(作为一个示例，二次侧装置120)经由功率转换装置100传输来的电力并进行充电，并根据需要将充电得到的电力提供给二次侧装置120。此外，例如，一次侧装置110和二次侧装置120中的一方(作为一个示例，二次侧装置120)可以是电动机等驱动装置，可以使用从一次侧装置110和二次侧装置120中的另一方(作为一个示例，一次侧装置110)提供的电力来进行驱动，并且在再生动作中将再生得到的电力提供给一次侧装置110。此外，一次侧装置110和二次侧装置120各自例如可以是将太阳能发电装置和蓄电装置相组合而成的系统等。
功率转换装置100具备变压器Tr、一次电路130、二次电路140和控制装置150。变压器Tr具有一次绕组和二次绕组。变压器Tr的一次绕组与二次绕组的绕组比可以根据一次侧装置110和二次侧装置120的额定电压之比来决定。在本说明书中，为了方便说明，对变压器Tr的绕组比为1:1的情况进行例示。
一次电路130与一次侧装置110的正侧端子和负侧端子相连接，在与一次侧装置110之间进行电力交换。此外，一次电路130与变压器Tr的一次侧相连接，在与变压器Tr的一次绕组之间进行电力交换。
一次电路130具有一次侧的直流母线对P1、N1，一次侧装置110的正侧端子与正侧的直流母线P1相连接，一次侧装置110的负侧端子与负侧的直流母线N1相连接。一次电路130可以是能对将一次侧的直流母线对连接至变压器的一次绕组的极性进行转换的逆变器(作为一个示例，三电平逆变器)。
在本实施方式中，一次电路130是桥式电路(表示为“第一桥式电路”)，更具体来说是全桥电路。取而代之地，一次电路130也可以由能对将一次侧的直流母线对连接至变压器的一次绕组的极性进行转换的半桥电路(例如，中性点箝位型三电平逆变器)来实现。
一次电路130具有电容器C1、开关元件Q1～Q4和电感器L1。电容器C1连接在一次侧的直流母线对P1、N1之间，对在一次电路130与一次侧装置110之间进行交换的电压和电流进行滤波。
开关元件Q1～Q4可以是功率MOSFET等MOSFET或IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等，取全桥结构。开关元件Q1和Q2在主端子间(在MOSFET中为漏极-源极间，在IGBT中为集电极-发射极间)按照该顺序串联连接在直流母线对P1、N1之间，控制端子c1和c2(栅极)与控制装置150相连接。开关元件Q1和Q2也可以包含反向连接在主端子间的二极管。在开关元件Q1和Q4为MOSFET的情况下，该二极管可以是寄生二极管。
开关元件Q3和Q4在主端子间按照该顺序串联连接在直流母线对P1、N1之间，控制端子c3和c4与控制装置150相连接。开关元件Q3和Q4也可以包含反向连接在主端子间的二极管。
电感器L1在开关元件Q1和Q2间的中间点a1、与开关元件Q3和Q4间的中间点b1之间与变压器Tr的一次绕组串联连接。
利用这样的结构，若在一次电路130中，开关元件Q1和Q4导通、开关元件Q2和Q3断开，则将中间点a1电连接到直流母线P1，将中间点b1电连接到直流母线N1，将中间点a1和b1之间的电压V1设为正电压。此外，在一次电路130中，若开关元件Q1和Q4断开、开关元件Q2和Q3导通，将中间点a1电连接到直流母线N1，将中间点b1电连接到直流母线P1，将电压V1设为负电压。由此，一次电路130能够对将一次侧的直流母线对与变压器的一次绕组相连接的极性进行转换。此外，在进行后述的休止期间调整动作的情况下，一次电路130可以设为能够将变压器的一次绕组的极性以包含正、负、0在内的三电平以上来进行转换。本图的一次电路130中，通过使开关元件Q1和Q3导通、开关元件Q2和Q4断开，或者使开关元件Q1和Q3断开、开关元件Q2和Q4导通，从而将中间点a1和b1双方电连接到直流母线P1或直流母线N1，并在实质上将电压V1设为0。
二次电路140与二次侧装置120的正侧端子和负侧端子相连接，在与二次侧装置120之间进行电力交换。此外，二次电路140与变压器Tr的二次侧相连接，在与变压器Tr的二次绕组之间进行电力交换。这里，二次电路140与变压器Tr的二次侧以及二次侧装置120相连接，除了耐压等根据变压器Tr的变压比而与一次电路130不同之外，具有与一次电路130大致相同的结构。因此，对于二次电路140，除了与一次电路130的不同点之外，省略说明。
二次电路140具有二次侧的直流母线对P2、N2。直流母线对P2、N2相当于一次电路130中的直流母线对P1、N1。此外，二次电路140具有电容器C2、开关元件Q5～Q8和电感器L2。电容器C2与一次电路130中的电容器C1相当，开关元件Q5～Q8与一次电路130中的开关元件Q1～Q4相当，电感器L2与一次电路130中的电感器L1相当。
在本实施方式中，二次电路140与一次电路130同样地是桥式电路(表示为“第二桥式电路”)，更具体而言是全桥电路。取而代之地，二次电路140也可以由能够对将二次侧的直流母线对与变压器的二次绕组相连接的极性进行转换的半桥电路(例如，中性点箝位型三电平逆变器)来实现。在进行后述的休止期间调整动作的情况下，二次电路140可以设为能够将变压器的二次绕组的极性以包含正、负、0在内的三电平以上来进行转换。另外，一次电路130和二次电路140也可以是不同种类的桥式电路或多电平逆变器。
控制装置150与一次电路130和二次电路140相连接，并对一次电路130和二次电路140进行控制。在本实施方式中，控制装置150输入有方向指令值、E1指令值、E1检测值、E2指令值和E2检测值，并输出用于对一次电路130的开关元件Q1～Q4的控制端子c1～c4的导通/断开进行控制的控制信号、以及用于对二次电路140的开关元件Q5～Q8的控制端子c5～c8的导通/断开进行控制的控制信号。
方向指令值是如下指令值：对是从一次侧向二次侧传输电力、还是从二次侧向一次侧传输电力进行指示。在从二次侧向一次侧传输电力的情况下，E1检测值是示出从一次电路130向一次侧装置110的输出的大小的指标值的一个示例，在本实施方式中是对提供给一次侧装置110的电压E1进行测定而得到的值。E1指令值是从一次电路130向一次侧装置110的输出的目标值的一个示例，在本实施方式中是对应当提供给一次侧装置110的电压E1的目标值进行指示的值。E2检测值和E2指令值是从一次侧向二次侧传输电力的情况下的、示出从二次电路140向二次侧装置120的输出的大小的指标值和目标值，除此以外与E1检测值和E1指令值相同。
在本实施方式中，控制装置150输入有表示输出目标的电压值的值，以作为指标值和目标值。取而代之地，控制装置150也可以输入有表示输出目标的电流值的值、或表示向输出目标提供的电力值的值等，来作为指标值和目标值，并基于上述值来控制开关元件Q1～Q8。
图2是本实施方式所涉及的功率转换装置100的动作波形的一个示例。在本图中，以从上到下的顺序示出了一次电路130的中间点a1和b1间的电压V1的波形、二次电路140的中间点a2和b2间的电压V2的波形、流过电感器L1的电流I1的波形(电压E1＜电压E2的情况)以及电流I1的波形(电压E1＞电压E2的情况)。各波形将时刻选为横轴。
控制装置150可以进行使一次电路130和二次电路140具有相位差并进行切换的控制。由此，功率转换装置100作为DAB转换器来发挥功能。本图例示出从一次侧向二次侧提供电力的情况。
在本图中，控制装置150以某一频率来使电压V1在正电压和负电压之间切换。控制装置150可以通过将使开关元件Q1和Q3导通并使开关元件Q2和Q4断开的控制信号提供给一次电路130，来将电压V1设为正电压E1。此外，控制装置150可以通过将使开关元件Q1和Q3断开并使开关元件Q2和Q4导通的控制信号提供给一次电路130，来将电压V1设为负电压-E1。
此外，控制装置150以相同的频率来切换连接到变压器Tr的二次侧绕组的两端的中间点a2和b2与二次侧装置120的正侧端子和负侧端子之间的连接的极性。控制装置150将开关元件Q6和Q7设为导通、将开关元件Q5和Q8设为断开，由此来将中间点a2连接到二次侧装置120的负侧端子，并将中间点b2连接到二次侧装置120的正侧端子。在该情况下，二次侧装置120的电压E2被反向施加，电压V2成为负电压-E2。此外，控制装置150可以将开关元件Q6和Q7设为断开、将开关元件Q5和Q8设为导通，由此来将电压V2设为正电压E2。
控制装置150在电压V1的切换和电压V2的切换之间具有图中表示为“一次/二次相位差”的相位差。这里，变压器Tr在理想状态下使一次侧的电流I 1和二次侧的电流I2以与绕组比的倒数相对应的比率而流过。在绕组比为1:1的情况下，在理想状态下，成为电流I1＝电流I2。因此，在考虑在功率转换装置100内流过的电流的情况下，可以无视变压器Tr。
图中，首先，若成为电压V1＝电压E1、电压V2＝电压-E2，则相对于串联连接的电感器L1和L2，一次侧装置110和二次侧装置120成为在正向方向上串联连接的状态，电压(E1+E2)被施加到电感器(L1+L2)。由此，流过电感器L1和L2的电流I1(＝I2)以斜率(E1+E2)/(L1+L2)上升，电流I1为正。
接着，若在一次/二次相位差之后成为电压V1＝电压E1、电压V2＝电压E2，则成为一次侧装置110的正侧端子和二次侧装置120的正侧端子经由电感器L1和L2相连接的状态，电压(E1-E2)被施加到电感器(L1+L2)。由此，电流I1(＝I2)以斜率(E1-E2)/(L1+L2)发生变化。
这里，在电压E1＜E2的情况下，电流I1减少。在电压E1＞E2的情况下，电流I1进一步增加。另外，在电压E1＝E2的情况下，电流I1不变化。然而，在实际的电路中存在一些损耗，因此与理想的情况相比，电流I1有减少的倾向。
在一次侧装置110的正侧端子和二次侧装置120的正侧端子经由电感器L1和L2相连接的状态下，正的电流I1(＝电流I2)流过，由此可以向二次侧装置120的正侧端子提供正的电流I2，二次侧装置120能进行充电等。
接着，若成为电压V1＝电压-E1、电压V2＝电压E2，则相对于电感器L1和L2，一次侧装置110和二次侧装置120成为与电压V1＝电压E1、电压V2＝电压-E2的情况反向地在正向方向上串联连接的状态。在该情况下，除了电流I 1的变化成为相反方向之外，与电压V1＝电压E1、电压V2＝电压-E2的情况相同。
接着，若电压V1＝电压-E1、电压V2＝电压-E2，则与电压V1＝电压E1、电压V2＝电压E2的情况同样地，对二次侧装置120进行充电等。
另外，在从二次侧向一次侧提供电力的情况下，控制装置150可以使电压V1的切换相对于电压V2的切换延迟。由此，通过进行使一次电路130和二次电路140具有相位差并进行切换的控制，从而可以在一次侧装置110和二次侧装置120之间交换电力。此外，在绕组比不为1:1的情况下，除了电压根据绕组比变化、并使电流根据绕组比的倒数而变化之外，与上述情况相同。
这里，要求控制装置150将所请求的电力不多不少地从电力输入侧(本例中为一次侧)向电力输出侧(本例中为二次侧)传输。特别地，在上述的电压E1＞电压E2这样的情况下，即使电压V1和电压V2为正，电流I1也持续增加。因此，本实施方式所涉及的控制装置150采用如下所示那样的用于调整电力传输量的结构，以使得在上述状况下也不将过大的电力输出至电力输出侧。
图3示出本实施方式所涉及的控制装置150的结构。控制装置150可以进行对一次电路130和二次电路140的切换的相位差进行调整的相位差调整动作、对切换的频率进行调整的频率调整动作、以及在各切换周期内对使电力的传输休止的休止期间的比例进行调整的休止期间调整动作。由此，控制装置150可以在一次侧装置110的电压E1和二次侧装置120的电压E2之间的关系等各种条件下，适当地控制电力传输。
控制装置150具有选择部310、减法器315、控制运算部320、相位差调整部330、频率调整部350和休止期间调整部370。选择部310根据所输入的指示，来选择将一次电路130和二次电路140中的哪一个设为电力的输出侧。本实施方式所涉及的选择部310输入有方向指令值、E1检测值、E2检测值、E1指令值、E2指令值，根据方向指令值来选择将E1检测值和E2检测值中的哪一个作为检测值来使用，并选择将E1指令值和E2指令值中的哪一个作为指令值(目标值)来使用。在方向指令值指示将电力从一次侧传输至二次侧的情况下，选择部310选择成为输出目标的二次侧的E2检测值和E2指令值并输出。在方向指令值指示将电力从二次侧传输至一次侧的情况下，选择部310选择成为输出目标的一次侧的E1检测值和E1指令值并输出。
减法器315计算由选择部310所选择的指令值和检测值的差。本实施方式所涉及的减法器315计算从指令值中减去检测值而得到的差。
控制运算部320输出与一次电路130和二次电路140中成为输出侧的电路的输出(在本实施方式中为检测值)和目标值(指令值)的差相对应的控制值。该控制值为与一次电路130和二次电路140中成为输出侧的电路的输出相对应的值，作为一个示例，可以是表示该定时下的输出的大小的值。
相位差调整部330根据一次电路130和二次电路140中成为输出侧的电路的输出和目标值，来调整切换的相位差。本实施方式所涉及的相位差调整部330根据控制运算部320输出的控制值来调整切换的相位差。相位差调整部330将控制运算部320输出的控制值作为相位差指令来接收，并将切换的相位差(图2中的“一次/二次相位差”)调整为与相位差指令相对应的相位差。这里，相位差调整部330在相位差指令增加时，使电力输出侧的电路(图2中为二次电路140)的切换相对于电力输入侧的电路(图2中为一次电路130)的切换的相位延迟增加，并使电流I1和I2增加来使输出增加。相位差调整部330在相位差指令减少时，使该相位延迟减少，并使电流I1和I2减少来使输出减少。
相位差调整部330包含相位差限制器335和相位差控制部340。相位差限制器335对相位差指令施加限制，以使得切换的相位差不会变得比下限相位差要小。例如，相位差限制器335在接收到指示使相位差比下限相位差减少的相位差指令时，将相位差指令限制为下限值以使得相位差不进一步变小。作为一个示例，下限值相位差可以为0，在该情况下，相位差限制器335可以不将输出侧的切换相对于电力输入侧的电路的切换的相位差设定为负。取而代之地，下限相位差也可以是正值或负值。
相位差控制部340从相位差限制器335接收被限制的相位差指令，并根据相位差指令来控制一次电路130和二次电路140之间的相位差。相位差控制部340可以将一次电路130和二次电路140之间的相位差设定为由相位差指令所指定的相位差。取而代之地，相位差控制部340也可以通过使一次电路130和二次电路140之间的相位差渐渐变化以接近由相位差指令所指定的相位差，从而使相位差不急剧地发生变化。
然后，相位差控制部340从休止期间调整部370输入一次电路130和二次电路140中成为输入侧的电路用的切换波形(图2的示例中为V1波形)，并使该切换波形延迟与设定中的相位差相对应的延迟量，从而生成成为输出侧的电路用的切换波形。然后，相位差控制部340根据方向指令值，对于一次电路130和二次电路140中成为输入侧的电路以及成为输出侧的电路，输出相对应的输入侧用的切换波形和输出侧用的切换波形。
频率调整部350根据来自一次电路130或二次电路140的输出和目标值，来调整一次电路130和二次电路140的切换的频率。这里，频率调整部350根据来自一次电路130和二次电路140中成为输出侧的电路的输出和目标值，来调整切换频率。在本实施方式中，频率调整部350以由相位差调整部330将切换的相位差调整为下限相位差这一情况为条件，来变更切换的频率。
频率调整部350包含减法器355、频率限制器360和频率控制部365。减法器355输出与相位差限制器335输出的被限制的相位差指令、和控制运算部320输出的相位差指令之差相对应的频率增量指令。由此，减法器355输出从控制运算部320所输出的控制值中去除了相位差调整部330的调整量后得到的值，频率调整部350可以根据该值来调整切换的频率。在本实施方式中，减法器355通过从由相位差限制器335输出的被限制的相位差指令中减去由控制运算部320输出的相位差指令，从而将去除了相位差调整部330的调整量后得到的指令值的反转值(负值)作为频率增量指令来输出。在切换的相位差成为下限相位差并将相位差指令限制为下限值的情况下，该频率增量指令成为如下指令：根据从被限制为下限值的相位差指令中减去实际的相位差指令后得到的差，来使频率增加。
频率限制器360对频率增量指令施加限制，以使得切换的频率不超过上限频率(也表示为“fmax”)。例如，频率限制器360对频率增量指令进行限制，以使得成为与上限频率相对应的上限值以下。
频率控制部365从频率限制器360接收被限制的频率增量指令，并根据频率增量指令来控制一次电路130和二次电路140的切换的频率。频率控制部365可以将一次电路130和二次电路140的切换频率设定为由频率增量指令所指定的频率。取而代之地，频率控制部365也可以通过使切换频率渐渐变化以接近由频率增量指令所指定的频率，从而使频率不急剧地发生变化。本实施方式所涉及的频率控制部365产生由频率增量指令所指定的频率的基本切换波形，并输出至休止期间调整部370。
休止期间调整部370根据来自一次电路130或二次电路140的输出和目标值，来调整使来自一次电路130或二次电路140的输出休止的休止期间的比例。这里，休止期间调整部370根据来自一次电路130和二次电路140中成为输出侧的电路的输出和目标值，来调整休止期间的比例。在本实施方式中，休止期间调整部370以由频率调整部350将切换的频率调整为上限频率这一情况为条件，来变更休止期间的比例。
休止期间调整部370包含减法器375和脉冲宽度控制部380。减法器375输出与由频率限制器360输出的被限制的频率增量指令、和由减法器355输出的频率增量指令之差相对应的脉冲宽度减少指令。由此，减法器375输出从控制运算部320所输出的控制值中去除了相位差调整部330和频率调整部350的调整量后得到的值，休止期间调整部370可以根据该值来调整休止期间的比例。在本实施方式中，减法器375通过从由减法器355输出的频率增加指令中减去由频率调整部350输出的被限制的频率增加指令，从而将去除了相位差调整部330和频率调整部350的调整量后得到的指令值作为脉冲宽度减少指令来输出。在切换的频率成为上限频率并将频率增量指令限制为上限值的情况下，该脉冲宽度减少指令成为如下指令：根据从实际的频率增量指令中减去被限制为上限值的频率增量指令而得到的差，来使脉冲宽度减少。
脉冲宽度控制部380接收脉冲宽度减少指令，在与频率调整部350所设定的频率相对应的1个周期的期间中，根据脉冲宽度减少指令使对设为一次电路130和二次电路140的切换中的电压V1＝E1和-E1的期间、以及设为电压V2＝E2和-E2的期间进行指定的脉冲的脉冲宽度减少。由此，脉冲宽度控制部380可以在1个周期的期间中，使将一次电路130和二次电路140之间的电力传输休止的期间的比例增加。在本实施方式中，脉冲宽度减少指令的指令值越大，则脉冲宽度控制部380使该脉冲宽度越小。脉冲宽度控制部380也可以通过使切换中的休止期间的比例渐渐变化以接近与脉冲宽度减少指令相对应的休止期间的比例，从而使休止期间的比例不急剧地发生变化。然后，脉冲宽度控制部380输入了频率控制部365所产生的基本切换波形，将基本切换波形的各脉冲的脉冲宽度设定成与脉冲宽度减少指令相对应的脉冲宽度并输出至相位差控制部340。
根据以上所示的控制装置150，可以基于同一控制运算部320所输出的控制值，来调整相位差、频率以及休止期间的比例。由此，若基于同一控制运算部320所输出的控制值来进行多个调整动作，则可以抑制在针对调整动作的每个种类具有不同的控制运算部的情况下可能产生的控制紊乱。
图4示出本实施方式所涉及的控制装置150的动作流程。在步骤S400中，控制装置150输入了E1指令值、E2指令值、E1检测值、E2检测值和方向指令值。
在S410中，控制装置150内的选择部310根据方向指令值来选择传输电力的方向，从E1指令值和E2指令值中选择电力输出侧的指令值来输出，并从E1检测值和E2检测值中选择电力输出侧的检测值来输出。
在S420中，控制装置150内的减法器315和控制运算部320计算与在S410中所选择的指令值和检测值相对应的控制值。这里，控制运算部320可以通过与输出和目标值之差相对应的PI控制或PID控制来输出控制值，取而代之地，也可以使用包含将输出和目标值之差进行平均化等在内的任意手段来输出可降低输出和目标值之差的控制值。
在S430中，相位差调整部330根据来自控制运算部320的控制值，来决定一次电路130和二次电路140的切换的相位差。在S440中，频率调整部350根据从来自控制运算部320的控制值中去除了相位差调整部330的相位差调整而被使用的量后得到的剩余分量，来决定一次电路130和二次电路140的切换的频率。在S450中，休止期间调整部370根据从来自控制运算部320的控制值中去除了相位差调整部330的相位差调整以及频率调整部350的频率调整而被使用的量后得到的剩余分量，来决定使一次电路130和二次电路140之间的电力传输休止的休止期间的比例或长度。
在S460中，相位差调整部330、频率调整部350和休止期间调整部370根据方向指令值所指定的方向、在S430中决定的相位差、在S440中决定的频率以及在S450中决定的休止期间的长度，来设定针对开关元件Q1～Q8的控制信号c1～c8的频率、脉冲宽度以及各自的相位，以使得以一次电路130内的开关元件Q1～Q4和二次电路140内的开关元件Q5～Q8所决定的相位差来进行切换。
图5是本实施方式所涉及的功率转换装置100的相位差调整动作中的动作波形的一个示例。本图表示在变压器Tr的绕组比为1:1时，在一次侧装置110的电压E1比二次侧装置120的电压E2要高的情况下，将电力从一次侧传输至二次侧时的动作波形。另外，本图的动作波形与图2中的V1波形、V2波形以及I1波形(E1＞E2)相同，因此，除了以下的不同点以外，省略说明。
在相位差调整动作中，控制装置150使一次电路130和二次电路140以基本频率f1进行切换，并使电力输出侧相对于电力输入侧具有相位差来切换。控制运算部320根据指令值和检测值之差，来调整在一次电路130和二次电路140之间的切换中所具有的相位差。这里，如与图2相关联地示出的那样，相位差指令越大，则相位差调整部330越使上述相位差增加。若相位差增加，则电压V1＝电压E1、电压V2＝电压-E2的期间中的电流I1的上升期间变长，在成为电压V1＝电压E1、电压V2＝电压E2之后，提供给二次侧装置120的电力增加。此外，若相位差增加，则电压V1＝电压-E1、电压V2＝电压E2期间中的电流I1的下降期间变长，在成为电压V1＝电压-E1、电压V2＝电压-E2期间，提供给二次侧装置120的电力增加。由此，通过使相位差增加，从而控制装置150可以使针对一次电路130和二次电路140中成为输出侧的电路的电力传输量增加。反之，相位差指令越小，则相位差调整部330越使上述相位差减少，使电压V1＝电压E1、电压V2＝电压-E2期间中的电流I1的上升期间变短，并使电压V1＝电压-E1、电压V2＝电压E2期间中的电流I1的下降期间变短。由此，通过使相位差减少，从而控制装置150可以使针对一次电路130和二次电路140中成为输出侧的电路的电力传输量减少。
这里，在一次侧装置110和二次侧装置120中电力输入侧的电压(例如电压E1)变得比电力输出侧的电压(例如电压E2)显著要大的用途(例如，对电力输出侧的电池进行充电的情况等)中，即使如图5所示那样将相位差设为0，也存在电流I1(≈电流I2)的大小持续增加而导致电力传输量变大的可能性。如下所示，本实施方式所涉及的功率转换装置100通过进行频率调整动作，来抑制电流I1的峰值的大小和电力传输量。
图6是本实施方式所涉及的功率转换装置100的频率调整动作中的动作波形的一个示例。本图以从上往下的顺序示出频率调整动作中的电压V1的波形、电压V2的波形和电流I1的波形。各波形将时间选为横轴。
本图的电压V1波形和电压V2波形示出一次侧装置110和二次侧装置120中电力输入侧的电压(例如电压E1)比电力输出侧的电压(例如电压E2)要大的情况。该情况下，如电流I1波形所示，在设为电压V1＝电压E1且电压V2＝电压E2来对二次侧装置120进行充电等的期间、以及设为电压V1＝电压-E1且电压V2＝电压-E2来对二次侧装置120进行充电等的期间，电流I1的大小也增加。
功率转换装置100根据在相位差调整动作中应从一次侧传输到二次侧的电力下降且相位差被调整为下限相位差的情况，来进行频率调整动作。在频率调整动作中，在应将电力从一次电路130和二次电路140中的电力输出侧的电路、即一次侧传输至二次侧时，控制装置150根据来自二次电路140的输出和目标值，来调整一次电路130和二次电路140的切换频率f2。
如与图2相关联地示出的那样，频率调整部350将从控制运算部320输出的控制值中去除了相位差调整部330的调整量后得到的值的负值设为频率增量指令，基于该频率增量指令，控制运算部320输出的相位差指令越小，则越使频率f2增加来使电力传输量下降。本实施方式所涉及的频率调整部350基于频率增量指令，使频率f2在从进行相位差调整动作的情况下的频率f1至上限频率fmax之间进行变更。若频率增加，则切换的周期1/f2变短。由此，通过使频率增加，从而控制装置150使电流I1的大小增加的期间变短来抑制电流I1的峰值的大小，此外也使所传输的电力下降。
在频率调整动作中，功率转换装置100可以通过增加频率来使电力的传输量下降，而不在各切换周期内设置休止期间。这里，若设置休止期间，则在休止期间中不传输电力，因而在传输电力的期间中所流过的电流的大小的峰值变得比在通过频率调整动作来提高频率并传输相同量的电力的情况下所流过的电流的大小的峰值要大。因此，在使用了频率调整动作的情况下，与设置休止期间的情况相比，可以使在相同电流的峰值下所传输的电力量进一步变大。在设置了休止期间的情况下在休止期间以外所流过的电流变大且周期性的电流变动变大这样的状况或使用条件等下，功率转换装置100可以进行频率调整动作。
图7是本实施方式所涉及的功率转换装置100的休止期间调整动作中的动作波形的一个示例。本图以从上往下的顺序示出休止期间调整动作中的电压V1的波形、电压V2的波形和电流I1的波形。各波形将期间选为横轴。
本图的电压V1波形和电压V2波形示出了一次侧装置110和二次侧装置120中的电力输入侧的电压(例如电压E1)比电力输出侧的电压(例如电压E2)要大的情况。在该情况下，如电流I1波形所示，在设为电压V1＝电压E1且电压V2＝电压E2来对二次侧装置120进行充电等的期间、以及设为电压V1＝电压-E1且电压V2＝电压-E2来对二次侧装置120进行充电等的期间，电流I1的大小也增加。
功率转换装置100根据在频率调整动作中应从一次侧传输到二次侧的电力下降且频率被调整成最大频率fmax的情况，来进行休止期间调整动作。在休止期间调整动作中，在应将电力从一次电路130和二次电路140中的电力输出侧的电路、即一次侧传输至二次侧时，控制装置150根据来自二次电路140的输出和目标值，来调整一次电路130和二次电路140的切换中的休止期间的比例。
如与图2相关联地示出的那样，休止期间调整部370将从控制运算部320输出的控制值中去除了相位差调整部330和频率调整部350的调整量后得到的值设为脉冲宽度减少指令，基于该脉冲宽度减少指令，控制运算部320所输出的相位差指令越小，则越使切换的脉冲宽度减少来使电力传输量下降。这里，控制装置150对开关元件Q1～Q8进行控制，以设为在休止期间的期间内电压V1＝0、电压V2＝0作为一个示例，控制装置150可以通过将开关元件Q1和Q3设为导通、将Q2和Q4设为断开来将中间点a1和b1连接至正侧的直流母线P1，从而设为电压V1＝0，取而代之地，也可以通过将开关元件Q1和Q3设为断开、将Q2和Q4设为导通来将中间点a1和b1连接至负侧的直流母线N1，从而设为电压V1＝0。此外，控制装置150可以对开关元件Q5～Q8也进行与开关元件Q1～Q4相同的控制，从而设为电压V2＝0。
在电压V1＝0且电压V2＝0的休止期间中，一次电路130不经由一次侧装置10而经由电感器L1和变压器Tr来使电流循环，二次电路140经由二次侧装置120而经由电感器L2和变压器Tr来使电流循环。因此，功率转换装置100在休止期间的期间内维持电流I1和电流I2。另外，在现实中，因电流的循环路径中的配线阻抗等的影响，电流I1和I2可能稍许衰减。功率转换装置100在结束休止期间之后，将该电流I1和I2回收到电容器C1和C2中，或使用在一次侧装置110和二次侧装置120的充电中。
本实施方式的功率转换装置100通过在切换的各周期中使传输电力的时间宽度减少，从而进行设置不传输电力的休止期间的控制(所谓的PWM控制)。在休止期间调整动作中，功率转换装置100增加切换的1个周期期间的休止期间的比例，由此，即使提高切换的频率，也可以降低电力传输量。这里，功率转换装置100也能够将切换的1个周期期间的大部分设为休止期间，由此，能够通过安装来应对休止期间调整动作比频率调整动作要低的电力传输量。另一方面，在休止期间调整动作中，电力传输过程中的峰值电流与频率调整动作相比变大，因此可以通过功率转换装置100的安装来使频率调整动作一方的电力传输效率变高。因此，在这样的安装中，功率转换装置100进行频率调整动作，并且在电力传输量下降的情况下，能通过进行休止期间调整动作来高效地传输电力。
取而代之地，功率转换装置100也可以进行如下控制(所谓的突发控制)：设置使切换的周期性动作停止并在一定期间(例如，超过1个周期的期间)不传输电路的休止期间。此外，功率转换装置100也可以根据作为目标的休止期间的比例来切换休止期间的PWM控制和突发控制。
在以上所示的实施方式中，控制装置150切换相位差调整动作、频率调整动作和休止期间调整动作。取而代之地，控制装置150可以在不进行相位差调整动作和休止期间调整动作的情况下通过频率调整动作来调整电力传输量，也可以通过相位差调整动作和频率调整动作的组合来调整电力传输量，还可以通过频率调整动作和休止期间调整动作的组合来调整电力传输量。
此外，随着所请求的电力传输量的减少，控制装置150也可以使相位差减少并提高频率，来取代进行控制以使得在相位差调整动作中达到下限相位差之后进行频率调整动作。同样地，随着所请求的电力传输量的减少，控制装置150也可以提高频率并增加休止期间的比例。此外，控制装置150也可以根据所请求的电力传输量，来使相位差、频率和休止期间的比例全部并行地变化。
此外，在频率调整动作中频率达到上限频率并转移到休止期间调整动作的情况下，随着所请求的电力传输量的减少，控制装置150可以使休止期间的比例增加并使频率下降，以降低因切换而造成的损耗。在该情况下，控制装置150也可以使切换的频率下降到在相位差调整动作中所使用的频率为止的范围内，例如也可以使切换的频率下降到可听区域外(例如20kHz以上)的预先确定的下限频率以上的范围内。
另外，在以上所示的实施方式中，功率转换装置100采用能够双向地传输电力的结构。取而代之地，功率转换装置100也可以由控制装置150控制，以使得仅在从一次侧向二次侧等的一个方向上传输电力。
本发明的各种实施方式可以参照流程图和框图来记载，这里，框可以表示(1)操作被执行的过程的阶段或(2)具有执行操作的功能的装置的部分。特定的阶段和部分可以利用专用电路、与存储在计算机可读介质上的计算机可读指令一起被提供的可编程电路、和/或与存储在计算机可读介质上的计算机可读指令一起被提供的处理器来安装。专用电路可以包含数字和/或模拟硬件电路，也可以包含集成电路(IC)和/或分立电路。可编程电路可以包含可再构成的硬件电路，该可再构成的硬件电路包含逻辑与(AND)、逻辑或(OR)、逻辑异或(XOR)、逻辑与非(NAND)、逻辑或非(NOR)和其它逻辑操作、触发器、寄存器、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)等那样的存储器要素等。
计算机可读取介质可以包含能对由合适的器件所执行的指令进行存储的任意有形的器件，其结果是，具有存储在其中的指令的计算机可读介质包括如下产品，该产品包含为了生成用于执行由流程图或框图指定的操作的单元而可以执行的指令。作为计算机可读介质的示例，可以包含电子存储介质、磁存储介质、光存储介质、电磁存储介质、半导体存储介质等。作为计算机可读介质的更具体的示例，可以包含软盘(注册商标)盘片、磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、电可擦除可编程存储器(EEPROM)、静态随机存取存储器(SRAM)、光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、蓝光(RTM)盘片、记忆棒、集成电路卡等。
计算机可读命令可以包含如下程序，该程序为汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器依赖指令、微代码、固件指令、状态设定数据、或者利用Smalltalk、Java(注册商标)、C++等那样的面向对象的编程语言、以及“C”编程语言或者包含同样的编程语言那样的现有的过程型程序编程语言在内的一个或多个编程语言的任意组合所描述的源代码或对象代码中的任一种。
计算机可读指令可以经由本地或本地局域网(LAN)、互联网等那样的广域网(WAN)被提供给通用计算机、特殊目的的计算机、或者其它可编程的数据处理装置的处理器或可编程电路，为了产生用于执行由流程图或框图所指定的操作的单元，执行计算机可读指令。作为处理器的示例，包含计算机处理器、处理单元、微处理器、数字信号处理器、控制器、微控制器等。
以上，使用实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围并不限于上述实施方式所记载的范围。本领域技术人员知晓能够对上述实施方式实施各种变更或改进。由权利要求范围的记载可以明确，施加了这种变更或改进的方式也包含在本发明的技术范围内。
应当注意的是，权利要求书、说明书以及附图中所示的装置、系统、程序及方法中的动作、顺序、步骤、以及阶段等的各处理的执行顺序只要没有特别明确地示出为“之前”、“先前”等，此外只要不是在之后的处理中使用之前的处理的输出，则可以按照任意的顺序来实现。权利要求书、说明书以及附图中的动作流程中，为了方便说明，使用了“首先”、“然后”等，但并不意味着一定要按照这样的顺序来实施。
标号说明
100功率转换装置，110一次侧装置，120二次侧装置，130一次电路，140二次电路，150控制装置，310选择部，315减法器，320控制运算部，330相位差调整部，335相位差限制器，340相位差控制部，350频率调整部，355减法器，360频率限制器，365频率控制部，370休止期间调整部，375减法器，380脉冲宽度控制部。

Claims (14)

1.一种功率转换装置，其特征在于，包括：
变压器；
第一桥式电路，该第一桥式电路与所述变压器的一次侧相连接，能够转换将一次侧的直流母线对连接至所述变压器的极性；
第二桥式电路，该第二桥式电路与所述变压器的二次侧相连接，能够转换将二次侧的直流母线对连接至所述变压器的极性；以及
控制装置，该控制装置能进行使所述第一桥式电路和所述第二桥式电路具有相位差来进行切换的控制，
所述控制装置具有频率调整部，该频率调整部根据来自所述第一桥式电路或所述第二桥式电路的输出和目标值，来调整所述第一桥式电路和所述第二桥式电路的切换的频率。
2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
所述控制装置还具有相位差调整部，该相位差调整部根据所述输出和所述目标值来对所述切换的相位差进行调整。
3.如权利要求2所述的功率转换装置，其特征在于，
所述频率调整部以所述切换的相位差被调整为下限相位差为条件来变更所述切换的频率。
4.如权利要求2或3所述的功率转换装置，其特征在于，
所述控制装置还具有休止期间调整部，该休止期间调整部根据所述输出和所述目标值，来对使来自所述第一桥式电路或所述第二桥式电路的所述输出休止的休止期间的比例进行调整。
5.如权利要求4所述的功率转换装置，其特征在于，
所述休止期间调整部以所述切换的频率被调整为上限频率为条件来变更所述休止期间的比例。
6.如权利要求4或5所述的功率转换装置，其特征在于，
所述控制装置还具有控制运算部，该控制运算部输出与所述输出和所述目标值之差相对应的控制值，
所述相位差调整部根据所述控制值来调整所述切换的相位差，
所述频率调整部根据从所述控制值中去除了所述相位差调整部的调整量后得到的值来调整所述切换的频率，
所述休止期间调整部根据从所述控制值中去除了所述相位差调整部和所述频率调整部的调整量后得到的值来调整所述休止期间的比例。
7.如权利要求6所述的功率转换装置，其特征在于，
所述控制运算部通过与所述输出和所述目标值之差相对应的PI控制或PID控制来输出所述控制值。
8.如权利要求1至7中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述控制装置还包括选择部，该选择部根据所输入的指示来选择将所述第一桥式电路和所述第二桥式电路中的哪一个设为电力的输出侧。
9.一种控制方法，
该控制方法为功率转换装置的控制方法，其特征在于，
所述功率转换装置包括：
变压器；
第一桥式电路，该第一桥式电路与所述变压器的一次侧相连接，能够转换将一次侧的直流母线对连接至所述变压器的极性；
第二桥式电路，该第二桥式电路与所述变压器的二次侧相连接，能够转换将二次侧的直流母线对连接至所述变压器的极性；以及
控制装置，该控制装置能进行使所述第一桥式电路和所述第二桥式电路具有相位差来进行切换的控制，
所述控制方法包含如下步骤：根据来自所述第一桥式电路或所述第二桥式电路的输出和目标值，来调整所述第一桥式电路和所述第二桥式电路的切换的频率。
10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，
包含如下步骤：根据所述输出和所述目标值来调整所述切换的相位差。
11.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，
调整所述频率是以所述切换的相位差被调整为下限相位差为条件来变更所述切换的频率。
12.一种计算机可读介质，
该计算机可读介质是记录用于控制功率转换装置的控制程序的计算机可读介质，其特征在于，
所述功率转换装置包括：
变压器；
第一桥式电路，该第一桥式电路与所述变压器的一次侧相连接，能够转换将一次侧的直流母线对连接至所述变压器的极性；
第二桥式电路，该第二桥式电路与所述变压器的二次侧相连接，能够转换将二次侧的直流母线对连接至所述变压器的极性；以及
控制装置，该控制装置能进行使所述第一桥式电路和所述第二桥式电路具有相位差来进行切换的控制，
所述控制程序使所述控制装置作为频率调整部来发挥功能，该频率调整部根据来自所述第一桥式电路或所述第二桥式电路的输出和目标值，来对所述第一桥式电路和所述第二桥式电路的切换的频率进行调整。
13.如权利要求12所述的计算机可读介质，其特征在于，
所述控制程序还使所述控制装置作为相位差调整部来发挥功能，该相位差调整部根据所述输出和所述目标值，来对所述切换的相位差进行调整。
14.如权利要求13所述的计算机可读介质，其特征在于，
所述频率调整部以所述切换的相位差被调整为下限相位差为条件来变更所述切换的频率。
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