CN114303312A - 电力转换装置 - Google Patents

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CN114303312A CN202080059939.9A CN202080059939A CN114303312A CN 114303312 A CN114303312 A CN 114303312A CN 202080059939 A CN202080059939 A CN 202080059939A CN 114303312 A CN114303312 A CN 114303312A
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广田翔吾
花村贤治
白川隆史
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Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Abstract

在DAB(Dual Active Bridge：双有源桥)转换器中，在从第1直流部向第2直流部升压地传输电力的情况下，第2电桥电路(12)包含绝缘变压器(TR1)的次级绕组(n2)和第2直流部导通的期间、以及上述绝缘变压器(TR1)的次级绕组(n2)的两端在第2电桥电路(12)内短路的期间。控制电路(13)对第1支路与第2支路间的相位差进行固定，对第5开关元件(S5)与第6开关元件(S6)的同时断开期间进行可变控制，并对第7开关元件(S7)与第8开关元件(S8)的同时断开期间进行可变控制。

Description

电力转换装置
技术领域
本公开涉及一种将直流电力转换为另一电压的直流电力的电力转换装置。
背景技术
伴随太阳光发电系统、蓄电系统的普及扩大，需要小型且高效的功率调节器。在高级的功率调节器或电动汽车中，需要绝缘型、可进行双向的电力传输、且在初级侧与次级侧这两者都支持较大的电压范围的DC/DC转换器。在满足这些要求的DC/DC转换器之一中，存在DAB(Dual Active Bridge：双有源桥)转换器(例如，参照专利文献1)。
[现有技术文献]
[非专利文献]
专利文献1:日本特开2018-166389号公报
发明内容
[发明要解决的课题]
在以往的一般DAB转换器中，在从初级侧的直流电源向电抗器充电时，能量也被从次级侧的直流负载充向电抗器，产生了无功电流。此外，在轻负载时，有时会发生硬开关。
本公开鉴于这样的状况而完成，其目的在于提供一种高效的绝缘型的DC/DC转换器。[用于解决技术课题的技术方案]
为了解决上述问题，本公开的一个方案的电力转换装置包括：第1电桥电路，其具有串联连接有第1开关元件和第2开关元件的第1支路、以及串联连接有第3开关元件和第4开关元件的第2支路，且上述第1支路与上述第2支路被并联连接于第1直流部；第2电桥电路，其具有串联连接有第5开关元件和第6开关元件的第3支路、以及串联连接有第7开关元件和第8开关元件的第4支路，且上述第3支路与上述第4支路被并联连接于第2直流部；绝缘变压器，其被连接于上述第1电桥电路与上述第2电桥电路之间；以及控制电路，其对上述第1开关元件－上述第8开关元件进行控制。在上述第1开关元件－上述第8开关元件，分别反并联地连接或形成有二极管，在从上述第1直流部向上述第2直流部升压地传输电力的情况下，上述第2电桥电路包含上述绝缘变压器的次级绕组和上述第2直流部导通的期间、以及上述绝缘变压器的次级绕组的两端在上述第2电桥电路内短路的期间。上述控制电路对上述第1支路与上述第2支路间的相位差进行可变控制，对上述第5开关元件与上述第6开关元件的同时断开期间进行可变控制，并对上述第7开关元件与上述第8开关元件的同时断开期间进行可变控制。
[发明效果]
根据本公开，可实现高效的绝缘型的DC/DC转换器。
附图说明
图1是用于说明实施方式的电力转换装置的构成的图。
图2的(a)－图2的(f)是用于说明电力转换装置的比较例1的动作的图。
图3的(a)－图3的(b)是表示在比较例1中，流过电抗器的电流的具体例的图。
图4的(a)－图4的(f)是用于说明电力转换装置的比较例2的动作的图。
图5是表示在比较例2中，流过电抗器的电流的具体例的图。
图6的(a)－图6的(f)是用于说明电力转换装置的实施例1(降压模式)的动作的图。
图7是表示实施例1(降压模式)的、第1开关元件－第8开关元件的开关定时1的图。
图8是表示实施例1(降压模式)的、第1开关元件－第8开关元件的开关定时2的图。
图9的(a)－图9的(e)是用于说明电力转换装置的实施例2(降压模式)的动作1的图。
图10的(a)－图10的(e)是用于说明电力转换装置的实施例2(降压模式)的动作2的图。
图11是表示实施例2(降压模式)的、第1开关元件－第8开关元件的开关定时的图。
图12的(a)－图12的(f)是用于说明电力转换装置的实施例1(升压模式)的动作的图。
图13是表示实施例1(升压模式)的、第1开关元件－第8开关元件的开关定时1的图。
图14是表示实施例1(升压模式)的、第1开关元件－第8开关元件的开关定时2的图。
图15的(a)－图15的(e)是用于说明电力转换装置的实施例2(升压模式)的动作1的图。
图16的(a)－图16的(e)是用于说明电力转换装置的实施例2(升压模式)的动作2的图。
图17是表示实施例2(升压模式)的、第1开关元件－第8开关元件的开关定时的图。
图18是用于说明电力转换装置的实施例1、2的降压动作与升压动作的切换的图。
图19是用于说明变形例的电力转换装置的构成的图。
具体实施方式
图1是用于说明实施方式的电力转换装置1的构成的图。电力转换装置1为绝缘型的双向DC/DC转换器(DAB转换器)，对从第1直流电源E1供给的直流电力进行转换并传输到第2直流电源E2，或是对从第2直流电源E2供给的直流电力进行转换并传输到第1直流电源E1。电力转换装置1既能够降压地进行电力传输，也能够升压地进行电力传输。
第1直流电源E1例如为蓄电池、双电层电容器等。作为第2直流电源E2，连接有双向逆变器的直流总线等是符合的。在蓄电系统的用途中，该双向逆变器的交流侧被连接于商用电力系统和交流负载。在电动汽车的用途中，被连接于电机(有再生功能)。也可以是，在该直流总线，还连接有太阳能电池用的DC/DC转换器或其他蓄电池用的DC/DC转换器。
电力转换装置1包括第1电容器C1、第1电桥电路11、绝缘变压器TR1、第1漏电感L1、第2漏电感L2、第2电桥电路12、第2电容器C2及控制电路13。
第1电容器C1与第1直流电源E1并联连接。第2电容器C2与第2直流电源E2并联连接。对于第1电容器C1及第2电容器C2，例如使用电解电容器。在本说明书中，将第1直流电源E1和第1电容器C1统称为第1直流部，将第2直流电源E2和第2电容器C2统称为第2直流部。
第1电桥电路11为由第1支路与第2支路并联连接构成的全桥电路，该第1支路串联连接有第1开关元件S1和第2开关元件S2，该与第2支路串联连接有第3开关元件S3和第4开关元件S4。第1电桥电路11与第1直流部并联连接，第1支路的中点与第2支路的中点被分别连接于绝缘变压器TR1的初级绕组n1的两端。
第2电桥电路12为由第3支路于第4支路并联连接构成的全桥电路，该第3支路串联连接有第5开关元件S5和第6开关元件S6，该第4支路串联连接有第7开关元件S7和第8开关元件S8。第2电桥电路12与第2直流部并联连接，第3支路的中点与第4支路的中点被分别连接于绝缘变压器TR1的次级绕组n2的两端。
在第1开关元件S1－第8开关元件S8，分别反并联地连接或形成有第1二极管D1－第8二极管D8。对于第1开关元件S1－第8开关元件S8，例如能够使用IGBT(Insulated GateBipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)或MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor：金属-氧化物半导体场效应晶体管)。在使用IGBT的情况下，在第1开关元件S1－第8开关元件S8，分别连接有外装的第1二极管D1－第8二极管D8。在使用MOSFET的情况下，在第1开关元件S1－第8开关元件S8中，能够分别将被从源极向漏极方向形成的寄生二极管作为第1二极管D1－第8二极管D8来利用。
绝缘变压器TR1根据初级绕组n1与次级绕组n2的匝数比来对被连接于初级绕组n1的第1电桥电路11的输出电压进行转换，并输出到被连接于次级绕组n2的第2电桥电路12。此外，绝缘变压器TR1根据次级绕组n2与初级绕组n1的匝数比来对被连接于次级绕组n2的第2电桥电路12的输出电压进行转换，并输出到被连接于初级绕组n1的第1电桥电路11。
在第1电桥电路11的第1支路的中点与绝缘变压器TR1的初级绕组n1的一端之间，形成有第1漏电感L1。在第2电桥电路12的第3支路与次级绕组n2的一端之间，形成有第2漏电感L2。另外，也可以是，代替第1漏电感L1及第2漏电感L2地，分别连接具有预定的电感值的电抗器元件。
虽未在图1中示出，但设置有第1电压传感器、第1电流传感器、第2电压传感器、以及第2电流传感器，该第1电压传感器对第1直流部的两端电压进行检测，该第1电流传感器对流过第1直流部的电流进行检测，该第2电压传感器对第2直流部的两端电压进行检测，该第2电流传感器对流过第2直流部的电流进行检测，各自的计测值被输出到控制电路13。
控制电路13通过向第1开关元件S1－第8开关元件S8的栅极端子供给驱动信号(PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)信号)，从而对第1开关元件S1－第8开关元件S8进行控制。控制电路13的构成可通过硬件资源与软件资源的协作，或仅通过硬件资源来实现。作为硬件资源，可利用模拟元件、微型计算机、DSP、ROM、RAM、FPGA、以及其他LSI。作为软件资源，可利用固件等程序。
控制电路13在从第1直流部向第2直流部进行电力传输时，基于第2电压传感器的计测值来控制第1开关元件S1－第8开关元件S8，使得向第2直流部的输出电压维持电压指令值。此外，控制电路13在从第1直流部向第2直流部进行电力传输时，基于第2电流传感器的计测值来控制第1开关元件S1－第8开关元件S8，使得向第2直流部的输出电流维持电流指令值。此外，控制电路13在从第2直流部向第1直流部进行电力传输时，基于第1电压传感器的计测值来控制第1开关元件S1－第8开关元件S8，使得向第1直流部的输出电压维持电压指令值。此外，控制电路13在从第2直流部向第1直流部进行电力传输时，基于第1电流传感器的计测值来控制第1开关元件S1－第8开关元件S8，使得向第1直流部的输出电流维持电流指令值。
如此，DAB转换器为初级侧与次级侧对称的构成，能够双向地进行电力传输。以下，对电力转换装置1的动作进行说明。
(比较例1)
图2的(a)－图2的(f)是用于说明电力转换装置1的比较例1的动作的图。在图2的(a)－图2的(f)中，为了简化附图，将绝缘变压器TR1、第1漏电感L1、以及第2漏电感L2统一描绘为1个电抗器L。此外，省略地描绘了第1电容器C1和第2电容器C2。
在图2的(a)所示的第1状态下，控制电路13将第1开关元件S1、第4开关元件S4、第6开关元件S6及第7开关元件S7控制为接通状态，将第2开关元件S2、第3开关元件S3、第5开关元件S5及第8开关元件S8控制为断开状态。在第1状态下，相对于电抗器L，第1直流电源E1与第2直流电源E2成为被串联连接的关系，能量被从第1直流电源E1与第2直流电源E2这两者向电抗器L放出，并被充入到电抗器L中。
在图2的(b)所示的第2状态下，控制电路13将第1开关元件S1、第4开关元件S4、第5开关元件S5及第8开关元件S8控制为接通状态，将第2开关元件S2、第3开关元件S3、第6开关元件S6及第7开关元件S7控制为断开状态。在第2状态下，能量被从第1直流电源E1与电抗器L这两者向第2直流电源E2放出，并被充入到第2直流电源E2中。
在图2的(c)所示的第3状态下，控制电路13将第1开关元件S1－第8开关元件S8控制为断开状态。第3状态为死区时间期间，回流电流介由第2二极管D2、第3二极管D3、第5二极管D5、以及第8二极管D8而流动。在第3状态下，能量被从电抗器L向第1直流电源E1与第2直流电源E2这两者放出，并被充入到第1直流电源E1和第2直流电源E2中。
在图2的(d)所示的第4状态下，控制电路13将第2开关元件S2、第3开关元件S3、第5开关元件S5及第8开关元件S8控制为接通状态，将第1开关元件S1、第4开关元件S4、第6开关元件S6及第7开关元件S7控制为断开状态。在第4状态下，相对于电抗器L，第1直流电源E1与第2直流电源E2成为被串联连接的关系，能量被从第1直流电源E1与第2直流电源E2这两者向电抗器L放出，并被充入到电抗器L中。
在图2的(e)所示的第5状态下，控制电路13将第2开关元件S2、第3开关元件S3、第6开关元件S6及第7开关元件S7控制为接通状态，将第1开关元件S1、第4开关元件S4、第5开关元件S5及第8开关元件S8控制为断开状态。在第5状态下，能量被从第1直流电源E1与电抗器L这两者向第2直流电源E2放出，并被充入到第2直流电源E2中。
在图2的(f)所示的第6状态下，控制电路13将第1开关元件S1－第8开关元件S8控制为断开状态。第6状态为死区时间期间，回流电流介由第1二极管D1、第4二极管D4、第6二极管D6、以及第7二极管D7而流动。在第6状态下，能量被从电抗器L向第1直流电源E1与第2直流电源E2这两者放出，并被充入到第1直流电源E1和第2直流电源E2中。
在比较例1中，通过重复以上6个开关模式来从第1直流电源E1向第2直流电源E2传输电力。在比较例1中，能够通过对第1开关元件S1－第4开关元件S4的开关相位与第5开关元件S5－第8开关元件S8的开关相位的相位差进行控制，从而对传输的电力的电压或电流进行控制。
图3的(a)－图3的(b)是表示在比较例1中，流过电抗器L的电流IL的具体例的图。图3的(a)表示第1直流电源E1与第2直流电源E2的电压差较小的情况下的、电力转换装置1的输入电压为400V，输出电压为450V的例子。图3的(b)表示第1直流电源E1与第2直流电源E2的电压差较大的情况下的、电力转换装置1的输入电压为200V，输出电压为450V的例子。所有例子均对第1直流电源E1的电压进行升压，并从第1直流电源E1向第2直流电源E2充电。
在状态1(a)及状态4(d)下，电流IL从第1直流电源E1与第2直流电源E2这两者向电抗器L流动，因此会产生无功部分。第2直流电源E2为电力供给目的地，从第2直流电源E2放出的能量随后会返回到第2直流电源E2。因此，在状态1(a)及状态4(d)下，无功电流会从第2直流电源E2向电抗器L流动。
在图3的(b)所示的例子中，在状态2(b)及状态5(e)下，电抗器电流IL的方向会在途中调换。由于该电抗器电流IL的正负会在途中调换，因而开关元件的寄生电容的充放电会颠倒，并会发生硬开关。此外，在电抗器电流IL的正负调换以后，电力传输的方向也会颠倒，并会产生无功电流。另外，图3的(b)所示的状态在电力传输目的地为轻负载时也会发生。
(比较例2)
图4的(a)－图4的(f)是用于说明电力转换装置1的比较例2的动作的图。
在图4的(a)所示的第1状态下，控制电路13将第1开关元件S1、第4开关元件S4、第6开关元件S6及第7开关元件S7控制为接通状态，将第2开关元件S2、第3开关元件S3、第5开关元件S5及第8开关元件S8控制为断开状态。在第1状态下，相对于电抗器L，第1直流电源E1与第2直流电源E2成为被串联连接的关系，能量被从第1直流电源E1与第2直流电源E2这两者向电抗器L放出，并被充入到电抗器L中。
在图4的(b)所示的第2状态下，控制电路13将第1开关元件S1及第4开关元件S4控制为接通状态，将第2开关元件S2、第3开关元件S3、第5开关元件S5－第8开关元件S8控制为断开状态。因为第5开关元件S5－第8开关元件S8全部为断开状态，所以第2电桥电路12成为了二极管电桥电路，作为整流电路来发挥功能。在第2状态下，能量被从第1直流电源E1与电抗器L这两者向第2直流电源E2放出，并被充入到第2直流电源E2中。因为第2电桥电路12作为整流电路来发挥功能，所以电抗器电流IL的方向不会调换。
在图4的(c)所示的第3状态及图4的(d)所示的第4状态下，控制电路13将第2开关元件S2、第3开关元件S3、第5开关元件S5及第8开关元件S8控制为接通状态，将第1开关元件S1、第4开关元件S4、第6开关元件S6及第7开关元件S7控制为断开状态。在第3状态下，能量被从电抗器L向第1直流电源E1与第2直流电源E2这两者放出，并被充入到第1直流电源E1和第2直流电源E2中。在第4状态下，相对于电抗器L，第1直流电源E1与第2直流电源E2会成为被串联连接的关系，能量被从第1直流电源E1与第2直流电源E2这两者向电抗器L放出，并被充入到电抗器L中。另外，在转换到图4的(c)及图4的(d)所示的开关模式前，当电抗器电流IL为0A时，不会从状态2转换到状态3，而是会从状态2直接向状态4转移。
在图4的(e)所示的第5状态下，控制电路13将第2开关元件S2及第3开关元件S3控制为接通状态，将第1开关元件S1、第4开关元件S4、第5开关元件S5－第8开关元件S8控制为断开状态。因为第5开关元件S5－第8开关元件S8全部为断开状态，所以第2电桥电路12成为了二极管电桥电路，作为整流电路来发挥功能。在第5状态下，能量被从第1直流电源E1与电抗器L这两者向第2直流电源E2放出，并被充入到第2直流电源E2中。因为第2电桥电路12作为整流电路来发挥功能，所以电抗器电流IL的方向不会调换。
在图4的(f)所示的第6状态及图4的(a)所示的第1状态下，控制电路13将第1开关元件S1、第4开关元件S4、第6开关元件S6及第7开关元件S7控制为接通状态，将第2开关元件S2、第3开关元件S3、第5开关元件S5及第8开关元件S8控制为断开状态。在第6状态下，能量被从电抗器L向第1直流电源E1与第2直流电源E2这两者放出，并被充入到第1直流电源E1和第2直流电源E2中。另外，在转换到图4的(f)及图4的(a)所示的开关模式前，当电抗器电流IL成为0A时，不会从状态5转移到状态6，而会从状态5直接向状态1转移。
在比较例2中，通过重复以上4个开关模式，从而从第1直流电源E1向第2直流电源E2传输电力。在比较例2中，能够通过对第5开关元件S5－第8开关元件S8的占空比(接通时间)进行控制，从而控制传输的电力的电压或电流。在比较例2中，能够仅以第5开关元件S5－第8开关元件S8的占空比(接通时间)的操作来对升压动作与降压动作进行切换。此外，无论第1直流部与第2直流部的电压的大小关系如何，都能够双向地进行电力传输。
图5是表示在比较例2中，流过电抗器L的电流IL的具体例的图。在图5所示的例子中，在状态2(b)的中途，电抗器电流IL成为了0A，因此从状态2(b)不介由状态3(c)而直接转移到状态4(d)。同样，在状态5(e)的中途，电抗器电流IL成为了0A，因此从状态5(e)不介由状态6(f)而直接转移到状态1(a)。
在比较例2中，在状态2(b)及状态5(e)的电力传输期间中，如图3的(b)所示，电抗器电流IL的正负不会调换。由此，能够防止发生硬开关，并能够抑制因硬开关导致的损耗。然而，在状态1(a)及状态4(d)的充电期间中，与比较例1同样地，会产生无功电流。
(实施例1(降压模式))
图6的(a)－图6的(f)是用于说明电力转换装置1的实施例1(降压模式)的动作的图。
在图6的(a)所示的第1状态下，控制电路13将第1开关元件S1、第4开关元件S4及第5开关元件S5控制为接通状态，将第2开关元件S2、第3开关元件S3、第6开关元件S6、第7开关元件S7及第8开关元件S8控制为断开状态。在第1状态下，能量被从第1直流电源E1向电抗器L与第2直流电源E2这两者放出，并被充入到电抗器L和第2直流电源E2中。
在图6的(b)所示的第2状态下，控制电路13将第2开关元件S2、第4开关元件S4及第8开关元件S8控制为接通状态，将第1开关元件S1、第3开关元件S3、第5开关元件S5、第6开关元件S6及第7开关元件S7控制为断开状态。在第2状态下，绝缘变压器TR1的初级绕组n1的两端在第1电桥电路11内短路，电抗器L被从第1直流电源E1电切断。在第2状态下，能量被从电抗器L向第2直流电源E2放出，并被充入到第2直流电源E2中。为了进行同步整流，第8开关元件S8接通。同步整流在将MOSFET使用于开关元件的情况下是有效的。因为即使第8开关元件S8进行同步整流，第5开关元件S5也为断开状态，所以电抗器电流IL的方向不会反转。
在图6的(c)所示的第3状态及图6的(d)所示的第4状态下，控制电路13将第2开关元件S2、第3开关元件S3及第6开关元件S6控制为接通状态，将第1开关元件S1、第4开关元件S4、第5开关元件S5、第7开关元件S7及第8开关元件S8控制为断开状态。在第3状态下，能量被从电抗器L放出到第1直流电源E1，并被充入到第1直流电源E1中。在第4状态下，能量被从第1直流电源E1向电抗器L与第2直流电源E2这两者放出，并被充入到电抗器L和第2直流电源E2中。另外，在转换到图6的(c)及图6的(d)所示的开关模式前，当电抗器电流IL成为了0A时，不会从状态2转移到状态3，而会从状态2直接向状态4转移。
在图6的(e)所示的第5状态下，控制电路13将第1开关元件S1、第3开关元件S3及第7开关元件S7控制为接通状态，将第2开关元件S2、第4开关元件S4、第5开关元件S5、第6开关元件S6及第8开关元件S8控制为断开状态。在第5状态下，绝缘变压器TR1的初级绕组n1的两端在第1电桥电路11内短路，电抗器L被从第1直流电源E1电切断。在第5状态下，能量被从电抗器L向第2直流电源E2放出，并被充入到第2直流电源E2中。为了进行同步整流，第7开关元件S7接通。因为即使第7开关元件S7进行同步整流，第6开关元件S6也为断开状态，所以电抗器电流IL的方向不会反转。
在图6的(f)所示的第6状态及图6的(a)所示的第1状态下，控制电路13将第1开关元件S1、第4开关元件S4及第5开关元件S5控制为接通状态，将第2开关元件S2、第3开关元件S3、第6开关元件S6、第7开关元件S7及第8开关元件S8控制为断开状态。在第6状态下，能量被从电抗器L向第1直流电源E1放出，并被充入到第1直流电源E1中。另外，在转换到图6的(f)及图6的(a)所示的开关模式前，当电抗器电流IL成为了0A时，不会从状态5转移到状态6，而会从状态5直接向状态1转移。
在实施例1(降压模式)中，通过重复以上4个开关模式来从第1直流电源E1向第2直流电源E2降压地传输电力。在实施例1(降压模式)中，以初级侧的第1支路(第1开关元件S1和第2开关元件S2)与第2支路(第3开关元件S3和第4开关元件S4)间的相位差θ来控制从第1直流部向第2直流部供给的电力的电压或电流。第1开关元件S1－第4开关元件S4的占空比固定为50％。
图7是表示实施例1(降压模式)的、第1开关元件S1－第8开关元件S8的开关定时1的图。细线表示第1开关元件S1、第4开关元件S4、第5开关元件S5及第8开关元件S8的接通/断开状态，粗线表示第2开关元件S2、第3开关元件S3、第6开关元件S6及第7开关元件S7的接通/断开状态。
第1开关元件S1与第2开关元件S2互补地动作。在两者的接通/断开切换的定时，插入有死区时间。死区时间是为了防止如下情况而被插入的时间：第1开关元件S1与第2开关元件S2因同时接通而贯通，且第1直流电源E1的两端短路。同样地，第3开关元件S3与第4开关元件S4也互补地动作。在两者的接通/断开切换的定时，插入有死区时间。通过第1开关元件S1及第2开关元件S2与第4开关元件S4及第3开关元件S3的相位差θ来确定降压率。
在图6的(a)－图6的(f)及图7所示的例子中，在状态6(f)及状态1(a)下，将第5开关元件S5控制为接通状态，在状态2(b)下，将第8开关元件S8控制为接通状态。关于该点，也可以是，在状态6(f)及状态1(a)下，将第8开关元件S8控制为接通状态，在状态2(b)将第5开关元件S5控制为接通状态。同样地，在状态3(c)及状态4(d)下，将第6开关元件S6控制为接通状态，在状态5(e)下将第7开关元件S7控制为接通状态。关于该点，也可以是，在状态3(c)及状态4(d)下，将第7开关元件S7控制为接通状态，在状态5(e)下，将第6开关元件S6控制为接通状态。
图8是表示实施例1(降压模式)的、第1开关元件S1－第8开关元件S8的开关定时2的图。在图6的(a)－图6的(f)及图7所示的例子中，对从第1直流部向第2直流部降压地供给电力的例子进行了说明。关于该点，也能够从第2直流部向第1直流部降压地供给电力。在该情况下，如图8所示，控制电路13将供给到第1开关元件S1－第4开关元件S4的驱动信号与供给到第5开关元件S5－第8开关元件S8的驱动信号交换即可。
如以上说明的那样，根据实施例1(降压模式)，不会发生电力被从第2直流电源E2向电抗器L传输的状态，因此能够抑制无功电力，并能够提高转换效率。与此不同，在比较例1的图2的(a)、图2的(d)及比较例2的图4的(a)、图4的(d)所示的状态下，电力被从第2直流电源E2传输到电抗器L。由此，产生了无功电力，并产生了导通损耗。根据实施例1(降压模式)，能够降低该导通损耗。
此外，通过在状态2(b)及状态5(e)下在次级侧进行同步整流，从而能够降低二极管的导通损耗。另外，能够通过将在状态2(b)及状态5(e)下进行同步整流的开关元件设为1个，从而防止电抗器电流IL的方向反转的情况，并降低损耗。由此，也能够防止发生硬开关。此外，能够通过在初级侧设置短路模式，从而进行通过相移进行的电力调整。
(实施例2(降压模式))
图9的(a)－图9的(e)是用于说明电力转换装置1的实施例2(降压模式)的动作1的图。图10的(a)－图10的(e)是用于说明电力转换装置1的实施例2(降压模式)的动作2的图。实施例2(降压模式)为基于实施例1(降压模式)来更细致地使状态转换的例子。
在图9的(a)所示的第1状态下，控制电路13将第1开关元件S1、第4开关元件S4及第5开关元件S5控制为接通状态，将第2开关元件S2、第3开关元件S3、第6开关元件S6、第7开关元件S7及第8开关元件S8控制为断开状态。在第1状态下，能量被从第1直流电源E1向电抗器L与第2直流电源E2这两者放出，并被充入到电抗器L和第2直流电源E2中。为与图6的(a)所示的实施例1(降压模式)的第1状态相同的状态。
在图9的(b)所示的第2状态下，控制电路13将第1开关元件S1及第4开关元件S4控制为接通状态，将第2开关元件S2、第3开关元件S3、第5开关元件S5、第6开关元件S6、第7开关元件S7及第8开关元件S8控制为断开状态。在第2状态下，能量也被从第1直流电源E1向电抗器L与第2直流电源E2这两者放出，并被充入到电抗器L和第2直流电源E2中。
在图9的(c)所示的第3状态下，控制电路13将第4开关元件S4及第8开关元件S8控制为接通状态，将第1开关元件S1、第2开关元件S2、第3开关元件S3、第5开关元件S5、第6开关元件S6及第7开关元件S7控制为断开状态。在第3状态下，绝缘变压器TR1的初级绕组n1的两端在第1电桥电路11内短路，电抗器L被从第1直流电源E1电切断。在第3状态下，能量被从电抗器L向第2直流电源E2放出，并被充入到第2直流电源E2中。第8开关元件S8接通以进行同步整流。
在图9的(d)所示的第4状态下，控制电路13将第2开关元件S2、第4开关元件S4及第8开关元件S8控制为接通状态，将第1开关元件S1、第3开关元件S3、第5开关元件S5、第6开关元件S6及第7开关元件S7控制为断开状态。在第4状态下，绝缘变压器TR1的初级绕组n1的两端也在第1电桥电路11内短路，电抗器L也被从第1直流电源E1电切断。在第4状态下，能量也被从电抗器L向第2直流电源E2放出，并被充入到第2直流电源E2中。第8开关元件S8接通以进行同步整流。为与图6的(b)所示的实施例1(降压模式)的第2状态相同的状态。
在图9的(e)所示的第5状态下，控制电路13将第2开关元件S2控制为接通状态，将第1开关元件S1、第3开关元件S3、第4开关元件S4、第5开关元件S5、第6开关元件S6、第7开关元件S7及第8开关元件S8控制为断开状态。在第5状态下，能量被从电抗器L向第1直流电源E1与第2直流电源E2这两者放出，并被充入到第1直流电源E1和第2直流电源E2中。
在图10的(a)所示的第6状态下，控制电路13将第2开关元件S2、第3开关元件S3及第6开关元件S6控制为接通状态，将第1开关元件S1、第4开关元件S4、第5开关元件S5、第7开关元件S7及第8开关元件S8控制为断开状态。在第6状态下，能量被从第1直流电源E1向电抗器L与第2直流电源E2这两者放出，并被充入到电抗器L和第2直流电源E2中。为与图6的(d)所示的实施例1(降压模式)的第4状态相同的状态。
在图10的(b)所示的第7状态下，控制电路13将第2开关元件S2及第3开关元件S3控制为接通状态，将第1开关元件S1、第4开关元件S4、第5开关元件S5、第6开关元件S6、第7开关元件S7及第8开关元件S8控制为断开状态。在第7状态下，能量也被从第1直流电源E1与电抗器L这两者向第2直流电源E2放出，并被充入到第2直流电源E2中。
在图10的(c)所示的第8状态下，控制电路13将第3开关元件S3及第7开关元件S7控制为接通状态，将第1开关元件S1、第2开关元件S2、第4开关元件S4、第5开关元件S5、第6开关元件S6及第8开关元件S8控制为断开状态。在第8状态下，绝缘变压器TR1的初级绕组n1的两端在第1电桥电路11内短路，电抗器L被从第1直流电源E1电切断。在第8状态下，能量被从电抗器L向第2直流电源E2放出，并被充入到第2直流电源E2中。第7开关元件S7接通以进行同步整流。
在图10的(d)所示的第9状态下，控制电路13将第1开关元件S1、第3开关元件S3及第7开关元件S7控制为接通状态，将第2开关元件S2、第4开关元件S4、第5开关元件S5、第6开关元件S6及第8开关元件S8控制为断开状态。在第9状态下，绝缘变压器TR1的初级绕组n1的两端也在第1电桥电路11内短路，电抗器L也被从第1直流电源E1电切断。在第9状态下，能量也被从电抗器L向第2直流电源E2放出，并被充入到第2直流电源E2中。第7开关元件S7接通以进行同步整流。为与图6的(e)所示的实施例1(降压模式)的第5状态相同的状态。
在图10的(e)所示的第10状态下，控制电路13将第1开关元件S1控制为接通状态，将第2开关元件S2、第3开关元件S3、第4开关元件S4、第5开关元件S5、第6开关元件S6、第7开关元件S7及第8开关元件S8控制为断开状态。在第10状态下，能量被从电抗器L向第1直流电源E1与第2直流电源E2这两者放出，并被充入到第1直流电源E1和第2直流电源E2中。
在实施例2(降压模式)下，通过重复以上10个开关模式，从而从第1直流电源E1向第2直流电源E2降压地传输电力。在实施例2(降压模式)下，以初级侧的第1支路与第2支路间的相位差θ来控制从第1直流部向第2直流部供给的电力的电压或电流。第1开关元件S1－第4开关元件S4的占空比固定为50％。另外，该50％为未考虑死区时间的值。
图11是表示实施例2(降压模式)的、第1开关元件S1－第8开关元件S8的开关定时的图。细线表示第1开关元件S1、第4开关元件S4、第5开关元件S5及第8开关元件S8的接通/断开状态，粗线表示第2开关元件S2、第3开关元件S3、第6开关元件S6及第7开关元件S7的接通/断开状态。
第1开关元件S1与第2开关元件S2互补地动作。在切换两者的接通/断开的定时，插入有死区时间。同样地，第3开关元件S3与第4开关元件S4也互补地动作。在切换两者的接通/断开的定时，插入有死区时间。通过第1开关元件S1及第2开关元件S2与第4开关元件S4及第3开关元件S3的相位差θ来确定降压率。
第8开关元件S8及第7开关元件S7的接通时间被控制为与相位差θ对应的位移量相同的量。第8开关元件S8及第7开关元件S7的上升相位是固定的，下降相位是可变的。
第8开关元件S8的上升相位被控制为与第1开关元件S1的下降相位同步。即，第8开关元件S8与第1开关元件S1的变为断开同时地变为接通。第7开关元件S7的上升相位被控制为与第2开关元件S的下降相位同步。即，第7开关元件S7与第2开关元件S2的变为断开同时地变为接通。由此，第8开关元件S8或第7开关元件S7易于进行ZVS(Zero VoltageSwitching：零电压开关)动作。
第8开关元件S8的下降相位被控制为与第4开关元件S4的下降相位同步。即，第8开关元件S8与第4开关元件S4同时断开。通过相对于第6开关元件S6的上升相位而在死区时间前断开，从而能够防止因第8开关元件S8与第6开关元件S6的同时接通而在次级侧形成电流回流环路的情况。第7开关元件S7的下降相位被控制为与第3开关元件S3的下降相位同步。即，第7开关元件S7与第3开关元件S3同时断开。通过相对于第5开关元件S5的上升相位，在死区时间前断开，从而能够防止因第7开关元件S7与第5开关元件S5的同时接通而在次级侧形成电流回流环路的情况。
第5开关元件S5及第6开关元件S6的接通时间被控制为从初级侧的单位周期的半周期(Ts/2)减去相位差θ所对应的位移量而得到的量。第5开关元件S5及第6开关元件S6的上升相位是可变的，下降相位是固定的。
第5开关元件S5的上升相位被控制在比第1开关元件S1的上升相位迟死区时间的定时以后。即，第5开关元件S5在从第1开关元件S1的变为接通起经过死区时间以后变为接通。第6开关元件S6的上升相位被控制在比第2开关元件S2的上升相位迟死区时间的定时以后。即，第6开关元件S6在从第2开关元件S2的变为接通起经过死区时间以后变为接通。由此，能够抑制恢复损耗的产生。
另外，第5开关元件S5的最早的上升相位为比第1开关元件S1的上升相位迟死区时间的定时，而不会在比该定时更早的定时上升。同样，第6开关元件S6的最早的上升相位为比第2开关元件S2的上升相位迟死区时间的定时，而不会在比该定时更早的定时上升。
第5开关元件S5的下降相位被控制为比第1开关元件S1的下降相位提前死区时间量的定时。即，第5开关元件S5在比第1开关元件S1变为断开提前死区时间量地变为断开。能够抑制由第5开关元件S5与第8开关元件S8的同时接通导致的、来自次级侧的无功电流的产生。第6开关元件S6的下降相位被控制为比第2开关元件S2的下降相位提前死区时间量的定时。即，第6开关元件S6在比第2开关元件S2变为断开提前死区时间量地变为断开。能够抑制由第6开关元件S6与第7开关元件S7的同时接通导致的、来自次级侧的无功电流的产生。
初级侧的第1支路与第2支路间的相位差θ在0～180°的范围内进行操作。越是使相位差θ变小，就越能够增加传输的电力量。在将死区时间设为固定的情况下，能够通过将相位差θ的最小值设为0，从而抑制高频化时的损耗。
也可以是，在实施例2(降压模式)中，也与实施例1(降压模式)同样，对第5开关元件S5的控制与第8开关元件S8的控制进行交换，并对第6开关元件S6的控制与第7开关元件S7的控制进行交换。此外，在实施例2(降压模式)中，也能够通过对供给到第1开关元件S1－第4开关元件S4的驱动信号与供给到第5开关元件S5－第8开关元件S8的驱动信号进行交换，从而从第2直流部向第1直流部降压地供给电力。
如以上说明的那样，根据实施例2(降压模式)，会起到与实施例1(降压模式)同样的效果。通过更精细地对实施例1(降压模式)进行控制，从而能够进一步谋求高效化。
(实施例1(升压模式))
图12的(a)－图12的(f)是用于对电力转换装置1的实施例1(升压模式)的动作进行说明的图。
在图12的(a)所示的第1状态下，控制电路13将第1开关元件S1、第4开关元件S4及第6开关元件S6控制为接通状态，将第2开关元件S2、第3开关元件S3、第5开关元件S5、第7开关元件S7及第8开关元件S8控制为断开状态。在第1状态下，绝缘变压器TR1的次级绕组n2的两端在第2电桥电路12内短路，电抗器L被从第2直流电源E2电切断。在第1状态下，能量被从第1直流电源E1向电抗器L放出，并被充入到电抗器L中。
在图12的(b)所示的第2状态下，控制电路13将第1开关元件S1、第4开关元件S4及第8开关元件S8控制为接通状态，将第2开关元件S2、第3开关元件S3、第5开关元件S5、第6开关元件S6及第7开关元件S7控制为断开状态。在第2状态下，能量被从第1直流电源E1与电抗器L这两者向第2直流电源E2放出，并被充入到第2直流电源E2中。第8开关元件S8接通以进行同步整流。即使第8开关元件S8进行同步整流，第5开关元件S5也为断开状态，因此电抗器电流IL的方向不会反转。
在图12的(c)所示的第3状态及图12的(d)所示的第4状态下，控制电路13将第2开关元件S2、第3开关元件S3及第5开关元件S5控制为接通状态，将第1开关元件S1、第4开关元件S4、第6开关元件S6、第7开关元件S7及第8开关元件S8控制为断开状态。在第3状态下，能量被从电抗器L向第1直流电源E1与第2直流电源E2这两者放出，并被充入到第1直流电源E1和第2直流电源E2中。在第4状态下，能量被从第1直流电源E1向电抗器L放出，并被充入到电抗器L中。在第4状态下，绝缘变压器TR1的次级绕组n2的两端在第2电桥电路12内短路，电抗器L被从第2直流电源E2电切断。另外，在转换到图12的(c)及图12的(d)所示的开关模式前，当电抗器电流IL为0A时，不会从状态2转移到状态3，而会直接从状态2向状态4转移。
在图12的(e)所示的第5状态下，控制电路13将第2开关元件S2、第3开关元件S3及第7开关元件S7控制为接通状态，将第1开关元件S1、第4开关元件S4、第5开关元件S5、第6开关元件S6及第8开关元件S8控制为断开状态。在第5状态下，能量被从第1直流电源E1与电抗器L这两者向第2直流电源E2放出，并被充入到第2直流电源E2中。第7开关元件S7接通以进行同步整流。即使第7开关元件S7进行同步整流，第6开关元件S6也为断开状态，因此电抗器电流IL的方向不会反转。
在图12的(f)所示的第6状态及图12的(a)所示的第1状态下，控制电路13将第1开关元件S1、第4开关元件S4及第6开关元件S6控制为接通状态，将第2开关元件S2、第3开关元件S3、第5开关元件S5、第7开关元件S7及第8开关元件S8控制为断开状态。在第6状态下，能量被从电抗器L向第1直流电源E1与第2直流电源E2这两者放出，并被充入到第1直流电源E1和第2直流电源E2中。另外，在转换到图12的(f)及图12的(a)所示的开关模式前，当电抗器电流IL为0A时，不会从状态5转移到状态6，而会直接从状态5向状态1转移。
在实施例1(升压模式)中，通过重复以上4个开关模式，从而从第1直流电源E1向第2直流电源E2升压地传输电力。在实施例1(升压模式)中，以次级侧的第5开关元件S5－第8开关元件S8的占空比(接通时间)来控制从第1直流部向第2直流部供给的电力的电压或电流。控制占空比(接通时间)的开关元件也可以使用1个以上的第5开关元件S5－第8开关元件S8中的任意一者。初级侧的第1开关元件S1－第4开关元件S4的占空比固定为50％。初级侧的第1支路(第1开关元件S1和第2开关元件S2)与第2支路(第3开关元件S3和第4开关元件S4)间的相位差θ固定为0或死区时间以下的相位差。
图13是表示实施例1(升压模式)的、第1开关元件S1－第8开关元件S8的开关定时1的图。第1开关元件S1与第2开关元件S2互补地动作。在切换两者的接通/断开的定时，插入有死区时间。同样地，第3开关元件S3与第4开关元件S4也互补地动作。在切换两者的接通/断开的定时，插入有死区时间。通过第5开关元件S5和第6开关元件S6的接通时间Ton来确定升压率。
在图12的(a)－图12的(f)及图13所示的例子中，在状态6(f)及状态1(a)下，将第6开关元件S6控制为接通状态，在状态2(b)下，将第8开关元件S8控制为接通状态。关于该点，也可以是，在状态6(f)及状态1(a)下，将第7开关元件S7控制为接通状态，在状态2(b)将第5开关元件S5控制为接通状态。同样地，在状态3(c)及状态4(d)下，将第5开关元件S5控制为接通状态，在状态5(e)下将第7开关元件S7控制为接通状态。关于该点，也可以是，在状态3(c)及状态4(d)下，将第8开关元件S8控制为接通状态，在状态5(e)下，将第6开关元件S6控制为接通状态。
图14是表示实施例1(升压模式)的、第1开关元件S1－第8开关元件S8的开关定时2的图。在图12的(a)－图6的(f)及图13所示的例子中，对从第1直流部向第2直流部升压地供给电力的例子进行了说明。关于该点，也能够从第2直流部向第1直流部升压地供给电力。在该情况下，如图14所示，控制电路13将供给到第1开关元件S1－第4开关元件S4的驱动信号与供给到第5开关元件S5－第8开关元件S8的驱动信号交换即可。
如以上说明的那样，根据实施例1(升压模式)，不会发生电力被从第2直流电源E2向电抗器L传输的状态，因此能够抑制无功电力，并能够提高转换效率。与此不同，在比较例1的图2的(a)、图2的(d)及比较例2的图4的(a)、图4的(d)所示的状态下，电力被从第2直流电源E2传输到电抗器L。由此，产生了无功电力，并产生了导通损耗。根据实施例1(升压模式)，通过设置在向电抗器L充入能量时次级侧会短路的模式，从而能够阻止电力被从第2直流电源E2传输到电抗器L，并能够降低因无功电流导致的导通损耗。
此外，通过在状态2(b)及状态5(e)下在次级侧进行同步整流，从而能够降低二极管的导通损耗。另外，能够通过将在状态2(b)及状态5(e)下进行同步整流的开关元件设为1个，从而防止电抗器电流IL的方向反转的情况，并降低损耗。由此，也能够防止发生硬开关。
(实施例2(升压模式))
图15的(a)－图15的(e)是用于说明电力转换装置1的实施例2(升压模式)的动作1的图。图16的(a)－图16的(e)是用于说明电力转换装置1的实施例2(升压模式)的动作2的图。实施例2(升压模式)为基于实施例1(升压模式)来更细致地使状态转换的例子。
在图15的(a)所示的第1状态下，控制电路13将第1开关元件S1、第4开关元件S4及第7开关元件S7控制为接通状态，将第2开关元件S2、第3开关元件S3、第5开关元件S5、第6开关元件S6及第8开关元件S8控制为断开状态。在第1状态下，绝缘变压器TR1的次级绕组n2的两端在第2电桥电路12内短路，电抗器L被从第2直流电源E2电切断。在第1状态下，能量被从第1直流电源E1向电抗器L放出，并被充入到电抗器L中。为相当于图12的(a)所示的实施例1(升压模式)的第1状态的状态。
在图15的(b)所示的第2状态下，控制电路13将第1开关元件S1及第4开关元件S4控制为接通状态，将第2开关元件S2、第3开关元件S3、第5开关元件S5、第6开关元件S6、第7开关元件S7及第8开关元件S8控制为断开状态。在第2状态下，能量被从第1直流电源E1与电抗器L这两者向第2直流电源E2放出，并被充入到第2直流电源E2中。
在图15的(c)所示的第3状态下，控制电路13将第1开关元件S1、第4开关元件S4及第5开关元件S5控制为接通状态，将第2开关元件S2、第3开关元件S3、第6开关元件S6、第7开关元件S7及第8开关元件S8控制为断开状态。在第3状态下，能量也被从第1直流电源E1与电抗器L这两者向第2直流电源E2放出，并被充入到第2直流电源E2中。第5开关元件S5接通以进行同步整流。为相当于图12的(b)所示的实施例1(升压模式)的第2状态的状态。
在图15的(d)所示的第4状态下，控制电路13将第1开关元件S1及第4开关元件S4控制为接通状态，将第2开关元件S2、第3开关元件S3、第5开关元件S5、第6开关元件S6、第7开关元件S7及第8开关元件S8控制为断开状态。在第4状态下，能量也被从第1直流电源E1与电抗器L这两者向第2直流电源E2放出，并被充入到第2直流电源E2中。
在图15的(e)所示的第5状态下，控制电路13将第8开关元件S8控制为接通状态，将第1开关元件S1、第2开关元件S2、第3开关元件S3、第4开关元件S4、第5开关元件S5、第6开关元件S6及第7开关元件S7控制为断开状态。在第5状态下，能量被从电抗器L向第1直流电源E1与第2直流电源E2这两者放出，并被充入到第1直流电源E1和第2直流电源E2中。
在图16的(a)所示的第6状态下，控制电路13将第2开关元件S2、第3开关元件S3及第8开关元件S8控制为接通状态，将第1开关元件S1、第4开关元件S4、第5开关元件S5、第6开关元件S6及第7开关元件S7控制为断开状态。在第6状态下，绝缘变压器TR1的次级绕组n2的两端在第2电桥电路12内短路，电抗器L被从第2直流电源E2电切断。在第6状态下，能量被从第1直流电源E1向电抗器L放出，并被充入到电抗器L中。为相当于图12的(d)所示的实施例1(升压模式)的第4状态的状态。
在图16的(b)所示的第7状态下，控制电路13将第2开关元件S2及第3开关元件S3控制为接通状态，将第1开关元件S1、第4开关元件S4、第5开关元件S5、第6开关元件S6、第7开关元件S7及第8开关元件S8控制为断开状态。在第7状态下，能量被从第1直流电源E1与电抗器L这两者向第2直流电源E2放出，并被充入到第2直流电源E2中。
在图16的(c)所示的第8状态下，控制电路13将第2开关元件S2、第3开关元件S3及第6开关元件S6控制为接通状态，将第1开关元件S1、第4开关元件S4、第5开关元件S5、第7开关元件S7及第8开关元件S8控制为断开状态。在第8状态下，能量也被从第1直流电源E1与电抗器L这两者向第2直流电源E2放出，并被充入到第2直流电源E2中。第6开关元件S6接通以进行同步整流。为相当于图12的(e)所示的实施例1(升压模式)的第5状态的状态。
在图16的(d)所示的第9状态下，控制电路13将第2开关元件S2及第3开关元件S3控制为接通状态，将第1开关元件S1、第4开关元件S4、第5开关元件S5、第6开关元件S6、第7开关元件S7及第8开关元件S8控制为断开状态。在第9状态下，能量也被从第1直流电源E1与电抗器L这两者向第2直流电源E2放出，并被充入到第2直流电源E2中。
在图16的(e)所示的第10状态下，控制电路13将第7开关元件S7控制为接通状态，将第1开关元件S1、第2开关元件S2、第3开关元件S3、第4开关元件S4、第5开关元件S5、第6开关元件S6及第8开关元件S8控制为断开状态。在第10状态下，能量被从电抗器L向第1直流电源E1与第2直流电源E2这两者放出，并被充入到第1直流电源E1和第2直流电源E2中。
在实施例2(升压模式)中，通过重复以上10个开关模式，从而从第1直流电源E1向第2直流电源E2升压地传输电力。在实施例2(升压模式)中，以次级侧的第8开关元件S8和第7开关元件S7的占空比(接通时间)来控制从第1直流部向第2直流部供给的电力的电压或电流。初级侧的第1开关元件S1－第4开关元件S4的占空比固定为50％。另外，该50％为未考虑死区时间的值。初级侧的第1支路与第2支路间的相位差θ固定为0。
图17是表示实施例2(升压模式)的、第1开关元件S1－第8开关元件S8的开关定时的图。细线表示第1开关元件S1、第4开关元件S4、第5开关元件S5及第8开关元件S8的接通/断开状态，粗线表示第2开关元件S2、第3开关元件S3、第6开关元件S6及第7开关元件S7的接通/断开状态。
第1开关元件S1与第2开关元件S2互补地动作。在切换两者的接通/断开的定时，插入有死区时间。同样地，第3开关元件S3与第4开关元件S4也互补地动作。在切换两者的接通/断开的定时，插入有死区时间。通过第8开关元件S8和第7开关元件S7的接通时间Ton来确定升压率。
第8开关元件S8及第7开关元件S7的接通时间Ton以占空比来控制。第8开关元件S8及第7开关元件S7的上升相位是固定的，下降相位是可变的。
第8开关元件S8的上升相位被控制为与第1开关元件S1的下降相位同步。即，第8开关元件S8与第1开关元件S1的断开同时接通。第7开关元件S7的上升相位被控制为与第2开关元件S的下降相位同步。即，第7开关元件S7与第2开关元件S2的断开同时接通。由此，第8开关元件S8或第7开关元件S7易于进行ZVS动作。
第5开关元件S5及第6开关元件S6的接通时间被控制为从初级侧的单位周期的半周期(Ts/2)减去第8开关元件S8及第7开关元件S7的接通时间Ton所对应的位移量而得到的量。第5开关元件S5及第6开关元件S6的上升相位是可变的，下降相位是固定的。
第5开关元件S5的上升相位被控制在比第1开关元件S1的上升相位迟死区时间的定时以后。即，第5开关元件S5在从第1开关元件S1的变为接通起经过死区时间以后变为接通。第6开关元件S6的上升相位被控制在比第2开关元件S2的上升相位迟死区时间的定时以后。即，第6开关元件S6在从第2开关元件S2的变为接通起经过死区时间以后变为接通。由此，能够抑制恢复损耗的产生。
另外，第5开关元件S5的最早的上升相位为比第1开关元件S1的上升相位迟死区时间的定时，而不会在比该定时更早的定时上升。同样，第6开关元件S6的最早的上升相位为比第2开关元件S2的上升相位迟死区时间的定时，而不会在比该定时更早的定时上升。
第5开关元件S5的下降相位被控制为在比第1开关元件S1的下降相位提前死区时间量的定时。即，第5开关元件S5在比第1开关元件S1的断开提前死区时间时断开。能够抑制由第5开关元件S5与第8开关元件S8的同时接通导致的、来自次级侧的无功电流的产生。第6开关元件S6的下降相位被控制为在比第2开关元件S2的下降相位提前死区时间量的定时。即，第6开关元件S6在比第2开关元件S2的断开提前死区时间时断开。能够抑制由第6开关元件S6与第7开关元件S7的同时接通导致的、来自次级侧的无功电流的产生。
在第8开关元件S8及第7开关元件S7的接通时间Ton，对传输的电力量进行控制。越是使接通时间Ton变长，就越能够增加传输的电力量。在将死区时间设为固定的情况下，能够通过将初级侧的第1支路与第2支路间的相位差θ设为0来抑制高频化时的损耗。
也可以是，在实施例2(升压模式)中，也与实施例1(升压模式)同样，对第5开关元件S5的控制与第8开关元件S8的控制进行交换，并对第6开关元件S6的控制与第7开关元件S7的控制进行交换。此外，在实施例2(升压模式)中，也能够通过对供给到第1开关元件S1－第4开关元件S4的驱动信号与供给到第5开关元件S5－第8开关元件S8的驱动信号进行交换，从而从第2直流部向第1直流部升压地供给电力。
如以上说明的那样，根据实施例2(升压模式)，会起到与实施例1(升压模式)同样的效果。通过更精细地对实施例1(升压模式)进行控制，从而能够进一步谋求高效化。
在上述的比较例2中，能够通过次级侧的第5开关元件S5－第8开关元件S8的占空比(接通时间)的操作来对降压动作与升压动作进行切换。与此不同，在实施例1、2中，在降压模式下，对初级侧的第1支路与第2支路间的相位差θ进行操作，在升压模式下，对次级侧的第5开关元件S5－第8开关元件S8的占空比(接通时间)进行操作。
控制电路13在从第1直流部向第2直流部进行电力传输时，基于第1直流部的电压和第2直流部的电压来对降压模式与升压模式进行切换。控制电路13在第2直流部的电压相对于第1直流部的电压较低时，选择降压模式，在第2直流部的电压相对于第1直流部的电压较高时，选择升压模式。此外，控制电路13在从第2直流部向第1直流部进行电力传输时，基于第2直流部的电压和第1直流部的电压来对降压模式与升压模式进行切换。控制电路13在第1直流部的电压相对于第2直流部的电压较低时，选择降压模式，在第1直流部的电压相对于第2直流部的电压较高时，选择升压模式。另外，也可以是，控制电路13基于流过第1直流部的电流的方向、流过第2直流部的电流的方向、或电抗器电流IL的方向来对降压模式与升压模式进行切换。
图18是用于对电力转换装置1的实施例1、2的降压动作与升压动作的切换进行说明的图。在降压动作中，将次级侧的第5开关元件S5－第8开关元件S8的接通时间Ton固定为死区时间Td以下(也可以为0)，对初级侧的第1支路与第2支路间的相位差θ进行操作。在升压动作中，将初级侧的第1支路与第2支路间的相位差θ固定为死区时间Td以下(也可以为0)，对次级侧的第5开关元件S5－第8开关元件S8的接通时间Ton进行操作。
相位差θ的最大值与接通时间Ton的最大值均为半周期(Ts/2)。因为降压动作中的最大电力输出时的相位差θ及接通时间Ton与升压动作中的最小电力输出时的相位差θ及接通时间Ton相同，所以能够在降压动作与升压动作间进行无缝的切换。
如以上说明的那样，根据实施例1、2，通过对上述的降压模式与升压模式进行组合，从而能够以1个DC/DC转换器来进行降压动作和升压动作，也能够进行双向的电力传输。因此，能够以初级侧与次级侧这两者都支持较大的电压范围。
以上，基于实施方式对本公开进行了说明。本领域技术人员应理解的是，实施方式仅为例示，在它们的各构成要素或各处理过程的组合中，可能存在各种变形例，并且那样的变形例也在本公开的范围之内。
在上述实施例1(降压模式)中，如图6的(a)－图6的(f)所示，在状态2(b)下，将第8开关元件S8控制为接通状态，并在状态5(e)下，将第7开关元件S7控制为接通状态，从而进行了同步整流。关于该点，也可以省略状态2(b)及状态5(e)下的同步整流。即，也可以是，在状态2(b)及状态5(e)下，将次级侧的第5开关元件S5－第8开关元件S8全部控制为断开状态。
在上述实施例1(升压模式)中，如图12的(a)－图12的(f)所示，在状态2(b)下，将第8开关元件S8控制为接通状态，并在状态5(e)下，将第7开关元件S7控制为接通状态，从而进行了同步整流。关于该点，也可以省略状态2(b)及状态5(e)下的同步整流。即，也可以是，在状态2(b)及状态5(e)下，将次级侧的第5开关元件S5－第8开关元件S8全部控制为断开状态。
图19是用于说明变形例的电力转换装置1的构成的图。变形例的电力转换装置1为绝缘型的单向DC/DC转换器。能够以不会从次级侧的负载R2向初级侧的第1直流电源E1充电的用途来使用。在变形例的电力转换装置1中，第2电桥电路12不使用第7开关元件S7和第8开关元件S8，而是使用2个二极管元件(第7二极管D7和第8二极管D8)。
在图12的(a)－图12的(f)及图13所示的升压模式下，在省略状态2(b)及状态5(e)下的同步整流的情况下，第7开关元件S7及第8开关元件S8始终为断开状态。在该情况下，在变形例的电力转换装置1中，也能够以与实施例1同样的控制来进行升压动作。在图6的(a)－图6的(f)及图7所示的降压模式下，当省略状态2(b)及状态5(e)下的同步整流时，在变形例的电力转换装置1中，也能够以与实施例1同样的控制来进行降压动作。根据变形例，能够削减第2电桥电路12的成本。
另外，也可以是，实施方式由以下的项目来确定。
[项目1]
一种电力转换装置(1)，其特征在于，包括：第1电桥电路(11)，其具有第1支路和第2支路，且上述第1支路和上述第2支路被并联连接于第1直流部(E1、C1)，该第1支路串联连接有第1开关元件(S1)和第2开关元件(S2)，该第2支路串联连接有第3开关元件(S3)和第4开关元件(S4)，
第2电桥电路(12)，其具有第3支路和第4支路，且上述第3支路和上述第4支路被并联连接于第2直流部(C2、E2)，该第3支路串联连接有第5开关元件(S5)和第6开关元件(S6)，该第4支路串联连接有第7开关元件(S7)和第8开关元件(S8)，
绝缘变压器(TR1)，其被连接在上述第1电桥电路(11)与上述第2电桥电路(12)之间，以及
控制电路(13)，其对上述第1开关元件(S1)－上述第8开关元件(S8)进行控制；
在上述第1开关元件(S1)－上述第8开关元件(S8)，分别反并联地连接或形成有二极管(D1－D8)；
在从上述第1直流部(E1、C1)向上述第2直流部(C2、E2)升压地传输电力的情况下，
上述第2电桥电路(12)包含上述绝缘变压器(TR1)的次级绕组(n2)和上述第2直流部(C2、E2)导通的期间、以及上述绝缘变压器(TR1)的次级绕组(n2)的两端在上述第2电桥电路(12)内短路的期间；
上述控制电路(13)
对上述第1支路与上述第2支路间的相位差进行固定，
对上述第5开关元件(S5)与上述第6开关元件(S6)的同时断开期间进行可变控制，并
对上述第7开关元件(S7)与上述第8开关元件(S8)的同时断开期间进行可变控制。
据此，能够实现抑制了无功电流的高效的升压型DC/DC转换器。
[项目2]
如项目1所述的电力转换装置(1)，其特征在于，上述控制电路(13)包含如下模式地进行控制：
第1模式，其中，上述第1开关元件(S1)和上述第4开关元件(S4)为接通状态，且上述第2开关元件(S2)和上述第3开关元件(S3)为断开状态，上述绝缘变压器(TR1)的次级绕组(n2)的两端在上述第2电桥电路(12)内为短路状态，
第2模式，其中，上述第1开关元件(S1)和上述第4开关元件(S4)为接通状态，且上述第2开关元件(S2)和上述第3开关元件(S3)为断开状态，上述第2电桥电路(12)为整流状态，
第3模式，其中，上述第2开关元件(S2)和上述第3开关元件(S3)为接通状态，且上述第1开关元件(S1)和上述第4开关元件(S4)为断开状态，上述绝缘变压器(TR1)的次级绕组(n2)的两端在上述第2电桥电路(12)内为短路状态，以及
第4模式，其中，上述第2开关元件(S2)和上述第3开关元件(S3)为接通状态，且上述第1开关元件(S1)和上述第4开关元件(S4)为断开状态，上述第2电桥电路(12)为整流状态。
据此，能够实现抑制了无功电流的高效的升压型DC/DC转换器。
[项目3]
如项目2所述的电力转换装置(1)，其特征在于，上述控制电路(13)
在上述第1模式下，在将上述第6开关元件(S6)控制为接通状态时，在上述第3模式下，将上述第5开关元件(S5)控制为接通状态，
在上述第1模式下，在将上述第7开关元件(S7)控制为接通状态时，在上述第3模式下，将上述第8开关元件(S8)控制为接通状态。
据此，在使次级侧短路时，能够交替地使用上侧的开关元件(S5、S7)与下侧的开关元件(S6、S8)，并能够防止热量集中于上侧或下侧的开关元件。
[项目4]
如项目2或3所述的电力转换装置(1)，其特征在于，上述控制电路(13)
在上述第2模式下，将上述第8开关元件(S8)或上述第5开关元件(S5)控制为接通状态，
在上述第4模式下，将上述第7开关元件(S7)或上述第6开关元件(S6)控制为接通状态。
据此，能够通过进行同步整流，从而降低二极管的导通损耗。
[项目5]
如项目3所述的电力转换装置(1)，其特征在于，上述控制电路(13)对上述第1支路与上述第2支路间的相位差进行固定，并在上述第1模式下的上述第6开关元件(S6)或上述第7开关元件(S7)的接通时间、以及上述第3模式下的上述第5开关元件(S5)或上述第8开关元件(S8)的接通时间中的至少一者，对从上述第1直流部(E1、C1)向上述第2直流部(C2、E2)供给的电力的电压或电流进行控制。
据此，能够不对初级侧进行操作，而是以次级侧的操作来控制电压或电流。
[项目6]
如项目5所述的电力转换装置(1)，其特征在于，上述控制电路(13)中，将上述相位差设定为0。
据此，能够抑制高频化时的损耗。
[项目7]
如项目1～6的任意一项所述的电力转换装置(1)，其特征在于，上述控制电路(13)
与上述第2开关元件(S2)变为断开同步地，使上述第6开关元件(S6)或上述第7开关元件(S7)变为接通，
与上述第1开关元件(S1)变为断开同步地，使上述第5开关元件(S5)或上述第8开关元件(S8)变为接通。
据此，会易于进行ZVS动作。
[项目8]
项目7所述的电力转换装置(1)，其特征在于，上述控制电路(13)
在从上述第1开关元件(S1)的变为接通起经过死区时间以后，使上述第8开关元件(S8)或上述第5开关元件(S5)变为接通，
在从上述第2开关元件(S2)的变为接通起经过死区时间以后，使上述第7开关元件(S7)或上述第6开关元件(S6)变为接通。
据此，能够抑制恢复损耗的产生。
[项目9]
如项目7或8所述的电力转换装置(1)，其特征在于，上述控制电路(13)
比上述第1开关元件(S1)的变为断开提前死区时间量地、使上述第8开关元件(S8)或上述第5开关元件(S5)变为断开，
比上述第2开关元件(S2)的变为断开提前死区时间量地、使上述第7开关元件(S7)或上述第6开关元件(S6)变为断开。
据此，能够抑制来自次级侧的无功电流的产生。
[项目10]
如项目1～9的任意一项所述的电力转换装置(1)，其特征在于，上述控制电路(13)在从上述第2直流部(C2、E2)向上述第1直流部(E1、C1)升压地传输电力的情况下，对供给到上述第1开关元件(S1)－上述第4开关元件(S4)的驱动信号与供给到上述第5开关元件(S5)－上述第8开关元件(S8)的驱动信号进行交换。
据此，能够实现抑制了无功电流的高效的升压型的双向DC/DC转换器。
[项目11]
一种电力转换装置(1)，其特征在于，包括：第1电桥电路(11)，其具有第1支路和第2支路，且上述第1支路和上述第2支路被并联连接于第1直流部(E1、C1)，该第1支路串联连接有第1开关元件(S1)和第2开关元件(S2)，该第2支路串联连接有第3开关元件(S3)和第4开关元件(S4)，
第2电桥电路(12)，其具有第3支路和第4支路，且上述第3支路和上述第4支路被并联连接于第2直流部(C2、R2)，该第3支路串联连接有第5开关元件(S5)和第6开关元件(S6)，该第4支路串联连接有第7二极管(D7)和第8二极管(D8)，
绝缘变压器(TR1)，其被连接在上述第1电桥电路(11)与上述第2电桥电路(12)之间，以及
控制电路(13)，其对上述第1开关元件(S1)－上述第6开关元件(S6)进行控制；
在上述第1开关元件(S1)－上述第6开关元件(S6)，分别反并联地连接或形成有二极管(D1－D6)；
上述第7二极管(D7)与上述第8二极管(D8)被相对于上述第2直流部(C2、R2)而反向地连接；
在从上述第1直流部(E1、C1)向上述第2直流部(C2、E2)升压地传输电力的情况下，
上述第2电桥电路(12)包含上述绝缘变压器(TR1)的次级绕组(n2)和上述第2直流部(C2、E2)导通的期间、以及上述绝缘变压器(TR1)的次级绕组(n2)的两端在上述第2电桥电路(12)内短路的期间；
上述控制电路(13)
对上述第1支路与上述第2支路间的相位差进行固定，并
对上述第5开关元件(S5)与上述第6开关元件(S6)的同时断开期间进行可变控制。
据此，能够实现抑制了成本的高效的升压型的单向DC/DC转换器。
[工业可利用性]
本公开能够利用于DAB转换器。
[附图标记说明]
E1 第1直流电源、E2 第2直流电源、1 电力转换装置、11 第1电桥电路、12 第2电桥电路、13 控制电路、S1－S8 开关元件、D1－D8 二极管、L 电抗器、TR1 绝缘变压器、n1初级绕组、n2 次级绕组、L1 第1漏电感、L2 第2漏电感、C1 第1电容器、C2 第2电容器、R2负载。

Claims (11)

1.一种电力转换装置，其特征在于，包括：
第1电桥电路，其具有第1支路和第2支路，且上述第1支路和上述第2支路被并联连接于第1直流部，该第1支路串联连接有第1开关元件和第2开关元件，该第2支路串联连接有第3开关元件和第4开关元件，
第2电桥电路，其具有第3支路和第4支路，且上述第3支路和上述第4支路被并联连接于第2直流部，该第3支路串联连接有第5开关元件和第6开关元件，该第4支路串联连接有第7开关元件和第8开关元件，
绝缘变压器，其被连接在上述第1电桥电路与上述第2电桥电路之间，以及
控制电路，其对上述第1开关元件－上述第8开关元件进行控制；
在上述第1开关元件－上述第8开关元件，分别反并联地连接或形成有二极管；
在从上述第1直流部向上述第2直流部升压地传输电力的情况下，
上述第2电桥电路包含上述绝缘变压器的次级绕组和上述第2直流部导通的期间、以及上述绝缘变压器的次级绕组的两端在上述第2电桥电路内短路的期间；
上述控制电路
对上述第1支路与上述第2支路间的相位差进行固定，
对上述第5开关元件与上述第6开关元件的同时断开期间进行可变控制，并
对上述第7开关元件与上述第8开关元件的同时断开期间进行可变控制。
2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，
上述控制电路
在从上述第1直流部向上述第2直流部降压地传输电力的情况下，包含如下模式地进行控制：
第1模式，其中，上述第1开关元件和上述第4开关元件为接通状态，且上述第2开关元件和上述第3开关元件为断开状态，上述绝缘变压器的次级绕组的两端在上述第2电桥电路内为短路状态，
第2模式，其中，上述第1开关元件和上述第4开关元件为接通状态，且上述第2开关元件和上述第3开关元件为断开状态，上述第2电桥电路为整流状态，
第3模式，其中，上述第2开关元件和上述第3开关元件为接通状态，且上述第1开关元件和上述第4开关元件为断开状态，上述绝缘变压器的次级绕组的两端在上述第2电桥电路内为短路状态，以及
第4模式，其中，上述第2开关元件和上述第3开关元件为接通状态，且上述第1开关元件和上述第4开关元件为断开状态，上述第2电桥电路为整流状态。
3.如权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于，
上述控制电路
在以第1模式将上述第6开关元件控制为接通状态时，以上述第3模式将上述第5开关元件控制为接通状态，
在以上述第1模式将上述第7开关元件控制为接通状态时，以上述第3模式将上述第8开关元件控制为接通状态。
4.如权利要求2或3所述的电力转换装置，其特征在于，
上述控制电路
在上述第2模式下，将上述第8开关元件或上述第5开关元件控制为接通状态，
在上述第4模式下，将上述第7开关元件或上述第6开关元件控制为接通状态。
5.如权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于，
上述控制电路对上述第1支路与上述第2支路间的相位差进行固定，并在上述第1模式下的上述第6开关元件或上述第7开关元件的接通时间、以及上述第3模式下的上述第5开关元件或上述第8开关元件的接通时间中的至少一者，对从上述第1直流部向上述第2直流部供给的电力的电压或电流进行控制。
6.如权利要求5所述的电力转换装置，其特征在于，
上述控制电路将上述相位差设定为0。
7.如权利要求1～6的任意一项所述的电力转换装置，其特征在于，
上述控制电路
与上述第2开关元件变为断开同步地，使上述第6开关元件或上述第7开关元件变为接通，
与上述第1开关元件变为断开同步地，使上述第5开关元件或上述第8开关元件变为接通。
8.如权利要求7所述的电力转换装置，其特征在于，
上述控制电路
在从上述第1开关元件变为接通起经过死区时间以后，使上述第8开关元件或上述第5开关元件变为接通，
在从上述第2开关元件变为接通起经过死区时间以后，使上述第7开关元件或上述第6开关元件变为接通。
9.如权利要求7或8所述的电力转换装置，其特征在于，
上述控制电路
比上述第1开关元件变为断开提前死区时间量地、使上述第8开关元件或上述第5开关元件变为断开，
比上述第2开关元件变为断开提前死区时间量地、使上述第7开关元件或上述第6开关元件变为断开。
10.如权利要求1～9的任意一项所述的电力转换装置，其特征在于，
上述控制电路在从上述第2直流部向上述第1直流部升压地传输电力的情况下，对供给到上述第1开关元件－上述第4开关元件的驱动信号与供给到上述第5开关元件－上述第8开关元件的驱动信号进行交换。
11.一种电力转换装置，其特征在于，包括：
第1电桥电路，其具有第1支路和第2支路，且上述第1支路和上述第2支路被并联连接于第1直流部，该第1支路串联连接有第1开关元件和第2开关元件，该第2支路串联连接有第3开关元件和第4开关元件，
第2电桥电路，其具有第3支路和第4支路，且上述第3支路和上述第4支路被并联连接于第2直流部，该第3支路串联连接有第5开关元件和第6开关元件，该第4支路串联连接有第7二极管和第8二极管，
绝缘变压器，其被连接在上述第1电桥电路与上述第2电桥电路之间，以及
控制电路，其对上述第1开关元件－上述第6开关元件进行控制；
在上述第1开关元件－上述第6开关元件，分别反并联地连接或形成有二极管；
上述第7二极管与上述第8二极管被相对于上述第2直流部反向地连接；
在从上述第1直流部向上述第2直流部升压地传输电力的情况下，
上述第2电桥电路包含上述绝缘变压器的次级绕组和上述第2直流部导通的期间、以及上述绝缘变压器的次级绕组的两端在上述第2电桥电路内短路的期间；
上述控制电路
对上述第1支路与上述第2支路间的相位差进行固定，并
对上述第5开关元件与上述第6开关元件的同时断开期间进行可变控制。
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