CN114499255A

CN114499255A - 功率转换装置及功率转换系统

Info

Publication number: CN114499255A
Application number: CN202111225894.0A
Authority: CN
Inventors: 中田麻衣; 池田又彦; 木原伸浩; 尹辰五; 栉田阳平; 木村友博; 内山雅满
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-10-26
Filing date: 2021-10-21
Publication date: 2022-05-13
Also published as: JP7002620B1; JP2022069745A

Abstract

为了实现功率转换装置的小型化，本发明的功率转换装置包括：具有具备开关元件的电压转换电路和电容器的主电路部；检测所述电容器的电压的电压传感器；以及基于所述电压传感器所检测出的电压值来控制所述开关元件的动作的控制单元，所述电压传感器包括：将高电位转换为低电位的分压电路；将与所述分压电路的输出相对应的数字信号绝缘输出的绝缘电路；以及将从所述绝缘电路输出的数字信号转换为模拟值的滤波器电路，所述控制单元包括获取从所述滤波器电路输出的模拟值并将其转换为数字值的转换器。

Description

功率转换装置及功率转换系统

技术领域

本申请涉及功率转换装置及功率转换系统。

背景技术

功率转换装置将电池等直流电源的直流功率转换为交流功率用于驱动电动机，另一方面，将由电动机发电得到的交流功率转换为直流功率用于提供给电池等直流电源。

在功率转换装置中，使升压电压控制高速化，从而可以预见组装于功率转换装置的电容器的小型化，因此，为了实现高响应控制(响应性较高的控制)，需要高精度高响应的电压传感器。另一方面，随着电池的高电压化，需要在进行功率转换的主电路部(高压侧)与控制部(低压侧)之间确保较高的绝缘性。另外，电压传感器也需要具备较高的绝缘性。

因此，作为功率转换装置的电压传感器，在确保绝缘的同时，使电压检测精度提高。例如，在专利文献1所示的电压检测装置(电压传感器)中，作为将与主电路部(高压侧)所检测出的电压相关的信息传送至控制部侧(低压侧)的结构，包括对所检测出的电压值进行让分压的分压电路、以及对经分压电路分压后的电压值进行处理的处理电路，在处理电路中，转换为与来自分压电路的电压值相对应的数字值，将转换后的数字值通过绝缘电路进行绝缘输出。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第6448077号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在上述专利文献1所示的功率转换装置中，输入控制部(例如微机)的信号是数字信号，因此，若将数字信号进行高频化，则即使实现高响应，也会发生所获得的电压信息的精度因控制部的数字信号的获取分辨率的限制而下降的问题。

本申请是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种能使电容器小型化并实现高响应性和高绝缘性的具备电压传感器的功率转换装置。

用于解决技术问题的技术手段

本申请所公开的功率转换装置包括：具有具备开关元件的电压转换电路和电容器的主电路部；检测所述电容器的电压的电压传感器；以及基于所述电压传感器所检测出的电压值来控制所述开关元件的动作的控制单元，所述功率转换装置的特征在于，所述电压传感器包括：将高电位转换为低电位的分压电路；将与所述分压电路的输出相对应的数字信号绝缘输出的绝缘电路；以及将从所述绝缘电路输出的数字信号转换为模拟值的滤波器电路，所述控制单元包括获取从所述滤波器电路输出的模拟值并将其转换为数字值的转换器。

发明效果

根据本申请所公开的功率转换装置，获取将数字输出进行模拟化而得的电压信息并进行数字转换，从而能实现高响应性和高绝缘性。

附图说明

图1是实施方式1所涉及的功率转换装置的电路图。

图2是表示实施方式1所涉及的控制电路的硬件的一个示例的结构图。

图3A是表示实施方式1所涉及的功率转换装置的动作的波形图。

图3B是表示实施方式1所涉及的功率转换装置的动作的波形图。

图4是表示实施方式1所涉及的电压传感器的框图。

图5是表示实施方式1所涉及的绝缘电路的信号的转换的说明图。

图6是实施方式1所涉及的滤波器电路的结构图。

图7是实施方式2所涉及的功率转换装置的电路图。

图8是实施方式2所涉及的功率转换装置的动作模式的说明图。

图9A是表示实施方式2所涉及的功率转换装置的动作的波形图。

图9B是表示实施方式2所涉及的功率转换装置的动作的波形图。

图10是实施方式2所涉及的电压传感器的框图。

具体实施方式

实施方式1.

参照附图说明实施方式1所涉及的功率转换装置。图1表示在电池1与负载2之间连接有功率转换装置3的电源系统的结构。即，功率转换装置3是输入侧的端子连接有电池1、输出侧的端子连接有负载2的DC/DC转换器，构成为将电池1的电压升压至负载2的电压来进行供电。

功率转换装置3分为进行功率转换的主电路部30和对主电路部30进行控制的控制单元35。主电路部30包括电抗器31、第一电压转换电路32、电流传感器34、控制单元35、第一平滑电容器36(C2)、第二平滑电容器37(C1)、第一电压传感器39以及第二电压传感器38。

电抗器31包括第一端子和第二端子，第一端子与电池1的高电位侧的端子相连接。控制单元35对第一电压转换电路32进行控制，第一电压传感器39对施加于第一平滑电容器36(C2)的电压V2进行检测，第二电压传感器38对施加于第二平滑电容器37(C1)的电压V1进行检测。

第一电压转换电路32具有由第一开关元件32a和第二开关元件32b在第一连接部32c处串联连接而成的结构，且并联连接于负载2。即，第一开关元件32a的一个端子与电池1的低电位侧的端子相连接，第二开关元件32b与负载2的高电位侧的端子相连接，第一连接部32c与电抗器31的第二端子相连接。第一开关元件32a和第二开关元件32b上分别并联地设有二极管。

第一平滑电容器36(C2)与负载2并联连接，第二平滑电容器37(C1)与电池1并联连接。

电流传感器34配置于电抗器31与第一连接部32c之间，对流至电抗器31的电流值IL进行检测。

将第一电压传感器39所检测出的电压信息V2_analog、第二电压传感器38所检测出的电压信息V1_PWM、电流传感器34所检测出的电流值IL_sen分别输入控制单元35。

图1所示的电源系统例如安装于电动化汽车，电池1使用锂离子电池等高电压(100V以上)。另一方面，控制单元35通过辅助用电源即铅电池(小于100V)来进行驱动，搭载于车辆用户能接触到的地方。从防止车辆用户触电的观点来看，使包含电池1、功率转换装置3和负载2在内的高压侧(第一基准电位3a)与包含铅电池和控制单元35在内的低压侧(第二基准电位3b)绝缘。因此，连接高压侧和低压侧的第一电压传感器39、第二电压传感器38、电流传感器34、以及驱动第一开关元件32a和第二开关元件32b的栅极驱动信号全都构成为使得高压侧(第一基准电位3a)与低压侧(第二基准电位3b)绝缘。例如，在电流传感器34的情况下，构成为进行利用了霍尔效应的电流检测。

另外，如图2中示出了硬件的一个示例那样，控制电路35由处理器100和车载装置101构成。虽然存储装置未图示，但具备随机存取储存器等易失性存储装置、和闪存等非易失性的辅助存储装置。此外，也可以具备硬盘这样的辅助存储装置以代替闪存。处理器100执行从存储装置101输入的程序。该情况下，程序从辅助存储装置经由易失性存储装置输入到处理器100。另外，处理器100可以将运算结果等数据输出至存储装置101的易失性存储装置，也可以经由易失性存储装置将数据保存至辅助存储装置。

接着，将功率转换装置3的动作波形示出于图3A和图3B。图3A表示占空比为0.5以下、即升压比为2倍以下处的波形，图3B表示占空比为0.5以上、即升压比为2倍以上处的波形。最上一个波形表示为了对第一开关元件32a和第二开关元件32b的驱动频率进行控制而由控制单元35所设定的驱动载波(载波)，第二个波形表示第一开关元件32a的栅极驱动信号Gate_SL，第三个波形表示第二开关元件32b的栅极驱动信号Gate_SH，第四个波形表示流至电抗器31的电流值IL，第五个波形表示流至第一平滑电容器36(C2)的电流值Ic2，第六个波形表示施加于第一平滑电容器36(C2)的电压V2。

如该图所示，功率转换装置3的第一开关元件32a和第二开关元件32b由控制单元35所生成的栅极驱动信号来进行控制，利用PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)控制，来生成分别对第一开关元件32a和第二开关元件32b进行通/断控制(开闭动作)的栅极驱动信号(Gate_SL、Gate_SH)，对施加于负载的电压V2进行控制。

这里，驱动载波是三角波，从三角波的波峰到下一个波峰为止的期间、或者从波谷到下一个波谷为止的一个周期为开关元件的驱动频率分之一(Tsw＝1/fsw，fsw：驱动频率)。设为串联连接的第一开关元件32a和第二开关元件32b不会同时接通的开关模式。功率转换装置3的DC/DC转换器中的占空比由一个周期内的Gate_SL的接通时间比率(Duty＝Ton_L/Tsw)来进行定义，一般利用以下所示的式(1)来求出升压电压。

V2＝1/(1-Duty)×V1 (1)

如图3A和图3B所示，均是在第一开关元件32a的栅极驱动信号Gate_SL接通时电抗器电流增加，在第一开关元件32a的栅极驱动信号Gate_SL断开时电抗器电流向第一平滑电容器36(C2)进行充电，成为包含在驱动载波的每1个周期被重复的脉动电压V2rip的电压波形。施加于第一平滑电容器36(C2)的电压V2在第一开关元件32a的栅极驱动信号Gate_SL接通的期间的中间地点和第一开关元件32a的栅极驱动信号Gate_SL断开的期间的中间地点处通过V2电压的平均值V2ave附近。第一开关元件32a的栅极驱动信号Gate_SL的接通和断开的中间地点与驱动载波的波峰和波谷的定时等价。

这里，在控制单元35具有AD转换器的情况下，若将AD转换器的获取频率设为fad，将开关频率设为fsw，则如以下式(2)那样设定获取频率与开关频率的关系。

fad≧fsw (2)

通过像这样进行设定，从而能将因利用AD转换器来将模拟的电压信息转换为数字信号而产生的滞后要素抑制在开关周期以下。

接着，基于图4对第一电压传感器39和第二电压传感器38的结构进行说明。

首先，第一电压传感器39包括分压电路391、绝缘电路392和滤波器电路393，分压电路391构成为对施加于第一平滑电容器36(C2)的电压V2进行分压以输出较低的电压V2_Low，绝缘电路392构成为对高压侧(第一基准电位3a)与低压侧(第二基准电位3b)进行绝缘，以与输入值即V2_Low相对应的占空比来输出PWM波形V2_PWM，滤波器电路393构成为输入数字信号即PWM波形V2_PWM，并将其转换为模拟信号即V2_analog。

将从滤波器电路393输出的模拟信号V2_analog输入至控制单元35，利用控制单元35所具有的AD转换器394在驱动载波的波峰、波谷或其两者的定时获取值，将其作为控制单元35内的V2电压检测信号来用于DC/DC转换器的输出电压控制。这里，设绝缘电路392的PWM波形的频率fpwm(V2)和驱动载波的频率fsw的关系为以下所示的式(3)。

fpwm(V2)＞fsw (3)

由此，将第一电压传感器39的绝缘电路392的PWM波形的频率设定得比驱动频率要高(例如10倍以上)，从而在将图3A或图3B中的电压V2的信息传输至控制单元35的过程中在绝缘电路392中将其转换为数字信号(离散化)时，能维持V2rip的信息和V2ave与驱动载波的关系不变来进行传输。因此，AD转换器394所获取的V2电压信息在较高的精度下成为与图2中的V2ave相当的值，利用该V2电压信息来进行反馈控制，从而能实现高响应控制。

接着，第二电压传感器38包括分压电路381和绝缘电路382，分压电路381将施加于第二平滑电容器37(C1)的电压V1进行分压来输出较低的电压V1_Low，绝缘电路382构成为对高压侧(第一基准电位3a)与低压侧(第二基准电位3b)进行绝缘，以与输入值即V1_Low相对应的占空比来输出PWM波形V1_PWM。

将从第二电压传感器38的绝缘电路382输出的数字信号V1_PWM输入至控制单元35，利用控制单元35所具有的边沿检测器384来对上升沿和下降沿进行检测，对V1_PWM的占空比进行运算，作为微机内的V1电压检测信号来用于DC/DC转换器的控制。控制单元35(微机)的边沿检测器384具有边沿检测的分辨率(Tedg)，为了确保V1电压检测精度，将绝缘电路382的PWM波形的频率设为以下所示的式(4)。

fpwm(V1)＜＜1/Tedg (4)

接着，将第一电压传感器39的绝缘电路392的输入输出信号的转换图的一个示例示出于图5。成为该构思的前提的电路条件如下所示。

绝缘电路392的高压侧输入电压范围：0～5V

V2电压检测范围：0～1000V

绝缘电路392的通常时的占空比的输出范围：10～90％

利用分压电路391将输入值V2(0～1000V)转换为输出值V2_Low(1～4V)。

利用第一电压传感器39的绝缘电路392来输出与V2_Low相对应的占空比的V2_PWM。

此时，在第一电压传感器39的分压电路391发生了电源短路或接地短路等异常的情况下，由于V2_Low被输入0V或5V，因此，V2_PWM的占空比成为0％或100％，由于利用AD转换器394获取V2_analog而得的值粘附于上限或下限的值，因此，在利用AD转换器394获取V2电压信息后，能对高压侧的电路的异常进行检测。然后，在分压电路391中发生了无法检测到电源短路或接地短路的电压值的故障的情况下，输出预定的占空比的值。

第二电压传感器38的绝缘电路382也进行同样的转换，在发生了高压侧的异常的情况下，V1_PWM成为0％或100％而检测不到边沿，因此，在利用边沿检测器384获取到V1电压信息后，能对高压侧的电路的异常进行检测。

这里，第一电压传感器39的绝缘电路392具有对高压侧(第一基准电位3a)与低压侧(第二基准电位3b)进行绝缘的功能，需要各个基准电位的电源。将绝缘电路392的低压侧(第二基准电位3b)的电源设得与控制单元35的AD转换器394的基准电源相同，从而在利用AD转换器394获取V2_analog时电源所引起的误差相互抵消，因此，能提高电压获取精度。作为示例，在AD转换器394的基准电源与绝缘电路392的低压侧电压的电位差为1％的情况下，电压获取值的误差增加约1％，因此，需要设为考虑了电压获取值所要求的精度的电位差以下。

接着，对滤波器电路393的结构进行说明。图6是滤波器电路393的一个示例的电路图。构成由第一电阻器3931和第一电容器3932所构成的第一滤波器电路、由第二电阻器3933和第二电容器3934所构成的第二滤波器电路、由第三电阻器3935和第三电容器3936所构成的第三滤波器电路的总计三级的低通滤波器电路，输入与来自第一电压传感器39的绝缘电路392的输出V2相对应的占空比的V2_PWM，输出去除了绝缘电路392的PWM频率分量后的模拟值V2_analog。此时，低通滤波器电路的截止频率flpf如以下所示的式(5)那样，设定得比驱动载波的频率fsw要高。

fpwm(V2)＞flpf＞fsw (5)

如上式那样对低通滤波器电路的截止频率flpf进行设定，从而能维持图3A和图3B所示的电容器电压V2的电压信息V2rip的变动和驱动载波与V2ave的位置关系不变，仅去除fpwm频率分量而输出V2_analog。另外，如图6那样形成高阶低通滤波器电路的结构(串联连接多个滤波器电路)，从而即使在fpwm(V2)与fsw的值接近的情况下，也不会使必要的V2电压信息因滤波器电路393而衰减。

在至此为止的说明中，将分压电路、绝缘电路和滤波器电路设为独立功能模块来进行了说明，但例如也可以用将任意两个以上的功能进行整合而安装于一个电子元器件中的集成电路(IC)来构成。

在上述说明中，先进行了以下说明，即：第一平滑电容器的电压V2是DC/DC转换器的反馈控制的控制对象，另外，施加于第一平滑电容器36(C2)的电压V2具有依赖于驱动频率的脉动分量V2rip，因此，经由分压电路391→绝缘电路392→滤波器电路393利用AD转换器394与驱动频率同步地进行获取，但是，施加于第二平滑电容器37(C1)的电压V1也可以以相同的结构来获取电压信息。

另外，在实施方式1中，关于DC/DC转换器进行了说明，但功率转换装置3也可以是将直流转换为交流来对电动机进行驱动的逆变器电路，施加于平滑电容器的电压也可以是逆变器电路的直流输入电压。

另外，设利用AD转换器394来获取电压信息的定时为栅极接通期间和栅极断开期间的中心来进行了说明，但在负载2的负载量较小或第一平滑电容器36的静电电容较大而电压脉动较小的情况下，利用AD转换器394来获取电压信息的定时不一定必须在该期间的中心。另外，即使在脉动较大的情况下，通过将驱动载波的波峰获取值与波谷获取值进行平均化，从而也能使所获取的电压信息接近包含脉动的电压的平均值，能获得与栅极接通期间和栅极断开期间的中心相同的效果。

开关元件的导通期间(从栅极断开向接通转移的期间)和截止期间(从栅极接通向断开转移的期间)容易受到开关浪涌所引起的噪声或电压振动的影响，因此，获取电压信息的定时设定为至少避开了导通或截止期间的定时。

假设功率转换装置3例如为对逆变器的输入电压进行控制的DC/DC转换器来进行了说明，其中，所述逆变器用于对搭载于电动化汽车的发电用电动机或驱动用电动机进行控制。所谓电动化汽车例如是指混合动力汽车、电动汽车、或者插电式混合动力汽车等能利用电能来行驶的汽车，考虑这些电动化汽车的电动机会因结冰路上的打滑、急加速/急减速、电动机锁定等而导致转矩或转速发生骤变。在这种情况下，通常将DC/DC转换器控制为所希望的电压，但由于负载功率发生骤变，因此，在DC/DC转换器的响应速度较慢的情况下，第二平滑电容器37的电压V2有可能会发生骤变。

像这样电压V2发生了骤变的情况下，会检测到逆变器控制性的恶化或电压V2的过电压而发生DC/DC转换器停止这样的现象，因此，采取使电容器的静电电容增加等对策，但存在功率转换装置变大这一问题。

本申请即使遇到像这样的问题也能够进行应对。即，作为功率转换系统而组装有本申请的功率转换装置，从而将DC/DC转换器的直流电压的控制速度设得比逆变器的负载的变化所引起的直流电压的变化速度要快，由此，能对电压V2相对于负载变动的变动进行抑制，能实现电压控制的高速化。

实施方式2.

参照附图对实施方式2所涉及的功率转换装置3进行说明。图7是表示功率转换装置3和其周边电路即电池1和负载2的电路图，图8是表示实施方式2中的功率转换装置3(多电平升压转换器电路)的动作模式的电路图，图9是表示图7的开关元件的驱动载波、栅极驱动信号和脉动电流、电容器电流、电容器电压的波形图，图10是表示图7的第一电压传感器39、第二电压传感器38和第三电压传感器352的结构的电路图(框图)。

如图7所示，功率转换装置3是输入侧的端子连接有电池1、输出侧的端子连接有负载2的DC/DC转换器。与实施方式1不同的部分在于，DC/DC转换器是具备充放电电容器351(C0)的多电平转换器。

在实施方式2中，着眼于与实施方式1的不同点来进行说明。

功率转换装置3包括电抗器31、第二电压转换电路33、电流传感器34、对第二电压转换电路33进行控制的控制单元35、第一平滑电容器36(C2)、对施加于第一平滑电容器36(C2)的电压V2进行检测的第一电压传感器39、第二平滑电容器37(C1)、对施加于第二平滑电容器37(C1)的电压V1进行检测的第二电压传感器38、充放电电容器351(C0)、以及对施加于充放电电容器351(C0)的电压V0进行检测的第三电压传感器352。

电抗器31包括第一端子和第二端子，第一端子与电池1的高电位侧的端子相连接。

第二电压转换电路33与负载2并联连接。第二电压转换电路33具有以下结构：第一开关元件33a(S1)、第二开关元件33b(S2)、第三开关元件33c(S3)和第四开关元件33d(S4)串联连接，将第一开关元件33a与第二开关元件33b的连接点设为第一连接部33f，将第二开关元件33b与第三开关元件33c的连接点设为第二连接部33e，将第三开关元件33c与第四开关元件33d的连接点设为第三连接部33g。

第一开关元件33a的端子与电池1的低电位侧的端子相连接，第四开关元件33d的端子与负载2的高电位侧的端子相连接。

第二连接部33e与电抗器31的第二端子相连接。第一至第四开关元件33a、33b、33c、33d分别并联具有二极管。

第一平滑电容器36(C2)与负载2并联连接，第二平滑电容器37(C1)与电池1并联连接，充放电电容器351与第一连接部33f和第三连接部33g相连接。

电流传感器34配置于电抗器31与第一连接部33f之间，对流至电抗器31的电流值IL进行检测。

将第一电压传感器39所检测出的电压信息V2_analog、第二电压传感器38所检测出的电压信息V1_PWM、第三电压传感器352所检测出的电压信息V0_analog、电流传感器34所检测出的电流值IL_sen分别输入控制单元35。

接着，使用图8(a)～(d)，对图7所示的第二电压转换电路33的动作模式进行说明。

在图8(a)～(d)中，将第一开关元件33a显示为S1，将第二开关元件33b显示为S2，将第三开关元件33c显示为S3，将第四开关元件33d显示为S4。

如图8(a)～(d)所示，第一～第四开关元件S1～S4的开闭模式即动作模式有模式1～模式4四种。在从电池1向负载2进行供电的情况下的功率运行动作、以及从负载2向电池1进行供电的情况下的再生动作中，存在是通过开关元件还是通过并联的二极管的差异，但以虚线来进行记载的电流路径是相同的，因此，这里限定为功率运行动作来进行说明。

在模式1中，如图8(a)所示，第一开关元件S1和第三开关元件S3接通，第二开关元件S2和第四开关元件S4断开。如图中以虚线来示出电流路径的那样，成为以下状态，即：电流流过第一开关元件S1、以及第三开关元件S3的并联的二极管D3，将能量蓄积于充放电电容器351(C0)。

在模式2中，如图8(b)所示，第一开关元件S1和第三开关元件S3断开，第二开关元件S2和第四开关元件S4接通。利用该操作，成为以下状态，即：电流流过第二开关元件S2、以及与第四开关元件并联的二极管D4，将充放电电容器351(C0)的能量进行释放。

在模式3中，如图8(c)所示，第一开关元件S1和第二开关元件S2断开，第三开关元件S3和第四开关元件S4接通。利用该操作，成为以下状态，即：电流流过与第三开关元件并联的二极管D3、以及与第四开关元件并联的二极管D4，将电抗器31的能量进行释放。

在模式4中，如图8(d)所示，第一开关元件S1和第二开关元件S2接通，第三开关元件S3和第四开关元件S4断开。利用该操作，成为以下状态，即：电流流过第一开关元件S1和第二开关元件S2，将能量蓄积于电抗器31。

对这些动作模式的时间比率进行适当调整，从而能对施加于负载2的电压V2进行控制，并能通过将施加于充放电电容器351(C0)的电压V0控制为V2的一半来将减小施加于电抗器31的电压。

接着，将功率转换装置3中的动作波形示出于图9。功率转换装置3的第一～第四开关元件33a、33b、33c、33d通过控制单元35所生成的栅极驱动信号(Gate_S1、Gate_S2、Gate_S3、Gate_S4)来进行控制，对施加于负载2的电压V2和施加于充放电电容器351的电压V0进行控制。

接着，将功率转换装置3的动作波形示出于图9A和图9B。在图9A和图9B中，从动作波形的上段开始进行说明。最上一个波形表示控制单元35所设定的驱动载波(载波)。Gate_S1表示第一开关元件33a的栅极驱动信号，Gate_S2表示第二开关元件33b的栅极驱动信号，Gate_S3表示第三开关元件33c的栅极驱动信号，Gate_S4表示第四开关元件33d的栅极驱动信号，电流值IL表示流至电抗器31的电流值，电流Ic0表示流至充放电电容器351的电流值，电压V0表示施加于充放电电容器351的电压值，电流Ic2表示流至第一平滑电容器36的电流值，电压V2表示施加于第一平滑电容器的电压值。

设为第一开关元件33a(S1)与第四开关元件33d(S4)、第二开关元件33b(S2)与第三开关元件33c(S3)不会同时接通的栅极驱动信号，第一开关元件33a(S1)与第二开关元件33b(S2)设定为接通时间等价而相位错开驱动载波的半周期的开关模式。

图9A表示占空比为0.5以下即升压比为2倍以下处的波形，重复模式1→模式3→模式2→模式3。图9B表示占空比为0.5以上即升压比为2倍以上处的波形，重复模式1→模式4→模式2→模式4。

两者均为在模式1下仅有充放电电容器351(C0)进行充电，在模式2下充放电电容器351(C0)进行放电，第一平滑电容器36(C2)进行充电，在模式3下第一平滑电容器36(C2)进行充电。

在该实施方式2中，与实施方式1相同，施加于充放电电容器351(C0)的电压V0、施加于第一平滑电容器36(C2)的电压V2成为包含在驱动载波的每1个周期被重复的脉动电压的电压波形。

电压V0、V2均在Gate_S1接通的期间的中间点以及Gate_S1断开的期间的中间点通过平均值V2ave、V0ave附近。此外，Gate_S1的接通和断开的中间点与驱动载波的波峰和波谷的定时等价。

接着，基于图10对实施方式2中的第一电压传感器39和第二电压传感器38的结构进行说明。

首先，第一电压传感器39和第二电压传感器38具有与实施方式1相同的结构。第三电压传感器352包括分压电路3521、绝缘电路3522、滤波器电路3523，电压V0与电压V2相同，是多电平转换器的反馈控制的控制对象，另外，具有依赖于驱动频率的脉动分量V0rip，因此，具有以下结构，即：经由分压电路3521→绝缘电路3522→滤波器电路3523通过AD转换器3524与驱动频率同步地获取电压信息。

虽然本申请记载了各种示例性实施方式和实施例，但是在一个或多个实施方式中记载的各种特征、方式和功能不限于特定实施方式的应用，可以单独地或以各种组合来应用于实施方式。

因此，在本申请所公开的技术范围内可以设想无数未举例示出的变形例。例如，设为包括对至少一个构成要素进行变形、追加或省略的情况，以及提取至少一个构成要素并与其他实施方式的构成要素进行组合的情况。

标号说明

1 电池

2 负载

3 功率转换装置

30 主电路部

31 电抗器

32 第一电压转换电路

33 第二电压转换电路

34 电流传感器

35 控制单元

36 第一平滑电容器

37 第二平滑电容器

38 第二电压传感器

39 第一电压传感器

100 处理器

101 存储装置

351 充放电电容器

352 第三电压传感器

381 分压电路

382 绝缘电路

384 边沿检测器

391 分压电路

392 绝缘电路

393 滤波器电路

394 AD转换器

3521 分压电路

3522 绝缘电路

3523 滤波器电路

3524 AD转换器。

Claims

1.一种功率转换装置，所述功率转换装置包括：主电路部，该主电路部具有电压转换电路和电容器，所述电压转换电路具有开关元件；电压传感器，该电压传感器对所述电容器的电压进行检测；以及控制单元，该控制单元基于所述电压传感器所检测出的电压值来对所述开关元件的动作进行控制，所述功率转换装置的特征在于，

所述电压传感器包括：

分压电路，该分压电路将高电位转换为低电位；

绝缘电路，该绝缘电路将与所述分压电路的输出相对应的数字信号绝缘输出；以及

滤波器电路，该滤波器电路将从所述绝缘电路输出的数字值转换为模拟值，

所述控制单元包括转换器，该转换器将从所述滤波器电路输出的模拟值转换为数字值。

2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，

所述控制单元的所述转换器获取模拟值的定时与所述开关元件的驱动周期同步，

所述绝缘电路所输出的数字信号的频率比所述开关元件的驱动频率要高。

3.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，

所述主电路部是具有电抗器、所述开关元件和所述电容器的DC/DC转换器。

4.如权利要求1至3的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，

所述滤波器电路是由电阻器和电容器所构成的低通滤波器电路，

所述绝缘电路所输出的数字信号的频率比所述低通滤波器电路的截止频率要高，所述截止频率比所述开关元件的驱动频率要高。

5.如权利要求4所述的功率转换装置，其特征在于，

所述低通滤波器电路是多级串联构成的高阶低通滤波器电路。

6.如权利要求1至5的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，

所述开关元件由PWM控制来进行驱动，所述控制单元的所述转换器获取模拟值的定时避开所述开关元件的导通期间或截止期间来进行设定。

7.如权利要求6所述的功率转换装置，其特征在于，

所述转换器获取模拟值的定时是所述开关元件的栅极接通期间的中心或所述开关元件的栅极断开期间的中心。

8.如权利要求3所述的功率转换装置，其特征在于，

所述开关元件是由第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件及第四开关元件串联连接而成的开关元件，

所述电容器是：第一电容器，该第一电容器与所述主电路部的输入侧的直流部相连接；第二电容器，该第二电容器与所述第一开关元件和所述第二开关元件的连接部、及所述第三开关元件和所述第四开关元件的连接部相连接；以及第三电容器，该第三电容器与所述直流部相连接，并与所述第一开关元件的低压侧及所述第四开关元件的高压侧相连接，

所述电抗器是一端与所述第一电容器的高压侧的端子相连接、另一端与所述第三开关元件和所述第四开关元件的连接部相连接的电抗器，

所述第一开关元件和所述第四开关元件交替地进行开关，

所述第二开关元件和所述第三开关元件交替地进行开关，

所述第一开关元件和所述第二开关元件在相位偏移了开关元件的驱动频率的半周期的状态下进行驱动，

所述电压传感器对所述第一电容器的电压值、所述第二电容器的电压值或所述第三电容器的电压值进行检测。

9.如权利要求1至8的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，

所述绝缘电路输出与从所述分压电路所输出的电压值相对应的占空比，在所述分压电路中无法检测到电源短路或接地短路的电压值的情况下，输出预定的所述占空比的值。

10.如权利要求1至9的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，

所述绝缘电路在所述主电路部一侧和所述控制单元一侧分别具备电源，

所述控制单元一侧的电源与所述转换器的电源为同电位。

11.一种功率转换系统，其特征在于，

如权利要求1至10的任一项所述的功率转换装置作为DC/DC转换器的功率转换系统的一部分而搭载于汽车，所述DC/DC转换器对施加于控制发电用电动机或驱动用电动机的逆变器的直流电压进行控制，所述功率转换系统将所述DC/DC转换器的直流电压的控制速度设得比所述逆变器的负载的变化所引起的直流电压的变化速度要快，将所述DC/DC转换器的输出电压控制为恒定。