CN114762234A - 绝缘变压器以及具备其的电力变换装置 - Google Patents

Abstract

绝缘变压器(3)包括串联连接的多个副绝缘变压器(11～13)。所有副绕组(14～19)的极性的方向相同。构成为在电流(I)从第1主端子(3a)经由第1副绕组(11)、相间电容(C5)、以及第2副绕组(17)流到第3主端子(3c)的情况下，第1副绕组的励磁电感和第2副绕组的励磁电感成为相反的极性。

Description

绝缘变压器以及具备其的电力变换装置

技术领域

本公开涉及绝缘变压器以及具备其的电力变换装置。

背景技术

在例如国际公开第2018/016106号说明书(专利文献1)中，公开了一种电力变换装置，具备：绝缘变压器，包括第1以及第2绕组；第1电力变换器，将从第1直流电源供给的直流电力变换为交流电力而提供给第1绕组；以及第2电力变换器，将从第2绕组接受的交流电力变换为直流电力而提供给第2直流电源。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2018/016106号说明书

发明内容

但是，在以往的电力变换装置中，使用大型且重量大的1个绝缘变压器，所以存在装配性以及散热性差、且成本高这样的问题。

因此，本公开的主要的目的在于提供一种装配性以及散热性高、且低成本的绝缘变压器、以及具备其的电力变换装置。

本公开的绝缘变压器具备相互电气地耦合的第1～第N副绝缘变压器。N是2以上的整数。第1～第N副绝缘变压器各自包括第1以及第2副绕组、分别与第1副绕组的第1极性端子以及第2极性端子连接的第1以及第2副端子、以及分别与第2副绕组的第1极性端子以及第2极性端子连接的第3以及第4副端子。第1以及第2副绕组的极性的方向相同。第1～第N副绝缘变压器各自构成为在电流从第1副端子经由第1副绕组、第1以及第2副绕组之间的相间电容、以及第2副绕组流到第3副端子的情况下，第1副绕组的励磁电感和第2副绕组的励磁电感成为相反的极性。

该绝缘变压器被分割成多个副绝缘变压器。因此，能够防止绝缘变压器中的体积的增加以及重量的集中，能够实现基板安装来提高装配性，能够通过使热源分散来提高散热性，能够通过使用流通量多而易于获得的通用的副绝缘变压器来实现低成本化。

而且，在第1～第N副绝缘变压器各自构成为在电流从第1副端子经由第1副绕组、第1以及第2副绕组之间的相间电容、以及第2副绕组流到第3副端子的情况下，第1副绕组的励磁电感和第2副绕组的励磁电感成为相反的极性。因此，能够降低第1以及第2绕组的励磁电感之和，抑制在第1以及第2绕组的励磁电感与相间电容之间发生谐振现象。

附图说明

图1是示出实施方式1所涉及的双向DC/DC转换器的结构的电路框图。

图2是示出图1所示的绝缘变压器的结构的电路图。

图3是示出图1所示的电力变换器的结构的电路图。

图4是用于说明图1～图3所示的双向DC/DC转换器的动作的时序图。

图5是示出实施方式1的比较例的主要部分的电路图。

图6是示出具备图5所示的绝缘变压器的双向DC/DC转换器的结构的电路图。

图7是用于说明在图6所示的双向DC/DC转换器中发生的谐振现象的电路图。

图8是用于说明在图6所示的双向DC/DC转换器中发生的谐振现象的其他电路图。

图9是用于说明实施方式1的效果的电路图。

图10是用于说明实施方式1的效果的其他电路图。

图11是示出实施方式2所涉及的绝缘变压器的结构的电路图。

图12是示出实施方式3所涉及的绝缘变压器的图。

图13是示出实施方式3的比较例的图。

图14是示出实施方式4所涉及的绝缘变压器的结构的电路图。

(符号说明)

T1～T4：直流端子；1、7：电流检测器；2、6：电力变换器；3、25、40、50、65、70：绝缘变压器；4、5、26、27：主绕组；8：操作部；9：控制装置；9a：处理装置；11～13、31～33、41～43、51～53、71：副绝缘变压器；11e：铁芯；14～19、34～39、44～49、54～62、72、73：副绕组；21、22：直流电源；C1、C2：电容器；Q1～Q8：IGBT；D1～D8：二极管；L1～L5：电抗器；C3、C3a、C3b、C4、C4a、C4b：对地电容；C5、C6：相间电容。

具体实施方式

实施方式1.

图1是示出实施方式1所涉及的双向DC/DC转换器的结构的电路框图。在图1中，该双向DC/DC转换器(电力变换装置)是DAB(Dual Active Bridge，双有源桥)方式，具备直流端子T1～T4、电流检测器1、7、电力变换器2、6、绝缘变压器3、操作部8、以及控制装置9。

直流端子T1、T2分别与直流电源21(第1直流电源)的正极以及负极连接。直流端子T3、T4分别与直流电源22(第2直流电源)的正极以及负极连接。由控制装置9检测直流端子T1、T2之间的直流电压VDC1以及直流端子T3、T4之间的直流电压VDC2的各个。

例如，直流电源21、22中的某一方是输出直流电力的太阳能电池，另一方是积蓄直流电力的蓄电池(或者电容器)。也可以直流电源21、22都是蓄电池(或者电容器)。另外，也可以对直流电源21、22的至少某一方并联连接通过直流电力驱动的负载。

绝缘变压器3包括第1以及第2主绕组4、5、和第1～第4主端子3a～3d。在第1以及第2主绕组4、5的正极性侧，附加黑圈(·)。第1主绕组4的正极端子(第1极性端子)以及负极端子(第2极性端子)分别与第1以及第2主端子3a、3b连接。第2主绕组5的正极端子以及负极端子分别与第3以及第4主端子3c、3d连接。

在将从绕组的负极端子(负极性侧的端子)朝向该绕组的正极端子(负极性侧的端子)的方向设为该绕组的极性的方向时，第1以及第2主绕组4、5的极性的方向相同。在图1中，示出第1以及第2主绕组4、5的极性的方向都为上方向的情况。第1以及第2主绕组4、5的匝数相同。

在第1以及第2主端子3a、3b之间提供交流电压VAC1时，在第3以及第4主端子3c、3d之间出现交流电压VAC2。相反地，在第3以及第4主端子3c、3d之间提供交流电压VAC2时，在第1以及第2主端子3a、3b之间出现交流电压VAC1。交流电压VAC1、VAC2是同极性(即同相位)，具有相同的振幅。

电力变换器2(第1电力变换器)包括分别与直流端子T1、T2连接的直流端子2a、2b、和分别与绝缘变压器3的第1以及第2主端子3a、3b连接的交流端子2c、2d，由控制装置9控制。

在从直流电源21对直流电源22供给直流电力的第1传送模式时，电力变换器2将从直流电源21提供给直流端子2a、2b的直流电压VDC1变换为交流电压VAC1而输出给交流端子2c、2d之间。

在从直流电源22对直流电源21供给直流电力的第2传送模式时，电力变换器2将提供给交流端子2c、2d之间的交流电压VAC1变换为直流电压VDC1而输出给直流端子2a、2b之间。

电力变换器6(第2电力变换器)包括分别与直流端子T3、T4连接的直流端子6a、6b、和分别与绝缘变压器3的第3以及第4主端子3c、3d连接的交流端子6c、6d，由控制装置9控制。

在第1传送模式时，电力变换器6将提供给交流端子6c、6d之间的交流电压VAC2变换为直流电压VDC2而输出给直流端子6a、6b之间。在第2传送模式时，电力变换器6将从直流电源22提供给直流端子6a、6b的直流电压VDC2变换为交流电压VAC2而输出给交流端子6c、6d之间。

电流检测器1检测在直流端子T1与电力变换器2的直流端子2a之间流过的电流I1，将表示其检测值的信号I1f输出给控制装置9。电流检测器7检测在直流端子T3与电力变换器6的直流端子6a之间流过的电流I2，将表示其检测值的信号I2f输出给控制装置9。

操作部8具有由双向DC/DC转换器的使用者操作的多个按钮以及多个开关、显示各种信息的图像显示部等。使用者通过操作操作部8，能够使双向DC/DC转换器的电源成为导通及截止、以及选择第1以及第2传送模式中的任意一个传送模式。操作部8将表示所选择的传送模式的信号等输出给控制装置9。

控制装置9根据直流电压VDC1、VDC2、通过电流检测器1、7的输出信号表示的直流电流I1、I2、来自操作部8的信号等，控制双向DC/DC转换器整体。

在第1传送模式时，控制装置9以使直流电流I2成为预先决定的参照电流I2R的方式(或者以使直流电压VDC2成为预先决定的参照电压VDC2R的方式)，控制电力变换器2、6的各个。

在第2传送模式时，控制装置9以使直流电流I1成为预先决定的参照电流I1R的方式(或者以使直流电压VDC1成为预先决定的参照电压VDC1R的方式)，控制电力变换器2、6的各个。

此外，控制装置9具备处理电路9a。处理电路9a既可以由运算处理装置、存储装置等数字电子电路构成，也可以由比较器、运算放大器、差动放大电路等模拟电子电路构成，还可以由数字电子电路以及模拟电子电路这双方构成。

图2是示出绝缘变压器3的结构的电路图。在图2中，绝缘变压器3包括多个副绝缘变压器11～13。副绝缘变压器11～13构成第1～第N副绝缘变压器。N是2以上的整数。在图2中，示出N＝3的情况。

第1副绝缘变压器11包括铁芯(未图示)、卷绕于铁芯的第1以及第2副绕组14、17、以及第1～第4副端子11a～11d。在第1以及第2副绕组14、17的正极性侧，附加黑圈(·)。第1副绕组14的正极端子以及负极端子分别与第1以及第2副端子11a、11b连接。第2副绕组17的正极端子以及负极端子分别与第3以及第4副端子11c、11d连接。

第1以及第2副绕组14、17的极性的方向相同。在图2中，示出第1以及第2副绕组14、17的极性的方向都为上方向的情况。第1以及第2副绕组14、17的匝数相同。

第2副绝缘变压器12包括铁芯(未图示)、卷绕于铁芯的第1以及第2副绕组15、18、以及第1～第4副端子12a～12d。在第1以及第2副绕组15、18的正极性侧，附加黑圈(·)。第1副绕组15的正极端子以及负极端子分别与第1以及第2副端子12a、12b连接。第2副绕组18的正极端子以及负极端子分别与第3以及第4副端子12c、12d连接。

第1以及第2副绕组15、18的极性的方向相同。在图2中，示出第1以及第2副绕组15、18的极性的方向都为上方向的情况。第1以及第2副绕组15、18的匝数相同。

第3副绝缘变压器13包括铁芯(未图示)、卷绕于铁芯的第1以及第2副绕组16、19、以及第1～第4副端子13a～13d。在第1以及第2副绕组16、19的正极性侧，附加黑圈(·)。第1副绕组16的正极端子以及负极端子分别与第1以及第2副端子13a、13b连接。第2副绕组19的正极端子以及负极端子分别与第3以及第4副端子13c、13d连接。

第1以及第2副绕组16、19的极性的方向相同。在图2中，示出第1以及第2副绕组16、19的极性的方向都为上方向的情况。第1以及第2副绕组16、19的匝数相同。

3个第1副绕组14～16的极性朝向相同的方向。3个第1副绕组14～16在绝缘变压器3的第1以及第2主端子3a、3b之间串联连接而构成第1主绕组4。即，第1副绝缘变压器11的第1副端子11a与绝缘变压器3的第1主端子3a连接。第1副绝缘变压器11的第2副端子11b与第2副绝缘变压器12的第1副端子12a连接。第2副绝缘变压器12的第2副端子12b与第3副绝缘变压器13的第1副端子13a连接。第3副绝缘变压器13的第2副端子13b与主绝缘变压器3的第2主端子3b连接。

3个第2副绕组17～19的极性朝向相同的方向。3个第2副绕组17～19在绝缘变压器3的第3以及第4主端子3c、3d之间串联连接而构成第2主绕组5。即，第1副绝缘变压器11的第3副端子11c与绝缘变压器3的第3主端子3c连接。第1副绝缘变压器11的第4副端子11d与第2副绝缘变压器12的第3副端子12c连接。第2副绝缘变压器12的第4副端子12d与第3副绝缘变压器13的第3副端子13c连接。第3副绝缘变压器13的第4副端子13d与主绝缘变压器3的第4主端子3d连接。

在第1主端子3a以及第2主端子3b之间施加交流电压VAC1时，在第3主端子3c以及第4主端子3d之间出现交流电压VAC2。在第3主端子3c以及第4主端子3d之间施加交流电压VAC2时，在第1主端子3a以及第2主端子3b之间出现交流电压VAC1。第1主绕组4的匝数和第2主绕组5的匝数相同，所以交流电压VAC1的振幅和交流电压VAC2的振幅相同。第1主绕组4的极性和第2主绕组5的极性相同，所以交流电压VAC1、VAC2成为相同的极性，交流电压VAC1的相位和交流电压VAC2的相位相同。

这样，将多个副绝缘变压器11～13串联连接而构成1个绝缘变压器3，所以能够防止体积的增加以及重量的集中，能够实现基板安装来提高装配性，能够通过使热源分散来提高散热性，能够通过使用流通量多而易于获得的通用的芯来实现低成本化。另外，使副绕组14～19的极性的方向向相同的方向对齐，所以能够抑制在双向DC/DC转换器中发生谐振现象。能够抑制谐振现象的理由将后述。

图3是示出电力变换器2、6的结构的电路图。在图3中，电力变换器2包括电容器C1、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)Q1～Q4、二极管D1～D4、以及电抗器L1、L2。电容器C1在直流端子T1、T2之间连接，使直流端子T1、T2之间的直流电压VDC1平滑化以及稳定化。

IGBTQ1、Q2的集电极与直流端子T1连接，它们的发射极分别与节点N1、N2(第1以及第2交流端子)连接。IGBTQ3、Q4的集电极分别与节点N1、N2连接，它们的发射极都与直流端子T2连接。IGBTQ1～Q4的各个通过控制装置9成为导通以及截止。

电抗器L1连接于节点N1与绝缘变压器3的第1主端子3a之间。电抗器L2连接于节点N2与绝缘变压器3的第2主端子3b之间。电抗器L1、L2的各个积蓄电磁能量。

电力变换器6包括电抗器L3～L5、IGBTQ5～Q8、二极管D5～D8、以及电容器C2。电抗器L3连接于绝缘变压器3的第3主端子3c与节点N4之间。电抗器L4连接于绝缘变压器3的第4主端子3d与节点N3之间。电抗器L3、L4的各个积蓄电磁能量。

IGBTQ5、Q6的集电极相互连接，它们的发射极分别与节点N3、N4连接。IGBTQ7、Q8的集电极分别与节点N3、N4连接，它们的发射极都与直流端子T4连接。IGBTQ5～Q8的各个通过控制装置9成为导通以及截止。

电容器C2连接于IGBTQ5、Q6的集电极与直流端子T4之间。电抗器L5连接于IGBTQ5、Q6的集电极与直流端子T3之间。电容器C2以及电抗器L5构成低通滤波器。

此外，也可以代替IGBT，使用MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)。另外，也可以作为使开关时的IGBT的集电极-发射极间电压成为大致零电压的零电压开关电路，对IGBT并联连接电容器。

图4是用于说明图1～图3所示的双向DC/DC转换器的动作的时序图。在图4中，示出从直流电源21向直流电源22传送直流电力的第1传送模式时的动作。直流电源22是蓄电池。

在图4中，(A)～(H)分别表示IGBTQ1、Q3、Q2、Q4、Q5、Q7、Q6、Q8的导通以及截止动作。IGBTQ1的开关周期Tsw被分割成10个期间TA～TJ。

在第1传送模式时，控制装置9在开关周期Tsw内使IGBTQ1、Q3、IGBTQ4、Q2、IGBTQ5、Q7的各个隔着短路防止时间td交替成为导通，并且将IGBTQ6、Q8固定为截止状态。

将从使IGBTQ2成为截止至使IGBTQ4成为导通设为第1移相量θ1，将从使IGBTQ2成为截止至使IGBTQ7成为导通设为第2移相量θ2。控制装置9根据传送电力量，调整第1移相量θ1以及第2移相量θ2。

在使直流电源21的输出电压VDC1升压而对直流电源22(蓄电池)进行充电的情况下(VDC2>VDC1)，第2移相量θ2被设定成比第1移相量θ1大的值。在使直流电源21的输出电压VDC1降压而对直流电源22(蓄电池)进行充电的情况下(VDC2<VDC1)，第2移相量θ2被设定成与第1移相量θ1相同的值。

例如，在期间TB中，IGBTQ1、Q4成为导通，电流从直流电源21的正极经由IGBTQ1、电抗器L1、第1主绕组4、电抗器L2、IGBTQ4流到直流电源21的负极，在电抗器L1、L2中积蓄电磁能量。另外，IGBTQ5成为导通，电流从绝缘变压器3的第3主端子3c经由电抗器L3、二极管D6、IGBTQ5、电抗器L4、以及第2主绕组5流到第3端子3c，在电抗器L3、L4中积蓄电磁能量。

接着，在期间TC中，IGBTQ1、Q4被维持为导通状态，电流按照与期间TB相同的路径流过，在电抗器L1、L2中积蓄电磁能量。另外，IGBTQ5成为截止，电流从绝缘变压器3的第3端子3c经由电抗器L3、二极管D6、电抗器L5、直流电源22(蓄电池)、二极管D7、电抗器L4、以及绝缘变压器3的第2主绕组5流到第3端子3c，电抗器L3、L4的电磁能量被释放。

此时，绝缘变压器3的第2主绕组5的端子间电压、电抗器L3的端子间电压、以及电抗器L4的端子间电压相加而得到的电压被施加到直流电源22(蓄电池)的端子之间。因此，在图4所示的第1传送模式中，第2直流电源22(蓄电池)被充电成比第1直流电源21的输出电压VDC1高的电压(VDC2>VDC1)。

在从直流电源22向直流电源21传送直流电力的第2传送模式中，控制装置9在开关周期Tsw内使IGBTQ6、Q8、IGBTQ7、Q5、IGBTQ2、Q4的各个隔着短路防止时间td交替成为导通，并且将IGBTQ1、Q3固定为截止状态。在第2传送模式中，进行与第1传送模式相反的动作，所以不重复其说明。

另外如上所述，通过将多个副绝缘变压器11～13串联连接而构成1个绝缘变压器3，能够实现装配性以及散热性的提高以及低成本化，能够实现产品的高性能化。

另外，本申请发明人认识到在将多个副绝缘变压器11～13串联连接而构成1个绝缘变压器3的情况下一般不知道的问题，进而找到了将其解决的手段。以下，使用附图，详细说明该点。

图5是示出实施方式1的比较例的主要部分的电路，是与图2对比的图。在图5中，在该比较例中，使用绝缘变压器25。绝缘变压器25包括第1～第4主端子25a～25d、和多个副绝缘变压器31～33。多个副绝缘变压器31～33在第1以及第3主端子25a、25c与第2以及第4主端子25b、25d之间串联连接。

即，第1副绝缘变压器31包括铁芯(未图示)、卷绕于铁芯的第1以及第2副绕组34、37、以及第1～第4副端子31a～31d。在第1以及第2副绕组34、37的正极性侧，附加黑圈(·)。第1副绕组34的正极端子以及负极端子分别与第1以及第2副端子31a、31b连接。第2副绕组37的正极端子以及负极端子分别与第4以及第3副端子31d、31c连接。

第1以及第2副绕组34、37的极性的方向相反。在图5中，示出第1以及第2副绕组34、37的极性的方向分别为上方向以及下方向的情况。第1以及第2副绕组34、37的匝数相同。

第2副绝缘变压器32包括铁芯(未图示)、卷绕于铁芯的第1以及第2副绕组35、38、以及第1～第4副端子32a～32d。在第1以及第2副绕组35、38的正极性侧，附加黑圈(·)。第1副绕组35的正极端子以及负极端子分别与第1以及第2副端子32a、32b连接。第2副绕组38的正极端子以及负极端子分别与第4以及第3副端子32d、32c连接。

第1以及第2副绕组35、38的极性的方向相反。在图5中，示出第1以及第2副绕组35、38的极性的方向分别为上方向以及下方向的情况。第1以及第2副绕组35、38的匝数相同。

第3副绝缘变压器33包括铁芯(未图示)、卷绕于铁芯的第1以及第2副绕组36、39、以及第1～第4副端子33a～33d。在第1以及第2副绕组36、39的正极性侧，附加黑圈(·)。第1副绕组36的正极端子以及负极端子分别与第1以及第2副端子33a、33b连接。第2副绕组39的正极端子以及负极端子分别与第4以及第3副端子33d、33c连接。

第1以及第2副绕组36、39的极性的方向相反。在图5中，示出第1以及第2副绕组36、39的极性的方向分别为上方向以及下方向的情况。第1以及第2副绕组36、39的匝数相同。

3个第1副绕组34～36的极性朝向上方向。3个第1副绕组34～36在绝缘变压器25的第1以及第2主端子25a、25b之间串联连接而构成第1主绕组26。另外，3个第2副绕组37～39的极性朝向下方向。3个第2副绕组37～39在绝缘变压器25的第3以及第4主端子25c、25d之间串联连接而构成第2主绕组27。

在第1主端子25a以及第2主端子25b之间施加交流电压VAC1时，在第3主端子25c以及第4主端子25d之间出现交流电压VAC2。在第3主端子25c以及第4主端子25d之间施加交流电压VAC2时，在第1主端子25a以及第2主端子25b之间出现交流电压VAC1。第1主绕组26的匝数和第2主绕组27的匝数相同，所以交流电压VAC1的振幅和交流电压VAC2的振幅相同。第1主绕组26的极性的方向和第2主绕组27的极性的方向相反，所以交流电压VAC1、VAC2成为相互相反的极性，交流电压VAC1的相位和交流电压VAC2的相位偏移180度。

连接副绝缘变压器31、32彼此的副端子31b、32a以及副端子31d、32c的各个是不连接副绝缘变压器31、32以外的电气零件的高阻抗的连接点。连接副绝缘变压器32、33彼此的副端子32b、33a以及副端子32d、33c的各个是不连接副绝缘变压器32、33以外的电气零件的高阻抗的连接点。因此，与连接电压源、电容器等低阻抗的零件的低阻抗的连接点不同，副绝缘变压器31～33的第1以及第2副绕组之间的相间电容在绝缘变压器31～33的连接点处显著化，在通过第1以及第2副绕组、和它们之间的相间电容的路径中发生谐振现象。

图6是示出包括图5所示的绝缘变压器25的双向DC/DC转换器的结构的电路图，是与图3对比的图。在图6中，绝缘变压器25的第1～第4主端子25a～25d分别与电抗器L1～L4的一方端子连接，电抗器L1～L4的另一方端子分别与节点N1～N4连接。另外，在直流端子T2与接地电压GND的线路(基准电压的线路)之间连接对地电容C3，在直流端子T4与接地电压GND的线路之间连接对地电容C4。

此外，关于对地电容C3、C4，设想直流端子T2、T4的各个经由电容器与框体连接，且该框体被接地的情况。其中，这代表直流端子T2、T4之间在电气电路中用低阻抗的路径耦合的状态。也可以直流端子T2、T4的各个不经由电容器而与框体直接连接，且使该框体接地。另外，也可以直流端子T2、T4的各个经由逆变器电路与规定了对地电位的电力系统连接。

例如，在IGBTQ3成为导通而节点N1的电压变动的情况下，在从节点N1经由电抗器L1、副绝缘变压器31的第1副绕组34、副绕组34、37之间的相间电容C5、第2副绕组37、电抗器L3、IGBTQ7、对地电容C4、接地电压GND的线路、对地电容C3、以及二极管D3而返回节点N1的电流路径中，副绝缘变压器31的副绕组34、37的励磁电感被激励。

其结果，如图7所示，在副绝缘变压器31的第2以及第4副端子31b、31d之间连接相间电容C5，第1副端子31a经由电抗器L1、节点N1、以及对地电容C3与接地电压GND的线路连接，第3副端子31c经由电抗器L3、节点N3、以及对地电容C4与接地电压GND的线路连接，构成谐振电路，在第1副绕组34的励磁电感、相间电容C5、以及第2副绕组37的励磁电感之间发生谐振现象。

但是，图7所示的等价电路是为简化说明而简单化的例子，谐振电路并非在副绝缘变压器31单体中独立的电路，而实际上构成如图8所示的谐振电路。即，在图8中，节点N1～N4分别经由对地电容C3a、C3b、C4a、C4b与接地电压GND的线路连接。在第2副绝缘变压器32的第2以及第4副端子32b、32d之间连接相间电容C6。

第1副绝缘变压器31的第2副端子31b经由副绕组35、36、电抗器L2、以及对地电容C3b，与接地电压GND的线路连接。第1副绝缘变压器31的第4副端子31d经由副绕组38、39、电抗器L4、以及对地电容C4b，与接地电压GND的线路连接。在第1副绕组34～36的励磁电感、相间电容C5、C6、以及第2副绕组37～39的励磁电感之间，发生谐振现象。

在这样的谐振现象中，通常副绝缘变压器31～33的副绕组34～39的励磁电感相比于具有直流重叠特性的电抗器L1～L4的电感值等成为几百倍以上的值。因此，即使由于谐振现象流过的电流相对电路的主电流微小，也产生无法忽略的电压振动，对副绝缘变压器31～33的损失也造成不良影响。在图7所示的谐振电路中，第1副绕组34的励磁电感和第2副绕组37的励磁电感成为相同的极性，第1以及第2副绕组34、37的励磁电感之和成为大的值，发生大的电压振动。此外，如果考虑副绕组34、37构成1个绕组，则绕组的电感与匝数的平方成比例，所以副绕组34、37的励磁电感成为副绕组34、37各自的励磁电感的4倍。

图9是示出在图3所示的双向DC/DC转换器中发生的谐振电路的结构的电路图，是与图7对比的图。在图9中，在副绝缘变压器11的第2以及第4副端子11b、11d之间连接相间电容C5，第1副端子11a经由电抗器L1、节点N1、以及对地电容C3与接地电压GND的线路连接，第3副端子11c经由电抗器L3、节点N3、以及对地电容C4与接地电压GND的线路连接，构成谐振电路。

在该谐振电路中，第1副绕组14的励磁电感和第2副绕组17的励磁电感成为相反的极性而被相互抵消，第1副绕组14、17的励磁电感之和成为0，所以不发生谐振现象。

此外，在本实施方式1中，在第1副绕组14的匝数和第2副绕组17的匝数相同的情况下，能够使第1副绕组14、17的励磁电感之和成为0，最有效地防止谐振现象的发生。但是，即使在第1副绕组14的匝数和第2副绕组17的匝数不同的情况下，也能够降低第1副绕组14、17的励磁电感之和，抑制谐振现象的发生。

图10是示出副绝缘变压器11的结构以及动作的图。在图10中，(A)表示通常的变压动作，(B)表示在相间电容C5中流过电流的情况下的动作。

在图10的(A)中，向环状的铁芯11e分别卷绕副绕组14、17。副绕组14、17共用通过铁芯11e内的磁通

在将副绕组14、17的匝数分别设为n1、n2，将副绕组14、17的端子间电压分别设为V1、V2时，成为

其中，n1＝n2。V1和V2成为相同的极性，具有相同的相位以及相同的振幅。

在图10的(B)中，在电流I从第1副端子11a经由第1副绕组14、相间电容C5、以及第2副绕组11c流到第3副端子11c时，通过在第1副绕组14中流过的电流I，在铁芯11e内发生磁通

并且通过在第2副绕组17中流过的电流I，在铁芯11e内发生磁通

在铁芯11e内，磁通

和磁通

在相反方向上发生，磁通

和磁通

被相互抵消。

在此，在将流过电流I的情况下的第1以及第2副绕组14、17的励磁电感分别设为La、Lb时，成为

成为

因此，第1以及第2副绕组14、17的励磁电感La、Lb成为相互相反的极性，被相互抵消。

如以上所述，在该实施方式1中，将多个副绝缘变压器11～13串联连接而构成绝缘变压器3，所以能够防止绝缘变压器3中的体积的增加以及重量的集中，能够实现基板安装来提高装配性，能够通过使热源分散来提高散热性，能够通过利用流通量多而易于获得的通用的副绝缘变压器来实现低成本化。

而且，副绝缘变压器11～13的副绕组14～19的极性的方向相同，所以例如在电流I从第1主端子3a经由第1副绕组14、相间电容C5、以及第2副绕组17流到第3主端子3b的情况下，第1以及第2副绕组14、17的励磁电感La、Lb之和成为0。因此，能够防止发生谐振现象。

此外，在该实施方式1中，说明了绝缘变压器3设置于DAB方式的双向DC/DC转换器的情况，但不限于此，在绝缘变压器3设置于其他高频电路的情况下，当然也得到相同的效果。

另外，在该实施方式1中，说明了具备包括2个主绕组4、5的绝缘变压器3和2个桥电路(Q1～Q4和Q5～Q8)的DAB方式的双向DC/DC转换器，但不限于此。例如，也可以在具备包括3个主绕组的绝缘变压器、分别与3个主绕组连接的3个桥电路、以及分别与3个桥电路连接的3个直流端子对，在各直流端子对与其他直流端子对之间相互进行电力传送的TAB(Triple Active Bridge，三有源桥)方式的DC/DC转换器中，将绝缘变压器分割成多个副绝缘变压器，使所有副绕组的极性的朝向对齐。在该情况下，也能够防止在各副绝缘变压器中发生谐振现象。

实施方式2.

图11是示出实施方式2所涉及的绝缘变压器40的结构的电路图。在图11中，该绝缘变压器40是具有Y-Y形接线的三相变压器，具备第1～第6主端子T11～T16以及第1～第3副绝缘变压器41～43。第1～第3主端子T11～T13接受三相交流电压Vu1、Vv1、Vw1。向第4～第6主端子T14～T16输出三相交流电压Vu2、Vv2、Vw2。

第1副绝缘变压器41包括铁芯(未图示)、卷绕于铁芯的第1以及第2副绕组44、47、以及第1～第4副端子41a～41d。在第1以及第2副绕组44、47的正极性侧，附加黑圈(·)。第1副绕组44的正极端子以及负极端子分别与第1以及第2副端子41a、41b连接。第2副绕组47的正极端子以及负极端子分别与第3以及第4副端子41c、41d连接。

第1以及第2副绕组44、47的极性的方向相同。在图11中，示出第1以及第2副绕组44、47的极性的方向都为上方向的情况。第1以及第2副绕组44、47的匝数相同。

第2副绝缘变压器42包括铁芯(未图示)、卷绕于铁芯的第1以及第2副绕组45、48、以及第1～第4副端子42a～42d。在第1以及第2副绕组45、48的正极性侧，附加黑圈(·)。第1副绕组45的正极端子以及负极端子分别与第1以及第2副端子42a、42b连接。第2副绕组48的正极端子以及负极端子分别与第3以及第4副端子42c、42d连接。

第1以及第2副绕组45、48的极性的方向相同。在图11中，示出第1以及第2副绕组45、48的极性的方向都为上方向的情况。第1以及第2副绕组45、48的匝数相同。

第3副绝缘变压器43包括铁芯(未图示)、卷绕于铁芯的第1以及第2副绕组46、49、以及第1～第4副端子43a～43d。在第1以及第2副绕组46、49的正极性侧，附加黑圈(·)。第1副绕组46的正极端子以及负极端子分别与第1以及第2副端子43a、43b连接。第2副绕组49的正极端子以及负极端子分别与第3以及第4副端子43c、43d连接。

第1以及第2副绕组46、49的极性的方向相同。在图11中，示出第1以及第2副绕组46、49的极性的方向都为上方向的情况。第1以及第2副绕组46、49的匝数相同。

副绝缘变压器41、42、43的第1副端子41a、42a、43a分别与第1～第3主端子T11～T13连接。副绝缘变压器41、42、43的第3副端子41c、42c、43c分别与第4～第6主端子T14～T16连接。副绝缘变压器41、42、43的第2副端子41b、42b、43b相互连接。副绝缘变压器41、42、43的第4副端子41d、42d、43d相互连接。

在对第1～第3主端子T11～T13分别施加三相交流电压Vu1、Vv1、Vw1时，在第4～第6主端子T14～T16中分别出现三相交流电压Vu2、Vv2、Vw2。在对第4～第6主端子T14～T16分别施加三相交流电压Vu2、Vv2、Vw2时，在第1～第3主端子T11～T13中分别出现三相交流电压Vu1、Vv1、Vw1。

第1主绕组44、45、46的匝数和第2主绕组47、48、49的匝数相同，所以交流电压Vu1、Vv1、Vw1的振幅和交流电压Vu2、Vv2、Vw2的振幅相同。第1主绕组44、45、46的极性的方向和第2主绕组47、48、49的极性的方向相同，所以交流电压Vu1、Vv1、Vw1和交流电压Vu2、Vv2、Vw2分别成为相同的极性，交流电压Vu1、Vv1、Vw1的相位和交流电压Vu2、Vv2、Vw2的相位分别相同。

另外，即使在由于某种原因而电流从第1主端子T11经由第1副绕组44、副绕组44、47之间的相间电容、以及第2副绕组47流到第4主端子T14的情况下，如在图9中所说明的那样，副绕组44、47的励磁电感之和成为0，所以能够抑制在副绝缘变压器41中发生谐振现象。同样地，还能够抑制在副绝缘变压器42、43的各个中发生谐振现象。

在该实施方式2中，也得到与实施方式1相同的效果。

实施方式3.

图12是示出实施方式3所涉及的绝缘变压器50的图。在图12中，(A)表示绝缘变压器50的结构，(B)表示绝缘变压器50的动作。该绝缘变压器50是具有Y-交错形接线的三相变压器，具备第1～第6主端子T21～T26以及第1～第3副绝缘变压器51～53。第1～第3主端子T21～T23接受三相交流电压Vu、Vv、Vw。向第4～第6主端子T14～T16输出三相交流电压Va、Vb、Vc。

第1副绝缘变压器51包括铁芯(未图示)、卷绕于铁芯的第1～第3副绕组54、57、60、以及第1～第6副端子51a～51f。在第1～第3副绕组54、57、60的正极性侧，附加黑圈(·)。第1副绕组54的正极端子以及负极端子分别与第1以及第2副端子51a、51b连接。第2副绕组57的正极端子以及负极端子分别与第3以及第4副端子51c、51d连接。第3副绕组60的正极端子以及负极端子分别与第5以及第6副端子51e、51f连接。

第1～第3副绕组54、57、60的极性的方向相同。在图12的(A)中，示出第1～第3副绕组54、57、60的极性的方向都为上方向的情况。第1～第3副绕组54、57、60的匝数的比是2：1：1。

第2副绝缘变压器52包括铁芯(未图示)、卷绕于铁芯的第1～第3副绕组55、58、61、以及第1～第6副端子52a～52f。在第1～第3副绕组55、58、61的正极性侧，附加黑圈(·)。第1副绕组55的正极端子以及负极端子分别与第1以及第2副端子52a、52b连接。第2副绕组58的正极端子以及负极端子分别与第3以及第4副端子52c、52d连接。第3副绕组61的正极端子以及负极端子分别与第5以及第6副端子52e、52f连接。

第1～第3副绕组55、58、61的极性的方向相同。在图12的(A)中，示出第1～第3副绕组55、58、61的极性的方向都为上方向的情况。第1～第3副绕组55、58、61的匝数的比是2：1：1。

第3副绝缘变压器53包括铁芯(未图示)、卷绕于铁芯的第1～第3副绕组56、59、62、以及第1～第6副端子53a～53f。在第1～第3副绕组56、59、62的正极性侧，附加黑圈(·)。第1副绕组56的正极端子以及负极端子分别与第1以及第2副端子53a、53b连接。第2副绕组59的正极端子以及负极端子分别与第3以及第4副端子53c、53d连接。第3副绕组62的正极端子以及负极端子分别与第5以及第6副端子53e、53f连接。

第1～第3副绕组56、59、62的极性的方向相同。在图12的(A)中，示出第1～第3副绕组56、59、62的极性的方向都为上方向的情况。第1～第3副绕组56、59、62的匝数的比是2：1：1。

副绝缘变压器51、52、53的第1副端子51a、52a、53a分别与第1～第3主端子T21～T23连接。副绝缘变压器51、52、53的第3副端子51c、52c、53c分别与第4～第6主端子T24～T26连接。副绝缘变压器51、52、53的第2副端子51b、52b、53b与第1中性点M1连接。副绝缘变压器51、52、53的第5副端子51e、52e、53e与第2中性点M2连接。副绝缘变压器51、52、53的第6副端子51f、52f、53f分别与副绝缘变压器52、53、51的第4副端子52d、53d、51d连接。

在对第1～第3主端子T21～T23分别施加三相交流电压Vu、Vv、Vw时，第2副绕组57、58、59的端子间电压分别成为Vu/2、Vv/2、Vw/2，第3副绕组60、61、62的端子间电压分别成为Vu/2、Vv/2、Vw/2。在第4～第6主端子T24、T25、T26中分别出现交流电压Va、Vb、Vc。成为Va＝Vu/2-Vw/2、Vb＝Vv/2-Vu/2、Vc＝Vw/2-Vv/2。

如图12的(B)所示，三相交流电压Vu、Vv、Vw的相位各偏移120度，三相交流电压Va、Vb、Vc的相位也各偏移120度。三相交流电压Va、Vb、Vc的相位分别比三相交流电压Vu、Vv、Vw的相位各超前30度。

另外，即使在由于某种原因而电流从第1主端子T21经由第1副绕组51、副绕组54、60之间的相间电容、第3副绕组60、副绕组60、57之间的相间电容、以及第2副绕组57流到第4主端子T24的情况下，如在图9中所说明的那样，副绕组51、60、57的励磁电感之和成为0，所以能够抑制在副绝缘变压器51中发生谐振现象。同样地，还能够抑制在副绝缘变压器52、53的各个中发生谐振现象。

在该实施方式3中，也得到与实施方式1相同的效果。

图13是示出成为实施方式3的比较例的绝缘变压器65的图，是与图12对比的图。在图13中，(A)表示绝缘变压器65的结构，(B)表示绝缘变压器65的动作。

该绝缘变压器65与图12的绝缘变压器50不同的点在于，副绝缘变压器51、52、53的第1副端子51a、52a、53a与第1中性点M1连接，副绝缘变压器51、52、53的第2副端子51b、52b、53b分别与第1～第3主端子T21、T22、T23连接的点。

在对第1～第3主端子T21～T23分别施加三相交流电压Vu、Vv、Vw时，第2副绕组57、58、59的端子间电压分别成为-Vu/2、-Vv/2、-Vw/2，第3副绕组60、61、62的端子间电压分别成为-Vu/2、-Vv/2、-Vw/2。在第4～第6主端子T24、T25、T26中分别出现交流电压Va、Vb、Vc。成为Va＝-Vu/2+Vw/2、Vb＝-Vv/2+Vu/2、Vc＝-Vw/2+Vv/2。

如图13的(B)所示，三相交流电压Vw、Vv、Vu的相位各偏移120度，三相交流电压Vc、Vb、Va的相位也各偏移120度。三相交流电压Vb、Vc、Va的相位分别比三相交流电压Vu、Vv、Vw的相位各延迟30度。

在由于某种原因而例如电流从第1主端子T21经由副绕组54、60之间的相间电容、副绕组60、副绕组60、57之间的相间电容、以及副绕组57流到第4主端子T24的情况下，副绕组60、57的励磁电感成为相同的极性，副绕组60、57的励磁电感之和成为大的值。因此，在副绕组54、60之间的相间电容、副绕组60的励磁电感、副绕组60、57之间的相间电容、以及副绕组57的励磁电感之间发生谐振现象，发生大的电压振动。因此，在比较例的绝缘变压器65中，无法防止谐振现象的发生。

实施方式4.

图14是示出实施方式4所涉及的绝缘变压器70的结构的电路图，是与图2对比的图。该绝缘变压器70与图2的绝缘变压器3不同的点在于，用第1～第5主端子70a～70e置换第1～第4主端子3a～3d，并追加第4副绝缘变压器71。

第4副绝缘变压器71包括铁芯(未图示)、卷绕于铁芯的第1以及第2副绕组72、73、以及第1～第4副端子71a～71d。在第1以及第2副绕组72、73的正极性侧，附加黑圈(·)。第1副绕组72的正极端子以及负极端子分别与第1以及第2副端子71a、71b连接。第2副绕组73的正极端子以及负极端子分别与第3以及第4副端子71c、71d连接。

第1以及第2副绕组72、73的极性的方向相同。在图14中，示出第1以及第2副绕组72、73的极性的方向为上方向的情况。第1以及第2副绕组72、73的匝数相同。

第4副绝缘变压器71的第1以及第3副端子71a、71c分别与第3副绝缘变压器13的第2以及第4副端子13c、13d连接。第4副绝缘变压器71的第2以及第4副端子71b、71d分别与第3以及第5主端子70c、70e连接。第1副绝缘变压器11的第1以及第3副端子11a、11c分别与第1以及第4主端子70a、70d连接。第2主端子70b与第2副绝缘变压器12的第2副端子12b连接。

8个副绕组11～13、17～19、72、73的极性朝向相同的方向。副绕组11、12构成第1主绕组，副绕组13、72构成第2主绕组，副绕组17～19、73构成第3主绕组。第1～第3主绕组的极性朝向相同的方向。

在第1以及第2主端子70a、70b之间施加交流电压V1，且在第2以及第3主端子70b、70c之间施加交流电压V2时，在第4以及第5主端子70d、70e之间出现交流电压V3。在交流电压V1、V2是相同的极性且具有相同的振幅的情况下，交流电压V1、V2、V3成为相同的极性，交流电压V1、V2、V3的相位变得相同，交流电压V1、V2、V3的振幅的比成为1：1：2。

另外，即使在由于某种原因而电流从第1主端子70a经由第1副绕组14、副绕组14、17之间的相间电容、以及第2副绕组17流到第4主端子70d的情况下，如在图9中所说明的那样，副绕组14、17的励磁电感之和成为0，所以能够防止在副绝缘变压器11中发生谐振现象。同样地，还能够防止在副绝缘变压器12、13、71的各个中发生谐振现象。

在该实施方式4中，也得到与实施方式1相同的效果。

此外，当然也可以适宜地组合上述实施方式1～4。例如，即使用图2的绝缘变压器3置换图11的副绝缘变压器41～43的各个，也得到相同的效果。

本次公开的实施方式在所有方面仅为例示而不应认为是限制性的。本发明并非通过上述说明表示而是通过权利要求书表示，意图包括与权利要求书等同的意义以及范围内的所有变更。

Claims (10)

1.一种绝缘变压器，具备相互电气地耦合的第1～第N副绝缘变压器，N为2以上的整数，

所述第1～第N副绝缘变压器各自包括：

第1及第2副绕组；

第1及第2副端子，分别与所述第1副绕组的第1极性端子及第2极性端子连接；以及

第3及第4副端子，分别与所述第2副绕组的第1极性端子及第2极性端子连接，

所述第1及第2副绕组的极性的方向相同，

所述第1～第N副绝缘变压器各自构成为：在电流从所述第1副端子经由所述第1副绕组、所述第1及第2副绕组之间的相间电容、以及所述第2副绕组流到所述第3副端子的情况下，所述第1副绕组的励磁电感和所述第2副绕组的励磁电感成为相反的极性。

2.根据权利要求1所述的绝缘变压器，其中，

所述第1及第2副绕组的匝数相同。

3.根据权利要求1所述的绝缘变压器，其中，

所述绝缘变压器具备：

第1及第2主绕组；

第1及第2主端子，分别与所述第1主绕组的第1极性端子及第2极性端子连接；以及

第3及第4主端子，分别与所述第2主绕组的第1极性端子及第2极性端子连接，

所述第1及第2主绕组的方向相同，

包含于所述第1～第N副绝缘变压器的N个所述第1副绕组的极性的方向相同，N个所述第1副绕组在所述第1及第2主端子之间串联连接而构成所述第1主绕组，

包含于所述第1～第N副绝缘变压器的N个所述第2副绕组的极性的方向相同，N个所述第2副绕组在所述第3及第4主端子之间串联连接而构成所述第2主绕组。

4.根据权利要求1所述的绝缘变压器，其中，

N是3，

所述绝缘变压器是具有Y-Y形接线的三相变压器，并具备：

第1～第3副绝缘变压器；

第1～第3主端子，接受三相交流电压；以及

第4～第6主端子，输出三相交流电压，

所述第1～第3副绝缘变压器的所述第1副端子分别与所述第1～第3主端子连接，

所述第1～第3副绝缘变压器的所述第2副端子相互连接，

所述第1～第3副绝缘变压器的所述第3副端子分别与所述第3～第5主端子连接，

所述第1～第3副绝缘变压器的所述第4副端子相互连接。

5.根据权利要求1所述的绝缘变压器，其中，

所述第1～第N副绝缘变压器各自还包括：

第3副绕组；以及

第5及第6副端子，分别与所述第3副绕组的第1极性端子及第2极性端子连接，

所述第1～第3副绕组的极性的方向相同，

所述第1～第N副绝缘变压器各自构成为：在电流从所述第1副端子经由所述第1副绕组、所述第1及第3副绕组之间的相间电容、所述第3副绕组、所述第2及第3副绕组之间的相间电容、以及所述第2副绕组流到所述第3副端子的情况下，所述第1副绕组的励磁电感、和所述第2及第3副绕组的励磁电感成为相反的极性。

6.根据权利要求5所述的绝缘变压器，其中，

所述第1副绕组的匝数是所述第2副绕组的匝数的2倍，

所述第2及第3副绕组的匝数相同。

7.根据权利要求5所述的绝缘变压器，其中，

N是3，

所述绝缘变压器是具有Y-交错形接线的三相变压器，并具备：

第1～第3副绝缘变压器；

第1～第3主端子，接受三相交流电压；以及

第4～第6主端子，输出三相交流电压，

所述第1～第3副绝缘变压器的所述第1副端子分别与所述第1～第3主端子连接，

所述第1～第3副绝缘变压器的所述第2副端子相互连接，

所述第1～第3副绝缘变压器的所述第3副端子分别与所述第4～第6主端子连接，

所述第1～第3副绝缘变压器的所述第5副端子相互连接，

所述第1～第3副绝缘变压器的所述第6副端子分别与所述第2、第3、第1副绝缘变压器的第4副端子连接。

8.一种电力变换装置，具备：

权利要求1所述的绝缘变压器；

第1电力变换器，将从第1直流电源供给的直流电力变换为交流电力；以及

第2电力变换器，将从所述第1交流电源经由所述绝缘变压器供给的交流电力变换为直流电力而供给到第2直流电源，

所述电力变换装置构成为：在从所述第1电力变换器经由所述第1副端子、所述第1副绕组、所述第1及第2副绕组之间的相间电容、所述第2副绕组、所述第3副端子、所述第2电力变换器、以及基准电压的线路到达所述第1电力变换器的路径中流过电流的情况下，所述第1副绕组的励磁电感和所述第2副绕组的励磁电感成为相反的极性。

9.根据权利要求8所述的电力变换装置，其中，

所述第1电力变换器包括：

第1及第2直流端子，接受直流电压；

第1及第2交流端子，接受交流电压；

第1及第2晶体管，分别连接于所述第1直流端子与所述第1及第2交流端子之间；

第3及第4晶体管，分别连接于所述第1及第2交流端子与所述第2直流端子之间；以及

第1～第4二极管，分别与所述第1～第4晶体管反并联地连接，

所述第2电力变换器包括：

第3及第4直流端子，接受直流电压；

第3及第4交流端子，接受交流电压；

第5及第6晶体管，分别连接于所述第3直流端子与所述第3及第4交流端子之间；

第7及第8晶体管，分别连接于所述第3及第4交流端子与所述第4直流端子之间；以及

第5～第8二极管，分别与所述第5～第8晶体管反并联地连接，

所述绝缘变压器具备：

第1及第2主绕组；

第1及第2主端子，分别与所述第1主绕组的第1极性端子及第2极性端子连接；以及

第3及第4主端子，分别与所述第2主绕组的第1极性端子及第2极性端子连接，

所述第1及第2主绕组的极性的方向相同，

所述第1及第2交流端子分别与所述第1及第2主端子耦合，

所述第3及第4交流端子分别与所述第4及第3主端子耦合。

10.根据权利要求9所述的电力变换装置，其中，

所述第1电力变换器还包括：

第1电抗器，连接于所述第1交流端子与所述第1主端子之间；以及

第2电抗器，连接于所述第2交流端子与所述第2主端子之间，

所述第2电力变换器还包括：

第3电抗器，连接于所述第3交流端子与所述第4主端子之间；以及

第4电抗器，连接于所述第4交流端子与所述第3主端子之间，

所述电力变换装置还具备控制装置，该控制装置控制所述第1～第8晶体管，

在从所述第1直流电源对所述第2直流电源供给直流电力的情况下，所述控制装置使所述第1及第3晶体管交替成为导通，使所述第4及第2晶体管交替成为导通，使所述第5及第7晶体管交替成为导通，将第6及第8晶体管维持为截止状态。

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