CN115459600A - 转换器、转换器的控制装置及转换器的控制方法 - Google Patents

转换器、转换器的控制装置及转换器的控制方法 Download PDF

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Abstract

提供能够在避免电路的复杂化的同时扩大输出电压的控制范围的转换器、转换器的控制装置及转换器的控制方法。转换器具备：一次侧开关部，其与蓄电池连接；二次侧开关部，其与马达连接；变压器，其设置于所述一次侧开关部与所述二次侧开关部之间；以及控制部，其至少控制所述二次侧开关部，以使沿着期望的波形的输出波形轮廓的电压输出到所述马达侧。

Description

转换器、转换器的控制装置及转换器的控制方法
技术领域
本发明涉及转换器、转换器的控制装置及转换器的控制方法。
背景技术
LLC谐振型转换器根据负载的状况而电压增益发生变化、谐振频率发生变化。而且，LLC谐振型转换器的输出电压的控制范围窄，LLC谐振型转换器通常用于不需要输出电压的广范围的控制的用途。为了应对这样的问题，例如在国际公开第2013-186991号公报中，提出了使用脉冲生成器来切换PFM(Pulse Frequency Modulation)、PPM(Pulse Phaseshift Modulation)等控制方式的技术。
发明内容
发明要解决的课题
然而，在国际公开第2013-186991号公报所述的技术中，为了扩大输出电压的控制范围，需要准备与控制方式相应的多个电路，电路有时复杂化。
本发明是考虑这样的情况而完成的，其目的之一在于提供能够在避免电路的复杂化的同时扩大输出电压的控制范围的转换器、转换器的控制装置及转换器的控制方法。
用于解决课题的方案
本发明的转换器、转换器的控制装置及转换器的控制方法采用了以下的结构。
(1)：本发明的一方案涉及一种转换器，其中，所述转换器具备：一次侧开关部，其与蓄电池连接；二次侧开关部，其与马达连接；变压器，其设置于所述一次侧开关部与所述二次侧开关部之间；以及控制部，其至少控制所述二次侧开关部，以使沿着期望的波形的输出波形轮廓的电压输出到所述马达侧。
(2)：在上述(1)的方案的基础上，所述转换器还具备对所述变压器的匝数比进行切换的切换机构。
(3)：所述控制部在所述马达执行再生动作时，控制所述切换机构而切换所述变压器的匝数比。
(4)：所述控制部在所述马达执行再生动作时，控制所述切换机构而使从所述第二次侧开关部向所述一次侧开关部的升压比上升。
(5)：在上述(1)至(4)中任一方案的转换器的基础上，所述转换器是LLC谐振型转换器，所述控制部通过PNM(Pulse Number Modulation)控制来使所述二次侧开关部生成沿着所述输出波形轮廓的电压。
(6)：本发明的另一方案涉及一种转换器的控制装置，其中，所述转换器具备：一次侧开关部，其与蓄电池连接；二次侧开关部，其与马达连接；变压器，其设置于所述一次侧开关部与所述二次侧开关部之间；以及切换机构，其切换所述变压器的匝数比，所述控制装置具备控制部，该控制部至少控制所述二次侧开关部，以使沿着期望的波形的输出波形轮廓的电压输出到所述马达侧。
(7)：本发明的再一方案涉及一种转换器的控制方法，其中，所述转换器具备：一次侧开关部，其与蓄电池连接；二次侧开关部，其与马达连接；变压器，其设置于所述一次侧开关部与所述二次侧开关部之间；以及切换机构，其切换所述变压器的匝数比，所述控制方法控制所述二次侧开关部，以输出沿着期望的波形的输出波形轮廓的电压。
根据(1)～(7)的方案，能够在避免电路的复杂化的同时扩大输出电压的控制范围。
附图说明
图1是表示采用了具备实施方式的转换器的电力变换装置的车辆的结构的一例的图。
图2是表示车辆所具备的电力变换装置的整体结构的一例的图。
图3是表示电力变换装置的结构的一例的图。
图4是说明在电力变换装置中生成的电压波形的一例的图。
图5是表示电力变换装置所具备的转换器的结构的一例的图。
图6是表示转换器的一次侧全桥电路和二次侧全桥电路所输出的波形的一例的图。
图7是表示转换器所具备的控制部的功能结构的一例的图。
图8是用于说明由转换器所具备的控制部执行的PNM控制的图。
图9是用于说明由转换器所具备的控制部执行的PNM控制的另一图。
图10是表示由转换器生成的电压波形与由PNM控制输出的脉冲序列之间的关系的一例的图。
图11是表示通过控制装置与控制部之间的协同配合来执行的处理的流程的一例的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的转换器、转换器的控制装置及转换器的控制方法的实施方式。
[车辆的结构]
图1是表示采用了实施方式的电力变换装置的车辆的结构的一例的图。车辆1是在由从行驶用的蓄电池(二次电池)供给的电力驱动的电动机(电动马达)的作用下行驶的电力机动车(EV：Electric Vehicle)(以下仅称作“车辆”)。适用本发明的车辆例如不仅是四轮的车辆，也可以是跨骑型的二轮的车辆、三轮(除了前一轮且后二轮以外，也包括前二轮且后一轮的车辆)的车辆、以及助力式的自行车等在由从行驶用的蓄电池供给的电力驱动的电动马达的作用下行驶的全部车辆。车辆1例如也可以是还组合如下电力而行驶的混合动力电力机动车(HEV)，所述电力是指通过柴油发动机、汽油发动机等以燃料为能源的内燃机的运行而供给的电力。
车辆1例如具备行驶用马达10、驱动轮12、制动装置14、减速器16、蓄电池20、蓄电池传感器22、电力变换装置30、电力传感器35、驾驶操作件50、车辆传感器60、外部连接装置80及控制装置100。
行驶用马达10是车辆1的行驶用的旋转电机。行驶用马达10例如是三相交流电动机。行驶用马达10的转子(rotor)与减速器16连结。行驶用马达10通过从蓄电池20经由电力变换装置30供给的电力来驱动(旋转)。行驶用马达10将自身的旋转动力向减速器16传递。行驶用马达10也可以作为使用了车辆1的减速时的动能的再生制动器来进行动作而发电。
配置于驱动轮12的制动装置14例如具备制动钳、向制动钳传递液压的液压缸、以及使液压缸产生液压的电动马达。制动装置14也可以具备将通过车辆1的利用者(驾驶员)对制动踏板(未图示)的操作而产生的液压经由主液压缸向液压缸传递的机构作为备用。制动装置14不限于上述说明的结构，也可以是将主液压缸的液压向液压缸传递的电子控制式液压制动装置。
减速器16例如是差动装置。减速器16将连结有行驶用马达10的轴的驱动力、即行驶用马达10的旋转动力向连结有驱动轮12的车轴传递。减速器16例如也可以包括组合有多个齿轮、轴、且根据变速比(齿数比)使行驶用马达10的旋转速度变速并向车轴传递的变速机构、所谓的传动机构。减速器16例如也可以包括将行驶用马达10的旋转动力相对于车轴直接地连结或分离的离合器机构。
蓄电池20例如是具备如锂离子电池等那样能够反复进行充电和放电的二次电池来作为蓄电部的蓄电池。蓄电池20例如可以是盒式的蓄电池封装体等能够相对于车辆1容易装卸的结构，也可以是相对于车辆1的装卸不容易的固定安装式的结构。蓄电池20所具备的二次电池例如是锂离子电池。作为蓄电池20所具备的二次电池，例如除了铅蓄电池、镍氢电池、钠离子电池等以外，也考虑双电层电容器等电容器、或将二次电池与电容器组合的复合电池等，二次电池的结构也可以是任何结构。蓄电池20蓄积(充入)从车辆1的外部的充电器(未图示)导入的电力，并放出所蓄积的电力以使车辆1行驶。蓄电池20蓄积(充入)经由电力变换装置30而供给来的作为再生制动器进行动作的行驶用马达10所发出的电力，并放出所蓄积的电力以用于车辆1的行驶(例如加速)。
蓄电池20连接有蓄电池传感器22。蓄电池传感器22检测蓄电池20的电压、电流、温度等物理量。蓄电池传感器22例如具备电压传感器、电流传感器、温度传感器。蓄电池传感器22利用电压传感器来检测蓄电池20的电压，利用电流传感器来检测蓄电池20的电流，利用温度传感器来检测蓄电池20的温度。蓄电池传感器22将检测到的蓄电池20的电压值、电流值、温度等信息(以下称作“蓄电池信息”)向控制装置100输出。
电力变换装置30将从蓄电池20供给(放出)的直流的电力(直流电力)升压或降压至向行驶用马达10供给电力时的电压，并进一步变换为用于驱动行驶用马达10的交流的电力(交流电力)而向行驶用马达10输出。电力变换装置30将作为再生制动器进行动作的行驶用马达10所发出的交流电力变换为直流电力，并进一步升压或降压至向蓄电池20充电时的电压而向蓄电池20输出以进行蓄电。即，电力变换装置30例如实现与将DC-DC转换器及AC-DC转换器合起来的部件同样的功能、或者与逆变器同样的功能。电力变换装置30也可以将从蓄电池20供给(放出)的直流电力例如变换为用于在紧急时等使家电产品运行、用于通过售电等而向电力系统供给的交流电力并向外部连接装置80输出。此时，电力变换装置30能够配合电力的输出目的地而升压或降压后输出。
[车辆所具备的电力变换装置的结构]
图2是表示车辆1所具备的电力变换装置30的整体结构的一例的图。在图2中，也一并示出了与电力变换装置30关联的蓄电池20及行驶用马达10。在行驶用马达10为单相交流电动机的情况下，能够利用一个电力变换装置30所输出的交流电力来驱动行驶用马达10，但如上所述，在行驶用马达10为三相交流电动机的情况下，需要向三相交流的各个相(U相、V相、W相)输出交流电力。因此，在车辆1中，如图2所示那样，利用三个电力变换装置30(电力变换装置30U、电力变换装置30V及电力变换装置30W)分别输出的交流电力来驱动行驶用马达10。电力变换装置30U、电力变换装置30V及电力变换装置30W各自可以是相同的结构，也可以是一部分的构成要素共用化的结构。电力变换装置30U、电力变换装置30V及电力变换装置30W分别输出相同电压波形的交流电力。因此，在车辆1中，例如对各个电力变换装置30所输出的交流电力进行差动合成，由此变换为相同的电压波形且相位不同(相位偏移了120°)的交流电力后，向行驶用马达10输出。
返回图1，在电力变换装置30中的行驶用马达10侧的电力配线安装有电力传感器35。电力传感器35例如具备电力计、电压计、电流计等计测器，并基于这些计测器的计测值来计测电力变换装置30向行驶用马达10输出的电力(以下称作“输出电力”)。电力传感器35将计测到的电力变换装置30的输出电力的信息(以下称作“输出电力信息”)向控制装置100输出。
驾驶操作件50例如包括油门踏板、制动踏板、换挡杆、转向盘、异形转向盘、操纵杆、其他操作件。在驾驶操作件50安装有检测车辆1的利用者(驾驶员)对各个操作件的操作的有无、或操作量的传感器。驾驶操作件50将传感器的检测结果向控制装置100输出。例如，在油门踏板安装有油门开度传感器，检测驾驶员对油门踏板的操作量，并将检测到的操作量作为油门开度向控制装置100输出。例如在制动踏板安装有制动踩踏量传感器，检测驾驶员对制动踏板的操作量，并将检测到的操作量作为制动踩踏量向控制装置100输出。油门开度是用于在车辆1的行驶中驾驶员对控制装置100指示(要求)从蓄电池20向行驶用马达10供给电力的信息。换言之，油门开度是表示由驾驶员要求的向行驶用马达10供给的电力量的信息。
车辆传感器60检测车辆1的行驶状态。车辆传感器60例如具备检测车辆1的速度的车速传感器、检测车辆1的加速度的加速度传感器。车速传感器检测车辆1的速度，并将检测到的车辆1的车速的信息向控制装置100输出。车速传感器例如也可以具备安装于车辆1的各个驱动轮12的车轮速度传感器和速度计算机，将由车轮速度传感器检测到的车轮速度综合，由此导出(检测)车辆1的速度(车速)。加速度传感器检测车辆1的加速度，并将检测到的车辆1的加速度的信息向控制装置100输出。车辆传感器60例如也可以具备检测车辆1绕铅垂轴的角速度的横摆角速度传感器、检测车辆1的朝向的方位传感器等。在该情况下，各个传感器将检测到的检测结果向控制装置100输出。
外部连接装置80例如是USB(Universal Serial Bus)端子、辅助插座(所谓的点烟器插座)等电源供给用的连接器、用于使家电产品、个人计算机进行动作的商用电源的插座、用于在进行售电时与电力系统连接的连接器等。
控制装置100根据由驾驶操作件50所具备的各个传感器输出的检测结果、即车辆1的利用者(驾驶员)对各个操作件的操作，来控制电力变换装置30的运行、动作。例如，控制装置100根据油门开度传感器所检测到的油门开度，来控制电力变换装置30的运行、动作。此时，控制装置100例如也考虑自身控制着的变速机构的变速比(齿数比)、由车辆传感器60输出的行驶状态信息所包含的车速等，来控制电力变换装置30的运行、动作。换言之，控制装置100控制行驶用马达10的驱动力。
控制装置100还在车辆1行驶时，控制从蓄电池20向行驶用马达10供给的交流电力的供给量、供给的交流电力的频率(即电压波形)。因此，控制装置100将用于变更交流电力的供给量、电压波形的信息向电力变换装置30输出。更具体而言，控制装置100向电力变换装置30输出交流电力的电压值、从蓄电池20输出直流电力的时机、用于生成交流的电压波形的输出波形轮廓(profile)、输出波形轮廓的切换时机等信息。
[电力变换装置的结构]
图3是表示第一实施方式的电力变换装置30的结构的一例的图。在图3中，也一并示出了与电力变换装置30关联的蓄电池20及负载LD。图3所示的电力变换装置30是车辆1所具备的行驶用马达10中的三相交流的U相、V相、W相中的任一个相所对应的电力变换装置30。因此，负载LD是车辆1所具备的行驶用马达10中的任一相的感性负载(inductiveload)。电力变换装置30例如具备电压波形生成部30VG和单相变换器30PC。
电压波形生成部30VG基于从蓄电池20供给(放出)的直流电力，来生成正弦波的半波的电压波形。单相变换器30PC在将电压波形生成部30VG所生成的电压波形的电力向负载LD供给时，使第偶数个半波反转，由此变换为正弦波的电压波形。电压波形生成部30VG例如具备转换器300、转换器310-1、开关元件S5及开关元件S5R。单相变换器30PC例如具备四个开关元件(开关元件S1～开关元件S4)。
转换器300、开关元件S5及开关元件S5R基于从蓄电池20供给(放出)的直流电力，来输出基于输入或设定的输出波形轮廓得到的电压波形的输出电力。输出波形轮廓例如由控制装置100逐次输入或设定。输出波形轮廓也可以由转换器300所具备的控制部逐次切换。转换器300的结构见后述。
开关元件S1～开关元件S4分别是半导体开关元件。由开关元件S1～开关元件S4分别构成向负载LD供给电力的开关电路。在图3中，示出了开关元件S1～开关元件S4分别为场效应晶体管(FET：Field effect transistor)的情况的一例。开关元件S1～开关元件S4分别例如根据由控制装置100进行的导通状态与非导通状态的控制，来切换向负载LD供给的电力的方向(在负载LD流动的电流的方向)。控制装置100将与负载LD的第一端a侧连接的开关元件S1及与负载LD的第二端b侧连接的开关元件S4作为同一组进行控制，将与负载LD的第一端a侧连接的开关元件S2及与负载LD的第二端b侧连接的开关元件S3作为同一组来进行控制。由此，控制装置100在使开关元件S1和开关元件S4为导通状态、且使开关元件S2和开关元件S3为非导通状态的情况下，在负载LD中从第一端a侧向第二端b侧流过电流。相反，控制装置100在使开关元件S2和开关元件S3为导通状态、且使开关元件S1和开关元件S4为非导通状态的情况下，在负载LD中从第二端b侧向第一端a侧流过电流。由此，在未从转换器300输出输出电力的情况下，向负载LD供给的电力的电压波形为矩形波形。此时，例如，控制装置100也可以错开将开关元件S1～开关元件S4分别控制为导通状态和非导通状态的时机与将三相交流的其他相所对应的电力变换装置30所具备的开关元件S1～开关元件S4分别控制为导通状态和非导通状态的时机，由此使向负载LD供给的矩形波形的电力的相位不同(相位错开120°)。
开关元件S5限制对从转换器300输出的输出电力进行供给的方向。在图3中，示出了开关元件S5由二极管和开关构成的情况的一例。开关元件S5例如根据由控制装置100进行的控制，来限制对从转换器300输出的输出电力进行供给的方向。控制装置100在为了车辆1的行驶而驱动行驶用马达10的情况下，将开关元件S5所具备的开关控制为非导通状态。由此，开关元件S5允许从转换器300输出的输出电力向负载LD侧(即行驶用马达10)供给，阻止从转换器300输出的输出电力向蓄电池20的正极侧供给。另一方面，控制装置100在将行驶用马达10作为再生制动器进行动作而发出的电力向蓄电池20充入的情况下，将开关元件S5所具备的开关控制为导通状态。由此，开关元件S5允许从负载LD输出的输出电力向蓄电池20的正极侧供给。
开关元件S5R对转换器300与转换器310-1之间的连接进行切换。在图4中，示出了开关元件S5R由二极管和开关构成的情况的一例。当控制装置100将开关元件S5R所具备的开关控制为非导通状态时，开关元件S5R将转换器300与转换器310-1连接(串联连接)。另一方面，当控制装置100将开关元件S5R所具备的开关控制为导通状态时，开关元件S5R将转换器300与转换器310-1切断。
转换器310-1基于从蓄电池20供给(放出)的直流电力，来生成矩形波形的电压波形。
[电力变换装置所生成的电压波形]
图4是说明在电力变换装置30中生成的电压波形的一例的图。在图4中，示出了开关元件S5由场效应晶体管FET构成的情况下的电力变换装置30的一例。在图4中，将关联的蓄电池20及负载LD也一并示出的电力变换装置30的结构图中，示出了各个部位的电压波形的一例。
在电力变换装置30中，转换器310-1按照控制装置100对开关电路(开关元件S1～开关元件S4)的控制，生成图4的(a)所示那样的电压波形为矩形的电力E1。即，在电力变换装置30中开关电路按照来自控制装置100的控制，生成对作为负载LD的行驶用马达10进行驱动的频率的矩形波形的电力E1并将其输出。更具体而言，按照由控制装置100进行的规定的周期下的控制，生成在开启保持期间Ph中保持蓄电池20放电的直流电力的电压值(在图4的(a)中为200[V])、且在开关期间Ps1及开关期间Ps2中电压值成为0[V]那样的矩形波形的电力E1。图4的(a)所示的矩形波形的电力E1是在未从转换器310-1输出输出电力、即控制装置100使电力变换装置30的动作停止了的情况下开关电路生成的电压波形。图4的(a)所示的电力E1的电压波形是在使车辆1行驶的情况下向负载LD供给电力时，经由电流路径P1向负载LD供给电力的情况的一例。经由电流路径P2向负载LD供给电力的情况下的电力E1的电压波形与使图4的(a)所示的电力E1的电压波形反转得到的电压波形等价。
在电力变换装置30中，当由控制装置100开始转换器300的动作后，转换器300基于由控制装置100输入或设定的输出波形轮廓，来生成图4的(b)所示那样的电压波形的输出电力E2并将其输出。控制装置100输入或设定的输出波形轮廓是指，用于生成从驱动行驶用马达10的频率的正弦波的半波减去开关电路输出的电力E1的电压波形而得到的电压波形的输出波形轮廓。更具体而言，输出波形轮廓由第一～第五这五个输出波形轮廓构成。第一输出波形轮廓是指，在输出电力E2的电压值比蓄电池20放电的直流电力的电压值(以下称作“直流电压值”)低的开关期间Ps1的期间，沿着正弦波的半波使输出电力E2的电压值从零的状态上升的轮廓。第二输出波形轮廓是指，在输出电力E2的电压值与直流电压值相等时，使输出电力E2的电压值为零的轮廓。第三输出波形轮廓是指，在开启保持期间Ph的期间，输出电力E2的电压值从零的状态与正弦波的半波同样地上升，并从输出电力E2的电压值与直流电压值相等时与正弦波的半波同样下降的轮廓。第四输出波形轮廓是指，在输出电力E2的电压值为零时，使输出电力E2的电压值与直流电压值相等的轮廓。第五输出波形轮廓是指，在开关期间Ps2的期间，从输出电力E2的电压值与直流电压值相等的状态沿着正弦波的半波使输出电力E2的电压值下降到零的状态的轮廓。控制装置100与控制开关电路的时机相匹配地将这五个输出波形轮廓顺次输入或设定于转换器300，由此使图4的(b)所示那样的电压波形的输出电力E2从转换器300输出。
在电力变换装置30中，在开关元件S5的负载LD侧，电力E1与转换器300输出的输出电力E2合并。即，在电力变换装置30中，在开关元件S5的负载LD侧，电力E1的电压波形与输出电力E2的电压波形发生波形合成。由此，如图4的(c)所示那样，蓄电池20放电的直流电压值的两倍的电压值(在图4的(c)中为400[V])、且电压波形是以电压值＝0[V]为基准的正弦波的半波的电力向负载LD的端子供给。更具体而言，在通过电流路径P1向负载LD供给电力的情况下向第二端b侧供给直流电压值的两倍的电压值的电力，在通过电流路径P2向负载LD供给电力的情况下向第一端a侧供给直流电压值的两倍的电压值的电力。
此外，在电力变换装置30中，为了生成图4的(a)所示那样的矩形波形的电力E1，控制装置100控制开关电路。因此，在通过电流路径P1向负载LD供给电力的情况下与通过电流路径P2向负载LD供给电力的情况下，在负载LD流动的电流的方向互为反向。由此，如图4的(d)所示那样，向负载LD供给电压波形为驱动行驶用马达10的频率的正弦波(全波)的电力。由此，行驶用马达10通过供给的正弦波的电力而驱动(旋转)。
[转换器的结构]
图5是表示电力变换装置30所具备的转换器300的结构的一例的图。图5所示的转换器300例如具备LLC谐振型转换器302和控制部304。
LLC谐振型转换器302是如下LLC方式的双向绝缘型转换器：场效应晶体管FET1、FET2、FET3及FET4与场效应晶体管FET5、FET6、FET7及FET8(以下有时总称作“场效应晶体管FET”)电桥连接的在一次侧全桥电路和二次侧全桥电路之间连接有变压器T，且在一次侧全桥电路串联连接有电容器C及电感器L。二次侧全桥电路还具备切换变压器的匝数比的切换机构SM，在切换机构SM中，场效应晶体管FET9及FET10的组、场效应晶体管FET11及FET12的组、以及场效应晶体管FET13及FET14的组与变压器T并联连接。通常场效应晶体管FET9及FET10的组与变压器通电，但也能够根据从控制部304输出的栅极驱动信号，使场效应晶体管FET11及FET12的组、以及场效应晶体管FET13及FET14的组中的1个与变压器T通电。由此，如图5所示，根据选择出的场效应晶体管的组，来切换变压器的匝数比。包括场效应晶体管FET1、FET2、FET3及FET4在内的电路部SW1为“一次侧开关部”的一例，包括场效应晶体管FET5、FET6、FET7及FET8在内的电路部SW2为“二次侧开关部”的一例。
如后所述，控制部304通过PNM(Pulse Number Modulation：脉冲数调制)控制来控制场效应晶体管FET，因此二次侧全桥电路的电压比一次侧全桥电路的电压低，在变压器T的匝数比保持不变的情况下，难以使二次侧全桥电路的电压升压到一次侧全桥电路的电压。另一方面，在行驶用马达10执行再生动作时输出的电压比蓄电池20的电压低，因此在再生动作时，需要使从二次侧全桥电路向一次侧全桥电路输出的电压升压。因此，控制部304在行驶用马达10执行再生动作时，控制上述的切换机构SM而切换匝数比，以使从二次侧全桥电路向一次侧全桥电路的升压比上升。更具体而言，控制部304通过从场效应晶体管FET9及FET10的组向场效应晶体管FET11及FET12的组或场效应晶体管FET13及FET14的组切换与变压器T连接的路径，来使升压比增加。由此，在再生动作时，能够使二次侧全桥电路的电压升压到蓄电池20的充电所需的电压。
图6是表示转换器300的一次侧全桥电路和二次侧全桥电路输出的波形的一例的图。图6的左图表示由一次侧全桥电路输出的谐振电流波形，图6的右图表示由二次侧全桥电路输出的谐振电流波形。根据图6的右图可知，当在由二次侧全桥电路输出的谐振电流取非零的值时切换场效应晶体管FET的情况下，产生损失。因此，控制部304需要在由二次侧全桥电路输出的谐振电流为零交叉时切换场效应晶体管FET，成为使用控制不依赖于时间宽度的PNW的情形。而且，LLC谐振型转换器302具备变压器T，因此若是单一的控制脉冲则变压器T的铁心饱和。为了避免该事态，控制部304以两个控制脉冲单位(最小分辨率)来切换场效应晶体管FET的导通/截止。
控制部304根据来自控制装置100的控制，来控制LLC谐振型转换器302所具备的各个场效应晶体管FET的导通状态及截止状态。控制部304生成用于驱动各个场效应晶体管FET的栅极的栅极驱动信号。而且，如前述那样，控制部304选择场效应晶体管FET9及FET10的组、场效应晶体管FET11及FET12的组、场效应晶体管FET13及FET14的组中的1个，输出用于与变压器T通电的栅极驱动信号。
[控制部的结构]
图7是表示转换器300所具备的控制部304的功能结构的一例的图。在以下的说明中，控制部304例如具备乘法器3042、反馈部3044、比较部3046及栅极驱动信号生成部3048。
乘法器3042将由控制装置100输入或设定的输出波形轮廓的指令值与由控制装置100输入的振幅系数指令值相乘，求出从LLC谐振型转换器302输出的电压值。在图7中，(a)～(f)示出了输出波形轮廓的一例。乘法器3042将成为与图7的(a)～(f)所示那样的输出波形轮廓相应的电压波形那样的输出波形轮廓的指令值与每个采样时机的振幅系数指令值相乘，求出从LLC谐振型转换器302输出的电压值。振幅系数指令值是使转换器300输出的输出电力的目标值。
反馈部3044基于由控制装置100输入的电压反馈信息来进行反馈控制。反馈部3044通过反馈控制，来生成用于使从LLC谐振型转换器302输出着的当前的电压值向乘法器3042所求出的电压值接近的电压控制脉冲。反馈部3044中的反馈控制例如是将P(比例：Proportional)、I(积分：Integral)、D(微分：Differential)各自的控制组合得到的PID控制。反馈部3044中的反馈控制不限于PID控制，也可以是其他反馈控制的方法。
比较部3046通过与由控制装置100输入的调制波生成信息相应的调制算法，来对反馈部3044生成的电压控制脉冲进行调制。比较部3046例如通过PNM等调制算法，来对电压控制脉冲进行调制。调制波生成信息是指定上述那些调制算法的信息。比较部3046输出对电压控制脉冲进行了调制的调制信号。
栅极驱动信号生成部3048基于比较部3046所调制的调制信号，来生成向LLC谐振型转换器302所具备的各个场效应晶体管FET的栅极端子输入的栅极驱动信号。由此，电力变换装置30所具备的各个场效应晶体管FET根据输入的栅极驱动信号而成为导通状态或截止状态，从LLC谐振型转换器302输出与由控制装置100输入或设定的输出波形轮廓相应的、与驱动行驶用马达10的频率对应的电压波形(参照图4的(b))的输出电力。
图8是用于说明由控制部304执行的PNM控制的图。图8是表示4比特(bit)且15阶段的输出的例子，如上所述，两个控制脉冲成为最小分辨率。控制部304根据要求输出电压，生成15阶段的脉冲序列，并向场效应晶体管FET输出，由此切换场效应晶体管FET的导通/截止。
图9是用于说明由转换器300所具备的控制部304执行的PNM控制的另一图。在图9中，黑点表示接下来设为激活(ON)的比特位置。如图9所示，在本实施方式中，示出了脉冲序列中的脉冲平均化的例子，但例如也可以通过使脉冲序列的特定部位优先激活来进行加权，实现更精细的控制。因此，在相对于图4的(d)所示那样的期望的输出频率(例如f0)而言LCC谐振频率(例如fr)充分高的情况下，能够得到其比的1/2阶段的控制分辨率。
图10是表示由转换器生成的电压波形与由PNM控制输出的脉冲序列之间的关系的一例的图。如图10所示，在时间点P1，转换器300输出0V，但紧之前输出了200V，因此测定出的电压V(200V)与目标电压V＊(0V)之间的差量ΔV成为负数的大值。此时，反馈部3044例如通过将K设为比例增益的比例控制，算出K×ΔV＝Δn，Δn成为负数的大值，因此以n＝0、即使脉冲序列的比特全部为非激活(OFF)的方式对比较部3046输出指令。
接着，在时间点P2，转换器300输出100V，但紧之前输出了0V，因此测定出的电压V(0V)与目标电压V＊(100V)的差量ΔV成为正数值。此时，反馈部3044再次算出K×ΔV＝Δn，Δn成为正数值，因此例如以n＝7、即使脉冲序列中的7个比特激活的方式对比较部3046输出指令。
接着，在时间点P3，转换器300输出200V，但紧之前输出了100V，因此测定出的电压V(100V)与目标电压V＊(200V)之间的差量ΔV成为正数的值。此时，反馈部3044再次算出K×ΔV＝Δn，Δn成为正数的值，因此例如以n＝15、即使脉冲序列中的15个比特激活的方式对比较部3046输出指令。这样，控制部304输出与要求输出电压相应的脉冲序列来控制场效应晶体管FET的切换，从而不仅能够实现正弦波，还能够实现期望的输出波形。需要说明的是，控制部304也可以为了调整上述的反馈控制所引起的延迟而进行一定程度的先行(lookahead)控制。
[处理的流程]
图11是表示通过控制装置100与控制部304之间的协同配合而执行的处理的流程的一例的流程图。本流程图的处理在车辆1行驶着的期间反复执行。
控制装置100首先设定向控制部304输出的输出波形轮廓，并将其通知给控制部304(步骤S100)。控制部304基于通知来的输出波形轮廓，来读入并算出电角(步骤S110)。接着，控制部304读出波形轮廓表(步骤S120)。接着，控制装置100设定振幅系数指令值并将其通知给控制部304，控制部304算出输出电压的目标值(步骤S130)。接着，控制部304进行PID运算，生成电压控制脉冲(步骤S140)。接着，控制部304通过PNM等调制算法，来对电压控制脉冲进行调制(步骤S150)。接着，控制部304生成向场效应晶体管FET的栅极端子输入的栅极驱动信号(步骤S160)。由此，本流程图的处理结束。
根据以上说明的实施方式，转换器300控制开关元件以输出沿着期望的波形的输出波形轮廓的电压。而且，在行驶用马达10的再生时，切换向变压器通电的场效应晶体管FET而使从二次侧全桥电路向一次侧全桥电路的升压比上升，由此能够将通过再生产生的电力蓄积于蓄电池20。由此，能够在避免电路的复杂化的同时，扩大输出电压的控制范围。
以上使用实施方式说明了本发明的具体实施方式，但本发明丝毫不被这样的实施方式限定，在不脱离本发明的主旨的范围内能够施加各种变形及替换。例如，本发明也能够应用于能够与商用电力的系统连接的电力变换设备、电网等。

Claims (7)

1.一种转换器，其中，
所述转换器具备：
一次侧开关部，其与蓄电池连接；
二次侧开关部，其与马达连接；
变压器，其设置于所述一次侧开关部与所述二次侧开关部之间；以及
控制部，其至少控制所述二次侧开关部，以使沿着期望的波形的输出波形轮廓的电压输出到所述马达侧。
2.根据权利要求1所述的转换器，其中，
还具备对所述变压器的匝数比进行切换的切换机构。
3.根据权利要求2所述的转换器，其中，
所述控制部在所述马达执行再生动作时，控制所述切换机构而切换所述变压器的匝数比。
4.根据权利要求3所述的转换器，其中，
所述控制部在所述马达执行再生动作时，控制所述切换机构而使从所述第二次侧开关部向所述一次侧开关部的升压比上升。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的转换器，其中，
所述转换器是LLC谐振型转换器，
所述控制部通过PNM即脉冲数调制控制，来使所述二次侧开关部生成沿着所述输出波形轮廓的电压。
6.一种转换器的控制装置，其中，
所述转换器具备：
一次侧开关部，其与蓄电池连接；
二次侧开关部，其与马达连接；
变压器，其设置于所述一次侧开关部与所述二次侧开关部之间；以及
切换机构，其切换所述变压器的匝数比，
所述控制装置具备控制部，该控制部至少控制所述二次侧开关部，以使沿着期望的波形的输出波形轮廓的电压输出到所述马达侧。
7.一种转换器的控制方法，其中，
所述转换器具备：
一次侧开关部，其与蓄电池连接；
二次侧开关部，其与马达连接；
变压器，其设置于所述一次侧开关部与所述二次侧开关部之间；以及
切换机构，其切换所述变压器的匝数比，
所述控制方法控制所述二次侧开关部，以输出沿着期望的波形的输出波形轮廓的电压。
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