CN118353274A - 电力转换装置和电力转换装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供电力转换装置和电力转换装置的控制方法。能够降低同步整流时的损失。电力转换装置(10)具有：整流部(16)，其对在二次侧流动的电流进行整流并向负载(51)提供；电流传感器(19)，其检测在负载中流动的负载电流；以及控制部(30)，其根据由电流传感器检测出的负载电流来控制整流部。

Description

电力转换装置和电力转换装置的控制方法

技术领域

本发明涉及电力转换装置和电力转换装置的控制方法。

背景技术

在专利文献1中记载了一种开关电源装置，其切换电流连续地流过线圈的电流连续模式和电流不连续地流过线圈的电流不连续模式来控制同步整流电路。

专利文献1：日本特开2017-158301号公报

然而，根据控制开关元件的模式，有可能产生由体二极管通电引起的损失等，但在专利文献1中没有关于这一点的记载。

发明内容

本发明的一个方式的目的在于降低同步整流时的损失。

为了解决上述课题，本发明的一个方式为电力转换装置，其将从电源输入的输入电压转换为规定的输出电压并向负载提供电力，其中，该电力转换装置具有：变压器，其将从所述电源输入的输入电压转换为与规定的转换比对应的电压；第一开关元件和第四开关元件，该第一开关元件和该第四开关元件用于使电流在所述变压器的一次侧沿第一方向流动；第二开关元件和第三开关元件，该第二开关元件和该第三开关元件用于使电流在所述变压器的一次侧沿与所述第一方向不同的第二方向流动；整流部，其在电流沿所述第一方向流动的情况下，对在所述变压器的二次侧沿第三方向流动的电流进行整流并向负载提供，在电流沿所述第二方向流动的情况下，对在所述变压器的二次侧沿与所述第三方向不同的第四方向流动的电流进行整流并向负载提供；电流检测部，其检测在所述电力转换装置中流动的电流；以及控制部，其根据所述电流检测部检测出的所述电流来控制所述整流部，所述整流部至少具有第五开关元件和第六开关元件，该第五开关元件设置在沿所述第三方向流动的电流的路径上，该第六开关元件设置在沿所述第四方向流动的电流的路径上，所述控制部在所述电流检测部检测出的所述电流为第一阈值以下的情况下，在所述第一开关元件和所述第四开关元件处于接通状态的期间中，控制所述第五开关元件，使得所述第五开关元件成为接通状态，并且，在所述第二开关元件和所述第三开关元件处于接通状态的期间中，控制所述第六开关元件，使得所述第六开关元件成为接通状态，在所述电流检测部检测出的所述电流大于所述第一阈值的情况下，在至少所述第一开关元件和所述第四开关元件中的任一方处于接通状态的期间中，控制所述第五开关元件，使得所述第五开关元件成为接通状态，并且，在至少所述第二开关元件和所述第三开关元件中的任一方处于接通状态的期间中，控制所述第六开关元件，使得所述第六开关元件成为接通状态。

为了解决上述课题，本发明的一个方式为电力转换装置的控制方法，该电力转换装置将从电源输入的输入电压转换为规定的输出电压并向负载提供电力，其中，所述电力转换装置具有：变压器，其将从所述电源输入的输入电压转换为与规定的转换比对应的电压；第一开关元件和第四开关元件，该第一开关元件和该第四开关元件用于使电流在所述变压器的一次侧沿第一方向流动；第二开关元件和第三开关元件，该第二开关元件和该第三开关元件用于使电流在所述变压器的一次侧沿与所述第一方向不同的第二方向流动；整流部，其在电流沿所述第一方向流动的情况下，对在所述变压器的二次侧沿第三方向流动的电流进行整流并向负载提供，在电流沿所述第二方向流动的情况下，对在所述变压器的二次侧沿与所述第三方向不同的第四方向流动的电流进行整流并向负载提供；以及电流检测部，其检测在所述电力转换装置中流动的电流，所述整流部至少具有第五开关元件和第六开关元件，该第五开关元件设置在沿所述第三方向流动的电流的路径上，该第六开关元件设置在沿所述第四方向流动的电流的路径上，该电力转换装置的控制方法具有如下步骤：在所述电流检测部检测出的所述电流为第一阈值以下的情况下，在所述第一开关元件和所述第四开关元件处于接通状态的期间中，控制所述第五开关元件，使得所述第五开关元件成为接通状态，并且，在所述第二开关元件和所述第三开关元件处于接通状态的期间中，控制所述第六开关元件，使得所述第六开关元件成为接通状态；以及在所述电流检测部检测出的所述电流大于所述第一阈值的情况下，在至少所述第一开关元件和所述第四开关元件中的任一方处于接通状态的期间中，控制所述第五开关元件，使得所述第五开关元件成为接通状态，并且，在至少所述第二开关元件和所述第三开关元件中的任一方处于接通状态的期间中，控制所述第六开关元件，使得所述第六开关元件成为接通状态。

根据本发明的一个方式，能够降低同步整流时的损失。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的电力转换系统的一例的概略结构图。

图2是示出第一方式中的各开关元件的接通/断开时机的时序图。

图3是说明电流流动的路径的图。

图4是说明电流流动的路径的图。

图5是示出第二方式中的各开关元件的接通/断开时机的时序图。

图6是说明电流连续模式的图。

图7是说明电流不连续模式的图。

图8是说明开关控制方法的流程的一例的流程图。

图9是示出本发明的实施方式2的电力转换系统的一例的概略结构图。

图10是示出第一方式中的各开关元件的接通/断开时机的时序图。

图11是示出第二方式中的各开关元件的接通/断开时机的时序图。

图12是示出第三方式中的各开关元件的接通/断开时机的时序图。

标号说明

10：电力转换装置；15：变压器；16：整流部；19：电流传感器；30：控制部；50：电源；51、52：负载；Q1～Q8：第一开关元件～第八开关元件。

具体实施方式

(实施方式1)

以下，对本发明的一个实施方式进行详细说明。在附图的记载中，对相同部分标注相同的标号并省略说明。

＜电力转换系统100的结构＞

图1是示出本发明的实施方式1的电力转换系统100的一例的概略结构图。如图1所示，电力转换系统100具有外部的电源50、电力转换装置10以及外部的负载51～负载52。电力转换系统100将从电源50输入的输入电压转换为规定的输出电压，并向负载51～负载52提供电力。电力转换装置10的用途没有特别限定，作为一例，电力转换装置10搭载于车辆。在电力转换装置10搭载于车辆的情况下，电源50例如是高压电池，负载51例如是低压电池，负载52例如是马达或电装件等。另外，也可以是作为低压电池的负载51向负载52提供电力的结构。另外，也可以是负载51或负载52中的任一方与电力转换装置10连接的结构。以下，有时将与电力转换装置10连接的外部的负载简称为“外部负载”。

＜电力转换装置10＞

如图1所示，电力转换装置10具有第一端子11、第二端子12、正母线L1、负母线L2、第一电容器13、第一～第四开关元件Q1～Q4、变压器15、整流部16、线圈17、第二电容器18、电流传感器19、第三端子21、第四端子22以及控制部30。电力转换装置10例如是DC-DC转换器。

第一端子11与电源50的正端子连接。第二端子12与电源50的负端子连接。第一电容器13的一端与正母线L1连接，第一电容器13的另一端与负母线L2连接。第一电容器13作为平滑电容器而发挥功能。另外，在本实施方式中，对电力转换装置10具有第一电容器13的情况进行说明，但并不限定于此，第一电容器13也可以构成为设置于电力转换装置10的外部。

第一～第四开关元件Q1～Q4用于将从电源50提供的直流电压转换为交流电压。以下，将第一～第四开关元件Q1～Q4作为场效应晶体管(FET：Field Effect Transistor)而进行说明，但并不限定于此，也可以使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)等。

在本实施方式中，由第一～第四开关元件Q1～Q4形成全桥型的电路。对第一～第四开关元件Q1～Q4的连接关系进行说明。

第一开关元件Q1设置在连结正母线L1和第一节点N1的路径上，通过成为接通状态而将第一节点N1与正母线L1连接。第一开关元件Q1的漏极与正母线L1连接，源极与第一节点N1连接。另外，从控制部30向第一开关元件Q1的栅极提供栅极信号。

第二开关元件Q2设置在连结负母线L2和第一节点N1的路径上，通过成为接通状态而将第一节点N1与负母线L2连接。第二开关元件Q2的漏极与第一节点N1连接，源极与负母线L2连接。另外，从控制部30向第二开关元件Q2的栅极提供栅极信号。

第一节点N1是第一开关元件Q1的源极与第二开关元件Q2的漏极的连接点。

第三开关元件Q3设置在连结正母线L1和第二节点N2的路径上，通过成为接通状态而将第二节点N2与正母线L1连接。第三开关元件Q3的漏极与正母线L1连接，源极与第二节点N2连接。另外，从控制部30向第三开关元件Q3的栅极提供栅极信号。

第四开关元件Q4设置在连结负母线L2和第二节点N2的路径上，通过成为接通状态而将第二节点N2与负母线L2连接。第四开关元件Q4的漏极与第二节点N2连接，源极与负母线L2连接。另外，从控制部30向第四开关元件Q4的栅极提供栅极信号。

第二节点N2是第三开关元件Q3的源极与第四开关元件Q4的漏极的连接点。

另外，第一～第四开关元件Q1～Q4分别具有体二极管。例如，以第一开关元件Q1为例进行说明，体二极管的阳极与第一开关元件Q1的源极连接，阴极与第一开关元件Q1的漏极连接。关于第二～第四开关元件Q2～Q4的体二极管也是同样的。另外，作为分别形成于第一～第四开关元件Q1～Q4的体二极管的替代，准备与第一～第四开关元件Q1～Q4分体的二极管，在将该分体的二极管分别外置于第一～第四开关元件Q1～Q4的情况下，也能够应用本发明。作为体二极管的替代，例如能够举出反向恢复特性优异的快速恢复二极管。

变压器15将一次侧电路与二次侧电路直流地绝缘并且交流地连接。更详细而言，变压器15将从一次侧电路提供的交流电压以规定的转换比进行转换，并将转换后的交流电压提供给二次侧电路。变压器15具有一次侧绕组15A以及二次侧绕组15B和15C。一次侧绕组15A的一端与第一节点N1连接，另一端与第二节点N2连接。二次侧绕组15B和15C的一端与第三节点N3连接，另一端与第四端子22连接。

整流部16对从二次侧绕组15B和15C输出的交流电压进行整流。整流部16是中心抽头型的电路，具有第五～第六开关元件Q5～Q6。在图1中，中心抽头与接地连接，但不限于此。中心抽头可以与输出电压的正侧连接。在该情况下，只要调换第五开关元件Q5的位置和第六开关元件Q6的位置，进而使第五开关元件Q5和第六开关元件Q6的漏极端子和源极端子的位置左右颠倒即可。

第五～第六开关元件Q5～Q6与第一～第四开关元件Q1～Q4同样地作为场效应晶体管进行说明，但并不限定于此。

第五开关元件Q5设置在连结二次侧绕组15B和第三节点N3的路径上。第五开关元件Q5的漏极与第三节点N3连接，源极与二次侧绕组15B连接。另外，从控制部30向第五开关元件Q5的栅极提供栅极信号。

第六开关元件Q6设置在连结二次侧绕组15C和第三节点N3的路径上。第六开关元件Q6的漏极与第三节点N3连接，源极与二次侧绕组15C连接。另外，从控制部30向第六开关元件Q6的栅极提供栅极信号。

线圈17和第二电容器18用于使整流部16的输出电压平滑化。线圈17的一端与第三节点N3连接，另一端与第三端子21连接。第二电容器18的一端与第三端子21连接，另一端与第四端子22连接。

电流传感器19是检测在外部负载中流动的负载电流的传感器。电流传感器19连接在线圈17与第三端子21之间。电流传感器19将检测出的负载电流发送给控制部30。

控制部30具有保存有各种程序的ROM(Read Only Memory：只读存储器)、作为执行各种程序的动作电路的CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等。控制部30根据输入电压、输出电压以及负载电流等，控制第一～第六开关元件Q1～Q6的动作，由此控制电力转换装置10的动作。具体而言，控制部30根据输入电压、输出电压以及负载电流等而生成向各开关元件输出的栅极信号。控制部30使用这些栅极信号进行PWM(Pulse WidthModulation：脉冲宽度调制)控制，由此控制各开关元件。另外，关于输入电压和输出电压，由未图示的电压传感器获取。

第三端子21与负载51的正端子连接。第四端子22与负载51的负端子连接。

＜同步整流的方式＞

在本实施方式中，使用同步整流来控制输出电压。作为同步整流的方式，使用两种方式。

第一种方式是如下的方式：仅在第一开关元件Q1和第四开关元件Q4均处于接通状态的期间，或者仅在第二开关元件Q2和第三开关元件Q3均处于接通状态的期间进行同步整流。以下将该方式称为“第一方式”。

第二种方式是如下的方式：在至少第一开关元件Q1和第四开关元件Q4中的任一方处于接通状态的期间，或者在至少第二开关元件Q2和第三开关元件Q3中的任一方处于接通状态的期间进行同步整流。以下将该方式称为“第二方式”。在第二方式中，在整流部16的体二极管中流过电流的时间比第一方式短。“整流部16的体二极管”是指第五开关元件Q5和第六开关元件Q6的体二极管。另外，以下，有时将“体二极管中流过电流的时间”简称为“体二极管通电时间”。

在本实施方式中，控制部30使用负载电流的平均值来切换同步整流的方式。具体而言，控制部30使用从电流传感器19获取到的负载电流来计算负载电流的平均值。控制部30将计算出的负载电流的平均值与第一阈值进行比较。该第一阈值能够预先通过实验或模拟来求出。在负载电流的平均值从比第一阈值大的值变化为第一阈值以下的值的情况下，控制部30从第二方式切换为第一方式。另一方面，在负载电流的平均值从第一阈值以下的值变化为比第一阈值大的值的情况下，控制部30从第一方式切换为第二方式。另外，也可以换言之为，在负载电流的平均值为第一阈值以下的情况下，控制部30使用第一方式。另外，也可以换言之为，在负载电流的平均值为比第一阈值大的值的情况下，控制部30使用第二方式。“负载电流的平均值”例如是指在规定的时间内流动的负载电流的平均值。

＜第一方式和第二方式的开关控制方法＞

接下来，对第一方式和第二方式的开关控制方法进行说明。首先，参照图2对第一方式的开关控制方法进行说明。

图2是示出第一方式中的第一～第六开关元件Q1～Q6的接通/断开时机的时序图。在图2中，第一～第三开关元件Q1～Q3、第五～第六开关元件Q5～Q6的初始状态为断开状态，第四开关元件Q4的初始状态为接通状态。

在时机T1，控制部30将第一开关元件Q1从断开状态切换为接通状态。由此，第一开关元件Q1和第四开关元件Q4均处于接通状态。由此，在一次侧，电流经由第一开关元件Q1、第一节点N1、一次侧绕组15A、第二节点N2以及第四开关元件Q4而流动。将这样电流流动的方向称为第一方向。

另外，在时机T1，第一开关元件Q1和第四开关元件Q4均处于接通状态，因此控制部30将第五开关元件Q5从断开状态切换为接通状态而开始同步整流。由此，在二次侧，电流经由二次侧绕组15B、第五开关元件Q5、第三节点N3以及线圈17而流动。将这样电流流动的方向称为第三方向。

在时机T2，控制部30将第四开关元件Q4从接通状态切换为断开状态。由此，第一开关元件Q1和第四开关元件Q4均不处于接通状态，因此控制部30将第五开关元件Q5从接通状态切换为断开状态，使同步整流停止。

在时机T3，控制部30将第三开关元件Q3从断开状态切换为接通状态。在时机T4，控制部30将第一开关元件Q1从接通状态切换为断开状态。

在时机T5，控制部30将第二开关元件Q2从断开状态切换为接通状态。由此，第二开关元件Q2和第三开关元件Q3均处于接通状态。由此，在一次侧，电流经由第三开关元件Q3、第二节点N2、一次侧绕组15A、第一节点N1以及第二开关元件Q2而流动。将这样电流流动的方向称为第二方向。

另外，在时机T5，第二开关元件Q2和第三开关元件Q3均处于接通状态，因此控制部30将第六开关元件Q6从断开状态切换为接通状态而开始同步整流。由此，在二次侧，电流经由二次侧绕组15C、第六开关元件Q6、第三节点N3以及线圈17而流动。将这样电流流动的方向称为第四方向。

在时机T6，控制部30将第三开关元件Q3从接通状态切换为断开状态。由此，由于第二开关元件Q2和第三开关元件Q3均不处于接通状态，因此控制部30将第六开关元件Q6从接通状态切换为断开状态，使同步整流停止。

在时机T7，控制部30将第四开关元件Q4从断开状态切换为接通状态。在时机T8，控制部30将第二开关元件Q2从接通状态切换为断开状态。时机T9的开关控制与时机T1的开关控制相同，因此省略说明。

图3和图4是示出作为电流流动的方向的第一～第四方向的图。第一方向是图3中标号C1所示的方向。第三方向是图3中标号C3所示的方向。第二方向是图4中标号C2所示的方向。第四方向是图4中标号C4所示的方向。

接着，参照图5对第二方式的开关控制方法进行说明。

图5是示出第二方式中的第一～第六开关元件Q1～Q6的接通/断开时机的时序图。在图5中，第一～第三、第六开关元件Q1～Q3、Q6的初始状态为断开状态，第四～第五开关元件Q4～Q5的初始状态为接通状态。在初始状态下，第一开关元件Q1为断开状态，而第四开关元件Q4为接通状态。因此，为了进行同步整流，第五开关元件Q5成为接通状态。

在时机T1，控制部30将第一开关元件Q1从断开状态切换为接通状态。在时机T2，控制部30将第四开关元件Q4从接通状态切换为断开状态。此时，由于第一开关元件Q1处于接通状态，因此控制部30维持第五开关元件Q5的接通状态，继续进行同步整流。

在时机T3，控制部30将第三开关元件Q3从断开状态切换为接通状态。此时，第二开关元件Q2处于断开状态，但控制部30将第六开关元件Q6从断开状态切换为接通状态而开始同步整流。

在时机T4，控制部30将第一开关元件Q1从接通状态切换为断开状态。由此，第一开关元件Q1和第四开关元件Q4均不处于接通状态，因此控制部30将第五开关元件Q5从接通状态切换为断开状态，使同步整流停止。

在时机T5，控制部30将第二开关元件Q2从断开状态切换为接通状态。在时机T6，控制部30将第三开关元件Q3从接通状态切换为断开状态。此时，由于第二开关元件Q2处于接通状态，因此控制部30维持第六开关元件Q6的接通状态，继续进行同步整流。

在时机T7，控制部30将第四开关元件Q4从断开状态切换为接通状态。此时，第一开关元件Q1处于断开状态，但控制部30将第五开关元件Q5从断开状态切换为接通状态而开始同步整流。

在时机T8，控制部30将第二开关元件Q2从接通状态切换为断开状态。由此，由于第二开关元件Q2和第三开关元件Q3均不处于接通状态，因此控制部30将第六开关元件Q6从接通状态切换为断开状态，使同步整流停止。时机T9的开关控制与时机T1的开关控制相同，因此省略说明。

＜第一方式与第二方式的比较＞

接着，对第一方式与第二方式的比较进行说明。在第一方式中，与第二方式相比，第五开关元件Q5和第六开关元件Q6的体二极管通电时间较长。若着眼于第五开关元件Q5，则在第一方式中，仅在第一开关元件Q1和第四开关元件Q4均处于接通状态的期间进行同步整流，或者若着眼于第六开关元件Q6，则仅在第二开关元件Q2和第三开关元件Q3均处于接通状态的期间进行同步整流。

因此，在图2的时机T1～T2的期间中，电流不流过第五开关元件Q5的体二极管，另外，在时机T5～T6的期间中，电流不流过第六开关元件Q6的体二极管，但在时机T2～T5、T6～T9的期间中，电流流过第五开关元件Q5或第六开关元件Q6的体二极管，或者流过第五开关元件Q5和第六开关元件Q6双方的体二极管。另外，在图2中，时机T2～T5、T6～T9的期间是线圈17的放电期间。

与此相对，在第二方式中，在图5的时机T4～T5的期间中，电流流过第五开关元件Q5的体二极管，在时机T8～T9的期间中，电流流过第六开关元件Q6的体二极管，但在时机T1～T4的期间和时机T5～T8的期间中，电流不流过第五开关元件Q5或第六开关元件Q6的体二极管。

＜电流连续模式和电流不连续模式＞

体二极管通电时间越短，通电损失越少。因此，在仅着眼于体二极管的通电损失的情况下，第二方式比第一方式有利。但是，在同步整流中，需要考虑电流不连续模式下的由反向电流引起的损失。

这里，对电流连续模式和电流不连续模式进行说明。首先，参照图6对电流连续模式进行说明。如图6所示，电流连续模式是指电流连续地流过图1所示的线圈17的模式。电流连续模式有时也被称为CCM(Continuous Conduction Mode：连续传导模式)。电流连续模式例如是如重负载那样较大的负载电流流动的情况下的模式。

接着，参照图7对电流不连续模式进行说明。如图7所示，电流不连续模式是指流过线圈17的电流不连续的模式。在电流不连续模式下，在每1个周期存在成为OA的期间。在图7中，存在在时机T2～T5之间以及时机T6～T9之间流过线圈17的电流成为OA的期间。电流不连续模式有时也被称为DCM(Discontinuous Conduction Mode：不连续传导模式)。电流不连续模式例如是如轻负载那样较小的负载电流流动的情况下的模式。

在第二方式中，在外部负载为轻负载的情况下，在流过线圈17的电流成为OA的期间中，电流有可能从负载侧朝向开关元件侧逆流而产生损失。与此相对，若为第一方式，则即使外部负载为轻负载，也不会产生反向电流。因此，如果为第一方式，则无论外部负载的种类如何，由反向电流引起的损失都降低。但是，如上所述，在第一方式中，与第二方式相比，体二极管通电时间长，因此体二极管的通电损失比第二方式大。

因此，在本实施方式中，构成为根据负载电流的平均值来切换同步整流的方式。具体而言，在负载电流的平均值从比第一阈值大的值变化为第一阈值以下的值的情况下，控制部30从第二方式切换为第一方式。另一方面，在负载电流的平均值从第一阈值以下的值变化为比第一阈值大的值的情况下，控制部30从第一方式切换为第二方式。由此，在外部负载为轻负载的情况下，通过第一方式进行同步整流，因此由反向电流引起的损失降低。另外，在外部负载为重负载的情况下，通过第二方式进行同步整流，因此，体二极管的通电损失降低。

＜开关控制方法的流程＞

接着，参照图8的流程图对控制部30的开关控制方法的流程的一例进行说明。

在步骤S101中，控制部30获取从电流传感器19流向外部负载的负载电流。控制部30使用获取到的负载电流来计算负载电流的平均值。

处理进入步骤S102，控制部30将计算出的负载电流的平均值与第一阈值进行比较。在负载电流的平均值为第一阈值以下的情况下(在步骤S102中为“是”)，处理进入步骤S103，控制部30使用第一方式进行同步整流。另一方面，在负载电流的平均值大于第一阈值的情况下(在步骤S102中为“否”)，处理进入步骤S104，控制部30使用第二方式进行同步整流。

重复执行步骤S101～S104的处理，直到PWM控制结束为止(步骤S105)。

＜作用效果＞

如以上所说明的那样，根据实施方式1的电力转换装置10，能够得到以下的作用效果。

电力转换装置10是将从电源50输入的输入电压转换为规定的输出电压并向外部负载提供电力的装置。电力转换装置10具有：变压器15，其将从电源50输入的输入电压转换为与规定的转换比对应的电压；第一开关元件Q1和第四开关元件Q4，该第一开关元件Q1和该第四开关元件Q4用于使电流在变压器15的一次侧沿第一方向流动；以及第二开关元件Q2和第三开关元件Q3，该第二开关元件Q2和该第三开关元件Q3用于使电流在变压器15的一次侧沿与第一方向不同的第二方向流动。

另外，电力转换装置10具有：整流部16，其在电流沿第一方向流动的情况下，对在变压器15的二次侧沿第三方向流动的电流进行整流并向外部负载提供，在电流沿第二方向流动的情况下，对在变压器的二次侧沿与第三方向不同的第四方向流动的电流进行整流并向外部负载提供；电流检测部，其检测在外部负载中流动的电流；以及控制部30，其根据由电流检测部检测出的负载电流来控制整流部16。另外，“电流检测部”的一例是电流传感器19。

整流部16至少具有设置在沿第三方向流动的电流的路径上的第五开关元件Q5和设置在沿第四方向流动的电流的路径上的第六开关元件Q6。

控制部30在由电流检测部检测出的负载电流的平均值为第一阈值以下的情况下，在第一开关元件Q1和第四开关元件Q4处于接通状态的期间中，控制第五开关元件Q5，使得第五开关元件Q5成为接通状态，且在第二开关元件Q2和第三开关元件Q3处于接通状态的期间中，控制第六开关元件Q6，使得第六开关元件Q6成为接通状态。另外，控制部30在由电流检测部检测出的负载电流的平均值大于第一阈值的情况下，至少在第一开关元件Q1和第四开关元件Q4中的任一方处于接通状态的期间中，控制第五开关元件Q5，使得第五开关元件Q5成为接通状态，且在至少第二开关元件Q2和第三开关元件Q3中的任一方处于接通状态的期间中，控制第六开关元件Q6，使得第六开关元件Q6成为接通状态。

根据上述结构，在外部负载为轻负载的情况下，通过第一方式进行同步整流，因此降低了由反向电流引起的损失。另外，在外部负载为重负载的情况下，通过第二方式进行同步整流，因此，体二极管的通电损失降低。由此，电力转换装置10的转换效率提高。

另外，根据负载电流的大小来切换第一方式和第二方式，由此能够扩大进行同步整流的期间。由此，例如在电力转换装置10搭载于车辆的情况下，在车辆的实用负载的区域中转换效率提高。

另外，在电流不连续模式下，为了检测线圈17中的OA，需要昂贵的控制器和追加的电路。然而，在本实施方式中，能够在不检测线圈17中的OA的情况下切换第一方式和第二方式，因此不需要昂贵的控制器和追加的电路，在成本方面是有利的。

另外，在仅使用了“进行”和“不进行”同步整流这两个选项的情况下，用于满足转换效率要件的设计自由度受到制约，但在本实施方式中，由于采用切换第一方式和第二方式的方式，因此设计自由度提高，能够在各种规格的产品中展开。

另外，控制部30也可以根据用于切换输入电压、输出电压或者各开关元件的接通/断开状态的PWM信号的开关频率来变更第一阈值、第二阈值、第一规定的时间以及第二规定的时间中的至少一个。由此，能够在降低损失的同时应对多种负载。

(实施方式1的变形例1)

在实施方式1中，说明了根据负载电流的大小来切换第一方式和第二方式。第一方式和第二方式均为进行同步整流的方式。在变形例1中，新追加停止同步整流的方式，切换这三种方式。为了切换三种方式，除了在实施方式1中使用的第一阈值以外，还使用另一个阈值即第二阈值。第二阈值＜第一阈值。第二阈值也可以与第一阈值同样地预先通过实验或模拟来求出。对使用了第一阈值和第二阈值的切换方法进行具体说明。

在负载电流的平均值为第二阈值以上且第一阈值以下的情况下，控制部30使用第一方式进行同步整流。在负载电流的平均值小于第二阈值的情况下，控制部30停止同步整流。即，控制部30不依赖于第一～第四开关元件Q1～Q4的接通/断开状态，而控制第五开关元件Q5和第六开关元件Q6，使得第五开关元件Q5和第六开关元件Q6成为断开状态。另外，停止同步整流的情况下的负载是从无负载到轻负载之间的负载。

根据上述结构，根据负载电流的大小，以“同步整流停止方式”、“第一方式”以及“第二方式”这三种方式进行切换。由此，除了实施方式1中说明的效果之外，与同步整流相关的开关损失进一步降低。

(实施方式1的变形例2)

在根据负载电流的大小来切换第一方式和第二方式时，也可以设置死区时间。例如，在负载电流的平均值从第一阈值以下的值变化为比第一阈值大的值的情况下，也可以不立即从第一方式切换为第二方式，而在第一规定的时间的期间设置暂时停止同步整流的期间。控制部30也可以在经过了第一规定的时间之后切换为第二方式。

另外，在负载电流的平均值从比第一阈值大的值变化为第一阈值以下的值的情况下，也可以不立即从第二方式切换为第一方式，而在第二规定的时间的期间设置暂时停止同步整流的期间。控制部30也可以在经过了第二规定的时间之后切换为第一方式。第一规定的时间和第二规定的时间可以相同，也可以不同。

由于微型计算机的PWM功能的制约，有时难以顺畅地切换第一方式和第二方式。但是，根据上述结构，由于在切换第一方式和第二方式时设置暂时停止同步整流的期间，因此即使存在这样的制约，也能够顺畅地切换第一方式和第二方式。

(实施方式2)

接着，参照图9～图11对本发明的实施方式2进行说明。实施方式2与实施方式1的不同之处在于，二次侧的整流部16不是中心抽头型而构成为全桥型。对于与实施方式1重复的结构，引用标号并省略其说明。以下，以不同点为中心进行说明。

图9是示出实施方式2的电力转换系统200的一例的概略结构图。如图9所示，整流部16除了第五～第六开关元件Q5～Q6之外，还具有第七～第八开关元件Q7～Q8。由这些第五～第八开关元件Q5～Q8形成全桥型的电路。第七～第八开关元件Q7～Q8与第一～第六开关元件Q1～Q6同样地作为场效应晶体管进行说明，但并不限定于此。

第五开关元件Q5设置在连结正母线L3和第四节点N4的路径上，通过成为接通状态而将第四节点N4与正母线L3连接。第五开关元件Q5的漏极与正母线L3连接，源极与第四节点N4连接。另外，从控制部30向第五开关元件Q5的栅极提供栅极信号。

第六开关元件Q6设置在连结负母线L4和第四节点N4的路径上，通过成为接通状态而将第四节点N4与负母线L4连接。第六开关元件Q6的漏极与第四节点N4连接，源极与负母线L4连接。另外，从控制部30向第六开关元件Q6的栅极提供栅极信号。

第四节点N4是第五开关元件Q5的源极与第六开关元件Q6的漏极的连接点。

第七开关元件Q7设置在连结正母线L3和第五节点N5的路径上，通过成为接通状态而将第五节点N5与正母线L3连接。第七开关元件Q7的漏极与正母线L3连接，源极与第五节点N5连接。另外，从控制部30向第七开关元件Q7的栅极提供栅极信号。

第八开关元件Q8设置在连结负母线L4和第五节点N5的路径上，通过成为接通状态而将第五节点N5与负母线L4连接。第八开关元件Q8的漏极与第五节点N5连接，源极与负母线L4连接。另外，从控制部30向第八开关元件Q8的栅极提供栅极信号。

第五节点N5是第七开关元件Q7的源极与第八开关元件Q8的漏极的连接点。

接着，参照图10～图11对实施方式2中的第一方式和第二方式的开关控制方法进行说明。首先，参照图10对第一方式的开关控制方法进行说明。

图10是示出第一方式中的第一～第八开关元件Q1～Q8的接通/断开时机的时序图。在图10中，第一～第六开关元件Q1～Q6的初始状态与图2相同。如图10所示，关于第八开关元件Q8，控制部30只要以与第五开关元件Q5同步的方式进行控制即可。另外，关于第七开关元件Q7，控制部30只要以与第六开关元件Q6同步的方式进行控制即可。由此，即使整流部16由全桥型构成，也与由中心抽头型构成的情况同样地实现基于第一方式的同步整流。

当第五开关元件Q5和第八开关元件Q8从断开状态切换为接通状态时，在二次侧，电流经由第八开关元件Q8、第五节点N5、二次侧绕组15D、第四节点N4以及第五开关元件Q5而流动。电流流动的方向与实施方式1中的第三方向相同。即，可以说第八开关元件Q8设置在沿第三方向流动的电流的路径上。

当第六开关元件Q6和第七开关元件Q7从断开状态切换为接通状态时，在二次侧，电流经由第六开关元件Q6、第四节点N4、二次侧绕组15D、第五节点N5以及第七开关元件Q7而流动。电流流动的方向与实施方式1中的第四方向相同。即，可以说第七开关元件Q7设置在沿第四方向流动的电流的路径上。

接着，参照图11对第二方式的开关控制方法进行说明。图11是示出第二方式中的第一～第八开关元件Q1～Q8的接通/断开时机的时序图。在图11中，第一～第六开关元件Q1～Q6的初始状态与图5相同。如图11所示，关于第八开关元件Q8，控制部30只要以与第五开关元件Q5同步的方式进行控制即可。另外，关于第七开关元件Q7，控制部30只要以与第六开关元件Q6同步的方式进行控制即可。由此，即使整流部16由全桥型构成，也与由中心抽头型构成的情况同样地实现基于第二方式的同步整流。

＜作用效果＞

根据实施方式2的电力转换装置10，能够得到以下的作用效果。

整流部16还具有：第八开关元件Q8，其设置在沿第三方向流动的电流的路径上；以及第七开关元件Q7，其设置在沿第四方向流动的电流的路径上。

控制部30在负载电流的平均值为第一阈值以下的情况下，在第一开关元件Q1和第四开关元件Q4处于接通状态的期间中，控制第五开关元件Q5和第八开关元件Q8，使得第五开关元件Q5和第八开关元件Q8成为接通状态，且在第二开关元件Q2和第三开关元件Q3处于接通状态的期间中，控制第六开关元件Q6和第七开关元件Q7，使得第六开关元件Q6和第七开关元件Q7成为接通状态。

控制部30在负载电流的平均值大于第一阈值的情况下，在至少第一开关元件Q1和第四开关元件Q4中的任一方处于接通状态的期间中，控制第五开关元件Q5和第八开关元件Q8，使得第五开关元件Q5和第八开关元件Q8成为接通状态，且在至少第二开关元件Q2和第三开关元件Q3中的任一方处于接通状态的期间中，控制第六开关元件Q6和第七开关元件Q7，使得第六开关元件Q6和第七开关元件Q7成为接通状态。

根据上述结构，在外部负载为轻负载的情况下，通过第一方式进行同步整流，因此降低了由反向电流引起的损失。另外，在外部负载为重负载的情况下，通过第二方式进行同步整流，因此，体二极管的通电损失降低。即，即使在二次侧的整流部16构成为全桥型的电路的情况下，也能够得到与构成为中心抽头型的电路的情况相同的效果。

在上述的各实施方式中，控制部30根据由电流传感器19检测出的负载电流来控制各开关元件，但并不限定于此。控制部30所使用的电流只要是与负载电流具有相关关系的电流即可。与负载电流具有相关关系的电流例如是输入电流。

另外，在上述的各实施方式中，说明了控制部30使用负载电流的平均值来进行各方式的切换，但并不一定是平均值，也可以使用与平均值具有相关关系的电流值来进行各方式的切换。由此，例如也能够应用于通过由微型计算机进行AD转换时的采样时机而获取到的电流偏离平均值的情况。另外，控制部30也可以使用在任意的时机检测出的电流值来进行各方式的切换。

(利用软件的实现例)

作为电力转换装置(以下，称为“装置”)的功能能够由用于使计算机作为该装置而发挥功能的程序来实现，并且能够由用于使计算机作为该装置的各控制块而发挥功能的程序来实现。

在该情况下，上述装置设置有具有至少一个控制装置(例如处理器)和至少一个存储装置(例如存储器)作为用于执行程序的硬件的计算机。通过计算机执行程序，实现在各实施方式中说明的各功能。

程序也可以非暂时性地记录于计算机可读取的1个或多个记录介质中。上述装置可以具有该记录介质，也可以不具有。在后者的情况下，程序也可以经由有线或无线的任意的传送介质提供给上述装置。

另外，各控制块的功能的一部分或全部也能够通过逻辑电路来实现。例如，形成有作为各控制块而发挥功能的逻辑电路的集成电路也包含在本发明的范畴内。除此之外，例如也能够通过量子计算机来实现各控制块的功能。

本发明并不限定于上述的各实施方式，能够在权利要求书所示的范围内进行各种变更，将在不同的实施方式中分别公开的技术手段适当组合而得到的实施方式也包含在本发明的技术范围内。

在上述中，说明了两种方式作为同步整流的方式，但也可以构成为还加入第三种同步整流方式，切换这三个同步整流方式。另外，这里说明的“第三种同步整流方式”与上述的“同步整流停止方式”不同。对第三种同步整流方式进行说明。第三种同步整流方式是如下的方式：在第一开关元件Q1处于接通状态的期间或第二开关元件Q2处于接通状态的期间中进行同步整流。以下将该方式称为“第三方式”。

＜第三方式的开关控制方法＞

接着，参照图12对第三方式的开关控制方法进行说明。

图12是示出第三方式中的第一～第六开关元件Q1～Q6的接通/断开时机的时序图。在图12中，第一～第三开关元件Q1～Q3、第五～第六开关元件Q5～Q6的初始状态为断开状态，第四开关元件Q4的初始状态为接通状态。

在时机T1，控制部30将第一开关元件Q1从断开状态切换为接通状态。由此，第一开关元件Q1处于接通状态，因此控制部30将第五开关元件Q5从断开状态切换为接通状态而开始同步整流。

在时机T2，控制部30将第四开关元件Q4从接通状态切换为断开状态。在时机T3，控制部30将第三开关元件Q3从断开状态切换为接通状态。

在时机T4，控制部30将第一开关元件Q1从接通状态切换为断开状态。由此，第一开关元件Q1不处于接通状态，因此控制部30将第五开关元件Q5从接通状态切换为断开状态，停止同步整流。

在时机T5，控制部30将第二开关元件Q2从断开状态切换为接通状态。由此，第二开关元件Q2处于接通状态，因此控制部30将第六开关元件Q6从断开状态切换为接通状态而开始同步整流。

在时机T6，控制部30将第三开关元件Q3从接通状态切换为断开状态。在时机T7，控制部30将第四开关元件Q4从断开状态切换为接通状态。

在时机T8，控制部30将第二开关元件Q2从接通状态切换为断开状态。由此，第二开关元件Q2不处于接通状态，因此控制部30将第六开关元件Q6从接通状态切换为断开状态，停止同步整流。时机T9的开关控制与时机T1的开关控制相同，因此省略说明。

＜第一方式、第二方式以及第三方式的比较＞

接着，对第一方式、第二方式以及第三方式的比较进行说明。在第三方式中，与第一方式相比，第五开关元件Q5和第六开关元件Q6的体二极管通电时间较短。另一方面，在第三方式中，与第二方式相比，第五开关元件Q5和第六开关元件Q6的体二极管通电时间较长。

在第三方式中，在图12的时机T4～T5的期间和时机T7～T9的期间中，电流流过第五开关元件Q5的体二极管，在时机T3～T5的期间和时机T8～T9的期间中，电流流过第六开关元件Q6的体二极管。另一方面，在时机T1～T4的期间和时机T5～T7的期间中，电流不流过第五开关元件Q5的体二极管，在时机T1～T3的期间和时机T5～T8的期间中，电流不流过第六开关元件Q6的体二极管。

在第三方式中，虽然有可能与第二方式同样地产生反向电流损失，但体二极管的通电损失比第一方式小。其中，在第三方式中，体二极管的通电损失大于第二方式。因此，也可以在第一方式与第二方式之间夹着第三方式，控制部30根据负载电流的平均值来切换这三种方式。在该切换中，能够使用与上述的第一阈值和第二阈值不同的第三阈值和第四阈值。第三阈值＜第四阈值。第三阈值和第四阈值可以预先通过实验或模拟来求出。

控制部30也可以在负载电流的平均值从比第四阈值大的值变化为第四阈值以下的值的情况下，从第二方式切换为第三方式。另外，控制部30也可以在负载电流的平均值从比第三阈值大且第四阈值以下的值变化为第三阈值以下的值的情况下，从第三方式切换为第一方式。这样，通过根据负载电流的大小进行“第一方式”、“第三方式”以及“第二方式”这三种方式的切换，实现由反向电流引起的损失降低或者体二极管的通电损失降低。

另外，也可以在切换第一方式和第三方式时，或者在切换第二方式和第三方式时设置死区时间。即使在由于微型计算机的PWM功能的制约而难以顺畅地进行第一方式与第三方式的切换或第二方式与第三方式的切换的情况下，也能够通过设置这样的死区时间来进行顺畅的切换。

Claims (7)

1.一种电力转换装置，其将从电源输入的输入电压转换为规定的输出电压并向负载提供电力，其中，

该电力转换装置具有：

变压器，其将从所述电源输入的输入电压转换为与规定的转换比对应的电压；

第一开关元件和第四开关元件，该第一开关元件和该第四开关元件用于使电流在所述变压器的一次侧沿第一方向流动；

第二开关元件和第三开关元件，该第二开关元件和该第三开关元件用于使电流在所述变压器的一次侧沿与所述第一方向不同的第二方向流动；

整流部，其在电流沿所述第一方向流动的情况下，对在所述变压器的二次侧沿第三方向流动的电流进行整流并向负载提供，在电流沿所述第二方向流动的情况下，对在所述变压器的二次侧沿与所述第三方向不同的第四方向流动的电流进行整流并向负载提供；

电流检测部，其检测在所述电力转换装置中流动的电流；以及

控制部，其根据所述电流检测部检测出的所述电流来控制所述整流部，

所述整流部至少具有第五开关元件和第六开关元件，该第五开关元件设置在沿所述第三方向流动的电流的路径上，该第六开关元件设置在沿所述第四方向流动的电流的路径上，

所述控制部在所述电流检测部检测出的所述电流为第一阈值以下的情况下，在所述第一开关元件和所述第四开关元件处于接通状态的期间中，控制所述第五开关元件，使得所述第五开关元件成为接通状态，并且，在所述第二开关元件和所述第三开关元件处于接通状态的期间中，控制所述第六开关元件，使得所述第六开关元件成为接通状态，

所述控制部在所述电流检测部检测出的所述电流大于所述第一阈值的情况下，在至少所述第一开关元件和所述第四开关元件中的任一方处于接通状态的期间中，控制所述第五开关元件，使得所述第五开关元件成为接通状态，并且，在至少所述第二开关元件和所述第三开关元件中的任一方处于接通状态的期间中，控制所述第六开关元件，使得所述第六开关元件成为接通状态。

2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，

所述控制部在所述电流检测部检测出的所述电流为第二阈值以上且所述第一阈值以下的情况下，在所述第一开关元件和所述第四开关元件处于接通状态的期间中，控制所述第五开关元件，使得所述第五开关元件成为接通状态，并且，在所述第二开关元件和所述第三开关元件处于接通状态的期间中，控制所述第六开关元件，使得所述第六开关元件成为接通状态，

所述控制部在所述电流检测部检测出的所述电流小于所述第二阈值的情况下，控制所述第五开关元件和所述第六开关元件，使得所述第五开关元件和所述第六开关元件成为断开状态。

3.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，

所述控制部在所述电流检测部检测出的所述电流从所述第一阈值以下的值变化为大于所述第一阈值的值的情况下，控制所述第五开关元件和所述第六开关元件，使得在第一规定的时间的期间，所述第五开关元件和所述第六开关元件成为断开状态，

所述控制部在经过了所述第一规定的时间之后，在至少所述第一开关元件和所述第四开关元件中的任一方处于接通状态的期间中，控制所述第五开关元件，使得所述第五开关元件成为接通状态，并且，在至少所述第二开关元件和所述第三开关元件中的任一方处于接通状态的期间中，控制所述第六开关元件，使得所述第六开关元件成为接通状态，

所述控制部在所述电流检测部检测出的所述电流从大于所述第一阈值的值变化为所述第一阈值以下的值的情况下，控制所述第五开关元件和所述第六开关元件，使得在第二规定的时间的期间，所述第五开关元件和所述第六开关元件成为断开状态，

所述控制部在经过了所述第二规定的时间之后，在所述第一开关元件和所述第四开关元件处于接通状态的期间中，控制所述第五开关元件，使得所述第五开关元件成为接通状态，并且，在所述第二开关元件和所述第三开关元件处于接通状态的期间中，控制所述第六开关元件，使得所述第六开关元件成为接通状态。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电力转换装置，其中，

所述控制部根据所述输入电压、所述输出电压或切换各开关元件的接通/断开状态的开关频率来变更所述第一阈值、第二阈值、第一规定的时间以及第二规定的时间中的至少一个。

5.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中，

所述整流部还具有第八开关元件和第七开关元件，该第八开关元件设置在沿所述第三方向流动的电流的路径上，该第七开关元件设置在沿所述第四方向流动的电流的路径上，

所述控制部在所述电流检测部检测出的所述电流为第一阈值以下的情况下，在所述第一开关元件和所述第四开关元件处于接通状态的期间中，控制所述第五开关元件和所述第八开关元件，使得所述第五开关元件和所述第八开关元件成为接通状态，并且，在所述第二开关元件和所述第三开关元件处于接通状态的期间中，控制所述第六开关元件和所述第七开关元件，使得所述第六开关元件和所述第七开关元件成为接通状态，

所述控制部在所述电流检测部检测出的所述电流大于所述第一阈值的情况下，在至少所述第一开关元件和所述第四开关元件中的任一方处于接通状态的期间中，控制所述第五开关元件和所述第八开关元件，使得所述第五开关元件和所述第八开关元件成为接通状态，并且，在至少所述第二开关元件和所述第三开关元件中的任一方处于接通状态的期间中，控制所述第六开关元件和所述第七开关元件，使得所述第六开关元件和所述第七开关元件成为接通状态。

6.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电力转换装置，其中，

所述电流检测部检测出的所述电流是与在所述负载中流动的负载电流具有相关关系的电流，

所述控制部根据与所述电流检测部检测出的电流的平均值具有相关关系的电流值来控制所述整流部。

7.一种电力转换装置的控制方法，该电力转换装置将从电源输入的输入电压转换为规定的输出电压并向负载提供电力，其中，

所述电力转换装置具有：

变压器，其将从所述电源输入的输入电压转换为与规定的转换比对应的电压；

第一开关元件和第四开关元件，该第一开关元件和该第四开关元件用于使电流在所述变压器的一次侧沿第一方向流动；

第二开关元件和第三开关元件，该第二开关元件和该第三开关元件用于使电流在所述变压器的一次侧沿与所述第一方向不同的第二方向流动；

整流部，其在电流沿所述第一方向流动的情况下，对在所述变压器的二次侧沿第三方向流动的电流进行整流并向负载提供，在电流沿所述第二方向流动的情况下，对在所述变压器的二次侧沿与所述第三方向不同的第四方向流动的电流进行整流并向负载提供；以及

电流检测部，其检测在所述电力转换装置中流动的电流，

所述整流部至少具有第五开关元件和第六开关元件，该第五开关元件设置在沿所述第三方向流动的电流的路径上，该第六开关元件设置在沿所述第四方向流动的电流的路径上，

该电力转换装置的控制方法具有如下步骤：

在所述电流检测部检测出的所述电流为第一阈值以下的情况下，在所述第一开关元件和所述第四开关元件处于接通状态的期间中，控制所述第五开关元件，使得所述第五开关元件成为接通状态，并且，在所述第二开关元件和所述第三开关元件处于接通状态的期间中，控制所述第六开关元件，使得所述第六开关元件成为接通状态；以及

在所述电流检测部检测出的所述电流大于所述第一阈值的情况下，在至少所述第一开关元件和所述第四开关元件中的任一方处于接通状态的期间中，控制所述第五开关元件，使得所述第五开关元件成为接通状态，并且，在至少所述第二开关元件和所述第三开关元件中的任一方处于接通状态的期间中，控制所述第六开关元件，使得所述第六开关元件成为接通状态。