DE102013105624A1 - Bidirektionaler DC-DC-Wandler - Google Patents

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Abstract

[Aufgabe] Streben nach einer noch größeren Steigerung der Effizienz. [Mittel zur Problemlösung] Ausstattung mit einem Regler 20, der die Verarbeitung einer Umschaltsteuerung ausführt, durch die, wenn von der Gleichspannungsleitung L1 zu der Gleichspannungsleitung L2 Gleichstromenergie übertragen wird, bei dem ersten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 14 die erste Gleichspannung V1 in die Wechselspannung Vac2 umgewandelt wird und zwischen die Windungen der Primärspule 13a ausgegeben wird und bei dem zweiten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 15 die Wechselspannung Vac3 gleichgerichtet und in die zweite Gleichspannung V2 umgewandelt wird, und wenn von der Gleichspannungsleitung L2 zu der Gleichspannungsleitung L1 Gleichstromenergie übertragen wird, bei dem zweiten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 15 die zweite Gleichspannung V2 umgeschaltet wird und an der Sekundärspule 13b Wechselstrom Iac1 entstehen gelassen wird und bei dem ersten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 14 der an der Primärspule 13a entstehende Wechselstrom Iac2 gleichgerichtet wird und die erste Gleichspannung V1 gebildet wird, wobei der Regler 20, wenn der zwischen den jeweiligen Leitungen L1 und L2 fließende Strom sinkt und ein Zustand mit geringer Last besteht, eine Zeitspanne des Stillstands vorsieht, in der die Ausführung der Verarbeitung der Umschaltsteuerung gestoppt wird, und die Verarbeitung der Steuerung mit Unterbrechungen ausführt.

Description

  • Detaillierte Beschreibung
  • Zweiwege-Gleichspannungswandler
  • [Technischer Bereich]
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zweiwege-Gleichspannungswandler, der zwischen einer ersten Gleichspannungsleitung (z. B. eine Gleichspannungsleitung, an die ein AC/DC-Wandler o. ä. angeschlossen ist, der aus einer kommerziellen Wechselstromquelle Gleichspannung erzeugt) und einer zweiten Gleichspannungsleitung (z. B. eine Gleichspannungsleitung, an die ein Kondensator o. ä. angeschlossen ist) angeschlossen ist und zwischen der ersten Gleichspannungsleitung und der zweiten Gleichspannungsleitung in beide Richtungen Gleichstromenergie überträgt.
  • [Stand der Technik]
  • Als solche Art eines Zweiwege-Gleichspannungswandlers hat der Anmelder der vorliegenden Erfindung bereits den in dem unten aufgeführten Patentdokument 1 gezeigten Zweiwege-Gleichspannungswandler vorgeschlagen. Dieser Zweiwege-Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) ist ausgestattet mit einem Transformator, einem spannungsgespeisten Energiewandler, der eine Energiewandlung durchführt, indem er die an die Primärseite des Transformators (Primärspule) angeschlossene Spannung steuert, einem stromgespeisten Energiewandler, der eine Energiewandlung durchführt, indem er den zu der Sekundärseite des Transformators (Sekundärspule) fließenden Strom steuert, und einem Regler, der den spannungsgespeisten Energiewandler und den stromgespeisten Energiewandler steuert, und ist so aufgebaut, dass er die Funktion ausführen kann, basierend auf der zu der Seite des spannungsgespeisten Energiewandlers zugeführten Schienenspannung (Gleichspannung) Gleichspannung zu erzeugen und den an der Seite des stromgespeisten Energiewandlers angeschlossenen Kondensator aufzuladen, und die Funktion, basierend auf der an dem Kondensator geladenen Gleichspannung eine Gleichspannung zu erzeugen und als Schienenspannung auszugeben.
  • Konkret erzeugt an diesem Zweiwege-Gleichspannungswandler, wenn der Kondensator aufgeladen wird, der spannungsgespeiste Energiewandler Wechselspannung, indem die Schienenspannung mittels eines Schaltelementes umgeschaltet wird und gibt diese an die Primärspule des Transformators aus, und die dadurch an der Sekundärspüle des Transformators entstehende Wechselspannung wird durch den stromgespeisten Energiewandler gleichgerichtet und in Gleichspannung umgewandelt und gleichzeitig zu dem Kondensator ausgegeben. Andererseits erzeugt, wenn bei dem Kondensator eine Entladung durchgeführt wird, der stromgespeiste Energiewandler Wechselstrom, indem er die von dem Kondensator zugeführte Gleichspannung mittels eines Schaltelementes umschaltet, und gibt diesen an die Sekundärspule des Transformators aus, und der dadurch von der Primärspüle des Transformators ausgegebene Wechselstrom wird durch den spannungsgespeisten Energiewandler gleichgerichtet und in Gleichspannung umgewandelt und gleichzeitig wird die umgewandelte Gleichspannung als Schienenspannung ausgegeben.
  • [Dokumente vorangehender Technik]
  • [Patentdokumente]
    • [Patentdokument 1] Ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2012-5266 im amtlichen Bericht (Seite 6, 1)
  • [Abriss der Erfindung]
  • [Durch die Erfindung zu lösende Probleme]
  • Aber bei herkömmlichen Zweiwege-Gleichspannungswandlern existieren die folgenden zu verbessernden Probleme. D. h. bei diesem Zweiwege-Gleichspannungswandler ist es so, dass das Steuerteil, auch wenn der dem Kondensator zugeführte Ladestrom gering ist (d. h. wenn die Last des stromgespeisten Energiewandlers klein ist), ebenso wie zu der Zeit, wenn der Ladestrom groß ist, mit einem bestimmten Schaltzyklus die Schaltelemente des spannungsgespeisten Energiewandlers und des stromgespeisten Energiewandlers kontinuierlich laufen lässt. Folglich gibt es bei diesem Zweiwege-Gleichspannungswandler das zu lösende Problem, dass eine weitere Steigerung der Effizienz schwierig ist, weil an den Schaltelementen immer Schaltverluste (Einschaltverluste und Ausschaltverluste) entstehen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde zur Verbesserung des betreffenden Problems getätigt und hat hauptsächlich zum Ziel, einen Zweiwege-Gleichspannungswandler zur Verfügung zu stellen, mit dem eine noch weitere Steigerung der Effizienz erreicht werden kann.
  • [Mittel zur Problemlösung]
  • Um das obige Ziel zu erreichen, ist ein der vorliegenden Erfindung gemäßer Zweiwege-Gleichspannungswandler ein Zweiwege-Gleichspannungswandler, der zwischen einer ersten Gleichspannungsleitung und einer zweiten Gleichspannungsleitung angeschlossen ist und zwischen der betreffenden ersten Gleichspannungsleitung und der betreffenden zweiten Gleichspannungsleitung in beide Richtungen Gleichstromenergie überträgt, und der ausgestattet ist mit
    einem eine Primärspule und eine Sekundärspule aufweisenden Transformator,
    einem ersten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler, der zwischen der o. a. ersten Gleichspannungsleitung und der o. a. Primärspule angeordnet ist,
    einem zweiten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler, der zwischen der o. a. Sekundärspule und der o. a. zweiten Gleichspannungsleitung angeordnet ist, und
    einem Regler, der die Verarbeitung einer Umschaltsteuerung ausführt, durch die, wenn von der o. a. ersten Gleichspannungsleitung zu der o. a. zweiten Gleichspannungsleitung die o. a. Gleichstromenergie übertragen wird, bei dem o. a. ersten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler ein Betrieb des Umschaltens ausführen gelassen wird, bei dem die Gleichspannung von der o. a. ersten Gleichspannungsleitung zwischen die o. a. Primärspulenwindungen ausgegeben wird, während sie umgeschaltet und in Wechselspannung umgewandelt wird, und gleichzeitig bei dem o. a. zweiten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler ein Betrieb des Gleichrichtens ausführen gelassen wird, bei dem die Wechselspannung, die zwischen den o. a. Sekundärspulenwindungen dadurch entsteht, dass zwischen die betreffenden Primärspulenwindungen die betreffende Wechselspannung ausgegeben wird, zu der o. a. zweiten Gleichspannungsleitung ausgegeben wird, während sie gleichgerichtet und in Gleichspannung umgewandelt wird, und wenn von der o. a. zweiten Gleichspannungsleitung zu der o. a. ersten Gleichspannungsleitung die o. a. Gleichstromenergie übertragen wird, bei dem o. a. zweiten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler ein Betrieb des Umschaltens ausführen gelassen wird, bei dem die Gleichspannung von der o. a. zweiten Gleichspannungsleitung umgeschaltet wird und an der o. a. Sekundärspule Wechselstrom entstehen gelassen wird, und gleichzeitig bei dem o. a. ersten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler ein Betrieb des Gleichrichtens ausführen gelassen wird, bei dem dadurch, dass der Wechselstrom, der an der o. a. Primärspule dadurch entsteht, dass an der betreffenden Sekundärspule der o. a. Wechselstrom entstehen gelassen wird, gleichgerichtet wird, eine Gleichspannung gebildet wird und zu der betreffenden ersten Gleichspannungsleitung ausgegeben wird,
    wobei der o. a. Regler, wenn von den Stromflüssen einfließender Strom von der o. a. ersten Gleichspannungsleitung, ausfließender Strom zu der o. a. ersten Gleichspannungsleitung, einfließender Strom von der o. a. zweiten Gleichspannungsleitung und ausfließender Strom zu der o. a. zweiten Gleichspannungsleitung mindestens einer gesunken ist und ein Zustand mit geringer Last entstanden ist, in den Modus eines unterbrochenen Betriebs übergeht,
    wobei er eine Zeitspanne des Stillstands einrichtet, in der die Ausführung der o. a. Verarbeitung einer Umschaltsteuerung gestoppt wird, und dann die betreffende Verarbeitung einer Umschaltsteuerung mit Unterbrechungen ausführt, und gleichzeitig das Verhältnis der jeweiligen Längen der betreffenden Zeitspanne der Ausführung und der o. a. Zeitspanne des Stillstands so steuert, dass der durchschnittliche Stromwert des betreffenden einen Stromflusses in der Zeitspanne, die sich aus der Summe der betreffenden Zeitspanne der Ausführung und der betreffenden Zeitspanne des Stillstands ergibt, gesteuert wird, während der Stromwert des o. a. einen Stromflusses in der Zeitspanne der Ausführung der betreffenden Verarbeitung einer Umschaltsteuerung auf einem im Voraus festgelegten Stromwert gehalten wird.
  • Weiterhin ist ein der vorliegenden Erfindung gemäßer Zweiwege-Gleichspannungswandler ausgestattet mit einem ersten Stromnachweisteil, das einen der beiden Stromwerte, entweder den von der o. a. ersten Gleichspannungsleitung einfließenden Strom oder den zu der o. a. zweiten Gleichspannungsleitung ausfließenden Strom, als ersten Stromwert nachweist, wobei der o. a. Regler die Zeitspanne ab der Zeit, zu der der o. a. erste Stromwert einen im Voraus festgelegten ersten Schwellenwert erreicht oder unterschritten hat, bis zu der Zeit, zu der er einen im Voraus festgelegten zweiten Schwellenwert, der größer ist als der betreffende erste Schwellenwert, erreicht oder überschritten hat, als o. a. Zustand mit geringer Last bestimmt und die o. a. Verarbeitung der Umschaltsteuerung mit Unterbrechungen ausführt.
  • Weiterhin ist ein der vorliegenden Erfindung gemäßer Zweiwege-Gleichspannungswandler ausgestattet mit einem zweiten Stromnachweisteil, das einen der beiden Stromwerte, entweder den zu der o. a. ersten Gleichspannungsleitung ausfließenden Strom oder den von der o. a. zweiten Gleichspannungsleitung einfließenden Strom, als zweiten Stromwert nachweist, wobei der o. a. Regler die Zeitspanne ab der Zeit, zu der der o. a. zweite Stromwert einen im Voraus festgelegten dritten Schwellenwert erreicht oder unterschritten hat, bis zu der Zeit, zu der er einen im Voraus festgelegten vierten Schwellenwert, der größer ist als der betreffende dritte Schwellenwert, erreicht oder überschritten hat, als o. a. Zustand mit geringer Last bestimmt und die o. a. Verarbeitung der Umschaltsteuerung mit Unterbrechungen ausführt.
  • Weiterhin ist ein der vorliegenden Erfindung gemäßer Zweiwege-Gleichspannungswandler ausgestattet mit einem Stromnachweisteil, das entweder ein Stromnachweisteil ist, das die jeweiligen Stromwerte des von der o. a. ersten Gleichspannungsleitung einfließenden Stroms und zu der o. a. ersten Gleichspannungsleitung ausfließenden Stroms nachweist, oder ein Stromnachweisteil ist, das die jeweiligen Stromwerte des von der o. a. zweiten Gleichspannungsleitung einfließenden Stroms und zu der o. a. zweiten Gleichspannungsleitung ausfließenden Stroms nachweist, wobei der o. a. Regler die Zeitspanne ab der Zeit, zu der die an dem o. a. einen Stromnachweisteil nachgewiesenen o. a. jeweiligen Stromwerte einen im Voraus festgelegten ersten Schwellenwert erreicht oder unterschritten haben, bis zu der Zeit, zu der sie einen im Voraus festgelegten zweiten Schwellenwert, der größer ist als der betreffende erste Schwellenwert, erreicht oder überschritten hat, als o. a. Zustand mit geringer Last bestimmt und die o. a. Verarbeitung der Umschaltsteuerung mit Unterbrechungen ausführt.
  • [Effekt der Erfindung]
  • Bei einem der vorliegenden Erfindung gemäßen Zweiwege-Gleichspannungswandler richtet zu der Zeit des Zustands mit geringer Last der Regler eine Zeitspanne des Stillstands ein, in der die Ausführung der Verarbeitung der Umschaltsteuerung gestoppt wird, und führt dann die Verarbeitung der Umschaltsteuerung mit Unterbrechungen aus, und außerhalb des Zustands mit geringer Last führt er die Verarbeitung der Umschaltsteuerung kontinuierlich aus. Folglich kann durch diesen Zweiwege-Gleichspannungswandler, anders als bei einem Aufbau, bei dem auch zu der Zeit des Zustands mit geringer Last auf die gleiche Art und Weise wie außerhalb des Zustands mit geringer Last die Verarbeitung der Umschaltsteuerung kontinuierlich ausgeführt wird, die Entstehung von Schaltverlusten in der Zeitspanne des Stillstands im Zustand mit geringer Last vermieden werden, wodurch die Schaltverluste im Zustand mit geringer Last reduziert werden können und im Ergebnis dessen kann die Effizienz des Zweiwege-Gleichspannungswandlers erhöht werden.
  • Weiterhin kann durch einen der vorliegenden Erfindung gemäßen Zweiwege-Gleichspannungswandler die Effizienz des Zweiwege-Gleichspannungswandlers noch mehr verbessert werden, weil der Regler in der Zeit, in der von der ersten Gleichspannungsleitung zu der zweiten Gleichspannungsleitung gerichtet Gleichstromenergie übertragen wird, in einem Zustand, in dem der Stromwert des Stroms in der Zeitspanne der Ausführung der Verarbeitung der Umschaltsteuerung im Modus eines unterbrochenen Betriebs auf einem im Voraus festgelegten Stromwert (z. B. der Stromwert, bei dem die Effizienz der Energiewandlung des Zweiwege-Gleichspannungswandlers zu der Zeit, zu der von der ersten Gleichspannungsleitung zu der zweiten Gleichspannungsleitung Gleichstromenergie übertragen wird, am besten ist) gehalten wird, das Verhältnis der Länge der Zeitspanne der Ausführung und der Zeitspanne des Stillstands so steuert, dass ein durchschnittlicher Stromwert des Stroms der Zeitspanne, die sich aus der Summe der Zeitspanne der Ausführung und der Zeitspanne des Stillstands ergibt, gesteuert wird.
  • Weiterhin kann durch einen der vorliegenden Erfindung gemäßen Zweiwege-Gleichspannungswandler die Effizienz des Zweiwege-Gleichspannungswandlers noch mehr verbessert werden, weil der Regler in der Zeit, in der von der zweiten Gleichspannungsleitung zu der ersten Gleichspannungsleitung gerichtet Gleichstromenergie übertragen wird, in einem Zustand, in dem der Stromwert des Stroms in der Zeitspanne der Ausführung der Verarbeitung der Umschaltsteuerung im Modus eines unterbrochenen Betriebs auf einem im Voraus festgelegten Stromwert (z. B. der Stromwert, bei dem die Effizienz der Energiewandlung des Zweiwege-Gleichspannungswandlers zu der Zeit, zu der von der zweiten Gleichspannungsleitung zu der ersten Gleichspannungsleitung Gleichstromenergie übertragen wird, am besten ist) gehalten wird, das Verhältnis der Länge der Zeitspanne der Ausführung und der Zeitspanne des Stillstands so steuert, dass ein durchschnittlicher Stromwert des Stroms der Zeitspanne, die sich aus der Summe der Zeitspanne der Ausführung und der Zeitspanne des Stillstands ergibt, gesteuert wird.
  • Weiterhin kann durch einen der vorliegenden Erfindung gemäßen Zweiwege-Gleichspannungswandler die Übertragung von Gleichstrom von der ersten Gleichspannungsleitung zu der zweiten Gleichspannungsleitung stabil ausgeführt werden, weil die Zeitspanne ab der Zeit, zu der der an dem ersten Stromnachweisteil nachgewiesene erste Stromwert den ersten Schwellenwert erreicht oder unterschritten hat, bis zu der Zeit, zu der er den zweiten Schwellenwert erreicht oder überschritten hat, als o. a. Zustand mit geringer Last bestimmt wird und der Regler die Verarbeitung der Umschaltsteuerung mit Unterbrechungen so ausführt, dass, auch wenn der erste Stromwert schwankend geringer wird und ansteigt, verlässlich vermieden werden kann, dass der Regler in einen so genannten Schwingungszustand verfällt, in dem er den Modus des gewöhnlichen Betriebs und den Modus des unterbrochenen Betriebs innerhalb eines kurzen Zeitraums wiederholt abwechselnd ausführt.
  • Weiterhin kann durch einen der vorliegenden Erfindung gemäßen Zweiwege-Gleichspannungswandler die Übertragung von Gleichstrom von der zweiten Gleichspannungsleitung zu der ersten Gleichspannungsleitung stabil ausgeführt werden, weil die Zeitspanne ab der Zeit, zu der der an dem zweiten Stromnachweisteil nachgewiesene zweite Stromwert den dritten Schwellenwert erreicht oder unterschritten hat, bis zu der Zeit, zu der er den vierten Schwellenwert erreicht oder überschritten hat, als o. a. Zustand mit geringer Last bestimmt wird und der Regler die Verarbeitung der Umschaltsteuerung mit Unterbrechungen so ausführt, dass, auch wenn der zweite Stromwert schwankend geringer wird und ansteigt, verlässlich vermieden werden kann, dass der Regler in einen so genannten Schwingungszustand verfällt, in dem er den Modus des gewöhnlichen Betriebs und den Modus des unterbrochenen Betriebs innerhalb eines kurzen Zeitraums wiederholt abwechselnd ausführt.
  • Weiterhin kann durch einen der vorliegenden Erfindung gemäßen Zweiwege-Gleichspannungswandler der Aufbau des Zweiwege-Gleichspannungswandlers vereinfacht werden und im Ergebnis dessen eine Reduzierung der Produktherstellungskosten erreicht werden, weil er ausgestattet mit einem Stromnachweisteil, das entweder ein Stromnachweisteil ist, das die jeweiligen Stromwerte des von der o. a. ersten Gleichspannungsleitung einfließenden Stroms und zu der o. a. ersten Gleichspannungsleitung ausfließenden Stroms nachweist, oder ein Stromnachweisteil ist, das die jeweiligen Stromwerte des von der o. a. zweiten Gleichspannungsleitung einfließenden Stroms und zu der o. a. zweiten Gleichspannungsleitung ausfließenden Stroms nachweist, und dieses eine Stromnachweisteil den in beide Richtungen (in Richtung des Aufladens und in Richtung des Entladens) fließenden Strom nachweist. Weiterhin kann durch diesen Zweiwege-Gleichspannungswandler der für die Einstellung der Schwellenwerte erforderliche Aufwand dadurch reduziert werden, dass als Schwellenwert für den in Richtung des Aufladens fließenden Strom und für den in Richtung des Entladens fließenden Strom ein gemeinsamer Wert verwendet wird.
  • [Einfache Erklärung der Zeichnungen]
  • [1] ist eine Zeichnung des Aufbaus des Zweiwege-Gleichspannungswandlers 1.
  • [2] ist eine Zeichnung des Aufbaus des Stromquellensystems 2, bei dem der Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 angewandt wird.
  • [3] ist eine Zeichnung der Wellenformen der jeweiligen Gate-Antriebssignale Sa bis Sd, S1 und S2 und dient der Erklärung des Betriebs des Zweiwege-Gleichspannungswandlers 1.
  • [4] ist ein Wellenformbild zur Erklärung des Betriebs des Aufladens im Modus eines unterbrochenen Betriebs des Zweiwege-Gleichspannungswandlers 1.
  • [5] ist ein Wellenformbild zur Erklärung des Betriebs des Entladens im Modus eines unterbrochenen Betriebs des Zweiwege-Gleichspannungswandlers 1.
  • [Formen der Ausführung der Erfindung]
  • Im Folgenden werden Formen der Ausführung eines Zweiwege-Gleichspannungswandlers unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen erklärt.
  • Der in 1 gezeigte Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 wird als ein Beispiel bei dem in 2 gezeigten Stromquellensystem 2 verwendet. Dieses Stromquellensystem 2 ist z. B., wie in derselben Zeichnung gezeigt, ausgestattet mit dem Zweiwege-Gleichspannungswandler 1, dem AC/DC-Wandler 3 und dem Kondensator 4, und basierend auf der von einer auf der Zeichnung nicht gezeigten kommerziellen Wechselstromquelle ausgegebenen Wechselspannung Vac1 wird die erste Gleichspannung V1 gebildet und zu der Last 5 ausgegeben. Die Last 5 kann z. B. ein mit Gleichspannung betriebenes elektronisches Gerät oder Gleichstrommotor sein, oder es kann auch ein anderer Kondensator sein.
  • Zunächst wird der Betrieb der einzelnen Aufbauelemente des Stromquellensystems 2 im Überblick unter Bezugnahme auf 1 und 2 erklärt.
  • Wenn bei dem Stromquellensystem 2 von einer in der Zeichnung nicht gezeigten kommerziellen Wechselstromquelle dem AC/DC-Wandler 3 eine innerhalb eines festgelegten Spannungswertbereiches liegende Wechselspannung Vac1 zugeführt wird, wandelt der AC/DC-Wandler 3 die eingegebene Wechselspannung Vac1 in die einen bestimmten Spannungswert (Norm-(Ziel-)Spannungswert V1ref der Hochdruckseite) aufweisende erste Gleichspannung V1 um (Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom) und gibt sie gleichzeitig über die ersten Gleichspannungsleitungen L1a und L1b (im Folgenden werden beide, wenn sie nicht besonders unterschieden werden müssen, „erste Gleichspannungsleitung L1” genannt) an die Last 5 aus. Weiterhin gibt der AC/DC-Wandler 3 diese erste Gleichspannung V1 an den Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 aus, bei dem die ersten Ein- und Ausgabeanschlüsse 11a und 11b (im Folgenden werden beide, wenn sie nicht besonders unterschieden werden müssen, „erster Ein- und Ausgabeanschluss 11” genannt) an die ersten Gleichspannungsleitungen L1a und L1b angeschlossen sind. Der Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 wandelt diese von dem ersten Ein- und Ausgabeanschluss 11 eingegebene erste Gleichspannung V1 so um (Umwandlung von Gleichstrom in Gleichstrom (DC DC)), dass die zweite Gleichspannung V2 gebildet wird, und gibt diese gleichzeitig von den zweiten Ein- und Ausgabeanschlüssen 12a und 12b (im Folgenden werden beide, wenn sie nicht besonders unterschieden werden müssen, „zweiter Ein- und Ausgabeanschluss 12” genannt) über die zweiten Gleichspannungsleitungen L2a und L2b (im Folgenden werden beide, wenn sie nicht besonders unterschieden werden müssen, „zweite Gleichspannungsleitung L2” genannt), an die die zweiten Ein- und Ausgabeanschlüsse 12a und 12b angeschlossen sind, an den Kondensator 4 aus, wodurch der Kondensator 4 auf einen bestimmten Spannungswert (Norm-(Ziel-)Spannungswert V2ref der Niederspannungsseite) aufgeladen wird (d. h. bei dem Kondensator 4 wird der Betrieb des Aufladens ausgeführt).
  • Wenn andererseits der Spannungswert der von der kommerziellen Wechselstromquelle dem AC/DC-Wandler 3 zugeführten Wechselspannung Vac1 unter den o. a. Spannungswertbereich fällt, fällt auch der Spannungswert der von dem AC/DC-Wandler 3 ausgegebenen ersten Gleichspannung V1 (d. h. es entsteht ein Zustand, in dem der Spannungswert der von dem AC/DC-Wandler 3 an die Last 5 ausgegebenen ersten Gleichspannung V1 den Normspannungswert V1ref nicht erreicht). Dabei wandelt der Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 die Gleichstromenergie, die über die zweite Gleichspannungsleitung L2 dem zweiten Ein- und Ausgabeanschluss 12 zugeführt und in dem Kondensator 4 akkumuliert ist (zweite Gleichspannung V2), um und gibt sie von dem ersten Ein- und Ausgabeanschluss 11 über die erste Gleichspannungsleitung L1 zu der Seite des AC/DC-Wandlers 3 (konkret Last 5) aus, wodurch der Spannungswert der ersten Gleichspannung V1 so ansteigen gelassen wird, dass er sich dem Normspannungswert V1ref nähert (d. h. bei dem Kondensator 4 wird der Betrieb des Entladens ausgeführt). Dadurch wird, auch wenn der Spannungswert der Wechselspannung Vac1 unter den o. a. Spannungswertbereich fällt, gegenüber der Last 5 die Ausgabe der ersten Gleichspannung V1 des Normspannungswertes V1ref fortgeführt.
  • Im Folgenden wird der Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 unter Bezugnahme auf 1 erklärt.
  • Zuerst wird der Aufbau des Zweiwege-Gleichspannungswandlers 1 erklärt. Der Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 ist ausgestattet mit dem ersten Ein- und Ausgabeanschluss 11, dem zweiten Ein- und Ausgabeanschluss 12, dem Transformator 13, dem ersten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 14, dem zweiten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 15, den Spannungsnachweisteilen 16 und 17, den Stromnachweisteilen 18 und 19 sowie dem Regler 20; er wird, wie oben beschrieben zwischen der ersten Gleichspannungsleitung L1 (Seite des AC/DC-Wandlers 3) und der zweiten Gleichspannungsleitung L2 (Seite des Kondensators 4) angeschlossen und überträgt zwischen der ersten Gleichspannungsleitung L1 und der zweiten Gleichspannungsleitung L2 in beide Richtungen Gleichstrom. Ferner kann bezüglich der Stromnachweisteile 18 und 19, wie nachfolgend beschrieben, ein Aufbau, bei dem nur eines von beiden verwendet wird, oder ein Aufbau, bei dem beide verwendet werden, angewandt werden.
  • Der Transformator 13 kann z. B. ausgestattet sein mit einer Primärspule 13a und einer Sekundärspule 13b, die voneinander elektrisch isoliert sind. Weiterhin ist an der Sekundärspule 13b ein Mittelabgriff installiert.
  • Der erste Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 14 ist ein spannungsgespeister Energiewandler und ist, wie in 1 gezeigt, zwischen dem AC/DC-Wandler 3 und der Primärspule 13a angeschlossen, konkret zwischen dem ersten Ein- und Ausgabeanschluss 11, an den der AC/DC-Wandler 3 und die Last 5 angeschlossen sind, und der Primärspule 13a. Weiterhin ist der erste Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 14 z. B. ausgestattet mit den im Vollbrückentyp angeschlossenen vier Schaltelementen (bei dem vorliegenden Beispiel n-Kanal-MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter Feldeffekttransistor)) 21, 22, 23 und 24 sowie dem Kondensator 25. In diesem Falle ist der Kondensator 25 zwischen den ersten Ein- und Ausgabeanschlüssen 11a und 11b angeschlossen.
  • Die Schaltelemente 21 und 22 werden dadurch seriell zueinander geschaltet, dass der Source-Anschluss des Schaltelementes 21 mit dem Drain-Anschluss des Schaltelementes 22 verbunden wird. Weiterhin wird die Serienschaltung der Schaltelemente 21 und 22 dadurch zwischen den ersten Ein- und Ausgabeanschlüssen 11a und 11b angeschlossen, dass der Drain-Anschluss des Schaltelementes 21 an den ersten Ein- und Ausgabeanschluss 11a angeschlossen wird und gleichzeitig der Source-Anschluss des Schaltelementes 22 an den ersten Ein- und Ausgabeanschluss 11b angeschlossen wird.
  • Auf die gleiche Art und Weise werden die Schaltelemente 23 und 24 dadurch seriell zueinander geschaltet, dass der Source-Anschluss des Schaltelementes 23 mit dem Drain-Anschluss des Schaltelementes 24 verbunden wird. Weiterhin wird die Serienschaltung der Schaltelemente 23 und 24 dadurch zwischen den ersten Ein- und Ausgabeanschlüssen 11a und 11b in einem mit der Serienschaltung der Schaltelemente 21 und 22 parallelen Zustand angeschlossen, dass der Drain-Anschluss des Schaltelementes 23 an den ersten Ein- und Ausgabeanschluss 11a angeschlossen wird und gleichzeitig der Source-Anschluss des Schaltelementes 24 an den ersten Ein- und Ausgabeanschluss 11b angeschlossen wird. Weiterhin wird an den Verbindungspunkt von Source-Anschluss des Schaltelementes 21 und Drain-Anschluss des Schaltelementes 22 der eine Rand der Primärspule 13a des Transistors 13 angeschlossen und an den Verbindungspunkt von Source-Anschluss des Schaltelementes 23 und Drain-Anschluss des Schaltelementes 24 der andere Rand der Primärspule 13a angeschlossen.
  • Der zweite Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 15 ist ein stromgespeister Energiewandler und ist, wie in 1 gezeigt, zwischen der Sekundärspule 13b und dem Kondensator 4 angeschlossen, konkret zwischen dem zweiten Ein- und Ausgabeanschluss 12, an den der Kondensator 4 angeschlossen ist, und der Sekundärspule 13b. Weiterhin ist der zweite Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 15 z. B. ausgestattet mit den über die zweite Spule 13b angeschlossenen zwei Schaltelementen (bei dem vorliegenden Beispiel n-Kanal-MOSFET) 31 und 32, dem Induktor 33 sowie dem Kondensator 34.
  • In diesem Falle sind die Schaltelemente 31 und 32 beide jeweils mit dem Source-Anschluss an den zweiten Ein- und Ausgabeanschluss 12b angeschlossen. Weiterhin ist das Schaltelement 31 mit seinem Drain-Anschluss an das eine Ende der Sekundärspule 13b angeschlossen und das Schaltelement 32 mit seinem Drain-Anschluss an das andere Ende der Sekundärspule 13b angeschlossen. Der Induktor 33 ist mit seinem einen Ende an den Mittelabgriff der Sekundärspule 13b angeschlossen und mit seinem anderen Ende an den zweiten Ein- und Ausgabeanschluss 12a angeschlossen. Der Kondensator 34 ist zwischen dem anderen Ende des Induktors 33 und dem zweiten Ein- und Ausgabeanschluss 12b angeschlossen.
  • Das Spannungsnachweisteil 16 ist zwischen den ersten Ein- und Ausgabeanschlüssen 11a und 11b angeschlossen; es weist den Spannungswert V1a der ersten Gleichspannung V1 nach und gibt ihn an den Regler 20 aus. Weiterhin ist das Spannungsnachweisteil 17 zwischen den zweiten Ein- und Ausgabeanschlüssen 12a und 12b angeschlossen; es weist den Spannungswert V2a der zweiten Gleichspannung V2 nach und gibt ihn an den Regler 20 aus.
  • Das Stromnachweisteil 18 ist z. B. bei dem Kondensator 25 zwischen dem Anschluss der Seite des ersten Ein- und Ausgabeanschlusses 11a und dem ersten Ein- und Ausgabeanschluss 11a installiert; es weist den Stromwert I1a des zwischen dem Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 und der ersten Gleichspannungsleitung L1 fließenden Stroms I1 nach und gibt ihn an den Regler 20 aus. In diesem Falle fungiert das Stromnachweisteil 18, wenn bei dem vorliegenden Beispiel der Stromwert (erster Entladestromwert) I1a des in 1 in Pfeilrichtung fließenden Stroms I1 (bei Entladebetrieb zu der ersten Gleichspannungsleitung L1 ausfließender erster Entladestrom) als zweiter Stromwert nachgewiesen wird, als zweites Stromnachweisteil, und wenn der Stromwert (erster Ladestromwert) I1a des in 1 entgegen der Pfeilrichtung fließenden Stroms I1 (bei Ladebetrieb von der ersten Gleichspannungsleitung L1 einfließender erster Ladestrom) als erster Stromwert nachgewiesen wird, fungiert es als erstes Stromnachweisteil.
  • Weiterhin ist das Stromnachweisteil 19 z. B. zwischen dem anderen Ende des Induktors 33 und dem zweiten Ein- und Ausgabeanschluss 12a installiert; es weist den Stromwert I2a des zwischen dem Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 und der zweiten Gleichspannungsleitung L2 fließenden Stroms I2 nach und gibt ihn an den Regler 20 aus. In diesem Falle fungiert das Stromnachweisteil 19, wenn bei dem vorliegenden Beispiel der Stromwert (zweiter Ladestromwert) I2a des in 1 in Pfeilrichtung fließenden Stroms I2 (bei Ladebetrieb zu der zweiten Gleichspannungsleitung L2 ausfließender zweiter Ladestrom) als erster Stromwert nachgewiesen wird, als erstes Stromnachweisteil, und wenn der Stromwert (zweiter Entladestromwert) I2a des in 1 entgegen der Pfeilrichtung fließenden Stroms I2 (bei Entladebetrieb von der zweiten Gleichspannungsleitung L2 einfließender zweiter Entladestrom) als erster Stromwert nachgewiesen wird, fungiert es als erstes Stromnachweisteil.
  • Der Regler 20 wird z. B. unter Verwendung eines DSP (Digitaler Signalprozessor) aufgebaut und führt bei dem ersten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 14 und dem zweiten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 15 die Verarbeitung einer Umschaltsteuerung aus, indem basierend auf dem an dem Spannungsnachweisteil 16 nachgewiesenen Spannungswert V1a der ersten Gleichspannung V1, dem an dem Spannungsnachweisteil 17 nachgewiesenen Spannungswert V2a der zweiten Gleichspannung V2 sowie entweder dem an dem Stromnachweisteil 18 nachgewiesenen Stromwert (erster Entladestromwert oder erster Ladestromwert) I1a des Stroms I1 oder dem an dem Stromnachweisteil 19 nachgewiesenen Stromwert (zweiter Entladestromwert oder zweiter Ladestromwert) I2a des Stroms I2 gegenüber den den ersten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 14 bildenden vier Schaltelementen 21, 22, 23 und 24 die Gate-Antriebssignale Sa, Sb, Sc und Sd, und gegenüber den den zweiten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 15 bildenden zwei Schaltelementen 31 und 32 die Gate-Antriebssignale S1 und S1 mittels PWM-Verfahren (z. B. PWM-Verfahren, bei dem die Pulsbreite (relative Einschaltdauer) verändert wird, während die Frequenz mit mehreren Dutzend kHz konstant gehalten wird) gebildet und ausgegeben werden.
  • Ferner kann bei einem solchen Aufbau, bei dem die Stromnachweisteile 18 und 19 die Stromwerte des in beide Richtungen fließenden Stroms (Ladestrom und Entladestrom) nachweisen (Aufbau, bei dem sie als erstes Stromnachweisteil und als zweites Stromnachweisteil fungieren), wenn der Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 mit einem der beiden Stromnachweisteile 18 und 19 ausgestattet ist, der Regler 20 basierend auf dem Stromwert des durch dieses eine Stromnachweisteil nachgewiesenen Stroms (Ladestrom und Entladestrom) die Verarbeitung der Umschaltsteuerung bei dem ersten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 14 und dem zweiten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 15 ausführen. D. h. bei einem nur mit dem Stromnachweisteil 18 ausgestatteten Aufbau führt der Regler 20 die Verarbeitung der Umschaltsteuerung basierend auf dem Stromwert (erster Entladestromwert oder erster Ladestromwert) I1a aus und bei einem nur mit dem Stromnachweisteil 19 ausgestatteten Aufbau führt er die Verarbeitung der Umschaltsteuerung basierend auf dem Stromwert (zweiter Entladestromwert oder zweiter Ladestromwert) I2a aus.
  • Bezüglich der Bildung der jeweiligen Gate-Antriebssignale Sa bis Sd bildet bei dem vorliegenden Beispiel, z. B. wie in 3 gezeigt, der Regler 20 die Gate-Antriebssignale Sa und Sb mit 180° unterschiedlicher Phase mittels PWM-Verfahren und gibt gleichzeitig das Gate-Antriebssignal Sa an den Gate-Anschluss des Schaltelementes 21 und das Gate-Antriebssignal Sa als Gate-Antriebssignal Sd an den Gate-Anschluss des Schaltelementes 24 aus. Weiterhin gibt der Regler 20 das Gate-Antriebssignal Sb an den Gate-Anschluss des Schaltelementes 22 und das Gate-Antriebssignal Sb als Gate-Antriebssignal Sc an den Gate-Anschluss des Schaltelementes 23 aus. In diesem Falle bildet der Regler 20 die Gate-Antriebssignale Sa und Sb so, dass die AN-Zeitspannen sich nicht gegenseitig überlappen, damit nicht alle Schaltelemente 21 bis 24 gleichzeitig den AN-Zustand annehmen. Andererseits bildet der Regler 20 bezüglich der Bildung der jeweiligen Gate-Antriebssignale S1 und S2 z. B. ein Signal, indem das Gate-Antriebssignal Sb umgekehrt wird, und gibt es als Gate-Antriebssignal S1 an den Gate-Anschluss des Schaltelementes 31 aus und bildet gleichzeitig ein Signal, indem das Gate-Antriebssignal Sa umgekehrt wird, und gibt es als Gate-Antriebssignal S2 an den Gate-Anschluss des Schaltelementes 32 aus. Durch diesen Aufbau bildet der Regler 20 die Gate-Antriebssignale S1 und S2 so, dass sich die AN-Zeitspannen teilweise gegenseitig überlappen.
  • Weiterhin ist bekannt, dass bei dem Konverter als Ganzem, einschließlich dieses Zweiwege-Gleichspannungswandlers 1, entsprechend dem Stromwert des Ausgabestroms die Effizienz der Energiewandlung sich dadurch verändert, dass z. B. die Verluste durch die Spulen des Transformators, die Verluste durch die Schaltelemente und die Verluste durch das Schaltmuster sich verändern, und weiterhin ist bekannt, dass es bei jedem einzelnen Konverter einen Stromwert des Ausgabestroms gibt, bei dem die Effizienz der Energiewandlung am besten ist. Auch bei diesem Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 gibt es einen Wert (Optimalwert) bezüglich des Stromwertes I2a des Stroms I2, bei dem bei der Übertragung des Gleichstroms von der ersten Gleichspannungsleitung L1 zu der zweiten Gleichspannungsleitung L2 (bei dem vorliegenden Beispiel beim Laden) die Effizienz der Energiewandlung am besten ist, und einen Wert (Optimalwert) bezüglich des Stromwertes I1a des Stroms I1, bei dem bei der Übertragung des Gleichstroms von der zweiten Gleichspannungsleitung L2 zu der ersten Gleichspannungsleitung L1 (bei dem vorliegenden Beispiel beim Entladen) die Effizienz der Energiewandlung am besten ist, und diese Optimalwerte können durch Tests und Simulationen im Voraus erhalten werden.
  • Auch bei diesem Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 werden, wenn die Steuerung basierend auf dem von dem Stromnachweisteil 19 nachgewiesenen Stromwert I2a durchgeführt wird, der Optimalwert (z. B. 4 A) bezüglich des Stromwertes (zweiter Ladestromwert) I2a des Stroms I2 beim Laden und der Optimalwert (z. B. 3,8 A) bezüglich des Stromwertes (zweiter Entladestromwert) I2a des Stroms I2 beim Entladen im Voraus erhalten und die jeweiligen Optimalwerte werden als im Voraus festgelegte Stromwerte bezüglich des Stroms I2 in dem Regler 20 gespeichert. Weiterhin werden, wenn die Steuerung basierend auf dem von dem Stromnachweisteil 18 nachgewiesenen Stromwert I1a durchgeführt wird, der Optimalwert (z. B. 1 A) bezüglich des Stromwertes (erster Ladestromwert) I1a des Stroms I1 beim Laden und der Optimalwert (z. B. 1 A) bezüglich des Stromwertes (erster Entladestromwert) I1a des Stroms I1 beim Entladen im Voraus erhalten und die jeweiligen Optimalwerte werden als im Voraus festgelegte Stromwerte bezüglich des Stroms I1 in dem Regler 20 gespeichert.
  • Im Folgenden wird die Funktionsweise des Zweiwege-Gleichspannungswandlers 1 bei dem Stromquellensystem 2 erklärt.
  • Bei dem Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 werden dadurch, dass der Regler 20 im Modus des gewöhnlichen Betriebes mit einem wie in 3 gezeigten Timing die jeweiligen Gate-Antriebssignale Sa, Sb, Sc und Sd kontinuierlich bildet und zu den jeweiligen Schaltelementen 21, 22, 23 und 24 des ersten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandlers 14 ausgibt und gleichzeitig die jeweiligen Gate-Antriebssignale S1 und S2 kontinuierlich bildet und zu den jeweiligen Schaltelementen 31 und 32 des zweiten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandlers 15 ausgibt, die übereinstimmenden Gate-Antriebssignale Sa, Sb, Sc, Sd, S1 und S2 synchronisiert und die jeweiligen Schaltelemente 21, 22, 23, 24, 31 und 32 kontinuierlich zum An- und Abschalten angetrieben. Wenn in diesem Zustand von der ersten Gleichspannungsleitung L1 (AC/DC-Wandler 3) in Richtung (Richtung des Ladens) der zweiten Gleichspannungsleitung L2 (Kondensator 4) Gleichstromenergie übertragen wird, fungiert der Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 als spannungsgespeister Gleichspannungswandler. Wenn andererseits von der zweiten Gleichspannungsleitung L2 (Kondensator 4) in Richtung der ersten Gleichspannungsleitung L1 (AC/DC-Wandler 3) (Richtung des Entladens) Gleichstromenergie übertragen wird, fungiert der Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 als stromgespeister Gleichspannungswandler.
  • Wenn bei dem Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 die von der ersten Gleichspannungsleitung L1 (AC/DC-Wandler 3) in Richtung der zweiten Gleichspannungsleitung L2 (Kondensator 4) übertragene Gleichstromenergie erhöht wird (wenn von dem Zustand des Entladebetriebs zu dem Zustand des Ladebetriebs übergegangen wird und wenn in dem Zustand des Ladebetriebs die zu der zweiten Gleichspannungsleitung L2 übertragene Gleichstromenergie erhöht wird), führt der Regler 20, wie im unteren Bild von 4 gezeigt, eine Verarbeitung der Umschaltsteuerung aus, durch die die Pulsbreite der jeweiligen Gate-Antriebssignale Sa, Sb, Sc und Sd erweitert wird (Erhöhung der relativen Einschaltdauer) (Verarbeitung einer Umschaltsteuerung, durch die bezüglich der jeweiligen Gate-Antriebssignale S1 und S2 der Zustand der Überlappung der AN-Zeitspannen reduziert wird).
  • Konkret führen bei dem ersten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 14 die jeweiligen Schaltelemente 21, 22, 23 und 24 einen Umschaltbetrieb aus, bei dem die erste Gleichspannung V1 von dem AC/DC-Wandler 3 umgeschaltet und in die Wechselspannung Vac2 umgewandelt wird und währenddessen zwischen die Windungen der Primärspule 13a ausgegeben wird, und bei dem zweiten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 15 führen die jeweiligen Schaltelemente 31 und 32 einen Betrieb der Gleichrichtung aus, bei dem die jeweiligen Bodydioden 31a und 32a allesamt als Gleichrichtungselemente fungieren und die Wechselspannung Vac3, die zwischen den Windungen der Sekundärspule 13b dadurch entsteht, dass die Wechselspannung Vac2 zwischen die Windungen der Primärspule 13a ausgegeben wird, gleichgerichtet und in die zweite Gleichspannung V2 umgewandelt wird und währenddessen zu dem Kondensator 4 ausgegeben wird. D. h. der Regler 20 führt beim Ladebetrieb des Zweiwege-Gleichspannungswandlers 1 kontinuierlich die Verarbeitung einer Umschaltsteuerung aus, durch die bei dem ersten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 14 ein Umschaltbetrieb ausgeführt wird, bei dem die erste Gleichspannung V1 umgeschaltet und in die Wechselspannung Vac2 umgewandelt wird und gleichzeitig zwischen die Windungen der Primärspule 13a ausgegeben wird, und bei dem zweiten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 15 ein Betrieb der Gleichrichtung ausgeführt wird, bei dem die Wechselspannung Vac3 gleichgerichtet und in die zweite Gleichspannung V2 umgewandelt wird und gleichzeitig zu dem Kondensator 4 ausgegeben wird.
  • Bei diesem Ladebetrieb bestimmt der Regler 20 den Zielstromwert des Stroms I2, der erforderlich ist, damit der von dem Spannungsnachweisteil 17 nachgewiesene Spannungswert der zweiten Gleichspannung V2 sich dem Normspannungswert V2ref nähert, und steuert die relative Einschaltdauer der jeweiligen Gate-Antriebssignale Sa, Sb, Sc und Sd so, dass der von dem Stromnachweisteil 19 nachgewiesene Stromwert (zweiter Ladestromwert) I2a des Stroms I2 sich diesem Zielstromwert annähert. Dabei ist der Zielstromwert des Stroms I2 auf einen Wert unterhalb oder gleich einem bestimmten Stromwert (Stromwert des entsprechend dem Kondensator 4 festzulegenden Ladestroms) beschränkt. Folglich wird, wenn das Ladeniveau des Kondensators 4 niedrig ist, der Kondensator 4 mit einem bestimmten Strom geladen, weil die zweite Gleichspannung V2 niedriger ist als der Normspannungswert V2ref. Ferner bestimmt der Regler 20 in dem Falle, dass die Steuerung basierend auf dem von dem Stromnachweisteil 18 ausgegebenen Stromwert (erster Ladestromwert) I1a ausgeführt wird, den Zielstromwert des Stroms I1, der erforderlich ist, damit der von dem Spannungsnachweisteil 17 nachgewiesene Spannungswert V2a der zweiten Gleichspannung V2 sich dem Normspannungswert V2ref nähert, und steuert die relative Einschaltdauer der jeweiligen Gate-Antriebssignale Sa, Sb, Sc und Sd so, dass der von dem Stromnachweisteil 18 nachgewiesene Stromwert (erster Ladestromwert) I1a sich diesem Zielstromwert annähert.
  • Wenn andererseits bei dem Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 die von der zweiten Gleichspannungsleitung L2 (Kondensator 4) in Richtung der ersten Gleichspannungsleitung L1 (Last 5) übertragene Gleichstromenergie ansteigt (wenn von dem Zustand des Ladebetriebs zu dem Zustand des Entladebetriebs übergegangen wird und wenn in dem Zustand des Entladebetriebs die zu der ersten Gleichspannungsleitung L1 übertragene Gleichstromenergie erhöht wird), führt der Regler 20, wie in 5 unten gezeigt, die Verarbeitung einer Umschaltsteuerung aus, durch die die Pulsbreite der jeweiligen Gate-Antriebssignale S1 und S2 so vergrößert wird (Erhöhung der relativen Einschaltdauer), dass der Zustand der Überlappung der AN-Zeitspannen der jeweiligen Gate-Antriebssignale S1 und S2 vergrößert wird.
  • Konkret führen bei dem zweiten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 15 die jeweiligen Schaltelemente 31 und 32 einen Umschaltbetrieb aus, bei dem die von dem Kondensator 4 kommende zweite Gleichspannung V2 umgeschaltet wird, wodurch an der Sekundärspule 13b der Wechselstrom Iac1 erzeugt wird, und bei dem ersten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 14 führen die jeweiligen Schaltelemente 21 bis 24 einen Betrieb der Gleichrichtung aus, bei dem die jeweiligen Bodydioden 21a, 22a, 23a und 24a allesamt als Gleichrichtungselemente fungieren und der Wechselstrom Iac1, der an der Primärspule 13a dadurch entsteht, dass an der Sekundärspule 13b der Wechselstrom Iac1 erzeugt wird, gleichgerichtet und zu dem Kondensator 25 ausgegeben wird (Kondensator 25 wird geladen), wodurch, während in die erste Gleichspannung V1 umgewandelt wird, zu der ersten Gleichspannungsleitung L1 (konkret zu der an die erste Gleichspannungsleitung L1 angeschlossenen Last 5) ausgegeben wird. D. h. der Regler 20 führt beim Entladebetrieb des Zweiwege-Gleichspannungswandlers 1 kontinuierlich die Verarbeitung einer Umschaltsteuerung aus, durch die bei dem zweiten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 15 ein Umschaltbetrieb ausgeführt wird, bei dem die zweite Gleichspannung V2 umgeschaltet und an der Sekundärspule 13b der Wechselstrom Iac1 erzeugt wird, und bei dem ersten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 14 ein Betrieb der Gleichrichtung ausgeführt wird, bei dem der an der Primärspule 13a erzeugte Wechselstrom Iac2 gleichgerichtet wird, wodurch die erste Gleichspannung V1 entsteht und an die Last 5 ausgegeben wird.
  • Bei diesem Entladebetrieb werden die jeweiligen Schaltelemente 31 und 32 durch die Gate-Antriebssignale S1 und S2 in dem oben beschriebenen Zustand der Überlappung der AN-Zeitspannen (in 3 mittels durchgehender Linie gezeigte Signale) angetrieben. Daher wird, wenn sich die jeweiligen Schaltelemente 31 und 32 gleichzeitig im AN-Zustand befinden, an dem Induktor 33 Strom (Energie) akkumuliert und anschließend, wenn zu einem Zustand übergegangen wurde, in dem sich nur noch eines der beiden Schaltelemente 31 und 32 im AN-Zustand befindet, wird der an diesem Induktor 33 akkumulierte Gleichstrom (Energie) über die Sekundärspule 13b der Seite der Primärspule 13a zugeführt. Dadurch wird an der Primärspule 13a der Wechselstrom Iac2 erzeugt. Der Regler 20 bestimmt den Zielstromwert des Stroms I2, der erforderlich ist, damit der von dem Spannungsnachweisteil 16 nachgewiesene Spannungswert V1a der ersten Gleichspannung V1 sich dem Normspannungswert V1ref nähert, und führt eine Steuerung aus, durch die die relative Einschaltdauer der jeweiligen Gate-Antriebssignale S1 und S2 so verändert wird, dass der von dem Stromnachweisteil 19 nachgewiesene Stromwert (zweiter Entladestromwert) I2a des Stroms I2 sich diesem Zielstromwert so annähert, dass der Überlappungszustand der AN-Zeitspannen der jeweiligen Gate-Antriebssignale S1 und S2 reguliert wird. Dadurch wird der Spannungswert der der Last 5 zugeführten ersten Gleichspannung V1 auf dem Normspannungswert V1ref gehalten. Ferner bestimmt der Regler 20 in dem Falle, dass die Steuerung basierend auf dem von dem Stromnachweisteil 18 nachgewiesenen Stromwert (erster Entladestromwert) I1a ausgeführt wird, den Zielstromwert des Stroms I1, der erforderlich ist, damit der von dem Spannungsnachweisteil 16 nachgewiesene Spannungswert V1a der ersten Gleichspannung V1 sich dem Normspannungswert V1ref nähert, und führt eine Steuerung aus, durch die die relative Einschaltdauer der jeweiligen Gate-Antriebssignale S1 und S2 so verändert wird, dass der von dem Stromnachweisteil 18 nachgewiesene Stromwert (erster Entladestromwert) I1a sich diesem Zielstromwert so annähert, dass der Überlappungszustand der AN-Zeitspannen der jeweiligen Gate-Antriebssignale S1 und S2 reguliert wird.
  • Andererseits wird, wenn im Ladebetrieb die Spannung des Kondensators 4 den Normspannungswert V2ref erreicht hat, der an dem Stromnachweisteil 19 nachgewiesene Stromwert (zweiter Ladestromwert) I2a des Stroms I2 gesenkt. Weiterhin wird, wenn im Entladebetrieb die Last 5 gering geworden ist, der an dem Stromnachweisteil 19 nachgewiesene Stromwert (zweiter Entladestromwert) I2a des Stroms I2 gesenkt. In diesem Falle geht der Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 vom o. a. Modus des gewöhnlichen Betriebs in den Modus des unterbrochenen Betriebs über. Im Folgenden wird dieser Modus des unterbrochenen Betriebs erklärt.
  • Zunächst wird der Betrieb zu der Zeit erklärt, zu der im Ladezustand der Stromwert (zweiter Ladestromwert) I2a des Stroms I2 gesenkt wurde. In diesem Falle beurteilt der Regler 20 in der Zeitspanne ab der Zeit, zu der der Stromwert (zweiter Ladestromwert) I2a des Stroms I2 gesunken ist und einen im Voraus festgelegten ersten Schwellenwert Ith1 (z. B. 1 A) erreicht oder unterschritten hat, bis zu der Zeit, zu der der Stromwert (zweiter Ladestromwert) I2a des Stroms I2 danach angestiegen ist und einen im Voraus festgelegten zweiten Schwellenwert Ith2 (z. B. 2 A), der größer ist als der betreffende erste Schwellenwert Ith1, erreicht oder überschritten hat, dass der Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 sich in einem Zustand mit geringer Last (Zustand, in dem der Ladestrom gering ist) befindet und geht in den Modus des unterbrochenen Betriebs über, in dem die o. a. Verarbeitung der Umschaltsteuerung mit Unterbrechungen ausgeführt wird. Wenn ferner die Steuerung basierend auf dem an dem Stromnachweisteil 18 nachgewiesenen Stromwert (erster Ladestromwert) I1a des Stroms I1 durchgeführt wird, werden gegenüber dem Stromwert (erster Ladestromwert) I1a des Stroms I1 im Ladebetrieb der erste Schwellenwert Ith1 und der zweite Schwellenwert Ith2 festgelegt.
  • In dem Modus des unterbrochenen Betriebs während dieses Ladebetriebs sieht der Regler 20, anders als im Modus des gewöhnlichen Betriebs, in dem die Verarbeitung der Umschaltsteuerung kontinuierlich ausgeführt wird, wie in der oberen Zeichnung von 4 gezeigt, zwischen den jeweiligen Zeitspannen (Zeitspannen der Ausführung) T1, in denen die Verarbeitung der Umschaltsteuerung ausgeführt wird, eine Zeitspanne (Zeitspanne des Stillstands) T2 vor, in der die Verarbeitung der Umschaltsteuerung gestoppt wird, und dadurch, dass die Schaltverluste der aus der Summe der Zeitspanne (Zeitspanne der Ausführung) T1 und der Zeitspanne (Zeitspanne des Stillstands) T2 bestehenden gesamten Zeitspanne reduziert werden, wird die Effizienz des Zweiwege-Gleichspannungswandlers 1 beim Laden erhöht.
  • Dadurch, dass in diesem Falle der Regler 20 das Verhältnis der Länge der Zeitspanne T1 und der Zeitspanne T2 steuert, während er den Stromwert I2a des Stroms I2 in der Zeitspanne T1 auf einem im Voraus gespeicherten Stromwert (Optimalwert beim Laden; in diesem Beispiel 4 A) hält, steuert er den durchschnittlichen Stromwert des Stroms I2 während der Zeitspanne, die sich aus der Summe der Zeitspanne T1 und der Zeitspanne T2 ergibt. Hierbei steuert der Regler 20, wenn der Zielstromwert des Stroms I2, der erforderlich ist, um den Spannungswert der zweiten Gleichspannung V2 in der Nähe des Normspannungswertes V2ref zu halten, auf 0,4 A festgelegt wurde, dadurch, dass das Verhältnis der Länge der Zeitspanne T1 und der Zeitspanne T2 auf 1:9 reguliert wird, den durchschnittlichen Stromwert des Stroms I2 der Zeitspanne, die sich aus der Summe der Zeitspanne T1 und der Zeitspanne T2 ergibt, auf 0,4 A (= 4 A/10). Andererseits steuert der Regler 20, wenn der Zielstromwert dieses Stroms I2 auf 0,8 A festgelegt wurde, dadurch, dass das Verhältnis der Länge der Zeitspanne T1 und der Zeitspanne T2 auf 1:4 festgelegt wird, den durchschnittlichen Stromwert des Stroms I2 der Zeitspanne, die sich aus der Summe der Zeitspanne T1 und der Zeitspanne T2 ergibt, auf 0,8 A (= 4 A/5). Wenn ferner die Steuerung basierend auf dem an dem Stromnachweisteil 18 nachgewiesenen Stromwert (erster Ladestromwert) I1a des Stroms I1 durchgeführt wird, wird die Steuerung so durchgeführt, dass der Stromwert (erster Ladestromwert) I1a in der Zeitspanne T1 den Optimalwert beim Laden (z. B. 1 A) annimmt.
  • Auf diese Art und Weise arbeitet dieser Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 in der Zeitspanne T1 im Modus des unterbrochenen Betriebs innerhalb des Ladebetriebs in einem Zustand, in dem der Stromwert (zweiter Ladestromwert) I2a des Stroms I2 auf dem Stromwert (4 A) gehalten wird, bei dem die Effizienz der Energiewandlung des Zweiwege-Gleichspannungswandlers 1 am besten wird, und überträgt Gleichstromenergie von der ersten Gleichspannungsleitung L1 in Richtung der zweiten Gleichspannungsleitung L2. Im Ergebnis dessen wird die Effizienz des Zweiwege-Gleichspannungswandlers 1 im Modus des unterbrochenen Betriebs innerhalb des Ladebetriebs noch mehr erhöht.
  • Im Folgenden wird der Betrieb erklärt, wenn im Entladebetrieb der Stromwert (zweiter Entladestromwert) I2a des Stroms I2 reduziert wurde. In diesem Falle beurteilt der Regler 20 für die Zeitspanne ab dem Zeitpunkt, zu dem der Stromwert (zweiter Entladestromwert) I2a des Stroms I2 so weit gesunken ist, dass er den im Voraus festgelegten dritten Schwellenwert Ith3 (z. B. 0,8 A) erreicht oder unterschritten hat, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem danach der Stromwert (zweiter Entladestromwert) I2a des Stroms I2 so weit gestiegen ist, dass er den im Voraus größer als dieser dritte Schwellenwert Ith3 festgelegten vierten Schwellenwert Ith4 (z. B. 1,8 A) erreicht oder überschritten hat, dass der Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 sich im Zustand geringer Last (Zustand, in dem der Entladestrom gering ist) befindet und führt den o. a. Modus des unterbrochenen Betriebs aus, in dem die Verarbeitung der Umschaltsteuerung mit Unterbrechungen ausgeführt wird. Wenn ferner die Steuerung basierend auf dem an dem Stromnachweisteil 18 nachgewiesenen Stromwert (erster Entladestromwert) I1a des Stroms I1 durchgeführt wird, werden im Entladebetrieb der dritte Schwellenwert Ith3 und der vierte Schwellenwert Ith4 gegenüber dem Stromwert (erster Entladestromwert) I1a des Stroms I1 eingestellt.
  • Bei diesem Modus des unterbrochenen Betriebs während des Entladebetriebs wird die Effizienz des Zweiwege-Gleichspannungswandlers 1 während des Entladens dadurch erhöht, dass der Regler 20 ebenso wie im Modus des unterbrochenen Betriebs während des Ladebetriebs, wie im oberen Bild von 5 gezeigt, zwischen den jeweiligen Zeitspannen (Zeitspanne der Ausführung) T1, in denen die Verarbeitung einer Umschaltsteuerung ausgeführt wird, eine Zeitspanne (Zeitspanne des Stillstands) T2, in der die Verarbeitung der Umschaltsteuerung gestoppt wird, vorsieht und die Schaltverluste für die gesamte Zeitspanne, die sich aus der Summe der Zeitspanne (Zeitspanne der Ausführung) T1 und der Zeitspanne (Zeitspanne des Stillstands) T2 ergibt, reduziert.
  • In diesem Falle steuert der Regler 20 den durchschnittlichen Stromwert des Stroms I2 während der Zeitspanne, die sich aus der Summe der Zeitspanne T1 und der Zeitspanne T2 ergibt, indem er das Verhältnis der Länge der Zeitspanne T1 und der Zeitspanne T2 steuert, während er den Stromwert I2a des Stroms I2 in der Zeitspanne T1 auf einem im Voraus gespeicherten Stromwert (Optimalwert beim Entladen; in diesem Beispiel 3,8 A) hält. Hierbei steuert der Regler 20, wenn der Zielstromwert des Stroms I2 bestimmt wurde, der notwendig ist, um den Spannungswert der ersten Gleichspannung V1 nahe dem Normspannungswert V1ref zu halten, dadurch, dass ebenso wie bei der Steuerung im Modus des unterbrochenen Betriebs während des Ladebetriebs das Verhältnis der Länge der Zeitspanne T1 und der Zeitspanne T2 reguliert wird, den durchschnittlichen Stromwert des Stroms I2 der Zeitspanne, die sich aus der Summe der Zeitspanne T1 und der Zeitspanne T2 ergibt, so, dass er den Zielstromwert annimmt. Wenn ferner die Steuerung basierend auf dem an dem Stromnachweisteil 18 nachgewiesenen Stromwert (erster Entladestromwert) I1a des Stroms I1 durchgeführt wird, wird die Steuerung so durchgeführt, dass der Stromwert (erster Entladestromwert) I1a in der Zeitspanne T1 den Optimalwert beim Entladen (z. B. 1 A) annimmt.
  • Auf diese Art und Weise wird Gleichstromenergie von der zweiten Gleichspannungsleitung L2 in Richtung der ersten Gleichspannungsleitung L1 übertragen, während dieser Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 in der Zeitspanne T1 des Modus des unterbrochenen Betriebs während des Entladebetriebs in einem Zustand arbeitet, in dem der Stromwert (zweiter Entladestromwert) I2a des Stroms I2 auf dem Stromwert gehalten wird, bei dem die Effizienz der Energiewandlung des Zweiwege-Gleichspannungswandlers 1 am besten ist. Im Ergebnis dessen wird die Effizienz des Zweiwege-Gleichspannungswandlers 1 im Modus des unterbrochenen Betriebs während des Entladebetriebs noch mehr erhöht.
  • Wie oben beschrieben sieht bei diesem Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 der Regler 20, wenn der Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 sich im Zustand einer geringen Last befindet (Zustand, in dem der zu der zweiten Gleichspannungsleitung L2 ausfließende Strom oder der von der zweiten Gleichspannungsleitung L2 einfließende Strom gering ist, und Zustand, in dem der zu der ersten Gleichspannungsleitung L1 ausfließende Strom oder der von der ersten Gleichspannungsleitung L1 einfließende Strom gering ist (Zustand, in dem der Strom reduziert ist)), wie in 4 und 5 gezeigt eine Zeitspanne (Zeitspanne des Stillstands) T2 vor, in der die Ausführung der o. a. Verarbeitung der Umschaltsteuerung gestoppt wird, und führt die Verarbeitung der Umschaltsteuerung mit Unterbrechungen aus. Folglich kann, anders als bei einem Aufbau, bei dem auch im Zustand einer geringen Last auf die gleiche Art und Weise wie außerhalb des Zustands einer geringen Last die Verarbeitung der Umschaltsteuerung kontinuierlich ausgeführt wird, das Entstehen von Schaltverlusten in der Zeitspanne des Stillstands während des Zustands einer geringen Last vermieden werden und dadurch können Schaltverluste während des Zustands einer geringen Last so reduziert werden, dass die Effizienz des Zweiwege-Gleichspannungswandlers 1 ausreichend erhöht werden kann.
  • Weiterhin steuert bei diesem Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 der Regler 20 in der Zeitspanne T1 des Modus des unterbrochenen Betriebs während des Ladebetriebs, wenn die Steuerung basierend auf dem an dem Stromnachweisteil 19 als erster Stromwert nachgewiesenen Stromwert (zweiter Ladestromwert) I2a des zu der zweiten Gleichspannungsleitung L2 ausfließenden Stroms I2 durchgeführt wird, den durchschnittlichen Stromwert des Stroms I2 in der Zeitspanne, die sich aus der Summe der Zeitspanne T1 und der Zeitspanne T2 ergibt, indem er in dem Zustand, in dem der Stromwert (zweiter Ladestromwert) I2a des Stroms I2 auf dem Stromwert (4 A) gehalten wird, bei dem die Effizienz der Energieumwandlung des Zweiwege-Gleichspannungswandlers 1 während des Ladebetriebs am besten wird, die jeweiligen Schaltelemente 21, 22, 23, 24 usw. antreibt, während das Verhältnis der Länge der Zeitspanne T1 und der Zeitspanne T2 gesteuert wird. Weiterhin steuert der Regler 20 in der Zeitspanne T1 im Modus des unterbrochenen Betriebs während des Ladebetriebs, wenn die Steuerung basierend auf dem an dem Stromnachweisteil 18 als erster Stromwert nachgewiesenen Stromwert (erster Ladestromwert) I1a des von der ersten Gleichspannungsleitung L1 einfließenden Stroms I1 durchgeführt wird, in dem Zustand, in dem der Stromwert (erster Ladestromwert) I1a in der Zeitspanne T1 auf dem Optimalwert beim Laden (z. B. 1 A) gehalten wird, den durchschnittlichen Stromwert des Stroms I1 in der Zeitspanne, die sich aus der Summe der Zeitspanne T1 und der Zeitspanne T2 ergibt. Folglich kann durch diesen Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 die Effizienz des Zweiwege-Gleichspannungswandlers 1 noch mehr erhöht werden.
  • Weiterhin steuert bei diesem Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 der Regler 20 in der Zeitspanne T1 des Modus des unterbrochenen Betriebs während des Entladebetriebs, wenn die Steuerung basierend auf dem an dem Stromnachweisteil 19 als zweiter Stromwert nachgewiesenen Stromwert (zweiter Entladestromwert) I2a des von der zweiten Gleichspannungsleitung L2 einfließenden Stroms I2 durchgeführt wird, den durchschnittlichen Stromwert des Stroms I2 in der Zeitspanne, die sich aus der Summe der Zeitspanne T1 und der Zeitspanne T2 ergibt, indem er in dem Zustand, in dem der Stromwert (zweiter Entladestromwert) I2a des Stroms I2 auf dem Stromwert (3,8 A) gehalten wird, bei dem die Effizienz der Energieumwandlung des Zweiwege-Gleichspannungswandlers 1 während des Entladebetriebs am besten wird, die jeweiligen Schaltelemente 31, 32 usw. antreibt, während das Verhältnis der Länge der Zeitspanne T1 und der Zeitspanne T2 gesteuert wird. Weiterhin steuert der Regler 20 in der Zeitspanne T1 im Modus des unterbrochenen Betriebs während des Entladebetriebs, wenn die Steuerung basierend auf dem an dem Stromnachweisteil 18 als zweiter Stromwert nachgewiesenen Stromwert (erster Entladestromwert) I1a des zu der ersten Gleichspannungslinie L1 ausfließenden Stroms I1 durchgeführt wird, in dem Zustand, in dem der Stromwert (erster Entladestromwert) I1a in der Zeitspanne T1 auf dem Optimalwert beim Laden (z. B. 1 A) gehalten wird, den durchschnittlichen Stromwert des Stroms I1 in der Zeitspanne, die sich aus der Summe der Zeitspanne T1 und der Zeitspanne T2 ergibt. Folglich kann durch diesen Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 die Effizienz des Zweiwege-Gleichspannungswandlers 1 noch mehr erhöht werden.
  • Weiterhin bestimmt bei diesem Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 der Regler 20 während des Ladebetriebs, wenn die Steuerung basierend auf dem an dem Stromnachweisteil 19 als erster Stromwert nachgewiesenen Stromwert (zweiter Ladestromwert) I2a des zu der zweiten Gleichspannungsleitung L2 ausfließenden Stroms I2 durchgeführt wird, die Zeitspanne ab dem Zeitpunkt, zu dem dieser Stromwert I2a den gegenüber dem Stromwert I2a festgelegten ersten Schwellenwert Ith1 erreicht oder unterschritten hat, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem er den zweiten Schwellenwert Ith2, der größer ist als der erste Schwellenwert Ith1, erreicht oder überschritten hat, als Zustand geringer Last und geht in den Modus des unterbrochenen Betriebs über (Verarbeitung der Umschaltsteuerung wird mit Unterbrechungen ausgeführt). Weiterhin bestimmt der Regler 20 während des Ladebetriebs, wenn die Steuerung basierend auf dem an dem Stromnachweisteil 18 als erster Stromwert nachgewiesenen Stromwert (erster Ladestromwert) I1a des von der ersten Gleichspannungsleitung L1 einfließenden Stroms I1 durchgeführt wird, die Zeitspanne ab dem Zeitpunkt, zu dem dieser Stromwert I1a den gegenüber dem Stromwert I1a festgelegten ersten Schwellenwert Ith1 erreicht oder unterschritten hat, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem er den zweiten Schwellenwert Ith2, der größer ist als der erste Schwellenwert Ith1, erreicht oder überschritten hat, als Zustand geringer Last und geht in den Modus des unterbrochenen Betriebs über (Verarbeitung der Umschaltsteuerung wird mit Unterbrechungen ausgeführt). Folglich kann durch diesen Zweiwege-Gleichspannungswandler 1, anders als bei einem Aufbau, bei dem der Übergang in den Modus des unterbrochenen Betriebs basierend auf einem Schwellenwert durchgeführt wird, auch wenn der Stromwert I2a des Stroms I2 während des Ladebetriebs schwankend sinkt und ansteigt (wenn die Steuerung basierend auf dem Stromwert I1a ausgeführt wird, auch in dem Falle, dass der Stromwert I1a des Stroms I1 im Ladebetrieb schwankend sinkt und ansteigt), verlässlich verhindert werden, dass der Regler 20 in einen so genannten Schwingungszustand gerät, in dem er den Modus des gewöhnlichen Betriebs und den Modus des unterbrochenen Betriebs innerhalb eines kurzen Zeitraums abwechselnd wiederholt so ausführt, dass die Übertragung der Gleichstromenergie von der ersten Gleichspannungsleitung L1 in Richtung der zweiten Gleichspannungsleitung L2 stabil ausgeführt werden kann.
  • Weiterhin bestimmt bei diesem Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 der Regler 20 während des Entladebetriebs, wenn die Steuerung basierend auf dem an dem Stromnachweisteil 19 als zweiter Stromwert nachgewiesenen Stromwert (zweiter Entladestromwert) I2a des von der zweiten Gleichspannungsleitung L2 einfließenden Stroms I2 durchgeführt wird, die Zeitspanne ab dem Zeitpunkt, zu dem dieser Stromwert I2a den gegenüber dem Stromwert I2a festgelegten dritten Schwellenwert Ith3 erreicht oder unterschritten hat, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem er den vierten Schwellenwert Ith4, der größer ist als der dritte Schwellenwert Ith3, erreicht oder überschritten hat, als Zustand geringer Last und geht in den Modus des unterbrochenen Betriebs über (Verarbeitung der Umschaltsteuerung wird mit Unterbrechungen ausgeführt). Weiterhin bestimmt der Regler 20 während des Entladebetriebs, wenn die Steuerung basierend auf dem an dem Stromnachweisteil 18 als zweiter Stromwert nachgewiesenen Stromwert (erster Entladestromwert) I1a des zu der ersten Gleichspannungsleitung L1 ausfließenden Stroms I1 durchgeführt wird, die Zeitspanne ab dem Zeitpunkt, zu dem dieser Stromwert I1a den gegenüber dem Stromwert I1a festgelegten dritten Schwellenwert Ith3 erreicht oder unterschritten hat, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem er den vierten Schwellenwert Ith4, der größer ist als der dritte Schwellenwert Ith3, erreicht oder überschritten hat, als Zustand geringer Last und geht in den Modus des unterbrochenen Betriebs über (Verarbeitung der Umschaltsteuerung wird mit Unterbrechungen ausgeführt). Folglich kann durch diesen Zweiwege-Gleichspannungswandler 1, anders als bei einem Aufbau, bei dem der Übergang in den Modus des unterbrochenen Betriebs basierend auf einem Schwellenwert durchgeführt wird, auch wenn der Stromwert I2a des Stroms I2 während des Entladebetriebs schwankend sinkt und ansteigt (wenn die Steuerung basierend auf dem Stromwert I1a ausgeführt wird, auch in dem Falle, dass der Stromwert I1a des Stroms I1 im Entladebetrieb schwankend sinkt und ansteigt), verlässlich verhindert werden, dass der Regler 20 in einen so genannten Schwingungszustand gerät, in dem er den Modus des gewöhnlichen Betriebs und den Modus des unterbrochenen Betriebs innerhalb eines kurzen Zeitraums abwechselnd wiederholt so ausführt, dass die Übertragung der Gleichstromenergie von der zweiten Gleichspannungsleitung L2 in Richtung der ersten Gleichspannungsleitung L1 stabil ausgeführt werden kann.
  • Ferner besteht in dem Falle, dass die durch die Anwendung eines Aufbaus, bei dem in den Modus des unterbrochenen Betriebs übergegangen wird, erreichte Steigerung der Effizienz ausreichend ist, keine Beschränkung auf einen Aufbau, bei dem der Stromwert I2a des Stroms I2 (oder des Stromwerts I1a des Stroms I1) in der Zeitspanne T1 des Modus des unterbrochenen Betriebs während des Ladebetriebs auf den Stromwert festgelegt wird, bei dem die Effizienz der Energieumwandlung des Zweiwege-Gleichspannungswandlers 1 am besten ist, und der Stromwert I2a des Stroms I2 (oder des Stromwerts I1a des Stroms I1) in der Zeitspanne T1 des Modus des unterbrochenen Betriebs während des Entladebetriebs auf den Stromwert festgelegt wird, bei dem die Effizienz der Energieumwandlung des Zweiwege-Gleichspannungswandlers 1 am besten ist, sondern es kann auch ein Aufbau angewandt werden, bei dem der Stromwert I2a des Stroms I2 in der Zeitspanne T1 und der Stromwert I1a des Stroms I1 in der Zeitspanne T1 auf einen beliebigen Stromwert festgelegt wird, der nicht der Stromwert sein muss, bei dem die Effizienz der Energieumwandlung am besten ist (z. B. ein beliebiger Stromwert in einem Bereich, in dem die gewünschte Effizienz erreicht werden kann).
  • Weiterhin wird bei dem o. a. Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 der zweite Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 15 aus den Schaltelementen 31 und 32 aufgebaut, aber es ist auch möglich, bei dem Transformator 13 nur eine Sekundärspule 13b vorzusehen und den zweiten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 15 ebenso wie den ersten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler 14 als Vollbrückentyp aufzubauen, was allerdings in der Zeichnung nicht gezeigt wird. Weiterhin wird ein Aufbau angewandt, bei dem die jeweiligen Gate-Antriebssignale Sa bis Sd sowie die jeweiligen Gate-Antriebssignale S1 und S2 gegenüber den jeweiligen Schaltelementen 21 bis 24 sowie den jeweiligen Schaltelementen 31 und 32 des ersten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandlers 14 sowie des zweiten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandlers 15 mittels PWM-Verfahren gebildet und ausgegeben werden, aber es kann auch ein Aufbau angewandt werden, bei dem sie mittels PFM-Verfahren gebildet werden, was allerdings auf der Zeichnung nicht dargestellt ist.
  • Weiterhin werden für die jeweiligen Schaltelemente 21 bis 24, 31 und 32 MOSFETs verwendet, aber es können auch Bipolartransistoren verwendet werden, bei denen die Bodydioden parallel geschaltet wurden, oder auch eine Verwendung von IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) ist möglich.
  • Weiterhin wird bei dem o. a. Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 nur ein Stromnachweisteil vorgesehen, entweder das Stromnachweisteil 18 oder das Stromnachweisteil 19, und bei einem mit dem Stromnachweisteil 18 ausgestatteten Aufbau fungiert das Stromnachweisteil 18 während des Ladebetriebs als erstes Stromnachweisteil und weist den Stromwert (zweiter Ladestromwert) I2a des zu der zweiten Gleichspannungsleitung L2 ausfließenden Stroms I2 als ersten Stromwert nach, und fungiert weiterhin während des Entladebetriebs als zweites Stromnachweisteil und weist den Stromwert (zweiter Entladestromwert) I2a des von der zweiten Gleichspannungsleitung L2 einfließenden Stroms I2 als zweiten Stromwert nach, und andererseits fungiert bei einem mit dem Stromnachweisteil 19 ausgestatteten Aufbau das Stromnachweisteil 19 während des Ladebetriebs als erstes Stromnachweisteil und weist den Stromwert (erster Ladestromwert) I1a des von der ersten Gleichspannungsleitung L1 einfließenden Stroms I1 als ersten Stromwert nach, und fungiert weiterhin während des Entladebetriebs als zweites Stromnachweisteil und weist den Stromwert (erster Entladestromwert) I1a des zu der ersten Gleichspannungsleitung L1 ausfließenden Stroms I1 als zweiten Stromwert nach, aber es kann auch ein Aufbau angewandt werden, bei dem sowohl das Stromnachweisteil 18 als auch das Stromnachweisteil 19 vorgesehen werden.
  • Wenn in diesem Falle das Stromnachweisteil 19 im Ladebetrieb als erstes Stromnachweisteil fungiert und den Stromwert (zweiter Ladestromwert) I2a des zu der zweiten Gleichspannungsleitung L2 ausfließenden Stroms I2 als ersten Stromwert nachweist, fungiert das Stromnachweisteil 18 im Entladebetrieb als zweites Stromnachweisteil und weist den Stromwert (erster Entladestromwert) I1a des zu der ersten Gleichspannungsleitung L1 ausfließenden Stroms I1 als zweiten Stromwert nach. Weiterhin vergleicht bei diesem Aufbau der Regler 20 im Ladebetrieb den als ersten Stromwert nachgewiesenen Stromwert I2a mit den gegenüber diesem Stromwert I2a festgelegten ersten Schwellenwert Ith1 und zweiten Schwellenwert Ith2 und beurteilt, ob ein Zustand mit geringer Last vorliegt oder nicht, und vergleicht im Entladebetrieb den als zweiten Stromwert nachgewiesenen Stromwert I1a mit den gegenüber diesem Stromwert I1a festgelegten dritten Schwellenwert Ith3 und vierten Schwellenwert Ith4 und beurteilt, ob ein Zustand mit geringer Last vorliegt oder nicht. Wenn andererseits das Stromnachweisteil 19 im Entladebetrieb als zweites Stromnachweisteil fungiert und den Stromwert (zweiter Entladestromwert) I2a des von der zweiten Gleichspannungsleitung L2 einfließenden Stroms I2 als zweiten Stromwert nachweist, fungiert das Stromnachweisteil 18 im Ladebetrieb als erstes Stromnachweisteil und weist den Stromwert (erster Entladestromwert) I1a des von der ersten Gleichspannungsleitung L1 einfließenden Stroms I1 als ersten Stromwert nach. Weiterhin vergleicht hierbei der Regler 20 im Ladebetrieb den als ersten Stromwert nachgewiesenen Stromwert I1a mit dem gegenüber diesem Stromwert I1a festgelegten ersten Schwellenwert Ith1 und zweiten Schwellenwert Ith2 und beurteilt, ob ein Zustand mit geringer Last vorliegt oder nicht, und vergleicht im Entladebetrieb den als zweiten Stromwert nachgewiesenen Stromwert I2a mit dem gegenüber diesem Stromwert I2a festgelegten dritten Schwellenwert Ith3 und vierten Schwellenwert Ith4 und beurteilt, ob ein Zustand mit geringer Last vorliegt oder nicht.
  • Weiterhin ist bei einem Aufbau, bei dem der Stromwert (erster Stromwert) I2a des Stroms I2 während des Ladebetriebs und der Stromwert (zweiter Stromwert) I2a während des Entladebetriebs fast ohne Schwankungen sinkt und steigt, und bei einem Aufbau, bei dem der Stromwert (erster Stromwert) I1a des Stroms I1 während des Ladebetriebs und der Stromwert (zweiter Stromwert) I1a während des Entladebetriebs fast ohne Schwankungen sinkt und steigt, die Wahrscheinlichkeit in den o. a. Schwingungszustand zu verfallen gering, auch wenn ein Aufbau angewandt wird, bei dem basierend auf einem Schwellenwert in den Modus des unterbrochenen Betriebs übergegangen wird und von dem Modus des unterbrochenen Betriebs in den Modus des gewöhnlichen Betriebs übergegangen wird. Daher kann in diesem Falle der Übergang zwischen dem Modus des gewöhnlichen Betriebs und dem Modus des unterbrochenen Betriebs während des Ladebetriebs basierend auf dem o. a. ersten Schwellenwert Ith1 und während des Entladebetriebs basierend auf dem dritten Schwellenwert Ith3 durchgeführt werden. D. h. es kann ein Aufbau angewandt werden, bei dem, wenn während des Ladebetriebs der erste Schwellenwert Ith1 erreicht oder unterschritten wird, in den Modus des unterbrochenen Betriebs übergegangen wird, und wenn der erste Schwellenwert Ith1 überschritten wird, in den Modus des gewöhnlichen Betriebs übergegangen wird. Weiterhin kann ein Aufbau angewandt werden, bei dem, wenn während des Entladebetriebs der dritte Schwellenwert Ith3 erreicht oder unterschritten wird, in den Modus des unterbrochenen Betriebs übergegangen wird, und wenn der dritte Schwellenwert Ith3 überschritten wird, in den Modus des gewöhnlichen Betriebs übergegangen wird.
  • Weiterhin wird bei dem o. a. Zweiwege-Gleichspannungswandler 1 ein Aufbau angewandt, bei dem bei den beiden Betriebsarten Ladebetrieb und Entladebetrieb eine Steuerung durchgeführt wird, durch die gegenüber den jeweiligen Schaltelementen 21 bis 24 des ersten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandlers 14 und den jeweiligen Schaltelementen 31 und 32 des zweiten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandlers 15 ein Umschaltbetrieb ausgeführt wird, aber es kann auch ein Aufbau angewandt werden, bei dem während des Ladebetriebs nur bei den jeweiligen Schaltelementen 21 bis 24 des ersten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandlers 14 ein Umschaltbetrieb ausgeführt wird und die jeweiligen Schaltelemente 31 und 32 des zweiten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandlers 15 im AUS-Zustand gehalten werden, und während des Entladebetriebs nur bei den jeweiligen Schaltelementen 31 und 32 des zweiten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandlers 15 ein Umschaltbetrieb ausgeführt wird und die jeweiligen Schaltelemente 21 bis 24 des ersten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandlers 14 im AUS-Zustand gehalten werden. Auch bei diesem Aufbau ist die Übertragung der Gleichstromenergie von der ersten Gleichspannungsleitung L1 in Richtung der zweiten Gleichspannungsleitung L2 und die Übertragung der Gleichstromenergie von der zweiten Gleichspannungsleitung L2 in Richtung der ersten Gleichspannungsleitung L1, d. h. die Übertragung von Gleichstromenergie in beide Richtungen möglich, und dadurch, dass, wenn der o. a. Strom I2 (bzw. der Strom I1) gering geworden ist (wenn er so weit gesunken ist, dass er den Schwellenwert erreicht oder unterschritten hat), von dem Modus des gewöhnlichen Betriebs in den Modus des unterbrochenen Betriebs übergegangen wird, kann die Effizienz des Konverters erhöht werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Zweiwege-Gleichspannungswandler
    3
    AC/DC-Wandler
    4
    Kondensator
    13
    Transformator
    13a
    Primärspule
    13b
    Sekundärspule
    14
    erster Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler
    15
    zweiter Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler
    18
    Stromnachweisteil
    19
    Regler
    I2
    Strom
    Ith1
    erster Schwellenwert
    Ith2
    zweiter Schwellenwert
    L1
    erste Gleichspannungsleitung
    L2
    zweite Gleichspannungsleitung
    V1
    erste Gleichspannung
    V2
    zweite Gleichspannung

Claims (4)

  1. Zweiwege-Gleichspannungswandler, der ein Zweiwege-Gleichspannungswandler ist, der zwischen einer ersten Gleichspannungsleitung und einer zweiten Gleichspannungsleitung angeschlossen ist und zwischen der betreffenden ersten Gleichspannungsleitung und der betreffenden zweiten Gleichspannungsleitung in beide Richtungen Gleichstromenergie überträgt, und der ausgestattet ist mit einem eine Primärspule und eine Sekundärspule aufweisenden Transformator, einem ersten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler, der zwischen der o. a. ersten Gleichspannungsleitung und der o. a. Primärspule angeordnet ist, einem zweiten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler, der zwischen der o. a. Sekundärspule und der o. a. zweiten Gleichspannungsleitung angeordnet ist, und einem Regler, der die Verarbeitung einer Umschaltsteuerung ausführt, durch die, wenn von der o. a. ersten Gleichspannungsleitung zu der o. a. zweiten Gleichspannungsleitung die o. a. Gleichstromenergie übertragen wird, bei dem o. a. ersten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler ein Betrieb des Umschaltens ausführen gelassen wird, bei dem die Gleichspannung von der o. a. ersten Gleichspannungsleitung zwischen die o. a. Primärspulenwindungen ausgegeben wird, während sie umgeschaltet und in Wechselspannung umgewandelt wird, und gleichzeitig bei dem o. a. zweiten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler ein Betrieb des Gleichrichtens ausführen gelassen wird, bei dem die Wechselspannung, die zwischen den o. a. Sekundärspulenwindungen dadurch entsteht, dass zwischen die betreffenden Primärspulenwindungen die betreffende Wechselspannung ausgegeben wird, zu der o. a. zweiten Gleichspannungsleitung ausgegeben wird, während sie gleichgerichtet und in Gleichspannung umgewandelt wird, und wenn von der o. a. zweiten Gleichspannungsleitung zu der o. a. ersten Gleichspannungsleitung die o. a. Gleichstromenergie übertragen wird, bei dem o. a. zweiten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler ein Betrieb des Umschaltens ausführen gelassen wird, bei dem die Gleichspannung von der o. a. zweiten Gleichspannungsleitung umgeschaltet wird und an der o. a. Sekundärspule Wechselstrom entstehen gelassen wird, und gleichzeitig bei dem o. a. ersten Gleichstrom-Wechselstrom-Wandler ein Betrieb des Gleichrichtens ausführen gelassen wird, bei dem dadurch, dass der Wechselstrom, der an der o. a. Primärspule dadurch entsteht, dass an der betreffenden Sekundärspule der o. a. Wechselstrom entstehen gelassen wird, gleichgerichtet wird, eine Gleichspannung gebildet wird und zu der betreffenden ersten Gleichspannungsleitung ausgegeben wird, wobei der o. a. Regler, wenn von den Stromflüssen einfließender Strom von der o. a. ersten Gleichspannungsleitung, ausfließender Strom zu der o. a. ersten Gleichspannungsleitung, einfließender Strom von der o. a. zweiten Gleichspannungsleitung und ausfließender Strom zu der o. a. zweiten Gleichspannungsleitung mindestens einer gesunken ist und ein Zustand mit geringer Last entstanden ist, in den Modus eines unterbrochenen Betriebs übergeht, wobei er eine Zeitspanne des Stillstands einrichtet, in der die Ausführung der o. a. Verarbeitung einer Umschaltsteuerung gestoppt wird, und dann die betreffende Verarbeitung einer Umschaltsteuerung mit Unterbrechungen ausführt, und gleichzeitig das Verhältnis der jeweiligen Längen der betreffenden Zeitspanne der Ausführung und der o. a. Zeitspanne des Stillstands so steuert, dass der durchschnittliche Stromwert des betreffenden einen Stromflusses in der Zeitspanne, die sich aus der Summe der betreffenden Zeitspanne der Ausführung und der betreffenden Zeitspanne des Stillstands ergibt, gesteuert wird, während der Stromwert des o. a. einen Stromflusses in der Zeitspanne der Ausführung der betreffenden Verarbeitung einer Umschaltsteuerung auf einem im Voraus festgelegten Stromwert gehalten wird.
  2. Zweiwege-Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 1, der ausgestattet ist mit einem ersten Stromnachweisteil, das einen der beiden Stromwerte, entweder den von der o. a. ersten Gleichspannungsleitung einfließenden Strom oder den zu der o. a. zweiten Gleichspannungsleitung ausfließenden Strom, als ersten Stromwert nachweist, wobei der o. a. Regler die Zeitspanne ab der Zeit, zu der der o. a. erste Stromwert einen im Voraus festgelegten ersten Schwellenwert erreicht oder unterschritten hat, bis zu der Zeit, zu der er einen im Voraus festgelegten zweiten Schwellenwert, der größer ist als der betreffende erste Schwellenwert, erreicht oder überschritten hat, als o. a. Zustand mit geringer Last bestimmt und die o. a. Verarbeitung der Umschaltsteuerung mit Unterbrechungen ausführt.
  3. Zweiwege-Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 1 oder 2, der ausgestattet ist mit einem zweiten Stromnachweisteil, das einen der beiden Stromwerte, entweder den zu der o. a. ersten Gleichspannungsleitung ausfließenden Strom oder den von der o. a. zweiten Gleichspannungsleitung einfließenden Strom, als zweiten Stromwert nachweist, wobei der o. a. Regler die Zeitspanne ab der Zeit, zu der der o. a. zweite Stromwert einen im Voraus festgelegten dritten Schwellenwert erreicht oder unterschritten hat, bis zu der Zeit, zu der er einen im Voraus festgelegten vierten Schwellenwert, der größer ist als der betreffende dritte Schwellenwert, erreicht oder überschritten hat, als o. a. Zustand mit geringer Last bestimmt und die o. a. Verarbeitung der Umschaltsteuerung mit Unterbrechungen ausführt.
  4. Zweiwege-Gleichspannungswandler gemäß Anspruch 1, der ausgestattet ist mit einem Stromnachweisteil, das entweder ein Stromnachweisteil ist, das die jeweiligen Stromwerte des von der o. a. ersten Gleichspannungsleitung einfließenden Stroms und zu der o. a. ersten Gleichspannungsleitung ausfließenden Stroms nachweist, oder ein Stromnachweisteil ist, das die jeweiligen Stromwerte des von der o. a. zweiten Gleichspannungsleitung einfließenden Stroms und zu der o. a. zweiten Gleichspannungsleitung ausfließenden Stroms nachweist, wobei der o. a. Regler die Zeitspanne ab der Zeit, zu der die an dem o. a. einen Stromnachweisteil nachgewiesenen o. a. jeweiligen Stromwerte einen im Voraus festgelegten ersten Schwellenwert erreicht oder unterschritten haben, bis zu der Zeit, zu der sie einen im Voraus festgelegten zweiten Schwellenwert, der größer ist als der betreffende erste Schwellenwert, erreicht oder überschritten haben, als o. a. Zustand mit geringer Last bestimmt und die o. a. Verarbeitung der Umschaltsteuerung mit Unterbrechungen ausführt.
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