DE102014116371B4 - Leistungswandlungsvorrichtung und Leistungskorrekturverfahren - Google Patents

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Abstract

Leistungskorrekturverfahren zur Korrektur übertragener Leistung, die zwischen einer primärseitiger Schaltung (20) und einer sekundärseitigen Schaltung (30) übertragen wird, die mit der primärseitigen Schaltung (20) über eine Drossel verbunden ist und magnetisch mit der primärseitigen Schaltung (20) über einen Transformator gekoppelt ist, und in Übereinstimmung mit einer Phasendifferenz der Schaltaktion der primärseitigen Schaltung (20) und der Schaltaktion der sekundärseitigen Schaltung (30) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst:Schalten durch Einschalten eines ersten Transistors und eines zweiten Transistors, die mit einer negativen Elektrodenbusleitung der primärseitigen Schaltung (20) verbunden sind;Anlegen einer vorgegebenen Spannung zwischen einer positiven Elektrodenbusleitung und einer negativen Elektrodenbusleitung der sekundärseitigen Schaltung (30);Schalten durch Einschalten eines dritten Transistors, der mit der positiven Elektrodenbusleitung der sekundärseitigen Schaltung (30) verbunden ist; und eines vierten Transistors, der mit dem dritten Transistor über eine Drossel verbunden ist und mit der negativen Elektrodenbusleitung der sekundärseitigen Schaltung (30);Messen der Verzögerungszeit seit dem Einschalten des dritten Transistors und des vierten Transistors, bis der Strom beginnt, im ersten Transistor und im zweiten Transistor zu fließen;Messen der Steilheit des im ersten Transistor und im zweiten Transistor fließenden Stroms; undKorrigieren der übertragenen Leistung gemäß eines gemessenen Wertes der Steilheit und eines gemessenen Wertes der Verzögerungszeit.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Leistungswandlungsvorrichtung und ein Leistungskorrekturverfahren.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Eine Leistungswandlungsvorrichtung, die die zwischen einer primärseitigen Umwandlungsschaltung und einer magnetisch mit dieser gekoppelten sekundärseitigen Umwandlungsschaltung über einen Transformator durch Änderung eines Phasenunterschieds zwischen der Schaltung der primärseitigen Umwandlungsschaltung und der Schaltung der sekundärseitigen Umwandlungsschaltung übertragene Leistung einstellt, ist bekannt (siehe beispielsweise die Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-193713 ( JP 2011-193713 A ) oder die US 2011/0198933 A1 ). Weiterer technologischer Hintergrund ist aus der US 2012/0020120 A1 , der JP 2009278766 A ,der US 2012/0299503 A1 , der US 2009/0284235 A1 und der US 6952093 B1 bekannt.
  • Weil oft eine Abweichung bei der Schaltungskonstante eines magnetischen Elements, wie einem Transformator, und dem Schaltzeitpunkt der Umwandlungsschaltung, wie der primärseitigen Umwandlungsschaltung, auftritt, ist es jedoch schwierig, nahe bei einem gewünschten Wert der übertragenen Leistung zu sein.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Deshalb ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Leistungsübertragung mit hoher Genauigkeit auszuführen.
  • Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, besteht ein Aspekt der Erfindung in einem Leistungskorrekturverfahren zur Korrektur übertragener Leistung, die zwischen einer primärseitigen Schaltung und einer sekundärseitigen Schaltung übertragen wird, die mit der primärseitigen Schaltung über eine Drossel verbunden ist und magnetisch mit der primärseitigen Schaltung über einen Transformator gekoppelt ist, und in Übereinstimmung mit einer Phasendifferenz zwischen der Schaltaktion der primärseitigen Schaltung und der Schaltaktion der sekundärseitigen Schaltung eingestellt wird, und einschließt: Schalten durch Einschalten eines ersten Transistors und eines zweiten Transistors, die mit einer negativen Elektrodenbusleitung der primärseitigen Schaltung verbunden sind; Anlegen einer vorgegebenen Spannung zwischen einer positiven Elektrodenbusleitung und einer negativen Elektrodenbusleitung der sekundärseitigen Schaltung; Schalten durch Einschalten eines dritten Transistors, der mit der positiven Elektrodenbusleitung der sekundärseitigen Schaltung verbunden ist und eines vierten Transistors, der mit dem dritten Transistor über eine Drossel verbunden ist und mit der negativen Elektrodenbusleitung der sekundärseitigen Schaltung; Messen der Verzögerungszeit seit dem Einschalten des dritten Transistors und des vierten Transistors, bis der Strom beginnt, im ersten Transistor und im zweiten Transistor zu fließen; Messen der Steilheit des im ersten Transistor und im zweiten Transistor fließenden Stroms; und Korrigieren der übertragenen Leistung gemäß eines gemessenen Wertes der Steilheit und eines gemessenen Wertes der Verzögerungszeit.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist es möglich, die Leistungsübertragung mit großer Genauigkeit auszuführen.
  • Figurenliste
  • Merkmale, Vorteile und technische und gewerbliche Besonderheiten beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden unten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente kennzeichnen, und wobei:
    • 1 ein Schaltbild ist, das ein Beispiel einer Anordnung einer Leistungswandlungsvorrichtung zeigt;
    • 2 eine Darstellung ist, die ein Beispiel der Gestaltung einer Steuereinheit zeigt;
    • 3 eine Zeittafel ist, die ein Beispiel der Schaltaktionen einer primärseitigen Schaltung und einer sekundärseitigen Schaltung zeigt;
    • 4 ein Schaltbild ist, das ein Beispiel eines Leistungskorrekturverfahrens zeigt; und
    • 5 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines Leistungskorrekturverfahrens zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • <Gestaltung einer Leistungsversorgungsvorrichtung 101>
  • Die 1 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel einer Anordnung einer Leistungsversorgungsvorrichtung 101 zeigt, die als eine Ausführungsform einer Leistungswandlungsvorrichtung dient. Beispielsweise ist die Leistungsversorgungsvorrichtung 101 ein Leistungsversorgungssystem, das eine Leistungsversorgungsschaltung 10, eine Steuereinheit 50 und eine Sensoreinheit 70 einschließt. Beispielsweise ist die Leistungsversorgungsvorrichtung 100 ein System, das auf einem Fahrzeug, wie einem Automobil, angebracht ist und Leistung an verschiedene Lasten des Fahrzeugs abgibt. Ein Hybridfahrzeug, ein Hybridfahrzeug mit Steckverbindung, ein Elektrofahrzeug, und so weiter, können als spezielle Beispiele dieses Fahrzeugs genannt werden.
  • Beispielsweise schließt die Leistungsversorgungsvorrichtung 101 als primärseitige Anschlüsse einen ersten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a ein, mit dem eine einem primärseitigen Hochspannungssystem zugeordnete Last 61a verbunden ist, und einen zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60c, mit dem eine einem primärseitigen Niederspannungssystem zugeordnete Last 61c verbunden ist und eine dem primärseitigen Niederspannungssystem zugeordnete Leistungsversorgung 62c. Die dem primärseitigen Niederspannungssystem zugeordnete Leistungsversorgung 62c versorgt die dem primärseitigen Niederspannungssystem zugeordnete Last 61c mit Leistung, was durch ein Spannungssystem (beispielsweise ein 12V-System) geschieht, das mit der dem primärseitigen Niederspannungssystem zugeordneten Leistungsversorgung 62c identisch ist. Außerdem versorgt die dem primärseitigen Niederspannungssystem zugeordnete Leistungsversorgung 62c durch eine in der Leistungsversorgungsschaltung 10 vorgesehene primärseitige Umwandlungsschaltung 20 die dem primärseitigen Hochspannungssystem zugeordnete Last 61a mit erhöhter Leistung, was durch ein zu dem primärseitigen Niederspannungssystem zugeordneten Leistungsversorgung 62c unterschiedliches Spannungssystem (beispielsweise ein höheres 48V-Spammumgssystem als das 12V-Spannungssystem) geschieht. Eine Sekundärbatterie, wie eine Bleibatterie, kann als spezielles Beispiel für eine dem primärseitigen Niederspannungssystem zugeordnete Leistungsversorgung 62c benannt werden.
  • Beispielsweise schließt die Leistungsversorgungsvorrichtung 101 als sekundärseitige Anschlüsse einen dritten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60b ein, mit dem eine dem sekundärseitigen Hochspannungssystem zugeordnete Last 61b und eine dem sekundärseitigen Hochspannungssystem zugeordnete Leistungsversorgung 62b verbunden sind, und einen vierten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60d, mit dem eine dem sekundärseitigen Niederspannungssystem zugeordnete Last 61d verbunden ist. Die dem sekundärseitigen Hochspannungssystem zugeordnete Leistungsversorgung 62b versorgt die dem sekundärseitigen Hochspannungssystem zugeordnete Last 61b mit Leistung, was durch ein Spannungssystem (beispielsweise ein 288V-System höher als das 12V-System und das 48V-System) geschieht, das mit der dem sekundärseitigen Hochspannungssystem zugeordneten Leistungsversorgung 62b identisch ist. Außerdem versorgt die dem sekundärseitigen Hochspannungssystem zugeordnete Leistungsversorgung 62b durch eine in der Leistungsversorgungsschaltung 10 vorgesehene sekundärseitige Umwandlungsschaltung 30 die dem sekundärseitigen Niederspannungssystem zugeordnete Last 61d mit abgesenkter Leistung, was durch ein zu dem sekundärseitigen Hochspannungssystem zugeordneten Leistungsversorgung 62b unterschiedliches Spannungssystem (beispielsweise ein niedrigeres 72V-Spammumgssystem als das 288V-Spannungssystem) geschieht. Eine Sekundärbatterie, wie eine Lithiumionenbatterie, kann als ein spezielles Beispiel für eine dem sekundärseitigen Hochspannungssystem zugeordnete Leistungsversorgung 62b genannt werden.
  • Die Leistungsversorgungsschaltung 10 ist eine Leistungswandlungsschaltung, die die vier oben beschriebenen Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse einschließt und Funktionen zur Auswahl von zwei gewünschten Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen aus den vier Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen und zur Durchführung einer Leistungswandlung zwischen den zwei gewählten Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen aufweist. Außerdem kann die die Leistungsversorgungsschaltung 10 einschließende Leistungsversorgungsvorrichtung 101 eine Vorrichtung sein, die eine Mehrzahl, wenigstens drei, Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse einschließt und geeignet ist, die Leistung zwischen beliebigen zwei Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen aus der Mehrzahl von wenigstens drei Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen umzuwandeln, und die Leistungswandlung zwischen den zwei gewählten Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen durchzuführen. Beispielsweise kann die Leistungsversorgungsschaltung 10 eine Schaltung sein, die drei Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse ohne den vierten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60d aufweist.
  • Die Anschlussleistungen Pa, Pc, Pb, Pd sind Eingabe/Ausgabe-Leistungen (Eingabeleistungen oder Ausgabeleistungen) des ersten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60a bzw. des zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60c, des dritten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60b und des vierten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60d. Anschlussspannungen Va, Vc, Vb, Vd sind Eingabe/Ausgabe-Spannungen (Eingabespannungen oder Ausgabespannungen) des ersten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60a bzw. des zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60c, des dritten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60b und des vierten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60d. Anschlussströme Ia, Ic, Ib, Id sind Eingabe/Ausgabe-Ströme (Eingabeströme oder Ausgabeströme) des ersten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60a bzw. des zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60c, des dritten Eingabe/AusgabeAnschlusses 60b und des vierten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60d.
  • Die Leistungsversorgungsschaltung 10 schließt einen im ersten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a vorgesehenen Kondensator C1 einen im zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60c vorgesehenen Kondensator C3, einen im dritten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60b vorgesehenen Kondensator C2 und einen im vierten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60d vorgesehenen Kondensator C4 ein. Schichtkondensatoren, Aluminiumelektrolytkondensatoren, Keramikkondensatoren, Polymerelektrolytkondensatoren und so weiter können als spezielle Beispiele für die Kondensatoren C1, C2, C3 und C4 genannt werden.
  • Der Kondensator C1 ist zwischen einer der Seite des Hochpotentials zugeordneten Klemme 613 des ersten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60a und des zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60c eingefügt. Der Kondensator C3 ist zwischen einer der Seite des Hochpotentials zugeordneten Klemme 616 des zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60c und der der Seite des niedrigen Potentials zugeordneten Klemme 614 des ersten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60a und dem zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60c eingefügt. Der Kondensator C2 ist zwischen einer der Seite des Hochpotentials zugeordneten Klemme 618 des dritten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60b und des zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60c eingefügt. Der Kondensator C4 ist zwischen einer der Seite des Hochpotentials zugeordneten Klemme 622 des vierten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60d und der Seite des niedrigen Potentials zugeordneten Klemme 620 des dritten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60b und dem vierten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60d eingefügt.
  • Die Kondensatoren C1, C2, C3 und C4 können entweder innerhalb oder außerhalb der Leistungsversorgungsschaltung 10 vorgesehen sein.
  • Die Leistungsversorgungsschaltung 10 ist eine Leistungswandlungsschaltung, die so gestaltet ist, dass sie die primärseitige Umwandlungsschaltung 20 und eine sekundärseitige Umwandlungsschaltung 30 einschließt. Es ist zu beachten, dass die primärseitige Umwandlungsschaltung 20 und die sekundärseitige Umwandlungsschaltung 30 über eine primärseitige magnetische Koppeldrossel 204 und eine sekundärseitige magnetische Koppeldrossel 304 verbunden sind, und magnetisch durch einen Transformator 400 (einen Transformator mit Mittelanschluss) gekoppelt sind. Ein vom ersten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a und dem zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60c gebildeter primärseitiger Anschluss ist mit einem vom dritten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60b und dem vierten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60d gebildeten primärseitiger Anschluss über den Transformator 400 verbunden.
  • Die primärseitige Umwandlungsschaltung 20 ist eine primärseitige Schaltung, die so gestaltet ist, dass sie eine primärseitige Vollbrückenschaltung 200, den ersten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a und den zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60c einschließt. Die primärseitige Vollbrückenschaltung 200 ist eine primärseitige Leistungswandlungseinheit, die so gestaltet ist, dass sie eine primärseitige Spule 202 des Transformators 400, die primärseitige magnetische Koppeldrossel 204, einen primärseitigen ersten oberen Zweig U1, einen primärseitigen ersten unteren Zweig /U1, einen primärseitigen zweiten oberen Zweig V1 und einen primärseitigen zweiten unteren Zweig /V1 einschließt. Dabei werden der primärseitige erste obere Zweig U1, der primärseitige erste untere Zweig /U1, der primärseitige zweite obere Zweig V1 und der primärseitige zweite untere Zweig /V1 durch Schaltelemente gebildet, die jeweils so gestaltet sind, dass sie beispielsweise einen Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistor (MOSFET) der N-Kanal-Bauart und eine Bodydiode einschließen, die als ein parasitäres Element des MOSFET dient. Weitere Dioden können parallel mit dem MOSFET verbunden sein.
  • Die primärseitige Vollbrückenschaltung 200 schließt eine mit der hochpotentialseitigen Klemme 613 des ersten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60a verbundene, primärseitige positive Elektrodenbusleitung 298 und eine mit der dem niedrigen Potential zugeordneten Klemme 614 des ersten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60a und dem zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60c verbundene, primärseitige negative Elektrodenbusleitung 299 ein.
  • Eine den primärseitigen ersten oberen Zweig U1 und den primärseitigen ersten unteren Zweig /U1 in Reihe verbindende primärseitige erste Zweigschaltung 207 ist zwischen der primärseitigen positiven Elektrodenbusleitung 298 und der primärseitigen negativen Elektrodenbusleitung 299 angebracht. Die primärseitige erste Zweigschaltung 207 ist eine primärseitige erste Schaltungseinheit zur Leistungswandlung (eine primärseitige Schaltungseinheit zur Leistungswandlung der U-Phase), die geeignet ist, eine Leistungswandlungsaktion durch EIN- und AUS-Schaltung des primärseitigen ersten oberen Zweigs U1 und des primärseitigen ersten unteren Zweigs /U1 durchzuführen. Außerdem ist eine den primärseitigen zweiten oberen Zweig V1 und den primärseitigen zweiten unteren Zweig /V1 in Reihe verbindende primärseitige zweite Zweigschaltung 211 zwischen der primärseitigen positiven Elektrodenbusleitung 298 und der primärseitigen negativen Elektrodenbusleitung 299 parallel zur primärseitigen ersten Zweigschaltung 207 angebracht. Die primärseitige zweite Zweigschaltung 211 ist eine primärseitige zweite Schaltungseinheit zur Leistungswandlung (eine primärseitige Schaltungseinheit zur Leistungswandlung der V-Phase), die geeignet ist, eine Leistungswandlungsaktion durch EIN- und AUS-Schaltung des primärseitigen zweiten oberen Zweigs V1 und des primärseitigen zweiten unteren Zweigs /V1 durchzuführen.
  • Die primärseitige Spule 202 und die primärseitige magnetische Koppeldrossel 204 sind in einem Brückenteil vorgesehen, der einen Mittelpunkt 207m der primärseitigen ersten Zweigschaltung 207 mit einem Mittelpunkt 211m der primärseitigen zweiten Zweigschaltung 211 verbindet. Um die Verbindungsbeziehungen zum Brückenteil mehr im Detail zu beschreiben, ist ein Ende der primärseitigen ersten Drossel 204a der primärseitigen magnetischen Koppeldrossel 204 mit dem Mittelpunkt 207m der primärseitigen ersten Zweigschaltung 207 verbunden, und ein Ende der primärseitigen Spule 202 mit dem anderen Ende der primärseitigen ersten Drossel 204a. Außerdem ist ein Ende einer primärseitigen zweiten Drossel 204b der primärseitigen magnetischen Koppeldrossel 204 mit dem anderen Ende der primärseitigen Spule 202 verbunden, und das andere Ende der primärseitigen zweiten Drossel 204b mit dem Mittelpunkt 211m der primärseitigen zweiten Zweigschaltung 211. Es ist zu beachten, dass die primärseitige magnetische Koppeldrossel 204 so gestaltet ist, dass sie die primärseitige erste Drossel 204a und die primärseitige zweite Drossel 204b einschließt, die mit der primärseitigen ersten Drossel 204a mit einem Koppelkoeffizienten k1 magnetisch gekoppelt ist.
  • Der Mittelpunkt 207m ist ein primärseitiger erster Zwischenknoten zwischen dem primärseitigen ersten oberen Zweig U1 und dem primärseitigen ersten unteren Zweig /U1, und der Mittelpunkt 211m ist ein primärseitiger zweiter Zwischenknoten zwischen dem primärseitigen zweiten oberen Zweig V1 und dem primärseitigen zweiten unteren Zweig /V1.
  • Der erste Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a ist ein zwischen der primärseitigen positiven Elektrodenbusleitung 298 und der primärseitigen negativen Elektrodenbusleitung 299 vorgesehener Anschluss. Der erste Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a ist so gestaltet, dass er die Klemme 613 und die Klemme 614 einschließt. Der zweite Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60c ist ein zwischen der primärseitigen negativen Elektrodenbusleitung 299 und einem Mittelanschluss 202m der primärseitigen Spule 202 vorgesehener Anschluss. Der zweite Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60c ist so gestaltet, dass er die Klemme 614 und die Klemme 616 einschließt.
  • Der Mittelanschluss 202m ist mit der der zweiten Seite des Hochpotentials zugeordneten Klemme 616 des zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60c verbunden. Der Mittelanschluss 202m ist ein Zwischenverbindungspunkt zwischen einer primärseitigen ersten Wicklung 202a und einer primärseitigen zweiten Wicklung 202b, die die primärseitige Spule 202 bilden.
  • Die sekundärseitige Umwandlungsschaltung 30 ist eine sekundärseitige Schaltung, die so gestaltet ist, dass sie eine sekundärseitige Vollbrückenschaltung 300, den dritten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60b und den vierten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60d einschließt. Die sekundärseitige Vollbrückenschaltung 300 ist eine sekundärseitige Leistungswandlungseinheit, die so gestaltet ist, dass sie eine sekundärseitige Spule 302 des Transformators 400, die sekundärseitige magnetische Koppeldrossel 304, einen sekundärseitigen ersten oberen Zweig U2, einen sekundärseitigen ersten unteren Zweig /U2, einen sekundärseitigen zweiten oberen Zweig V2 und einen sekundärseitigen zweiten unteren Zweig /V2 einschließt. Dabei werden der sekundärseitige erste obere Zweig U2, der sekundärseitige erste untere Zweig /U2, der sekundärseitige zweite obere Zweig V2 und der sekundärseitige zweite untere Zweig /V2 durch Schaltelemente gebildet, die jeweils so gestaltet sind, dass sie beispielsweise einen MOSFET der N-Kanal-Bauart und eine Bodydiode einschließen, die als ein parasitäres Element des MOSFET dient. Weitere Dioden können parallel mit dem MOSFET verbunden sein.
  • Die sekundärseitige Vollbrückenschaltung 300 schließt eine mit der hochpotentialseitigen Klemme 618 des dritten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60b verbundene, sekundärseitige positive Elektrodenbusleitung 298 und eine mit der dem niedrigen Potential zugeordneten Klemme 620 des dritten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60b und dem vierten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60d verbundene, sekundärseitige negative Elektrodenbusleitung 399 ein.
  • Eine den sekundärseitigen ersten oberen Zweig U2 und den primärseitigen ersten unteren Zweig /U1 in Reihe verbindende erste Zweigschaltung 307 ist zwischen der sekundärseitigen positiven Elektrodenbusleitung 398 und der sekundärseitigen negativen Elektrodenbusleitung 399 angebracht. Die sekundärseitige erste Zweigschaltung 307 ist eine sekundärseitige erste Schaltungseinheit zur Leistungswandlung (eine sekundärseitige Schaltungseinheit zur Leistungswandlung der U-Phase), die geeignet ist, eine Leistungswandlungsaktion durch EIN- und AUS-Schaltung des sekundärseitigen ersten oberen Zweigs U2 und des sekundärseitigen ersten unteren Zweigs /U2 durchzuführen. Außerdem ist eine den sekundärseitigen zweiten oberen Zweig V2 und den sekundärseitigen zweiten unteren Zweig /V2 in Reihe verbindende sekundärseitige zweite Zweigschaltung 311 zwischen der sekundärseitigen positiven Elektrodenbusleitung 398 und der sekundärseitigen negativen Elektrodenbusleitung 399 parallel zur sekundärseitigen ersten Zweigschaltung 307 angebracht. Die sekundärseitige zweite Zweigschaltung 311 ist eine sekundärseitige zweite Schaltungseinheit zur Leistungswandlung (eine primärseitige Schaltungseinheit zur Leistungswandlung der V-Phase), die geeignet ist, eine Leistungswandlungsaktion durch EIN- und AUS-Schaltung des sekundärseitigen zweiten oberen Zweigs V2 und des sekundärseitigen zweiten unteren Zweigs /V2 durchzuführen.
  • Die sekundärseitige Spule 302 und die sekundärseitige magnetische Koppeldrossel 304 sind in einem den Mittelpunkt 307m der sekundärseitigen ersten Zweigschaltung 307 mit dem Mittelpunkt 311m der sekundärseitigen zweiten Zweigschaltung 311 verbindenden Brückenteil vorgesehen. Um die Verbindungsbeziehungen zum Brückenteil mehr im Detail zu beschreiben, ist ein Ende der sekundärseitigen ersten Drossel 304a der sekundärseitigen magnetischen Koppeldrossel 304 mit dem Mittelpunkt 307m der sekundärseitigen ersten Zweigschaltung 307 verbunden, und ein Ende der sekundärseitigen Spule 302 mit dem anderen Ende der sekundärseitigen ersten Drossel 304a. Außerdem ist ein Ende einer sekundärseitigen zweiten Drossel 304b der sekundärseitigen magnetischen Koppeldrossel 304 mit dem anderen Ende der sekundärseitigen Spule 302 verbunden, und das andere Ende der sekundärseitigen zweiten Drossel 304b mit dem Mittelpunkt 311m der sekundärseitigen zweiten Zweigschaltung 311. Es ist zu beachten, dass die sekundärseitige magnetische Koppeldrossel 304 so gestaltet ist, dass sie die sekundärseitige erste Drossel 304a und die sekundärseitige zweite Drossel 304b einschließt, die mit der ersten sekundärseitigen ersten Drossel 304a mit einem Koppelkoeffizienten k2 magnetisch gekoppelt ist.
  • Der Mittelpunkt 307m ist ein sekundärseitiger erster Zwischenknoten zwischen dem sekundärseitigen ersten oberen Zweig U2 und dem sekundärseitigen ersten unteren Zweig /U2, und der Mittelpunkt 311m ist ein sekundärseitiger zweiter Zwischenknoten zwischen dem sekundärseitigen zweiten oberen Zweig V2 und dem sekundärseitigen zweiten unteren Zweig /V2.
  • Der dritte Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60b ist ein zwischen der sekundärseitigen positiven Elektrodenbusleitung 398 und der sekundärseitigen negativen Elektrodenbusleitung 399 vorgesehener Anschluss. Der dritte Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60b ist so gestaltet, dass er die Klemme 618 und die Klemme 620 einschließt. Der vierte Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60d ist ein zwischen der sekundärseitigen negativen Elektrodenbusleitung 399 und einem Mittelanschluss 302m der sekundärseitigen Spule 302 vorgesehener Anschluss. Der vierte Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60d ist so gestaltet, dass er die Klemme 620 und die Klemme 622 einschließt.
  • Der Mittelanschluss 302m ist mit der hochpotentialseitigen Klemme 622 des vierten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60d verbunden. Der Mittelanschluss 302m ist ein Zwischenverbindungspunkt zwischen einer sekundärseitigen ersten Wicklung 302a und einer sekundärseitigen zweiten Wicklung 302b, die die sekundärseitige Spule 302 bilden.
  • In 1 schließt die Leistungsversorgungsvorrichtung 101 die Sensoreinheit 70 ein. Die Sensoreinheit 70 dient als Ermittlungselement, das einen Eingabe/Ausgabe-Wert Y wenigstens eines der ersten bis vierten Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse 60a, 60c, 60b und 60d mit vorgegebenen Intervallen der Ermittlungsperioden feststellt und einen Ermittlungswert Yd entsprechend dem ermittelten Eingabe/Ausgabe-Wert Y an die Steuereinheit 50 ausgibt. Der Ermittlungswert Yd kann eine festgestellte Spannung sein, die durch Ermittlung der Eingabe/Ausgabe-Spannung erhalten wird, ein festgestellter Strom, der durch Ermittlung des Eingabe/Ausgabe-Stroms erhalten wird, oder eine festgestellte Leistung, die durch Ermittlung der Eingabe/Ausgabe-Leistung erhalten wird. Die Sensoreinheit 70 kann entweder innerhalb oder außerhalb der Leistungsversorgungsschaltung 10 vorgesehen sein.
  • Die Sensoreinheit 70 schließt beispielsweise eine Spannungsermittlungseinheit ein, die die in wenigstens einem der ersten bis vierten Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse 60a, 60c, 60b und 60d erzeugte Eingabe/Ausgabe-Spannung feststellt. Beispielsweise schließt die Sensoreinheit 70 eine primärseitige Spannungsermittlungseinheit ein, die wenigstens eine festgestellte Spannung der Eingabe/Ausgabe-Spannung Va und der Eingabe/Ausgabe-Spannung Vc als einen primärseitigen Spannungsermittlungswert ausgibt, und eine sekundärseitige Spannungsermittlungseinheit, die wenigstens eine festgestellte Spannung der Eingabe/Ausgabe-Spannung Vb und der Eingabe/Ausgabe-Spannung Vd als einen sekundärseitigen Spannungsermittlungswert ausgibt.
  • Die Spannungsermittlungseinheit der Sensoreinheit 70 schließt beispielsweise einen Spannungssensor ein, der einen Eingabe/Ausgabe-Spannungswert wenigstens eines Anschlusses überwacht, und eine Spannungsermittlungsschaltung, die eine festgestellte Spannung, die der vom Spannungssensor ermittelten Eingabe/Ausgabe-Spannung entspricht, an die Steuereinheit 50 ausgibt.
  • Die Sensoreinheit 70 schließt beispielsweise eine Stromermittlungseinheit ein, die den Eingabe/Ausgabe-Strom feststellt, der durch wenigstens einen der ersten bis vierten Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse 60a, 60c, 60b und 60d fließt. Beispielsweise schließt die Sensoreinheit 70 eine primärseitige Stromermittlungseinheit ein, die wenigstens einen ermittelten Strom von einem Eingabe/Ausgabe-Strom Ia und einem Eingabe/Ausgabe-Strom Ic als einen primärseitigen Stromermittlungswert ausgibt, und eine sekundärseitige Stromermittlungseinheit, die wenigstens einen ermittelten Strom von einem Eingabe/Ausgabe-Strom Ib und einem Eingabe/Ausgabe-Strom Id als einen sekundärseitigen Stromermittlungswert ausgibt.
  • Die Stromermittlungseinheit des Sensors 70 schließt beispielsweise einen Stromsensor ein, der einen Eingabe/Ausgabe-Stromwert wenigstens eines Anschlusses überwacht, und eine Stromermittlungsschaltung, die an die Steuereinheit 50 einen festgestellten Strom ausgibt, der dem durch den Stromsensor ermittelten Eingabe/Ausgabe-Stromwert entspricht.
  • Die Leistungsversorgungsvorrichtung 101 schließt die Steuereinheit 50 ein. Beispielsweise ist die Steuereinheit 50 eine elektronische Schaltung, die einen Mikrocomputer einschließt, der eine eingebaute Zentraleinheit (CPU) besitzt. Die Steuereinheit 50 kann entweder innerhalb oder außerhalb der Leistungsversorgungsschaltung 10 vorgesehen sein.
  • Die Steuereinheit 50 steuert durch Feedback eine von der Leistungsversorgungsschaltung 10 durchgeführte Leistungswandlungsaktion derart, dass der festgestellte Wert Yd des Eingabe/Ausgabe-Werts Y wenigstens eines der ersten bis vierten Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse 60a, 60c, 60b und 60d sich einem für den Anschluss festgesetzten Zielwert Yo annähert. Beispielsweise ist der Zielwert Yo ein Befehlswert, der von der Steuereinheit 50 oder einer vorbestimmten anderen Vorrichtung als der Steuereinheit 50 auf der Basis von Betriebsbedingungen eingestellt wird, die in Bezug auf die entsprechenden, mit den Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen verbundenen Lasten (beispielswiese die primärseitige Last 61c des Niederspannungssystems und so weiter) definiert sind. Der Zielwert Yo fungiert als ein Ausgangszielwert, wenn Leistung aus dem Anschluss abgegeben wird, und als ein Eingangszielwert, wenn Leistung über den Anschluss eingegeben wird, und kann ein Zielspannungswert, ein Zielstromwert, oder ein Zielleistungswert sein.
  • Außerdem steuert die Steuereinheit 50 durch Feedback die durch die Leistungswandlungsschaltung 10 ausgeführte Leistungswandlungsaktion, wie eine zwischen der primärseitigen Umwandlungsschaltung 20 und der sekundärseitigen Umwandlungsschaltung 30 über den Transformator 400 übertragene Leistung P sich einer festgesetzten Zielübertragungsleistung Po annähert. Die übertragene Leistung kann auch als Leistungsübertragungsmenge bezeichnet werden. Beispielsweise ist die Zielübertragungsleistung Po ein Befehlswert, der von der Steuereinheit 50 oder einer vorbestimmten anderen Vorrichtung als der Steuereinheit 50 auf der Basis einer Abweichung zwischen dem festgestellten Wert Yd und dem Zielwert Yo an einem der Anschlüsse eingestellt wird.
  • Die Steuereinheit 50 steuert die von der Leistungsversorgungsschaltung 10 durchgeführte Leistungswandlungsaktion durch Feedback durch Veränderung eines vorgegebenen Steuerungsparameters X und ist dadurch geeignet, die entsprechenden Eingabe/Ausgabe-Werte Y der ersten bis vierten Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse 60a, 60c, 60b und 60d der Leistungsversorgungsschaltung 10 einzustellen. Steuerungsvariable, wie ein Phasenunterschied ϕ, eine relative Einschaltdauer D (eine EIN-Zeit δ) und eine äquivalente Induktivität L werden als hauptsächliche Steuerungsparameter X benutzt.
  • Die Phasendifferenz ϕ ist einer Abweichung (eine Zeitverschiebung) zwischen Schaltzeitpunkten phasenidentischer Leistungswandlungs-Schaltungseinheiten der primärseitigen Vollbrückenschaltung 200 und der sekundärseitigen Vollbrückenschaltung 300. Die Einschaltdauer D (die EIN-Zeit δ) ist eine Einschaltdauer D (die EIN-Zeit δ) zwischen Schaltungswellenformen der entsprechenden Leistungswandlungs-Schaltungseinheiten, die die primärseitige Vollbrückenschaltung 200 und die sekundärseitige Vollbrückenschaltung 300 bilden.
  • Die äquivalente Induktivität L ist bestimmt durch die Streuinduktivität des magnetischen Elements und ist eine kombinierte Induktivität, die durch Kombination der Streuinduktivität der primärseitigen magnetischen Koppeldrossel 204, der Streuinduktivität der sekundärseitigen magnetischen Koppeldrossel 304 und der Streuinduktivität des Transformators 400 erhalten wird.
  • Die obigen Steuerungsparameter X können unabhängig voneinander gesteuert werden. Die Steuereinheit 50 verändert die Eingabe/Ausgabe-Werte Y der entsprechenden Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse der Leistungsversorgungsschaltung 10 durch Ausführung der Einschaltdauersteuerung und/oder äquivalenter Induktivitätssteuerung und/oder Phasensteuerung bei der primärseitigen Vollbrückenschaltung 200 und der sekundärseitigen Vollbrückenschaltung 300 unter Verwendung der Phasendifferenz ϕ, der äquivalenten Induktivität L und der Einschaltdauer D (die EIN-Zeit δ).
  • Die 2 ist ein Blockdiagramm der Steuereinheit 50. Die Steuereinheit 50 ist eine Steuereinheit, die eine Funktion zur Ausführung einer Schaltungssteuerung bei den entsprechenden Schaltelementen der primärseitigen Umwandlungsschaltung 20, wie dem primärseitigen ersten oberen Zweig U1, und den entsprechenden Schaltelementen der sekundärseitigen Umwandlungsschaltung 30, wie dem sekundärseitigen ersten oberen Zweig U2, aufweist. Die Steuereinheit 50 ist so gestaltet, dass sie eine Prozessoreinheit 502 zur Bestimmung der Art der Leistungswandlung einschließt, eine Prozessoreinheit 504 zur Bestimmung der Phasendifferenz ϕ, eine Prozessoreinheit 506 zur Bestimmung der EIN-Zeit δ, eine primärseitige Schaltungsprozessoreinheit 508 und eine sekundärseitige Schaltungsprozessoreinheit 510. Beispielsweise ist die Steuereinheit 50 eine elektronische Schaltung, die einen Mikrocomputer mit einer eingebauten CPU einschließt.
  • Beispielsweise wählt die Prozessoreinheit 502 zur Bestimmung der Art der Leistungswandlung, beispielsweise auf der Basis eines vorgegebenen externen Signals (z.B. ein Signal, das die Abweichung zwischen dem ermittelten Wert Yd und dem Zielwert Yo an einem der Anschlüsse anzeigt) eine Betriebsart unter den Leistungswandlungsarten A bis L der Leistungswandlungsschaltung 10 aus und stellt sie ein, wie unten beschrieben wird. Was die Leistungswandlungsarten betrifft, so wird bei der Art A die Leistungseingabe vom ersten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a umgewandelt und an den zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60c ausgegeben. Bei der Art B wird die Leistungseingabe vom ersten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a umgewandelt und an den dritten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60b ausgegeben. Bei der Art C wird die Leistungseingabe vom ersten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a umgewandelt und an den vierten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60d ausgegeben.
  • Bei der Art D wird die Leistungseingabe vom zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60c umgewandelt und an den ersten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a ausgegeben. Bei der Art E wird die Leistungseingabe vom zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60c umgewandelt und an den dritten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60b ausgegeben. Bei der Art F wird die Leistungseingabe vom zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60c umgewandelt und an den vierten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60d ausgegeben.
  • Bei der Art G wird die Leistungseingabe vom dritten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60c umgewandelt und an den ersten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a ausgegeben. Bei der Art H wird die Leistungseingabe vom dritten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60b umgewandelt und an den zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60c ausgegeben. Bei der Art I wird die Leistungseingabe vom dritten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60b umgewandelt und an den vierten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60d ausgegeben.
  • Bei der Art J wird die Leistungseingabe vom vierten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60d umgewandelt und an den ersten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a ausgegeben. Bei der Art K wird die Leistungseingabe vom vierten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60d umgewandelt und an den zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60c ausgegeben. Bei der Art L wird die Leistungseingabe vom vierten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60d umgewandelt und an den dritten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60b ausgegeben.
  • Die Prozessoreinheit 504 zur Bestimmung der Phasendifferenz ϕ besitzt eine Funktion, die eine Phasendifferenz ϕ zwischen Bewegungen der Schaltperioden der Schaltelemente zwischen der primärseitigen Umwandlungsschaltung 20 und der sekundärseitigen Umwandlungsschaltung 30 einstellt, um die Leistungsversorgungsschaltung 10 zu veranlassen, als Gleichstrom-Gleichstrom-(DC-DC)-Umwandlungsschaltung zu fungieren.
  • Die Prozessoreinheit 506 zur Bestimmung der EIN-Zeit δ besitzt eine Funktion zur Einstellung einer EIN-Zeit δ der Schaltelemente der primärseitigen Umwandlungsschaltung 20 und der sekundärseitigen Umwandlungsschaltung 30, um die primärseitige Umwandlungsschaltung 20 und die sekundärseitige Umwandlungsschaltung 30 zu veranlassen, jeweils als Hochstufungsschaltung/Herabstufungsschaltung zu fungieren.
  • Die primärseitige Schaltungsprozessoreinheit 508 besitzt eine Funktion zur Durchführung einer Schaltungssteuerung bei den jeweiligen Schaltelementen, die vom primärseitigen ersten oberen Zweig U1, dem primärseitigen ersten unteren Zweig /U1, dem primärseitigen zweiten oberen Zweig V1 und dem primärseitigen zweiten unteren Zweig /V1 gebildet werden, basierend auf Ausgaben der Prozessoreinheit 502 zur Bestimmung der Art der Leistungswandlung, der Prozessoreinheit 504 zur Bestimmung der Phasendifferenz ϕ und der Prozessoreinheit 506 zur Bestimmung der EIN-Zeit δ.
  • Die sekundärseitige Schaltungsprozessoreinheit 510 besitzt eine Funktion zur Durchführung einer Schaltungssteuerung bei den jeweiligen Schaltelementen, die vom sekundärseitigen ersten oberen Zweig U2, dem sekundärseitigen ersten unteren Zweig /U2, dem sekundärseitigen zweiten oberen Zweig V2 und dem sekundärseitigen zweiten unteren Zweig /V2 gebildet werden, basierend auf Ausgaben der Prozessoreinheit 502 zur Bestimmung der Art der Leistungswandlung, der Prozessoreinheit 504 zur Bestimmung der Phasendifferenz ϕ und der Prozessoreinheit 506 zur Bestimmung der EIN-Zeit δ.
  • Die von der Steuereinheit 50 eingeschlossenen Prozessoreinheiten sind nicht auf die Prozessoreinheit 502 zur Bestimmung der Art der Leistungswandlung, die Prozessoreinheit 504 zur Bestimmung der Phasendifferenz ϕ, die Prozessoreinheit 506 zur Bestimmung der EIN-Zeit δ, die primärseitige Schaltungsprozessoreinheit 508 und die sekundärseitige Schaltungsprozessoreinheit 510, wie oben beschrieben, beschränkt. Wie später im Detail beschrieben wird, kann beispielsweise die Steuereinheit 50 eine Prozessoreinheit zum Anlegen einer Spannung einschließen, die eine vorgegebene Spannung an jeden Eingabe/Ausgabe-Anschluss (beispielsweise den ersten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a, den zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60c, den dritten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60b und den vierten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60d) anlegt, eine Prozessoreinheit zur Messung der Verzögerungszeit, um die Verzögerungszeit zu messen, eine Prozessoreinheit zur Messung der Steilheit des in jedem Schaltelement fließenden Stroms, eine Berechnungsprozessoreinheit zur Berechnung einer äquivalenten Induktivität, und dergleichen. Das heißt, die Steuereinheit 50 ist geeignet, verschiedene Verfahren durchzuführen, die zur Steuerung der übertragenen Leistung erforderlich sind.
  • <Aktion der Leistungsversorgungsvorrichtung 101>
  • Eine Aktion der Leistungsversorgungsvorrichtung 101 mit der obigen Gestaltung wird nun anhand der 1 und 2 beschrieben. Wenn beispielsweise ein externes Signal eingegeben wird, das eine Aktion anfordert, durch die die Art der Leistungswandlung der Leistungsversorgungsschaltung 10 auf die Art F eingestellt wird, stellt die Prozessoreinheit 502 zur Bestimmung der Art der Leistungswandlung in der Steuerschaltung 50 die Art der Leistungswandlung auf die Art F ein. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Spannungseingabe in den zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60c durch eine Hochstufungsfunktion in der primärseitigen Umwandlungsschaltung 20 hochgestuft, worauf die die hochgestufte Spannung aufweisende Leistung durch eine die Funktion eines Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers aufweisende Leistungsversorgungsschaltung 10 an den dritten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60b übertragen wird, durch eine Herabstufungsaktion der sekundärseitigen Umwandlungsschaltung 30 herabgestuft wird und dann aus dem vierten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60d ausgegeben wird.
  • Hier wird nun eine Hochstufungs-/Herabstufungsfunktion der primärseitigen Umwandlungsschaltung 20 im Detail beschrieben. Unter Fokussierung auf den zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60c und den ersten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a ist die Klemme 616 des zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60c mit dem Mittelpunkt 207m der primärseitigen ersten Zweigschaltung 207 über die primärseitige erste Wicklung 202a verbunden, und die primärseitige erste Drossel 204a in Reihe mit der primärseitigen ersten Wicklung 202a. Entsprechende Enden der primärseitigen ersten Zweigschaltung 207 sind mit dem ersten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a verbunden, und als Ergebnis ist eine Hochstufungs-/Herabstufungsschaltung zwischen der Klemme 616 des zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60c und dem ersten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a angebracht.
  • Die Klemme 616 des zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60c ist auch mit dem Mittelpunkt 211m der primärseitigen zweiten Zweigschaltung 211 über die primärseitige zweite Wicklung 202b verbunden, und die primärseitige zweite Drossel 204b ist in Reihe mit der primärseitigen zweiten Wicklung 202b verbunden. Entsprechende Enden der primärseitigen zweiten Zweigschaltung 211 sind mit dem ersten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a verbunden, und als Ergebnis ist parallel eine Hochstufungs-/Herabstufungsschaltung zwischen der Klemme 616 des zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60c und dem ersten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a angebracht. Es ist zu beachten, dass zwei Hochstufungs-/ Herabstufungsschaltungen gleichermaßen parallel zwischen der Klemme 622 des vierten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60d und dem dritten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60b verbindend angeschlossen sind, weil die sekundärseitige Umwandlungsschaltung 30 eine Schaltung ist, die eine im wesentlichen identische Gestaltung mit der der primärseitigen Umwandlungsschaltung 20 besitzt. Deshalb hat die sekundärseitige Umwandlungsschaltung 30 eine identische Hochstufungs-/Herabstufungsfunktion mit jener der primärseitigen Umwandlungsschaltung 20.
  • Als Nächstes wird die Funktion der Leistungsversorgungsschaltung 10 als eine DC-DC-Umwandlungsschaltung im Detail beschrieben. Unter Fokussierung auf den ersten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a und den dritten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60b ist die primärseitige Vollbrückenschaltung 200 mit dem ersten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a verbunden, und die sekundärseitige Vollbrückenschaltung 300 ist mit dem dritten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60b verbunden. Wenn die im Brückenteil der primärseitigen Vollbrückenschaltung 200 vorgesehene, primärseitige Spule 202 und die im Brückenteil der sekundärseitigen Vollbrückenschaltung 300 vorgesehene, sekundärseitige Spule 302 magnetisch mit einem Kopplungskoeffizienten kT gekoppelt sind, fungiert der Transformator 400 als ein Transformator mit Mittelanschluss, der eine Windungszahl 1:N aufweist. Somit kann durch Einstellen der Phasendifferenz ϕ zwischen Bewegungen der Schaltperioden der Schaltelemente in der primärseitigen Vollbrückenschaltung 200 und der sekundärseitigen Vollbrückenschaltung 300 die Leistungseingabe in den ersten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a umgewandelt und an den dritten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60b übertragen oder die Leistungseingabe in den dritten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60b umgewandelt und an den ersten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a übertragen werden.
  • Die 3 ist eine Ansicht, die eine Zeittafel der sich durch die von der Steuereinheit 50 durchgeführten Steuerung ergebenden Wellenformen der EIN/AUS-Schaltung der entsprechenden Zweige zeigt, die in der Leistungsversorgungsschaltung 10 vorgesehen sind. In 3 ist V1 eine EIN/AUS-Wellenform des primärseitigen zweiten oberen Zweigs V1, U2 eine EIN/AUS-Wellenform des sekundärseitigen ersten oberen Zweigs U2 und V2 eine EIN/AUS-Wellenform des sekundärseitigen zweiten oberen Zweigs V2. EIN/AUS-Wellenformen des primärseitigen ersten unteren Zweigs /U1, des primärseitigen zweiten unteren Zweigs /V1, des sekundärseitigen ersten unteren Zweigs /U2 und des sekundärseitigen zweiten unteren Zweigs /V2 sind (nicht gezeigte) umgekehrte Wellenformen, die durch entsprechendes Invertieren der EIN/AUS-Wellenformen des primärseitigen ersten oberen Zweigs U1, des primärseitigen zweiten oberen Zweigs V1, des sekundärseitigen ersten oberen Zweigs U2 und des sekundärseitigen zweiten oberen Zweigs V2 erhalten werden. Es ist zu beachten, dass vorzugsweise eine Totzeit zwischen den entsprechenden EIN/AUS-Wellenformen der oberen und unteren Zweige vorgesehen ist, um zu verhindern, dass ein Durchgangsstrom fließt, wenn sowohl die oberen als auch die unteren Zweige auf EIN geschaltet sind. Außerdem zeigt in 3 ein hohes Niveau einen EIN-Zustand an und ein niedriges Niveau einen AUS-Zustand.
  • Dabei können durch Modifizierung der entsprechenden EIN-Zeiten 5 von U1, V1, U2 und V2 hochstufende/herabstufende Verhältnisse der primärseitigen UmwandlungsSchaltung 20 und der sekundärseitigen Umwandlungsschaltung 30 modifiziert werden. Beispielsweise kann dadurch, dass die entsprechenden EIN-Zeiten δ von U1, V1, U2 und V2 einander gleich gemacht werden, das hochstufende/herabstufende Verhältnis der primärseitigen Umwandlungsschaltung 20 gleich dem hochstufenden/herabstufenden Verhältnis der sekundärseitigen Umwandlungsschaltung 30 gemacht werden.
  • Die Prozessoreinheit 506 zur Bestimmung der EIN-Zeit δ macht die entsprechenden EIN-Zeiten δ U1, V1, U2 und V2 einander gleich (entsprechende EIN-Zeiten δ = primärseitige EIN-Zeiten δ11 = sekundärseitige EIN-Zeiten δ12 = Zeitwert α), so dass die entsprechenden hochstufenden/herabstufenden Verhältnisse der primärseitigen Umwandlungsschaltung 20 und der sekundärseitigen Umwandlungsschaltung 30 einander gleich sind.
  • Das hochstufende/herabstufende Verhältnis der primärseitigen Umwandlungsschaltung 20 wird bestimmt durch die Einschaltdauer D, die eine Proportion einer Schaltperiode T der Schaltelemente (Zweige) ist, die von der EIN-Zeit δ in Anspruch genommen wird. In ähnlicher Weise wird das hochstufende/herabstufende Verhältnis der primärseitigen Umwandlungsschaltung 20 bestimmt durch die Einschaltdauer D, die eine Proportion der Schaltperiode T der Schaltelemente (Zweige) ist, die die sekundärseitige Vollbrückenschaltung 300 bilden, die von der EIN-Zeit δ in Anspruch genommen wird. Das hochstufende/herabstufende Verhältnis der primärseitigen Umwandlungsschaltung 20 ist ein Umwandlungsverhältnis zwischen dem ersten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a und dem zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60c, während das hochstufende/herabstufende Verhältnis der sekundärseitigen Umwandlungsschaltung 30 ein Umwandlungsverhältnis zwischen dem dritten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60b und dem vierten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60d ist.
  • Deshalb ergibt sich beispielsweise, das hochstufende/herabstufende Verhältnis der primärseitigen Umwandlungsschaltung 20 = die Spannung des zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60c/die Spannung des ersten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60a = δ11 / T = α/T, und das hochstufende/herabstufende Verhältnis der sekundärseitigen Umwandlungsschaltung 30 = die Spannung des vierten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60d/die Spannung des dritten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60b = δ12 / T = α / T. Mit anderen Worten, die jeweiligen hochstufenden/herabstufenden Verhältnisse der primärseitigen Umwandlungsschaltung 20 und der sekundärseitigen Umwandlungsschaltung 30 nehmen identische Werte (=α / T) an.
  • Es ist zu beachten, dass die EIN-Zeit δ in 3 sowohl die EIN-Zeit δ11 des primärseitigen ersten oberen Zweigs U1 und des primärseitigen zweiten oberen Zweigs V1 repräsentiert und die EIN-Zeit δ12 des sekundärseitigen oberen Zweigs U2 und des sekundärseitigen zweiten oberen Zweigs V2. Außerdem sind die Schaltperiode T des die primärseitige Vollbrückenschaltung 200 bildenden Zweigs und die Schaltperiode T des die sekundärseitige Vollbrückenschaltung 300 bildenden Zweigs gleiche Zeitspannen.
  • Außerdem wird bei 180 Grad (π) eine Phasendifferenz zwischen U1 und V1 aktiviert und gleichermaßen wird bei 180 Grad (π) eine Phasendifferenz zwischen U2 und V2 aktiviert. Überdies kann durch Änderung der Phasendifferent ϕ zwischen U1 und U2 die Leistungsübertragungsmenge P zwischen der primärseitigen Umwandlungsschaltung 20 und der sekundärseitigen Umwandlungsschaltung 30 derart eingestellt werden, dass, wenn die Phasendifferenz ϕ > 0, Leistung von der primärseitigen Umwandlungsschaltung 20 zur sekundärseitigen Umwandlungsschaltung 30 übertragen werden kann, und wenn die Phasendifferenz ϕ < 0, Leistung von der sekundärseitigen Umwandlungsschaltung 30 zur primärseitigen Umwandlungsschaltung 20 übertragen werden kann.
  • Die Phasendifferenz ϕ ist eine Abweichung (eine Zeitverschiebung) zwischen den Schaltzeitpunkten von Schalteinheiten zur Leistungswandlung mit identischer Phase der primärseitigen Vollbrückenschaltung 200 und der sekundärseitigen Vollbrückenschaltung 300. Beispielsweise ist die Phasendifferenz ϕ eine Abweichung zwischen den Schaltzeitpunkten der primärseitigen ersten Zweigschaltung 207 und der sekundärseitigen ersten Zweigschaltung 307, und eine Abweichung zwischen den Schaltzeitpunkten der primärseitigen zweiten Zweigschaltung 211 und der sekundärseitigen zweiten Zweigschaltung 311. Diese Abweichungen werden so gesteuert, dass sie einander gleich sind. Mit anderen Worten, die Phasendifferenz ϕ zwischen U1 und U2 und die Phasendifferenz ϕ zwischen V1 und V2 sind auf identische Werte gesteuert.
  • Somit wählt, wenn beispielsweise ein externes Signal eingegeben wird, das eine Aktion anfordert, bei der die Art der Leistungswandlung der Leistungsversorgungsschaltung 10 auf die Art F eingestellt wird, die Prozessoreinheit 502 zur Bestimmung der Art der Leistungswandlung die Art F aus und stellt sie ein. Die Prozessoreinheit 506 zur Bestimmung der EIN-Zeit δ stellt dann die EIN-Zeit δ ein, um ein Hochstufungsverhältnis zu definieren, das erforderlich ist, wenn die primärseitige Umwandlungsschaltung 20 veranlasst wird, als eine Hochstufungsschaltung zu fungieren, die die Spannungseingabe in den zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60c hochstuft und die hochgestufte Spannung an den ersten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a ausgibt. Es ist zu beachten, dass die sekundärseitige Umwandlungsschaltung 30 als eine abwärtsstufende Schaltung fungiert, die die an den dritten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60b angelegte Spannung mit einem abwärtsstufenden Verhältnis anlegt, das gemäß der EIN-Zeit δ definiert ist, die durch die Prozessoreinheit 506 zur Bestimmung der EIN-Zeit δ eingestellt ist, und die die abwärtsgestufte Spannung an den vierten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60d anlegt. Zudem stellt die Prozessoreinheit 504 zur Bestimmung der Phasendifferenz ϕ die Phasendifferenz ϕ derart ein, dass die Leistungseingabe in den ersten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a mit der gewünschten Leistungsübertragungsmenge P an den dritten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60b übertragen wird.
  • Die primärseitige Schaltungsprozessoreinheit 508 führt eine Schaltungssteuerung bei den entsprechenden Schaltungselementen durch, die durch den primärseitigen ersten oberen Zweig U1, den primärseitigen ersten unteren Zweig /U1, den primärseitigen zweiten oberen Zweig V1 und den primärseitigen zweiten unteren Zweig /V1 gebildet werden, um die primärseitige Umwandlungsschaltung 20 zu veranlassen, als eine Hochstufungsschaltung zu fungieren und sie zu veranlassen, als Teil einer DC-DC-Transformatorschaltung zu fungieren.
  • Die sekundärseitige Schaltungsprozessoreinheit 510 führt eine Schaltungssteuerung bei den entsprechenden Schaltungselementen durch, die durch den sekundärseitigen ersten oberen Zweig U2, den sekundärseitigen ersten unteren Zweig /U2, den sekundärseitigen zweiten oberen Zweig V2 und den sekundärseitigen zweiten unteren Zweig /V2 gebildet werden, um die sekundärseitige Umwandlungsschaltung 30 zu veranlassen, als eine Herabstufungsschaltung zu fungieren und sie zu veranlassen, als Teil einer DC-DC-Transformatorschaltung zu fungieren.
  • Wie oben beschrieben, können die primärseitige Umwandlungsschaltung 20 und die sekundärseitige Umwandlungsschaltung 30 veranlasst werden, als Hochstufungsschaltung oder als Herabstufungsschaltung zu fungieren, und die Leistungsversorgungsschaltung 10 kann veranlasst werden, als eine bidirektionale DC-DC-Transformatorschaltung zu fungieren. Deshalb kann die Leistungswandlung bei allen ihren Arten A bis L ausgeführt werden, mit anderen Worten, die Leistungswandlung kann zwischen zwei Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen ausgeführt werden, die aus den vier Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen ausgewählt werden.
  • Die durch die Steuereinheit 50 in Übereinstimmung mit der Phasendifferenz ϕ, der äquivalenten Induktivität und so weiter übertragene Leistung P (auch als Leistungsübertragungsmenge P bezeichnet) ist eine Leistung, die von einer der primärseitigen Umwandlungsschaltung 20 und der sekundärseitigen Umwandlungsschaltung 30 über den Transformator 400 zur anderen übertragen wird und ausgedrückt wird durch P = ( N × Va × Vb ) / ( π × ω × L ) × F ( D , ϕ )
    Figure DE102014116371B4_0001
  • Es ist zu beachten, dass N ein Wicklungsverhältnis des Transformators 400 ist, Va die Eingabe/Ausgabe-Spannung des ersten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60a (eine Spannung zwischen der primärseitigen positiven Elektrodenbusleitung 298 und der primärseitigen negativen Elektrodenbusleitung 299 der primärseitigen Umwandlungsschaltung 20), Vb die Eingabe/Ausgabe-Spannung des dritten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60b (eine Spannung zwischen der primärseitigen positiven Elektrodenbusleitung 398 und der primärseitigen negativen Elektrodenbusleitung 399 der sekundärseitigen Umwandlungsschaltung 30), π ist pi, ω (= 2π × f = 2π / T) ist eine Winkelfrequenz der Schaltaktionen der primärseitigen Umwandlungsschaltung 20 und der sekundärseitigen Umwandlungsschaltung 30, f ist eine Schaltfrequenz der primärseitigen Umwandlungsschaltung 20 und der sekundärseitigen Umwandlungsschaltung 30, T ist die Schaltperiode der primärseitigen Umwandlungsschaltung 20 und der sekundärseitigen Umwandlungsschaltung 30, L ist eine äquivalente Induktivität der magnetischen Koppeldrosseln 204, 304 und des Transformators 400 in Bezug auf die Leistungsübertragung, und F(D, ϕ) ist eine Funktion mit der Einschaltdauer D und der Phasendifferenz ϕ als Variablen und eine Variable, die monoton zunimmt, wenn die Phasendifferenz zunimmt, unabhängig von der Einschaltdauer D. Die Einschaltdauer D und die Phasendifferenz ϕ sind Steuerparameter, die so gestaltet sind, dass sie sich innerhalb eines Bereichs ändern, der zwischen vorgegebenen oberen und unteren Grenzwerten eingeschlossen ist.
  • Die äquivalente Induktivität L kann in einer einfachen äquivalenten Schaltung des Transformators 400 definiert werden, zu der die sekundärseitige magnetische Koppeldrossel 304 und/oder die primärseitige magnetische Koppeldrossel 204 zugeschaltet sind. Die äquivalente Induktivität L ist eine kombinierte Induktivität, die durch Kombination der Streuinduktivität der sekundärseitigen magnetischen Koppeldrossel und der Streuinduktivität des Transformators 400 und/oder der Streuinduktivität der primärseitigen magnetischen Koppeldrossel 204 auf der einfachen äquivalenten Schaltung erhalten wird.
  • Beispielsweise kann die äquivalente Induktivität, die bei der sekundärseitigen Umwandlungsschaltung 30 gemessen wird (sekundärseitiger Umwandlungswert LEQ2) ausgedrückt werden als L EQ 2 = 2 L 1 ( 1 − k 1 ) N 2 + 2 L 2 ( 1 − k 2 ) + L T 2 ( 1 − k T 2 )
    Figure DE102014116371B4_0002
  • L1 ist eine Selbstinduktivität der primärseitigen magnetischen Koppeldrossel 204, k1 ist der Koppelkoeffizient der primärseitigen magnetischen Koppeldrossel 204, N ist das Wicklungsverhältnis des Transformators 400, L2 ist die Selbstinduktivität der sekundärseitigen magnetischen Koppeldrossel 304, k2 ist der Koppelkoeffizient der sekundärseitigen magnetischen Koppeldrossel 304, LT2 ist die Erregerinduktivität der Sekundärseite des Transformators 400 und kT ist der Koppelkoeffizient des Transformators 400. Es ist zu beachten, dass, falls der zweite Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60c oder der vierte Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60d nicht benutzt wird, keine Streuinduktivität auftritt, wie in Gleichung 2 durch den Term 1 oder 2 angezeigt.
  • Übrigens können bei der Leistungsversorgungsvorrichtung 101 die Koppelkoeffizienten k1, k2, kT oder die Selbstinduktivitäten eine große Abweichung aufweisen, weil die Dimensionstoleranz der Wicklung oder des Kerns des Transformators 400 oder der magnetischen Koppeldrosseln 204, 304 relativ groß ist. Insbesondere können nach dem Zusammenbau eines Spulenelements die Abweichungen der Koppelkoeffizienten k1, k2, kT oder der Selbstinduktivitäten in Übereinstimmung mit Belastung oder Verformung beachtlich sein. Als Ergebnis nimmt auch die Abweichung der Äquivalenzinduktivität zu und auch eine Abweichung der übertragenen Leistung P tritt auf.
  • Wie aus der Gleichung 1 zu ersehen ist, hängt die übertragene Leistung ab von der äquivalenten Induktivität und der Phasendifferenz ϕ. Beispielsweise wird die übertragene Leistung P umso kleiner, je größer der Wert der äquivalenten Induktivität L ist, und je kleiner der Wert der äquivalenten Induktivität L ist, desto größer ist die übertragene Leistung P. Deshalb kann die übertragene Leistung P durch geeignete Einstellung der Phasendifferenz ϕ, der äquivalenten Induktivität L und dergleichen, die als einer der Steuerparameter dienen, gesteuert werden.
  • Deshalb stellt die Steuereinheit 50 die äquivalente Induktivität L und die Phasendifferenz ϕ durch genaues Messen des Steigungsmaßes des Stroms und der Verzögerungszeit (Details werden später beschrieben) ein. Die übertragene Leistung P wird auf der Basis dieser Messwerte auf einen optimierten Wert korrigiert, wodurch eine Veränderung der übertragenen Leistung P unterdrückt wird. Das heißt, die Leistungsversorgungsvorrichtung 101 stellt die äquivalente Induktivität L und die Phasendifferenz ϕ durch die Steuereinheit 50 auf gewünschten Werte ein und korrigiert entsprechend die übertragene Leistung P. Deshalb kann eine Leistungsübertragung mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden.
  • Außerdem ändert die Steuereinheit 50 die Phasendifferenz ϕ derart, dass eine Anschlussspannung Vp wenigstens eines vorgegebenen Anschlusses der Anschlüsse auf der Primärseite und der Anschlüsse auf der Sekundärseite sich einer Zielanschlussspannung Vo nähert, wodurch die übertragene Leistung P eingestellt wird. Deshalb kann, selbst wenn der von einer mit dem vorgegebenen Anschluss verbundenen Last verbrauchte Strom zunimmt, die Steuereinheit 50 die übertragene Leistung P durch Änderung der Phasendifferenz ϕ einstellen, wodurch verhindert wird, dass die Anschlussspannung Vp in Bezug auf die Zielanschlussspannung Vo abnimmt.
  • Beispielsweise ändert die Steuereinheit 50 die Phasendifferenz ϕ derart, dass eine Anschlussspannung Vp eines Anschlusses, das heißt das Übertragungsziel der übertragenen Leistung P der primärseitigen Anschlüsse und der sekundärseitigen Anschlüsse sich einer Zielanschlussspannung Vo nähert, wodurch die übertragene Leistung P eingestellt wird. Deshalb kann, selbst wenn der von einer das Ziel einer das Übertragungsziel der übertragenen Leistung darstellenden Last verbrauche Strom zunimmt, die Steuereinheit 50 die übertragene Leistung durch ansteigende Änderung der Phasendifferenz ϕ in ansteigender Richtung einstellen, wodurch die Anschlussspannung Vp gehindert wird, in Bezug auf die Zielanschlussspannung Vo abzunehmen.
  • <Leistungskorrekturverfahren der Leistungsversorgungsvorrichtung 101>
  • Ein Beispiel eines Leistungskorrekturverfahrens für die Leistungsversorgungsvorrichtung 101 wird anhand der 4 beschrieben. Gemäß dem Leistungskorrekturverfahren werden die äquivalente Induktivität L und die Phasendifferenz (Steuerparameter) in geeigneter Weise eingestellt auf der Basis des gemessenen Steigungsmaßes des Stroms und des gemessenen Wertes der Verzögerungszeit, und die übertragene Leistung wird geeignet auf der Basis der Steuerparameter korrigiert.
  • Zunächst wird bei der primärseitigen Vollbrückenschaltung 200 der elektrisch verbindend zwischen der primärseitigen negativen Elektrodenbusleitung 299 und der primärseitigen ersten Drossel 204a angeschlossene primärseitige erste untere Zweig /U1 und der elektrisch verbindende zwischen der primärseitigen negativen Elektrodenbusleitung 299 und der primärseitigen zweiten Drossel 204b angeschlossene primärseitige zweite untere Zweig /V1 eingeschaltet (siehe in 4 gezeigte Kreise).
  • Dann wird bei der sekundärseitigen Vollbrückenschaltung 300 eine vorgegebene Spannung zwischen der hochpotentialseitigen Klemme 618 des dritten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60b und der dem niedrigen Potential zugeordneten Klemme 620 des dritten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60b und des vierten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60d angelegt (siehe Pfeil Y in 4).
  • Dann wird bei der sekundärseitigen Vollbrückenschaltung 300 der elektrisch verbindend zwischen der sekundärseitigen positiven Elektrodenbusleitung 398 und der sekundärseitigen zweiten Drossel 304b angeschlossene sekundärseitige zweite obere Zweig V2 und der elektrisch verbindend zwischen der sekundärseitigen negativen Elektrodenbusleitung 399 und der sekundärseitigen ersten Drossel 304a angeschlossene sekundärseitige erste untere Zweig /U2 eingeschaltet (siehe in 4 gezeigte Kreise). In diesem Falle wird ein von der Steuereinheit 50 ausgegebenes EIN-Signal (beispielsweise ein PWM-Signal) an den sekundärseitigen zweiten oberen Zweig V2 und den sekundärseitigen ersten unteren Zweig /U2 eingegeben.
  • Dann wird bei der sekundärseitigen Vollbrückenschaltung 300 eine Verzögerungszeit α seit dem Einschalten des sekundärseitigen zweiten oberen Zweigs V2 und des sekundärseitigen ersten unteren Zweigs /U2 (Zeit tα1) bis zum aktuellen Beginn des Stromflusses im primärseitigen ersten unteren Zweig /U1 und dem primärseitigen zweiten unteren Zweig /V1 in der primärseitigen Vollbrückenschaltung 200 (Zeit tα2) gemessen. Die Verzögerungszeit α ist eine Differenz zwischen der Zeit tα1 und der Zeit tα2 (= Zeit tα2 - Zeit tα1), d. h. eine Zeitdifferenz zwischen dem Auftreten der Schaltung bei der primärseitigen Vollbrückenschaltung 200 und der sekundärseitigen Vollbrückenschaltung 300 (zwischen den Brückenschaltungen). Zudem werden, um die Verzögerungszeit α genau zu messen, der primärseitige erste untere Zweig /U1 und der primärseitige zweite untere Zweig /V1 vorzugsweise vorab eingeschaltet.
  • Die Phasendifferenz ϕ ist abhängig von der Verzögerungszeit α. Die Phasendifferenz ϕ kann durch Einstellung der Schaltzeitpunkte der in der primärseitigen Umwandlungsschaltung 20 eingeschlossenen Schaltelemente und der in der sekundärseitigen Umwandlungsschaltung 30 eingeschlossenen Schaltelemente gesteuert werden. Somit kann die Phasendifferenz ϕ mit hoher Genauigkeit durch Einstellung der Schaltzeitpunkte gemäß der Verzögerungszeit α gesteuert werden.
  • Beispielsweise wird die Zeitspanne seit dem Einschalten des sekundärseitigen zweiten oberen Zweigs V2 und des sekundärseitigen ersten unteren Zweigs /U2 bis zum Beginn des aktuellen Stromflusses im primärseitigen ersten unteren Zweig /U1 und dem primärseitigen zweiten unteren Zweig /V1 als Verzögerungszeit α1 definiert. Außerdem wird die Zeitspanne seit dem Einschalten des primärseitigen zweiten oberen Zweigs V1 und des primärseitigen ersten unteren Zweigs /U1 bis zum Beginn des aktuellen Stromflusses im sekundärseitigen ersten unteren Zweig /U2 und dem sekundärseitigen zweiten unteren Zweig /V2 als Verzögerungszeit α2 definiert.
  • In diesem Falle wird unter Verwendung von α1, t5, α2, t6 (siehe 3) die Phasendifferenz ϕ ausgedrückt als ϕ = ( t 6 + α 2 ) − ( t 5 + α 1 ) = ( t 6 − t 5 ) + ( α 2 − α 1 )
    Figure DE102014116371B4_0003
  • Deshalb kann die Phasendifferenz ϕ mit hoher Genauigkeit gesteuert werden durch Einstellung des EIN-Zeitpunkts des primärseitigen zweiten oberen Zweigs V1 und des sekundärseitigen zweiten oberen Zweigs V2 derart, dass (α2 - α1) Null wird.
  • Alternativ kann die Zeitspanne seit dem Einschalten des sekundärseitigen ersten oberen Zweigs U2 und des sekundärseitigen zweiten unteren Zweigs /V2 bis zum Beginn des aktuellen Stromflusses im primärseitigen ersten unteren Zweig /U1 und dem primärseitigen zweiten unteren Zweig /V1 als Verzögerungszeit α3 definiert. Außerdem wird die Zeitspanne seit dem Einschalten des primärseitigen ersten oberen Zweigs U1 und des primärseitigen zweiten unteren Zweigs /V1 bis zum Beginn des aktuellen Stromflusses im sekundärseitigen zweiten unteren Zweig /V2 und dem sekundärseitigen ersten unteren Zweig /U2 als Verzögerungszeit α4 definiert.
  • In diesem Falle wird unter Verwendung von α3, t1, α4, t2 (siehe 3), die Phasendifferenz ϕ ausgedrückt als ϕ = ( t 2 + α 4 ) − ( t 1 + α 3 ) = ( t 2 − t 1 ) + ( α 4 − α 3 )
    Figure DE102014116371B4_0004
  • Deshalb kann die Phasendifferenz ϕ mit hoher Genauigkeit gesteuert werden durch Einstellung des EIN-Zeitpunkts des primärseitigen ersten oberen Zweigs U1 und des sekundärseitigen ersten oberen Zweigs U2 derart, dass (α4 - α3) Null wird.
  • Dann wird bei der primärseitigen Vollbrückenschaltung 200 eine Steilheit β des Stroms gemessen (siehe 5), der zunimmt, nachdem er seit dem Einschalten des sekundärseitigen zweiten oberen Zweigs V2 und des sekundärseitigen ersten unteren Zweigs /U2 beginnt, aktuell im primärseitigen ersten unteren Zweig /U1 und dem primärseitigen zweiten unteren Zweig /V1 in Richtung des in 4 gezeigten Pfeils Z zu fließen. Die Steilheit β des Stroms wird ausgedrückt als Stromänderung pro Zeitänderung (= di/dt).
  • In diesem Falle werden die Steilheit β des Stroms und die Verzögerungszeit α in einem Zustand gemessen, in welchem der Transformator 400, die primärseitige magnetische Koppeldrossel 204 (einschließlich der primärseitigen ersten Drossel 204a und der primärseitigen zweiten Drossel 204b) und die sekundärseitige magnetische Koppeldrossel 304 (einschließlich der sekundärseitigen ersten Drossel 304a und der sekundärseitigen zweiten Drossel 304b) zusammengebaut worden sind.
  • Der Einschaltzeitpunkt der Schaltelemente ist nicht besonders beschränkt. Beispielsweise werden bei der sekundärseitigem Vollbrückenschaltung 300 der elektrisch verbindend zwischen der sekundärseitigen positiven Elektrodenbusleitung 398 und der sekundärseitigen zweiten Drossel 304b angeschlossene zweite obere Zweig V2 und der elektrisch verbindend zwischen der sekundärseitigen negativen Elektrodenbusleitung 399 und der sekundärseitigen ersten Drossel 304a angeschlossene sekundärseitige erste untere Zweig /U2 eingeschaltet. Dann wird eine vorgegebene Spannung an die Klemmen des dritten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60b gelegt. Dann wird bei der primärseitigen Vollbrückenschaltung 200 der elektrisch verbindend zwischen der primärseitigen negativen Elektrodenbusleitung 299 und der primärseitigen ersten Drossel 204a angeschlossene primärseitige erste untere Zweig /U1 und der elektrisch verbindend zwischen der primärseitigen negativen Elektrodenbusleitung 299 und der primärseitigen zweiten Drossel 204b angeschlossene primärseitige zweite untere Zweig /V1 eingeschaltet. Dann werden bei der primärseitigen Vollbrückenschaltung 200 die Verzögerungszeit bis zum Beginn des Stromflusses im primärseitigen ersten unteren Zweig /U1 und im primärseitigen zweiten unteren Zweig /V1 und die Steilheit des im primärseitigen ersten unteren Zweig /U1 und im primärseitigen zweiten unteren Zweig /V1 fließenden Stroms gemessen. Somit kann die Messung in entgegengesetzter Reihenfolge wie oben erfolgen. In jedem Falle ist es ausreichend, die Zeitdifferenzen zwischen den in den Brückenschaltungen auftretenden Schaltvorgängen und die Steilheit des in einer der Brückenschaltungen fließenden Stroms genau zu messen.
  • Im oben beschriebenen Falle ist die Steilheit β des zu messenden Stroms nicht besonders beschränkt. Beispielsweise kann eine Steilheit des Stroms, nachdem er nach dem Einschalten des primärseitigen zweiten oberen Zweigs V1 und des primärseitigen ersten unteren Zweigs /U1 beginnt, aktuell im sekundärseitigen ersten unteren Zweig /U2 und dem sekundärseitigen zweiten unteren Zweig /V2 zu fließen, ebenfalls gemessen werden. Alternativ kann auch beispielsweise eine Steilheit β des Stroms, nachdem er nach dem Einschalten des primärseitigen ersten oberen Zweigs U1 und des primärseitigen ersten unteren Zweigs V1 beginnt, aktuell im sekundärseitigen zweiten unteren Zweig /V2 und dem sekundärseitigen ersten unteren Zweig /U2 zu fließen, ebenfalls gemessen werden.
  • Dann wird die äquivalente Induktivität L auf der Basis der gemessenen Stromsteilheit β berechnet. Unter Anwendung einer vorgegebenen Spannung V (bei der sekundärseitigen Vollbrückenschaltung 300 eine zwischen der hochpotentialseitigen Klemme 618 des dritten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60b und der dem niedrigen Potential zugeordneten Klemme 620 des dritten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60b und des vierten Eingabe/Ausgabe-Anschlusses 60d angelegte Spannung) und der Stromsteilheit β kann die äquivalente Induktivität L ausgedrückt werden als L = V / ( di / dt ) = V / β
    Figure DE102014116371B4_0005
  • Wie aus der Gleichung 5 ersichtlich ist, kann die äquivalente Induktivität L nur aus der Stromsteilheit β und der vorgegebenen Spannung V berechnet werden. Das heißt, die äquivalente Induktivität L kann in einer relativ einfachen Weise ohne Messung der Selbstinduktivitäten und der Kopplungskoeffizienten k1, k2, kT der entsprechenden magnetischen Elemente, deren Abweichungen sich nach dem Zusammenfügen der Spulenkomponenten in großem Ausmaß verändern, berechnet werden. Die übertragene Leistung wird durch Austauschen des berechneten Wertes der äquivalenten Induktivität L in Gleichung 1 korrigiert.
  • Das heißt, die übertragene Leistung wird entsprechend dem gemessenen Wert der Steilheit β und dem gemessenen Wert der Verzögerungszeit α korrigiert. Insbesondere wird die übertragene Leistung gemäß der Phasendifferenz ϕ und der gemäß den oben gemessenen Werten eingestellten äquivalenten Induktivität L korrigiert.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren zur Leistungskorrektur kann bei einem fertiggestellten Produktzustand nach dem Zusammenbau der Spulenkomponenten die übertragene Leistung unter Berücksichtigung irgendwelcher ungünstiger Einwirkungen, durch Spannungen, Verformungen, Kontaktwiderstände, parasitärer Induktivitäten und so weiter auf die übertragene Leistung korrigiert werden. Deshalb ist es möglich, die Leistungsübertragung mit hoher Genauigkeit durchzuführen. Außerdem kann die übertragene Leistung leicht gesteuert werden, weil die Steuerungsparameter durch Verwendung der gemessenen Werte in der gleichen Brückenschaltung eingestellt werden können. Das heißt, mit dem oben beschriebenen Verfahren zur Leistungskorrektur kann eine Steuerungstechnik zur Leistungsübertragung zwischen einer Mehrzahl von Anschlüssen einer Leistungsversorgungsschaltung eingerichtet werden, die beim Stand der Technik nicht vorhanden ist.
  • Das Leistungskorrekturverfahren kann durch ein Inspektionsgerät bei einem Inspektionsverfahren während des Herstellungsverfahrens der LeistungsversorgungsVorrichtung 101 durchgeführt werden. Nachdem die Leistungsversorgungsvorrichtung 101 von der Fabrik oder dergleichen transportiert worden ist, kann das Leistungskorrekturverfahren auch durch ein Werkzeug zur Ermittlung von Unregelmäßigkeiten oder die Steuereinheit 50 ausgeführt werden, während die Leistungsversorgungsvorrichtung 101 in Gebrauch ist. Der Ort, an dem das Leistungskorrekturverfahren ausgeführt wird, seine Anwendung und dergleichen sind nicht besonders beschränkt.
  • Eine Ausführungsform der Leistungswandlungsvorrichtung und das Leistungskorrekturverfahren wurden oben beschrieben, jedoch ist die Erfindung nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt und verschiedene Abwandlungen und Verbesserungen, wie die Kombination oder der Austausch der obigen Ausführungsform entweder teilweise oder insgesamt mit einer anderen Ausführungsform kann innerhalb des Bereichs der Erfindung vorgenommen werden.
  • Beispielsweise wurde bei der obigen Ausführungsform ein MOSFET, das ein Halbleiterelement für eine EIN/AUS-Aktion ist, als ein Beispiel für das Schaltelement genannt. Jedoch kann das Schaltelement ein Leistungselement des Spannungssteuerungstyps sein, das ein isoliertes Gate benutzt, wie beispielsweise ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT), oder ein MOSFET, oder ein Bipolartransistor.
  • Außerdem kann eine Leistungsversorgung mit dem ersten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a und eine Leistungsversorgung mit dem vierten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60d verbunden sein. Zudem muss eine Leistungsversorgung nicht mit dem zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60c und nicht mit dem dritten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60b verbunden sein.
  • Außerdem kann in 1, obwohl die primärseitige Leistungsversorgung 62c des Niederspannungssystems mit dem zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60c verbunden ist, die Leistungsversorgung weder mit dem ersten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60a noch mit dem zweiten Eingabe/Ausgabe-Anschluss 60c verbunden sein.
  • Des Weiteren ist die vorliegende Erfindung geeignet für eine Leistungswandlungsvorrichtung, die eine Mehrzahl, wenigstens drei oder mehr, von Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen aufweist und geeignet ist, eine Leistungswandlung zwischen beliebigen zwei Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen der Mehrzahl von wenigstens drei oder mehr Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen durchzuführen. Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung auch geeignet für die Leistungsversorgungsvorrichtung, die so gestaltet ist, dass sie nicht einen der in 1 dargestellten Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse einschließt.

Claims (6)

  1. Leistungskorrekturverfahren zur Korrektur übertragener Leistung, die zwischen einer primärseitiger Schaltung (20) und einer sekundärseitigen Schaltung (30) übertragen wird, die mit der primärseitigen Schaltung (20) über eine Drossel verbunden ist und magnetisch mit der primärseitigen Schaltung (20) über einen Transformator gekoppelt ist, und in Übereinstimmung mit einer Phasendifferenz der Schaltaktion der primärseitigen Schaltung (20) und der Schaltaktion der sekundärseitigen Schaltung (30) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: Schalten durch Einschalten eines ersten Transistors und eines zweiten Transistors, die mit einer negativen Elektrodenbusleitung der primärseitigen Schaltung (20) verbunden sind; Anlegen einer vorgegebenen Spannung zwischen einer positiven Elektrodenbusleitung und einer negativen Elektrodenbusleitung der sekundärseitigen Schaltung (30); Schalten durch Einschalten eines dritten Transistors, der mit der positiven Elektrodenbusleitung der sekundärseitigen Schaltung (30) verbunden ist; und eines vierten Transistors, der mit dem dritten Transistor über eine Drossel verbunden ist und mit der negativen Elektrodenbusleitung der sekundärseitigen Schaltung (30); Messen der Verzögerungszeit seit dem Einschalten des dritten Transistors und des vierten Transistors, bis der Strom beginnt, im ersten Transistor und im zweiten Transistor zu fließen; Messen der Steilheit des im ersten Transistor und im zweiten Transistor fließenden Stroms; und Korrigieren der übertragenen Leistung gemäß eines gemessenen Wertes der Steilheit und eines gemessenen Wertes der Verzögerungszeit.
  2. Leistungskorrekturverfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend: Berechnung einer äquivalenten Induktivität in Bezug auf die Leistungsübertragung des Transformators und der Drossel auf der Basis des gemessenen Wertes der Steilheit und der vorgegebenen Spannung, wobei die übertragene Leistung auf der Basis eines berechneten Wertes der äquivalenten Induktivität korrigiert wird, wenn die übertragene Leistung gemäß dem gemessenen Wert der Steilheit und dem gemessenen Wert der Verzögerungszeit korrigiert wird.
  3. Leistungskorrekturverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welchem ein Einschaltzeitpunkt beim dritten Transistor und dem vierten Transistor auf der Basis des gemessenen Wertes der Verzögerungszeit eingestellt wird.
  4. Leistungskorrekturvorrichtung, die eine primärseitige Schaltung (20) und eine sekundärseitige Schaltung (30) umfasst, die mit der primärseitigen Schaltung (20) über eine Drossel verbunden ist und magnetisch über einen Transformator mit der primärseitigen Schaltung (20) gekoppelt ist, und eine Steuereinheit (50), die die zwischen der primärseitigen Schaltung (20) und der sekundärseitigen Schaltung (30) übertragene Leistung durch Korrektur einer Phasendifferenz zwischen der Schaltaktion der primärseitigen Schaltung (20) und der Schaltaktion der sekundärseitigen Schaltung (30) steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (50) so gestaltet ist, dass sie: einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor einschaltet, die mit einer negativen Elektrodenbusleitung der primären Schaltung (20) verbunden sind; eine vorgegebene Spannung zwischen einer positiven Elektrodenbusleitung und einer negativen Elektrodenbusleitung der sekundärseitigen Schaltung (30) anlegt; einen dritten Transistor einschaltet, der mit der positiven Elektrodenbusleitung der sekundärseitigen Schaltung (30) und einem vierten Transistor, der mit dem dritten Transistor über die Drossel verbunden ist und mit der negativen Elektrodenbusleitung der sekundärseitigen Schaltung (30); die Verzögerungszeit seit dem Einschalten des dritten Transistors und des vierten Transistors misst, bis der Strom beginnt, in den ersten Transistor und den zweiten Transistor zu fließen; die Steilheit des Stroms misst, der in den ersten Transistor und den zweiten Transistor fließt; und die übertragene Leistung gemäß einem gemessenen Wert der Steilheit und einem gemessenen Wert der Verzögerungszeit korrigiert.
  5. Leistungskorrekturvorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher die Steuereinheit (50) so gestaltet ist, dass sie: auf der Basis des gemessenen Wertes der Steilheit und der vorgegebenen Spannung eine auf die Leistungsübertragung des Transformators und der Drossel bezogene äquivalente Induktivität berechnet; und die übertragene Leistung auf der Basis eines berechneten Wertes der äquivalenten Induktivität korrigiert.
  6. Leistungskorrekturvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, bei welcher der Einschaltzeitpunkt beim dritten Transistor und dem vierten Transistor auf der Basis des gemessenen Wertes der Verzögerungszeit eingestellt wird.
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