DE102015103217A1 - Leistungsumwandlungsvorrichtung und Verfahren zum Starten derselben - Google Patents

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Abstract

Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung (101) beinhaltet ein Transformator (400); einen primärseitigen Vollbrückenschaltkreis (200), welcher an einer Primärseite des Transformators (400) vorgesehen ist; einen ersten Port (60a), welcher mit dem primärseitigen Vollbrückenschaltkreis (200) verbunden ist; eine zweiten Port (60c), welcher mit einem Mittenabgriff der Primärseite des Transformators (400) verbunden ist; einen sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreis (300), welcher an einer Sekundärseite des Transformators (400) vorgesehen ist; einen dritten Port (60b), welcher mit dem sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreis (300) verbunden ist; und eine Steuereinheit (50), welche derart konfiguriert ist, dass diese bewirkt, dass ein oberer Zweig des sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreises in einem aktiven Bereich in einem Fall tätig ist, bei dem ein Kondensator, der mit dem dritten Port verbunden ist, mit der übertragenen Leistung geladen wird.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zum Konvertieren bzw. Umwandeln von Leistung zwischen einer Mehrzahl von Ports bzw. Schnittstellen.
  • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung zum Umwandeln von Leistung zwischen einer Mehrzahl von Eingangs-/Ausgangsports ist bekannt (beispielsweise siehe die japanische Patentanmeldung mit der Publikationsnummer 2011-193713 ( JP 2011-193713 A )).
  • Ein Kondensator ist mit zumindest einem Port der Leistungsumwandlungsvorrichtung verbunden.
  • Allerdings, falls eine Leistungsversorgung mit einem Port in einem Zustand verbunden ist, bei dem der Kondensator, der mit dem Port verbunden ist, so gut wie nicht geladen ist, gibt es eine Möglichkeit, dass ein Einschaltstrom, welcher in den Kondensator fließt, exzessive groß wird.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Deshalb sieht die vorliegende Erfindung eine Leistungsumwandlungsvorrichtung und ein Verfahren zum Starten bzw. Hochfahren derselben vor, welche es ermöglicht, den Einschaltstrom, welcher in einem Kondensator fließt, der mit einem Port verbunden ist, zu unterdrücken.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Leistungsumwandlungsvorrichtung beinhaltend das folgende vorgesehen: einen Transformator; einen primärseitigen Vollbrückenschaltkreis, welcher an einer Primärseite des Transformators vorgesehen ist; einen ersten Port bzw. Anschluss, welcher mit dem primärseitigen Vollbrückenschaltkreis verbunden ist; einen zweiten Port, welcher mit einem Mittenabgriff der Primärseite des Transformators verbunden ist; einen sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreis, welcher an einer Sekundärseite des Transformators vorgesehen ist; einen dritten Port, welcher mit dem sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreis verbunden ist; und eine Steuereinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese verursacht, dass ein oberer Zweig bzw. Arm des sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreis in einem aktiven Bereich in einem Fall tätig ist, bei dem ein Kondensator, welcher mit dem dritten Port verbunden ist, mit einer übertragenen Leistung geladen wird, welche zu dem sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreis über den Transformator von dem primärseitigen Vollbrückenschaltkreis übertragen wird, wenn eine Leistung des zweiten Ports hochgeschaltet wird, und die hochgeschaltete Leistung an den ersten Port abgegeben wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist diese fähig, einen Einschaltstrom, welcher in einen Kondensator fließt, der mit einem Port verbunden ist, zu unterdrücken.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Merkmale, Vorteile und technische und industrielle Signifikanz der beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in welchen gleiche Bezugszeichen die gleichen Elemente bezeichnen. Es zeigt/zeigen:
  • 1 ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Konfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung darstellt;
  • 2 ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Konfiguration einer Steuereinheit darstellt;
  • 3 ein Timing-Diagramm, welches ein Beispiel von Schaltbetätigungen bzw. eines Schaltbetriebs eines primärseitigen Schaltkreises und eines sekundärseitigen Schaltkreises darstellt
  • 4 ein Flussdiagramm, welches ein Beispiel eines Verfahrens zum Starten bzw. zum Hochfahren der Leistungsumwandlungsvorrichtung darstellt;
  • 5 ein Timing-Diagramm, welches ein Beispiel der Tätigkeiten bzw. Betriebsmodi der Leistungsumwandlungsvorrichtung zeigt, wenn diese hochgefahren bzw. gestartet wird;
  • 6 ein Diagramm, welches mittels eines Pfeils ein Beispiel einer Richtung und eines Pfads eines Stroms zeigt, welcher einen Kondensator lädt;
  • 7 ein Diagramm, welches mittels eines Pfeils ein Beispiel einer Richtung und eines Pfads eines Stroms zeigt, welcher einen Kondensator lädt;
  • 8 ein Diagramm, welches mittels eines Pfeils ein Beispiel einer Richtung und eines Pfads eines Stroms zeigt, welcher einen Kondensator lädt;
  • 9 ein Timing-Diagramm, welches ein Beispiel eines Einschaltverhältnisses zeigt, welches graduell anwächst;
  • 10 ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Struktur zeigt, in welcher Dioden eines oberen Zweigs entgegengesetzt angeordnet sind;
  • 11 ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Struktur zeigt, bei welcher Dioden eines unteren Zweigs entgegengesetzt angeordnet sind; und
  • 12 ein Timing-Diagramm, welches ein Beispiel zeigt, bei dem ein Betrieb eines Zweigs in einem aktiven Bereich unterbrochen wird;
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • <Konfiguration der Leistungsversorgungsvorrichtung 101>
  • 1 ist ein Blockdiagramm, welches ein Beispiel einer Konfiguration einer Leistungsversorgungsvorrichtung 101 zeigt, welche eine Ausführungsform einer Leistungsversorgungsvorrichtung ist. Beispielsweise ist die Leistungsversorgungsvorrichtung 101 ein Leistungsversorgungssystem, welches einen Leistungsversorgungsschaltkreis 10, eine Steuereinheit 50 und eine Sensoreinheit 70 beinhaltet. Beispielsweise ist die Leistungsversorgungsvorrichtung 101 ein System, welches in einem Fahrzeug, wie z. B. einem Automobil, angebracht ist, und welches Leistung zu verschiedenen Lasten des Fahrzeugs verteilt. Ein Hybridfahrzeug, ein Plug-in Hybridfahrzeug, ein elektrisches Fahrzeug und so weiter können als spezifische Beispiele für dieses Fahrzeug zitiert werden. Die Leistungsversorgungsvorrichtung 101 kann ebenso auf einem Fahrzeug befestigt sein, welches eine Maschine als eine Antriebsquelle verwendet.
  • Beispielsweise beinhaltet die Leistungsversorgungsvorrichtung 101 als primärseitige Ports einen ersten Eingangs-/Ausgangsport 60a, mit dem eine primärseitige Hochspannungssystemlast 61a verbunden ist, und einen zweiten Eingangs-/Ausgangsport 60c, mit dem eine primärseitige Niederspannungssystemlast 61c und eine primärseitige Niederspannungssystemleistungsversorgung 62c verbunden sind. Die primärseitige Niederspannungssystemleistungsversorgung 62c führt die Leistung zu der primärseitigen Niederspannungssystemlast 61c zu, welche durch ein identisches Spannungssystem (beispielsweise ein 12 V System) zu der primärseitigen Niederspannungssystemleistungsversorgung 62c getrieben wird. Ferner führt die primärseitige Niederspannungssystemleistungsversorgung 62c Leistung, welche durch einen primärseitigen Konversionsschaltkreis bzw. Umwandlungsschaltkreis 20 hoch bzw. aufwärts gewandelt wird, welcher in dem Leistungsversorgungsschaltkreis 10 vorgesehen ist, beispielsweise zu der primärseitigen Hochspannungssystemlast 61a zu, welche mit einem unterschiedlichen Spannungssystem betrieben wird (beispielsweise ein 48 V System, welches eine höhere Spannung als das 12 V System aufweist) zu der primärseitigen Niederspannungssystemleistungsversorgung 62c. Eine Sekundärbatterie, wie z. B. eine Bleibatterie, kann als spezifisches Beispiel der primärseitigen Niederspannungssystemleistungsversorgung 62c genannt werden.
  • Beispielsweise beinhaltet die Leistungsversorgungsvorrichtung 101 als sekundärseitige Ports einen dritten Eingangs-/Ausgangsport 60b, an dem eine sekundärseitige Hochspannungssystemlast 61b und eine sekundärseitige Hochspannungssystemleistungsversorgung 62b verbunden sind, und einen vierten Eingangs-/Ausgangsport 60d, an dem eine sekundärseitige Niedrigspannungssystemlast 61d und eine sekundärseitige Niedrigspannungssystemleistungsversorgung 62d verbunden sind. Die sekundärseitige Hochspannungssystemleistungsversorgung 62b führt Leistung zu der sekundärseitigen Hochspannungssystemlast 61b, welche durch ein identisches Spannungssystem (beispielsweise ein 288 V System mit einer höheren Spannung, als die des 12 V Systems und die des 48 V Systems) zu der sekundärseitigen Hochspannungssystemleistungsversorgung 62d betrieben wird. Ferner führt die sekundärseitige Hochspannungssystemleistungsversorgung 62b Leistung, welche durch einen sekundärseitigen Konversionsschaltkreis 30 herunter- bzw. herabgewandelt wird, welcher in dem Leistungsversorgungsschaltkreis 10 vorgesehen ist, beispielsweise zu der sekundärseitigen Niedrigspannungssystemlast 61d zu, welche durch ein unterschiedliches Spannungssystem (beispielsweise ein 72 V System mit einer niedrigeren Spannung, als das 288 V System) zu der sekundärseitigen Hochspannungssystemleistungsversorgung 62b betrieben wird. Eine sekundäre Batterie, wie z. B. eine Lithiumionenbatterie, kann als ein spezifisches Beispiel der sekundärseitigen Hochspannungssystemleistungsversorgung 62b zitiert werden.
  • Die sekundärseitige Niedrigspannungssystemleistungsversorgung 62d führt Leistung zu der sekundärseitigen Niedrigspannungssystemlast 61d, welche durch ein identisches Spannungssystem (beispielsweise das 72 V System) zu der sekundärseitigen Niedrigspannungssystemleistungsversorgung 62d betrieben wird. Ferner führt die sekundärseitige Niedrigspannungssystemleistungsversorgung 62d Leistung, welche durch den sekundärseitigen Konversionsschaltkreis 30 hochgewandelt wird, welcher in dem Leistungsversorgungsschaltkreis vorgesehen ist, zu beispielsweise der sekundärseitigen Hochspannungssystemlast 61b zu, welche durch ein höheres Spannungssystem (beispielsweise das 288 V System) als die sekundärseitige Niedrigspannungssystemleistungsversorgung 62d betrieben wird. Eine solare Leistungsversorgung (ein solarer Leistungsgenerator) und ein AC-DC Konverter zum Konvertieren von kommerzieller Wechselspannungsleistung in eine Gleichspannungsleistung, eine sekundäre Batterie und so weiter, können als spezifische Beispiel für die sekundärseitige Niedrigspannungssystemleistungsversorgung 62d zitiert werden.
  • Der Leistungsversorgungsschaltkreis 10 ist ein Leistungsumwandlungs- bzw. Leistungskonversionsschaltkreis, welche die vier Eingangs-/Ausgangsports, die vorstehend beschrieben worden sind, beinhaltet, und welcher Funktionen zum Auswählen von irgendwelchen der zwei Eingang-/Ausgangsports aus den vier Eingangs-/Ausgangsports und zum Durchführen der Leistungskonversion zwischen den zwei Eingangs-/Ausgangsports aufweist. Ferner kann die Leistungsversorgungsvorrichtung 101 beinhaltend den Leistungsversorgungsschaltkreis 10 eine Vorrichtung sein, welche eine Mehrzahl von, zumindest drei Eingangs-/Ausgangsports aufweist, und welcher geeignet ist, die Leistung zwischen irgendwelchen der zweit Eingangs-/Ausgangsports aus der Mehrzahl von, zumindest drei, Eingangs-/Ausgangsports zu konvertieren. Beispielsweise kann der Leistungsversorgungsschaltkreis 10 ebenso ein Schaltkreis sein, welcher drei Eingangs-/Ausgangsports ohne den vierten Eingangs-/Ausgangsport 60d aufweist.
  • Die Portleistungen Pa, Pc, Pb, Pd sind jeweils vier Eingangs-/Ausgangsleistungen (Eingangsleistungen oder Ausgangsleistungen) des ersten Eingangs-/Ausgangsports 60a, des zweiten Eingangs-/Ausgangsports 60c, des dritten Eingangs-/Ausgangsports 60b und des vierten Eingangs-/Ausgangsports 60d. Die Portspannungen Va, Vc, Vb, Vd sind jeweils Eingangs-/Ausgangsspannungen (Eingangsspannungen oder Ausgangsspannungen) des ersten Eingangs-/Ausgangsports 60a, des zweiten Eingangs-/Ausgangsports 60c, des dritten Eingangs-/Ausgangsports 60b und des vierten Eingangs-/Ausgangsports 60d. Die Portströme Ia, Ic, Ib, Id sind jeweils Eingangs-/Ausgangsströme (Eingangsströme oder Ausgangsströme) des ersten Eingangs-/Ausgangsports 60a, des zweiten Eingangs-/Ausgangsports 60c, des dritten Eingangs-/Ausgangsports 60b und des vierten Eingangs-/Ausgangsports 60d.
  • Der Leistungsversorgungsschaltkreis 10 beinhaltet einen Kondensator C1, welcher vorgesehen ist, den ersten Eingangs-/Ausgangsport 60a zu verbinden, einen Kondensator C3, welcher vorgesehen ist, den zweiten Eingangs-/Ausgangsport 60c zu verbinden, einen Kondensator C2, welcher vorgesehen ist, den dritten Eingangs-/Ausgangsport 60b zu verbinden, und einen Kondensator C4, welcher vorgesehen ist, den vierten Eingangs-/Ausgangsport 60d zu verbinden. Filmkondensatoren, Aluminiumelektrolytkondensatoren, keramische Kondensatoren, Polymerelektrolytkondensatoren und so weiter können als spezifische Beispiele für die Kondensatoren C1, C2, C3 und C4 zitiert werden.
  • Der Kondensator C1 ist zwischen einem hochpotentialseitigen Anschluss 613 bzw. einem Anschluss 613 mit hohem Potential des ersten Eingangs-/Ausgangsports 60a und einen niedrigpotentialseitigen Anschluss 614 bzw. einem Anschluss 614 mit niedrigem Potential des ersten Eingangs-/Ausgangsports 60a und des zweiten Eingangs-/Ausgangsports 60c eingefügt. Der Kondensator C3 ist zwischen einem hochpotentialseitigem Anschluss 616 des zweiten Eingangs-/Ausgangsports 60c und dem niedrigpotentialseitigem Anschluss 614 des ersten Eingangs-/Ausgangsports 60a und dem zweiten Eingangs-/Ausgangsport 60c eingefügt. Der Kondensator C2 ist zwischen einem hochpotentialseitigem Anschluss 618 des dritten Eingangs-/Ausgangsports 60b und eine niedrigpotentialseitigem Anschluss 620 des dritten Eingangs-/Ausgangsports 60b und dem vierten Eingangs-/Ausgangsport 60d eingefügt. Der Kondensator C4 ist zwischen einem hochpotentialseitigem Anschluss 622 des vierten Eingangs-/Ausgangsports 60d und niedrigpotentialseitigem Anschluss 620 des dritten Eingangs-/Ausgangsports 60b und dem vierten Eingangs-/Ausgangsports 60d eingefügt.
  • Die Kondensatoren C1, C2, C3 und C4 können sowohl innerhalb als auch außerhalb des Leistungsversorgungsschaltkreises 10 vorgesehen sein.
  • Der Leistungsversorgungsschaltkreis ist ein Leistungsversorgungsschaltkreis, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser den primärseitigen Konversions- bzw. Umwandlungsschaltkreis 20 und den sekundärseitigen Konversions- bzw. Umwandlungsschaltkreis 30 beinhaltet. Ferner sind der primärseitige Umwandlungsschaltkreis 20 und der sekundärseitige Umwandlungsschaltkreis 30 über eine primärseitige magnetische Kopplungsspule 204 und eine sekundärseitige magnetische Kopplungsspule 304 verbunden, und weiter sind diese magnetisch durch einen Transformator 400 (ein Transformator mit Mittenabgriff) gekoppelt. Die primärseitigen Ports, welche durch den ersten Eingangs-/Ausgangsport 60a und den zweiten Eingangs-/Ausgangsport 60c konfiguriert werden, und die sekundärseitigen Ports, welche durch den dritten Eingangs-/Ausgangsport 60b und den vierte Eingangs-/Ausgangsport 60d konfiguriert werden, sind über den Transformator 400 verbunden.
  • Der primärseitige Umwandlungsschaltkreis 20 ist ein primärseitiger Schaltkreis, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser einen primärseitigen Vollbrückenschaltkreis 200, den ersten Eingangs-/Ausgangsport 60a und den zweiten Eingangs-/Ausgangsport 60c. Der primärseitige Vollbrückenschaltkreis 200 ist an einer Primärseite des Transformators 400 vorgesehen. Der primärseitige Vollbrückenschaltkreis 200 ist eine primärseitige Leistungsumwandlungseinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese eine primärseitige Wicklung 202 des Transformators 400, eine primärseitige magnetische Kopplungsspule 204, einen primärseitigen ersten oberen Zweig U1, einen primärseitigen ersten unteren Zweig/U1, einen primärseitigen zweiten oberen Zweig V1, und einen primärseitige zweiten unteren Zweig /V1 beinhaltet. Hier 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, welche jeweils derart konfiguriert sind, dass diese beispielsweise einen N-Kanalmetalloxidhalbleiterfeldeffekttransistor (MOSFET) und eine Körperdiode (einer parasitäre Diode), welche als ein parasitäres Element für den MOSFET dient, beinhalten. Zusätzliche Dioden können zudem MOSFET parallel verbunden sein. Die Dioden 81, 82, 83 und 84 sind in 1 dargestellt. Der primärseitige Vollbrückenschaltkreis 200 beinhaltet eine primärseitige positive Elektrodenbusleitung 298, welche mit dem hochpotentialseitigen Anschluss 613 des ersten Eingangs-/Ausgangsports 60a verbunden ist und eine primärseitige negative Elektrodenbusleitung 299, welche mit dem niedrigpotentialseitigen Anschluss 614 des ersten Eingangs-/Ausgangsports 60a und des zweiten Eingangs-/Ausgangsports 60c verbunden ist.
  • Ein primärseitiger erster Zweigschaltkreis 207, welcher dem primärseitigen ersten oberen Zweig U1 und dem primärseitigen ersten unteren Zweig /U1 in Serie verbindet, ist zwischen der primärseitigen positiven Elektrodenbusleitung 298 und der primärseitigen negativen Elektrodenbusleitung 299 angebracht. Der primärseitige ersten Zweigschaltkreis 207 ist eine primärseitige erste Leistungsumwandlungsschaltkreiseinheit (eine primärseitige U-Phasenleistungsumwandlungsschaltkreiseinheit), welche fähig ist, einen Leistungsumwandlungsbetrieb durch das Schalten des primärseitigen oberen ersten Zweigs U1 und des primärseitigen ersten unteren Zweigs /U1 auf AN und AUS durchzuführen. Ferner ist ein primärseitiger zweiter Zweigschaltkreis 211, welcher den primärseitigen zweiten oberen Zweig V1 und den primärseitigen zweiten unteren Zweig /V1 in Serie verbindet, zwischen der primärseitigen positiven Elektrodenbusleitung 298 und der primärseitigen negativen Elektrodenbusleitung 299 parallel an dem primärseitigen ersten Zweigschaltkreis 207 angebracht. Der primärseitige zweiten Zweigschaltkreis 211 ist eine primärseitige zweite Leistungsumwandlungsschaltkreiseinheit (eine primärseitige V-Phasenleistungsumwandlungsschaltkreiseinheit), welche fähig ist, einen Leistungsumwandlungsbetrieb durch das Schalten des primärseitigen zweiten oberen Zweigs V1 und des primärseitigen zweiten unteren Zweigs /V1 AN und AUS durchzuführen.
  • Die primärseitige Wicklung 202 und die primärseitige magnetische Kopplungsspule 204 sind in einem Brückenteil vorgesehen, welcher einen Mittelpunkt 207m des primärseitigen ersten Zweigschaltkreises 207 mit einem Mittelpunkt 211m des primärseitigen zweiten Zweigschaltkreises 211 verbindet. Um die Verbindungsbeziehungen zu dem Brückenteil in größerem Detail zu beschreiben, wird eine Ende der primärseitigen ersten Spule 204a der primärseitigen magnetischen Kopplungsspule 204 mit dem Mittelpunkt 207m des primärseitigen ersten Zweigschaltkreises 207 verbunden, und ein Ende der primärseitigen Wicklung 202 ist mit dem anderen Ende der primärseitigen ersten Spule 204a verbunden. Ferner ist ein Ende einer primärseitigen zweiten Spule 204b der primärseitigen magnetischen Kopplungsspule 204 mit dem anderen Ende der primärseitigen Wicklung 202 verbunden, und ein anderes Ende des primärseitigen zweiten Spule 204b ist mit dem Mittelpunkt 211m des primärseitigen zweiten Zweigschaltkreises 211 verbunden. Es wird angemerkt, dass die primärseitige magnetische Kopplungsspule 204 derart konfiguriert ist, dass diese die primärseitige erste Spule 204a und die primärseitige zweite Spule 204b beinhaltet, welche magnetisch mit der primärseitigen ersten Spule 204a über bzw. mittels eines Kopplungskoeffizienten K1 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 zweiten Zwischenknoten zwischen dem primärseitigen zweiten oberen Zweig V1 und dem primärseitigen zweiten unteren Zweig /V1.
  • Der erste Eingangs-/Ausgangsport 60a ist ein Port, welcher mit dem primärseitigen Vollbrückenschaltkreis 200 verbunden ist, und welcher zwischen der primärseitigen positiven Elektrodenbusleitung 298 und der primärseitige negativen Elektrodenbusleitung 299 vorgesehen ist. Der erste Eingangs-/Ausgangsport 60a ist derart konfiguriert, dass dieser den Anschluss 613 und den Anschluss 614 beinhaltet. Der zweite Eingangs-/Ausgangsport 60c ist ein Port, welcher mit dem Mittenabgriff 202m der Primärseite des Transformators 400 verbunden ist, und welcher zwischen der primärseitigen negativen Elektrodenbusleitung 299 und dem Mittenabgriff 202m der primärseitigen Wicklung 202 vorgesehen ist. Der zweite Eingangs-/Ausgangsport 60c ist derart konfiguriert, dass dieser den Anschluss 614 und den Anschluss 616 beinhaltet.
  • Der Mittenabgriff 202m ist mit dem hochpotentialseitigen Anschluss 616 des zweiten Eingangs-/Ausgangsports 60c verbunden. Der Mittenabgriff 202m ist ein zwischenliegender Verbindungspunkt zwischen einer primärseitigen ersten Windung 202a und einer primärseitigen zweiten Windung 202b, welche die primärseitige Wicklung 202 bilden.
  • Der sekundärseitige Umwandlungsschaltkreis 30 ist ein sekundärseitiger Schaltkreis, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser einen sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreis 300, den dritten Eingangs-/Ausgangsport 60b und den vierten Eingangs-/Ausgangsport 60d beinhaltet. Der sekundärseitige Vollbrückenschaltkreis 300 ist an einer Sekundärseite des Transformators 400 vorgesehen. Der sekundärseitige Vollbrückenschaltkreis 300 ist ein sekundärseitiger Leistungsumwandlungsschaltkreis, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser eine sekundärseitige Wicklung 302 des Transformators 400, die sekundärseitige magnetische Kopplungsspule 304, einen sekundärseitigen ersten oberen Zweig U2, einen sekundärseitigen ersten unteren Zweig /U2, einen sekundärseitigen zweiten oberen Zweig V2 und einen sekundärseitige zweiten unteren Zweig /V2 beinhaltet. Hier 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, welche jeweils derart konfiguriert sind, dass diese beispielsweise einen N-Kanal-MOSFET und eine Körperdiode (eine parasitäre Diode), welche als ein parasitäres Element des MOSFET dient, beinhalten. Zusätzliche Dioden können zu dem MOSFET parallel verbunden sein. Die Dioden 85, 86, 87 und 88 sind in 1 dargestellt. Der sekundärseitige Vollbrückenschaltkreis 300 beinhaltet eine sekundärseitige positive Elektrodenbusleitung 398, welche mit dem hochpotentialseitigen Anschluss 618 des dritten Eingangs-/Ausgangsports 60b verbunden ist, und eine sekundärseitige negative Elektrodenbusleitung 399, welche mit dem niedrigpotentialseitigen Anschluss 612 des dritten Eingangs-/Ausgangsports 60b und dem vierten Eingangs-/Ausgangsport 60d verbunden ist.
  • Ein sekundärseitiger erste Zweigschaltkreis 307, welcher den sekundärseitigen ersten oberen Zweig U2 und den sekundärseitigen ersten unteren Zweig /U2 in Serie verbindet, ist zwischen der sekundärseitigen positiven Elektrodenbusleitung 398 und der sekundärseitigen negativen Elektrodenbusleitung 399 verbunden. Der sekundärseitige erste Zweigschaltkreis 307 ist eine sekundärseitige erste Leistungsumwandlungsschaltkreiseinheit (eine sekundärseitige U-Phasenleistungsumwandlungsschaltkreiseinheit), welche fähig ist, einen Leistungsumwandlungsbetrieb durch das Schalten des sekundärseitigen ersten oberen Zweigs U2 und des sekundärseitigen ersten unteren Zweigs /U2 AN und AUS durchzuführen. Ferner ist ein sekundärseitiger zweiter Zweigschaltkreis 311, welcher den sekundärseitigen zweiten oberen Zweig V2 und den sekundärseitigen zweiten unteren Zweig /V2 in Serie verbindet, zwischen der sekundärseitigen positiven Elektrodenbusleitung 398 und der sekundärseitigen negativen Elektrodenbusleitung 399 parallel mit dem sekundärseitigen ersten Zweigschaltkreis 307 angebracht. Der sekundärseitige zweite Zweigschaltkreis 311 ist eine sekundärseitige zweite Leistungsumwandlungsschaltkreiseinheit (eine sekundärseitige V-Phasenleistungsumwandlungsschaltkreiseinheit), welche fähig ist, einen Leistungsumwandlungsbetrieb durch das Schalten des sekundärseitige zweiten oberen Zweigs V2 und des sekundärseitigen zweiten unteren Zweigs /V2 AN und AUS durchzuführen.
  • Die sekundärseitige Wicklung 302 und die sekundärseitige magnetische Kopplungsspule 304 sind in einem Brückenteil vorgesehen, welcher einen Mittepunkt 307m des sekundärseitigen ersten Zweigschaltkreises 307 mit einem Mittelpunkt 311m des sekundärseitigen zweiten Zweigschaltkreises 311 verbindet. Um die Verbindungsbeziehungen zu dem Brückenteil in größeren Detail zu beschreiben, ist ein Ende einer sekundärseitigen erste Spule 304 des sekundärseitigen magnetischen Kopplungsspule 304 mit dem Mittelpunkt 307m des sekundärseitigen ersten Zweigschaltkreises 307 verbunden und ein Ende der sekundärseitigen Wicklung 302 ist mit einem anderen Ende der sekundärseitigen ersten Spule 304a verbunden. Ferner ist ein Ende einer sekundärseitigen zweiten Spule 304b der sekundärseitigen magnetischen Kopplungsspule 304 mit einem andere Ende der sekundärseitigen Wicklung 302 verbunden, und ein anderes Ende der sekundärseitigen zweiten Spule 304b ist mit dem Mittelpunkt 311m des sekundärseitigen zweiten Zweigschaltkreises 311 verbunden. Es wird angemerkt, dass die sekundärseitige magnetische Kopplungsspule 304 derart konfiguriert ist, dass diese die sekundärseitige erste Spule 304a und die sekundärseitige zweite Spule 304b beinhaltet, welche magnetisch zu bzw. mit der sekundärseitigen ersten Spule 304a über den Kopplungskoeffizienten K2 gekoppelt ist.
  • Der Mittelpunkt 307m ist ein sekundärseitiger erster Zwischenknoten zwischen dem sekundärseitigen ersten oberen Zweig U2 und dem sekundärseitige ersten unteren Zweig /U2, und der Mittelpunkt 311m ist eine sekundärseitiger zweiter Zwischenknoten zwischen dem sekundärseitigen zweiten oberen Zweig V2 und dem sekundärseitigen zweiten unteren Zweig /V2.
  • Der dritte Eingangs-/Ausgangsport 60b ist ein Port, welcher mit dem sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreis 300 verbunden ist, und welcher zwischen der sekundärseitigen positiven Elektrodenbusleitung 398 und der sekundärseitigen negativen Elektrodenbusleitung 399 vorgesehen ist.
  • Der dritten Eingangs-/Ausgangsport 60b ist derart konfiguriert, dass dieser den Anschluss 618 und den Anschluss 620 beinhaltet. Der vierte Eingangs-/Ausgangsport 60d ist ein Port, welcher mit Mittenabgriff 302m der Sekundärseite des Transformators 400 verbunden ist, und welcher zwischen der sekundärseitigen negativen Elektrodenbusleitung 399 und dem Mittenabgriff 302m der sekundärseitigen Wicklung 302 vorgesehen ist. Der vierte Eingangs-/Ausgangsport 60d ist derart konfiguriert, dass dieser den Anschluss 620 und den Anschluss 622 beinhaltet.
  • Der Mittenabgriff 602 ist mit dem hochpotentialseitigen Anschluss 622 des vierten Eingangs-/Ausgangsports 60d verbunden. Der Mittenabgriff 602 ist ein zwischenliegender Verbindungspunkt zwischen einer sekundärseitigen ersten Windung 302a und einer sekundärseitigen zweiten Windung 302b, welche die sekundärseitige Wicklung 302 bilden.
  • In 1 beinhaltet die Leistungsversorgungsvorrichtung 101 die Sensoreinheit 70. Die Sensoreinheit 70 dient als Detektionsmittel, welches einen Eingangs-/Ausgangswert Y von zumindest einem der ersten bis vierten Eingangs-/Ausgangsports 60a, 60c, 60b, 60d in vorbestimmten Detektionszeitintervallen erfasst, und welches einen Detektionswert Yd entsprechend dem erfassen Eingangs-/Ausgangswert Y an die Steuereinheit 50 ausgibt. Der Detektionswert Yd kann eine erfasste Spannung, welche durch das Erfassen der Eingangs-/Ausgangsspannung erhalten wird, ein erfasster Strom, welcher durch das Erfassen des Eingangs-/Ausgangsstroms erhalten wird, oder eine erfasste Leistung sein, welche durch das Erfassen der Eingangs-/Ausgangsleistung erhalten wird. Die Sensoreinheit 70 kann sowohl innerhalb als auch außerhalb des Leistungsversorgungsschaltkreises 10 vorgesehen sein.
  • Die Sensoreinheit 70 beinhaltet beispielsweise eine Spannungsdetektionseinheit, welche die Eingangs-/Ausgangsspannung erfasst, welche in zumindest einem des ersten bis vierten Eingangs-/Ausgangsports 60a, 60c, 60b oder 60d erzeugt wird. Beispielsweise beinhaltet die Sensoreinheit 70 eine primärseitige Spannungserfassungseinheit, welche die zumindest eine erfasste Spannung aus einer Eingangs-/Ausgangsspannung Va und einer Eingangs-/Ausgangsspannung Vc als einen primärseitigen Spannungserfassungswert ausgibt, und eine sekundärseitige Spannungserfassungseinheit, welche zumindest eine erfasste Spannung aus einer Eingangs-/Ausgangsspannung Vb und einer Eingangs-/Ausgangsspannung Vd als einen sekundärseitigen Spannungserfassungswert ausgibt.
  • Die Spannungserfassungseinheit der Sensoreinheit 70 beinhaltet beispielsweise einen Spannungssensor, welcher einen Eingangs-/Ausgangsspannungswert von zumindest einem Port überwacht, und einen Spannungserfassungsschaltkreis, welcher eine erfasste Spannung an die Steuereinheit 50 ausgibt, welche dem Eingang-/Ausgangsspannungswert entspricht, der durch den Spannungssensor überwacht wird.
  • Die Sensoreinheit 70 beinhaltet beispielsweise eine Stromerfassungseinheit, welche den Eingangs-/Ausgangsstrom erfasst, welcher durch zumindest einen der ersten bis vierten Eingangs-/Ausgangsports 60a, 60c, 60b und 60d fließt. Beispielsweise beinhaltet die Sensoreinheit 70 eine primärseitige Stromerfassungseinheit, welche zumindest einen erfassten Strom aus einem Eingangs-/Ausgangsstrom Ia und einem Eingangs-/Ausgangsstrom Ic als einen primärseitigen Stromerfassungswert ausgibt, und eine sekundärseitige Stromerfassungseinheit, welche zumindest einen erfassten Strom aus einem Eingangs-/Ausgangsstrom Ib und einem Eingangs-/Ausgangsstrom Id als einen sekundärseitigen Stromerfassungswert ausgibt.
  • Die Stromerfassungseinheit der Sensoreinheit 70 beinhaltet beispielsweise einen Stromsensor, welcher einen Eingangs-/Ausgangsstromwert von zumindest einem Port überwacht, und eine Stromerfassungsschaltkreis, welcher einen erfassten Strom an die Steuereinheit 50 ausgibt, welcher dem Eingangs-/Ausgangsstromwert entspricht, der durch den Stromsensor überwacht wird.
  • Die Leistungsversorgungsvorrichtung 101 beinhaltet die Steuereinheit 50. Beispielsweise ist die Steuereinheit 50 ein elektronischer Schaltkreis, welcher einen Mikrocomputer beinhaltet, der einen eingebauten Zentralprozessor (CPU) beinhaltet. Die Steuereinheit 50 kann sowohl innerhalb als auch außerhalb des Leistungsversorgungsschaltkreises 10 vorgesehen sein.
  • Die Steuereinheit 50 regelt bzw. steuert mittels Feedback einen Leistungsumwandlungsbetrieb, welcher durch den Leistungsversorgungsschaltkreis 10 durchgeführt wird, solchermaßen, dass der erfasste Wert Yd des Eingangs-/Ausgangswerts Y von zumindest einem der ersten bis vierten Eingangs-/Ausgangsports 60a, 60c, 60b, 60d mit einem Zielwert Yo konvergiert, welcher in dem Port eingestellt wird. Beispielsweise ist der Zielwert Yo ein Befehlswert, welcher durch die Steuereinheit 50 oder durch eine vorbestimmte Vorrichtung, welche eine andere ist, wie die Steuereinheit 50, auf der Basis der Ansteuerbedingungen eingestellt wird, welche in Bezug auf die jeweiligen Lasten (beispielsweise die primärseitige Niedrigspannungssystemlast 61c und so weiter) welche mit den Eingangs-/Ausgangsports verbunden sind, definiert sind. Der Zielwert Yo funktioniert als ein Ausgangszielwert, wenn Leistung von dem Port ausgegeben wird, und als ein Eingangszielwert, wenn Leistung in den Port hineingeführt wird, und dieser kann ein Zielspannungswert, ein Zielstromwert oder ein Zielleistungswert sein.
  • Ferner regelt die Steuereinheit 50 den Leistungsumwandlungsbetrieb, welcher durch den Leistungsversorgungsschaltkreis durchgeführt wird, solchermaßen, dass eine übertragene Leistung P, welche zwischen dem primärseitigen Umwandlungsschaltkreis 20 und dem sekundärseitigen Umwandlungsschaltkreis 30 über den Transformator 400 übertragen wird, auf eine eingestellte Zielübertragungsleistung Po hin konvergiert. Die übertragene Leistung wird ebenso als ein Leistungsübertragungsbetrag bezeichnet werden. Die Zielübertragungsleistung wird ebenso als eine Soll- bzw. Befehlsübertragungsleistung bezeichnet werden.
  • Die Steuereinheit 50 regelt den Leistungsumwandlungsbetrieb, welcher durch den Leistungsversorgungsschaltkreis 10 durchgeführt wird, durch das Variieren eines Werts eines vorbestimmten Steuerparameters X und ist auf diese Weise fähig, die jeweiligen Eingangs-/Ausgangswerte Y der ersten bis vierten Eingangs-/Ausgangsports 60a, 60c, 60b, 60d des Leistungsversorgungsschaltkreises 10 einzustellen. Zwei Steuervariablen, namentlich eine Phasendifferenz ϕ und ein Einschaltverhältnis D (eine AN-Zeit δ) werden als die Hauptsteuerparameter X verwendet.
  • Die Phasendifferenz ϕ ist eine Abweichung (ein zeitlicher Versatz) zwischen den Schalttimings von Leistungsumwandlungsschaltkreisen mit identischer Phase des primärseitigen Vollbrückenschaltkreises 200 und des sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreises 300. Das Einschaltverhältnis D (die AN-Zeit δ) ist ein Einschaltverhältnis (eine AN-Zeit) zwischen den Schaltwellenformen bzw. den Signalformen der jeweiligen Leistungsumwandlungsschaltkreiseinheiten, welche den primärseitigen Vollbrückenschaltkreis 200 und den sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreis bilden.
  • Die zwei Steuerparameter X können unabhängig voneinander gesteuert werden. Die Steuereinheit 50 variiert die Eingangs-/Ausgangswerte Y der jeweiligen Eingangs-/Ausgangsports des Leistungsversorgungsschaltkreises 10 durch das Durchführen eines Steuerung des Einschaltverhältnisses und/oder einer Phasensteuerung des primärseitigen Vollbrückenschaltkreises 200 und des sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreises 300 unter Verwendung der Phasendifferenz ϕ und des Einschaltverhältnisses D (der AN-Zeit δ).
  • 2 ist ein Blockdiagramm der Steuereinheit 50. Die Steuereinheit 50 ist eine Steuereinheit mit einer Funktion zum Durchführen einer Schaltsteuerung der jeweiligen Schaltelemente des primärseitigen Umwandlungsschaltkreises 20 wie z. B. des primärseitigen oberen Zweigs U1 und der jeweiligen Schaltelement des sekundärseitigen Umwandlungsschaltkreises 30, wie z. B. des sekundärseitigen ersten oberen Zweigs U2. Die Steuereinheit 50 ist derart konfiguriert, dass diese eine Leistungsumwandlungsmodusbestimmungsverarbeitungseinheit 502 beinhaltet, eine Phasendifferenz ϕ Bestimmungsverarbeitungseinheit 504, eine AN-Zeit δ Bestimmungsverarbeitungseinheit 506, eine primärseitige Schaltverarbeitungseinheit 508 und eine sekundärseitige Schaltverarbeitungseinheit 510. Beispielsweise ist die Steuereinheit 50 ein elektronischer Schaltkreis, welcher einen Mikrocomputer beinhaltet, der eine eingebaute CPU aufweist.
  • Beispielsweise wählt die Leistungsumwandlungsmodusbestimmungsverarbeitungseinheit 502 einen Betriebsmodus aus den Leistungsumwandlungsmodi A bis L des Leistungsversorgungsschaltkreises 10 aus und stellt diese ein, was nachstehend beschrieben werden wird, und dies auf der Basis eines vorbestimmten externen Signals (beispielsweise ein Signal, welches die Abweichung zwischen dem erfassten Wert Yd und dem Zielwert Yo in einer der Ports angibt). Bezugnehmend auf die Leistungsumwandlungsmodi wird bei einem Modus A Leistung, die in den ersten Eingangs-/Ausgangsport 60a eingegeben wird, konvertiert und zu dem zweiten Eingangs-/Ausgangsport 60c ausgegeben. In dem Modus B wird Leistung, die in den ersten Eingangs-/Ausgangsport 60a eingegeben wird, konvertiert und zu dem dritten Eingangs-/Ausgangsport 60b ausgegeben. In Modus C wird Leistung, welche in den ersten Eingangs-/Ausgangsport 60a eingegeben wird, konvertiert und zu dem vierten Eingangs-/Ausgangsport 60d ausgegeben.
  • In dem Modus D wird Leistung, welche in den zweiten Eingangs-/Ausgangsport 60c eingegeben wird, konvertiert und zu dem ersten Eingangs-/Ausgangsport 60a ausgegeben. In dem Modus E wird Leistung, welche in den zweiten Eingangs-/Ausgangsport 60c eingegeben wird, konvertiert und zu dem dritten Eingangs-/Ausgangsport 60b ausgegeben. In dem Modus F wird Leistung, welche von dem zweiten Eingangs-/Ausgangsport 60c eingegeben wird, konvertiert und zu dem vierten Eingangs-/Ausgangsport 60d ausgegeben.
  • In dem Modus G wird Leistung, welche von dem dritten Eingangs-/Ausgangsport 60b eingegeben wird, konvertiert und zu dem ersten Eingangs-/Ausgangsport 60a ausgegeben. In dem Modus H wird Leistung, welche in den dritten Eingangs-/Ausgangsport 60b eingegeben wird, konvertiert und zu dem zweiten Eingangs-/Ausgangsport 60c ausgegeben. In dem Modus I wird Leistung, welche in den dritten Eingangs-/Ausgangsport 60b eingegeben wird, konvertiert und zu dem vierten Eingangs-/Ausgangsport 60d ausgegeben.
  • In dem Modus J wird Leistung, welche in den vierten Eingangs-/Ausgangsport 60d eingegeben wird, konvertiert und zu dem ersten Eingangs-/Ausgangsport 60a ausgegeben. In dem Modus K wird Leistung, welche in den vierten Eingangs-/Ausgangsport 60d eingegeben wird, konvertiert und zu dem zweiten Eingangs-/Ausgangsport 60c ausgegeben. In dem Modus L wird Leistung, welche in den vierten Eingangs-/Ausgangsport 60d eingegeben wird, konvertiert und zu dem dritten Eingangs-/Ausgangsport 60b ausgegeben.
  • Die Phasendifferenz ϕ Bestimmungsverarbeitungseinheit 504 weist eine Funktion zum Einstellen einer Phasendifferenz ϕ zwischen den Schaltzeitdauereinstellung der Schaltelement zwischen dem primärseitigen Umwandlungsschaltkreis und dem sekundärseitigen Umwandlungsschaltkreis 30 um zu verursachen, dass der Leistungsversorgungsschaltkreis 10 als ein Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Umwandlungsschaltkreis (DC-DC) funktioniert.
  • Die AN-Zeit δ Bestimmungsverarbeitungseinheit 506 weist eine Funktion zum Einstellen einer AN-Zeit δ der Schaltelement des primärseitigen Umwandlungsschaltkreises 20 und des sekundärseitigen Umwandlungsschaltkreises 30 auf, um zu verursachen, dass der primärseitige Umwandlungsschaltkreis 20 und der sekundärseitige Umwandlungsschaltkreis 30 jeweils als Aufwärts-/Abwärtswandler bzw. Schaltkreise tätig sind.
  • Die primärseitige Schaltverarbeitungseinheit 508 weist eine Funktion zum Durchführen einer Schaltsteuerung der jeweiligen Schaltelement auf, welche durch den primärseitigen ersten oberen Zweig U1, den primärseitigen ersten unteren Zweig /U1, den primärseitigen zweiten oberen Zweig V1 und den primärseitigen unteren Zweig /V1 gebildet werden, und dies auf der Basis der Ausgänge der Leistungsumwandlungmodusbeestimmungsverarbeitungseinheit 502, der Phasendifferenz ϕ Bestimmungsverarbeitungseinheit 504 und der AN-Zeit δ Bestimmungsverarbeitungseinheit 506.
  • Die sekundärseitige Schaltverarbeitungseinheit 510 weist eine Funktion zum Durchführen der Schaltsteuerung der jeweiligen Schaltelement auf, welche 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, und dies auf der Basis der Ausgänge der Leistungsumwandlungsmodusbestimmungsverarbeitungseinheit 502, der Phasendifferenz Bestimmungsverarbeitungseinheit 504 und der AN-Zeit δ Bestimmungsverarbeitungseinheit 506.
  • <Betrieb der Leistungsversorgungsvorrichtung 101>
  • Ein Betrieb der Leistungsversorgungsvorrichtung 101 mit der vorstehenden Konfiguration wird nunmehr unter Verwendung der 1 und 2 beschrieben werden. Wenn beispielsweise ein externes Signal eingegeben wird, welches einen Betrieb anfragt, bei dem der Leistungsumwandlungsmodus des Leistungsversorgungsschaltkreises 10 auf einen Modus F eingestellt wird, stellt die Leistungsumwandlungsmodusbestimmungsverarbeitungseinheit 502 der Steuereinheit 50 den Leistungsumwandlungsmodus des Leistungsversorgungsschaltkreises 10 auf den Modus F. Bei diesem Zeitpunkt wird eine Leistung, welche in den zweiten Eingangs-/Ausgangsport 60c eingegeben wird, durch eine Hochwandlungsfunktion des primärseitigen Umwandlungsschaltkreises 20 nach oben gewandelt bzw. hochgewandelt, wobei danach die hochgewandelte Leistung zu dem dritten Eingangs-/Ausgangsport 60b mittels einer DC-DC-Umwandlungsschaltkreisfunktion des Leistungsversorgungsschaltkreises 10 übertragen wird, durch die Herunter-Wandlungsfunktion des sekundärseitigen Umwandlungsschaltkreises 30 heruntergewandelt wird, und dann aus dem vierten Eingangs-/Ausgangsport 60d ausgegeben wird.
  • Hier wird eine Hochwandlungs-/Herunterwandlungs-(Step-up/Step-down)-Funktion des primärseitigen Umwandlungsschaltkreises 20 im Detail beschrieben werden. Zunächst fokussierend auf den zweiten Eingangs-/Ausgangsport 60c und den ersten Eingangs-/Ausgangsport 60a ist der Anschluss 616 des zweiten Eingangs-/Ausgangsports 60c mit dem Mittelpunkt 207m des primärseitigen ersten Zweigschaltkreises 207 über die primärseitige erste Windung 202a und die primärseitige erste Spule 204a in Serie mit der primärseitigen ersten Windung 202a verbunden. Die jeweiligen Enden des primärseitigen ersten Zweigschaltkreises 207 sind mit dem ersten Eingangs-/Ausgangsport 60a verbunden und im Ergebnis ist ein Hochwandlungs-/Herunterwandlungsschaltkreis zwischen dem Anschluss 616 des zweiten Eingangs-/Ausgangsport 60c und dem ersten Eingangs-/Ausgangsport 60a angebracht.
  • Der Anschluss 616 des zweiten Eingangs-/Ausgangsports 60c ist ebenso mit dem Mittelpunkt 211 des primärseitigen zweiten Zweigschaltkreises 211 über die primärseitige zweite Windung 202b und die primärseitige zweite Spule 204b verbunden, welche in Serie mit der primärseitigen zweiten Windung 202b verbunden sind. Die jeweiligen Enden des primärseitigen zweiten Zweigschaltkreises 211 sind mit dem ersten Eingangs-/Ausgangsport 60a verbunden, und im Ergebnis ist ein Hochwandlungs-/Herabwandlungsschaltkreis parallel zwischen dem Anschluss 616 des zweiten Eingangs-/Ausgangsports 600c und dem ersten Eingangs-/Ausgangsport 60a angebracht. Es wird angemerkt, dass zwei Hochwandlungs-/Herabwandlungsschaltkreise in ähnlicher Weise parallel zwischen dem Anschluss 622 des vierten Eingangs-/Ausgangsport 60d und dem dritten Eingangs-/Ausgangsport 60b verbunden sind, da der sekundärseitige Umwandlungsschaltkreis 30 ein Schaltkreis ist, welcher eine im Wesentlichen identische Konfiguration wie der primärseitige Umwandlungsschaltkreis 20 aufweist. Daher weist der sekundärseitigen Umwandlungsschaltkreis 30 eine identische Hochwandlungs-/Herunterwandlungsfunktion auf, wie der primärseitige Umwandlungsschaltkreis 20.
  • Als nächstes wird die Funktion des Leistungsversorgungsschaltkreises 10 als ein DC-DC-Umwandlungsschaltkreis im Detail beschrieben werden. Zunächst fokussierend auf den ersten Eingangs-/Ausgangsport 60a und den dritten Eingangs-/Ausgangsport 60b ist der primärseitige Vollbrückenschaltkreis 200 mit dem ersten Eingangs-/Ausgangsport 60a verbunden und der sekundärseitige Vollbrückenschaltkreis 300 ist mit dem dritten Eingangs-/Ausgangsport 60b verbunden. Wenn die primärseitige Wicklung 202 in dem Brückenteil des primärseitigen Vollbrückenschaltkreises 200 vorgesehen ist, und wenn die sekundärseitige Wicklung 302, welche in dem Brückenteil des sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreises 300 vorgesehen ist, magnetisch durch einen Kopplungskoeffizienten kT gekoppelt sind, dann funktioniert der Transformator 400 als ein Transformator mit Mittenabgriff, welcher eine Anzahl von Umwicklungen 1:N aufweist. Daher kann Leistung, welche dem ersten Eingangs-/Ausgangsport 60a zugeführt wird, durch das Einstellen der Phasendifferenz ϕ zwischen den Schaltzeitdauern der Schaltelemente in dem primärseitigen Vollbrückenschaltkreis 200 und dem sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreis 300 konvertiert und zu dem dritten Eingangs-/Ausgangsport 60b übertragen werden, oder kann Leistung, welche dem dritten Eingangs-/Ausgangsport 60b zugeführt wird, umgewandelt werden und zu dem ersten Eingangs-/Ausgangsport 60a übertragen werden.
  • 3 ist eine Ansicht, welche ein Timing-Diagramm der AN/AUS-Schalt-Wellenformen bzw. Schalt-Signalformen der jeweiligen Zweige, welche in dem Leistungsversorgungsschaltkreis 10 vorgesehen sind, zeigt, wobei diese aus der Steuerung resultieren, die durch die Steuereinheit 50 ausgeführt wird. In 3 ist U1 eine AN/AUS-Wellenform des primärseitigen ersten oberen Zweigs U1, V1 ist eine AN/AUS-Wellenform des primärseitigen zweiten oberen Zweigs V1, U2 ist eine AN/AUS-Wellenform des sekundärseitigen ersten oberen Zweigs U2 und V2 ist eine AN/AUS-Wellenform des sekundärseitigen zweiten oberen Zweigs V2. AN/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 invertierte Wellenformen (nicht näher dargestellt) welche derart erhalten werden, indem man jeweils die AN/AUS-Wellenform 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 invertiert. Es wird angemerkt, dass eine Totzeit vorzugsweise zwischen den jeweiligen AN/AUS-Wellenformen der oberen und unteren Zweige vorgesehen ist, um einen Durchflussstrom zu vermeiden, dass dieser fließt, wenn sowohl die oberen als auch die unteren Zweige angeschaltet sind. Ferner gibt in 3 ein hoher Pegel bzw. Level einen AN-Zustand und ein niedriger Pegel bzw. Level gibt einen AUS-Zustand an.
  • Hier können die Heraufwandlungs-/Herabwandlungsverhältnisse des primärseitigen Umwandlungsschaltkreises 20 und des sekundärseitigen Umwandlungsschaltkreises 30 modifiziert werden, indem die jeweiligen AN-Zeiten δ von U1, V1, U2 und V2 modifiziert werden. Beispielsweise, indem die jeweiligen AN-Zeiten δ von U1, V1, U2 und V2 gleich zueinander gemacht werden, kann das Heraufwandlungs-/Herabwandlungsverhältnis des primärseitigen Umwandlungsschaltkreises 20 gleich dem Heraufwandlungs-/Herabwandlungsverhältnis des sekundärseitigen Umwandlungsschaltkreises 30 gemacht werden.
  • Die AN-Zeit δ Bestimmungsverarbeitungseinheit 506 gleicht die jeweiligen AN-Zeiten δ von U1, V1, U2 und V2 aneinander an (die jeweiligen AN-Zeiten δ = primärseitige AN-Zeit δ11 = sekundärseitige AN-Zeit δ12 = Zeitwert α), sodass die jeweiligen Heraufwandlungs-/Herabwandlungsverhältnisse des primärseitigen Umwandlungsschaltkreises 20 und der sekundärseitige Umwandlungsschaltkreis 30 gleich zueinander sind.
  • Das Heraufwandlungs-/Herabwandlungsverhältnis des primärseitigen Umwandlungsschaltkreises 20 wird durch das Einschaltverhältnis D bestimmt, welches eine Proportion bzw. ein Verhältnis der Schaltzeitdauer T der Schaltelement (Zweige) ist, welche den primärseitigen Vollbrückenschaltkreis 200 bilden, der durch die AN-Zeit δ belegt wird. In ähnlicher Weise wird das Heraufwandlungs-/Herabwandlungsverhältnis der sekundärseitigen Umwandlungsschaltkreises 20 durch das Einschaltverhältnis D bestimmt, welches ein Verhältnis der Schaltzeitdauer T der Schaltelemente (Zweige) ist, welche dem sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreis 300 bilden, der durch die AN-Zeit δ belegt wird. Das Heraufwandlungs-(Herabwandlungsverhältnis des primärseitigen Umwandlungsschaltkreises 20 ist ein Umwandlungsverhältnis bzw. Transformatorverhältnis zwischen dem ersten Eingangs-/Ausgangsport 60 und dem zweiten Eingangs-/Ausgangsport 60c, während das Heraufwandlungs-/Herabwandlungsverhältnis des sekundärseitigen Umwandlungsschaltkreises 20 ein Umwandlungsverhältnis zwischen dem dritten Eingangs-/Ausgangsport 60b und dem vierten Eingangs-/Ausgangsport 60d ist.
  • Daher kann dies beispielsweise wie folgt ausgedrückt werden: Das Heraufwandlungs-/Herabwandlungsverhältnis des primärseitigen Umwandlungsschaltkreises 20 = die Spannung des zweiten Eingangs-/Ausgangsport 60c/die Spannung des ersten Eingangs-/Ausgangsports 60a = δ11/T = α/T, und das Heraufwandlungs-/Herabwandlungsverhältnis des sekundärseitigen Umwandlungsschaltkreises 30 = die Spannung des vierten Eingangs-/Ausgangsports 60d/die Spannung des dritten Eingangs-/Ausgangsports 60b = δ12/T = α/T. In anderen Worten nehmen die jeweiligen Heraufwandlungs-/Herabwandlungsverhältnisse des primärseitigen Umwandlungsschaltkreises 20 und des sekundärseigen Umwandlungsschaltkreises 30 die gleichen Werte ein (= α/T).
  • Es wird angemerkt, dass die AN-Zeit δ in 3 sowohl die AN-Zeit δ11 des primärseitigen ersten oberen Zweigs U11 und des primärseitigen zweiten oberen Zweigs V1 und das die AN-Zeit δ12 des sekundärseitigen ersten oberen Zweigs U2 und des sekundärseitigen zweiten oberen Zweigs V2 repräsentiert. Ferner ist die Schaltzeitdauer T der Zweige, die den primärseitigen Vollbrückenschaltkreis 200 bilden, und die Schaltzeit T der Zweige, die den sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreis 300 bilden, gleiche Zeiten.
  • Ferner wird eine Phasendifferenz zwischen U1 und V1 bei 180 Grad (π) aktiviert, und eine Phasendifferenz zwischen U2 und V2 wird in ähnlicher Weise aktiviert bei 180 Grad (π). Die Phasendifferenz zwischen U1 und V1 ist eine Zeitdifferenz zwischen einem Timing bzw. einem Zeitpunkt t2 und einem Timing t6, und die Phasendifferenz zwischen U2 und V2 ist eine Zeitdifferenz zwischen einem Timing t1 und einem Timing t5.
  • Außerdem kann durch das Ändern von zumindest einem der Phasendifferenz ϕu zwischen U1 und U2 und einer Phasendifferenz ϕv zwischen V1 und V2 die übertragene Leistung P, welche zwischen dem primärseitigen Umwandlungsschaltkreis 20 und dem sekundärseitigen Umwandlungsschaltkreis 30 übertragen wird, eingestellt werden. Die Phasendifferenz ϕu ist eine Zeitdifferenz zwischen dem Timing bzw. Zeitpunkt t1 und dem Timing t2, und die Phasendifferenz ϕv ist eine Zeitdifferenz zwischen dem Timing t5 und dem Timing t6.
  • Die Steuereinheit 50 ist ein Beispiel einer Steuereinheit zum Steuern der übertragenen Leistung P, welche zwischen dem primärseitigen Vollbrückenschaltkreis 200 und dem sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreis 300 über den Transformator 400 übertragen wird, in dem die Phasendifferenz ϕu und die Phasendifferenz ϕv eingestellt werden.
  • Die Phasendifferenz ϕu ist eine Zeitdifferenz zwischen dem Schalten des primärseitigen ersten Zweigschaltkreises 207 und dem Schalten des sekundärseitigen ersten Zweigschaltkreises 307. Beispielsweise ist die Phasendifferenz ϕu eine Differenz zwischen dem Anschalttiming t2 des primärseitigen ersten oberen Zweigs U1 und dem Anschalttiming t1 des sekundärseitigen ersten oberen Zweigs U2. Die Steuereinheit 50 steuert das Schalten des primärseitigen ersten Zweigschaltkreises 207 und das Schalten der sekundärseitigen ersten Zweigschaltkreises 307 in einer identischen Phase zueinander (d. h., in der U-Phase). In ähnlicher Weise ist die Phasendifferenz ϕv eine Zeitdifferenz zwischen dem Schalten des primärseitigen zweiten Zweigschaltkreises 211 und dem Schalten des sekundärseitigen zweiten Zweigschaltkreises 311. Beispielsweise ist die Phasendifferenz ϕv eine Differenz zwischen dem Anschalttiming t6 des primärseitigen zweiten oberen Zweigs V1 und dem Anschalttiming t5 des sekundärseitigen zweiten oberen Zweigs V2. Die Steuereinheit 50 steuert das Schalten des primärseitigen zweiten Zweigschaltkreises 211 und das Schalten des sekundärseitigen zweiten Zweigschaltkreises 311 in einer identischen Phase zueinander (d. h., in der V-Phase).
  • Wenn die Phasendifferenz ϕu > 0 oder die Phasendifferenz ϕv > 0 ist, kann die übertragene Leistung P von dem primärseitigen Umwandlungsschaltkreis 20 zu dem sekundärseitigen Umwandlungsschaltkreis 30 übertragen werden, und wenn die Phasendifferenz ϕu > 0 oder die Phasendifferenz ϕv > 0 ist, dann kann die übertragene Leistung P von dem sekundärseitigen Umwandlungsschaltkreis 30 zu dem primärseitigen Umwandlungsschaltkreis 20 übertragen werden. D. h., dass die übertragene Leistung P zwischen den Leistungsumwandlungsschaltkreiseinheiten in identischer Phase des primärseitigen Volibrückenschaltkreises 200 und des sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreises 300 von dem Vollbrückenschaltkreis der Leistungsumwandlungsschaltkreiseinheit beinhaltend einen oberen Zweig übertragen werden kann, wobei dieser einen oberen Zweig beinhaltet, welcher im Verhältnis zu dem Vollbrückenschaltkreis der Leistungsumwandlungsschaltkreiseinheit beinhaltend einen oberen Zweig, welcher später angeschaltet wird, zuerst angeschaltet wird.
  • Beispielsweise ist in 3 das Anschalttiming t1 des sekundärseitigen ersten oberen Zweigs U2 früher als das Anschalttiming t2 des primärseitigen ersten oberen Zweigs U1. Daher wird die übertragene Leistung P von dem sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreis 300 beinhaltend den sekundärseitigen ersten Zweigschaltkreis 307 mit dem sekundärseitigen ersten oberen Zweig U2 zu dem primärseitigen Vollbrückenschaltkreis 200 beinhaltend den primärseitigen ersten Zweigschaltkreis 207 mit dem primärseitigen ersten oberen Zweig U1 übertragen. In ähnlicher Weise ist das Anschalttiming t5 des sekundärseitigen zweiten oberen Zweigs V2 früher als das Anschalttiming t6 des primärseitigen zweiten oberen Zweigs V1. Daher wird die übertragene Leistung von dem sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreis 300 beinhaltend den sekundärseitigen zweiten Zweigschaltkreis 311 mit dem sekundärseitigen zweiten oberen Zweig V2 zu dem primärseitigen Vollbrückenschaltkreis 200 beinhaltend den primärseitigen zweiten Zweigschaltkreis 211 mit dem primärseitigen zweiten oberen Zweig V1 übertragen.
  • Die Phasendifferenz ϕ ist eine Abweichung (ein Zeitversatz) zwischen dem Schalttiming bzw. den Schaltpunkten der Leistungsumwandlungsschaltkreiseinheiten mit identischer Phase des primärseitigen Vollbrückenschaltkreises 200 und des sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreises 300. Beispielsweise ist die Phasendifferenz ϕu eine Abweichung zwischen den Schalttimings der Phasen, die dem primärseitigen ersten Zweigschaltkreis 207 und dem sekundärseitigen ersten Zweigschaltkreis 307 entsprechen, und die Phasendifferenz ϕv ist eine Abweichung zwischen den Schalttimings der Phasen, die dem primärseitigen zweiten Zweigschaltkreis 211 und dem sekundärseitigen zweiten Zweigschaltkreis 311 entsprechen.
  • Die Steuereinheit 50 führt typischerweise eine Steuerung in dem Zustand durch, bei dem die Phasendifferenz ϕu die Phasendifferenz ϕv gleich zueinander sind. Allerdings kann die Steuereinheit 50 ebenso die Steuerung in einem Zustand durchführen, bei dem die Phasendifferenz ϕu und die Phasendifferenz ϕv zueinander innerhalb eines Bereichs zueinander versetzt sind, in dem eine Genauigkeit befriedigt ist, die für die übertragene Leistung P erforderlich ist. D. h., die Phasendifferenz ϕu und die Phasendifferenz ϕv werden typischerweise derart gesteuert, dass diese Werte sind, die gleich zueinander sind, wobei, falls die Genauigkeit, die erforderlich ist, damit die übertragene Leistung P erfüllt ist, die Phasendifferenz ϕu und die Phasendifferenz ϕv derart gesteuert werden können, dass diese Werte einnehmen, die unterschiedlich zueinander sind.
  • Daher, wenn beispielsweise ein externes Signal, welches einen Betrieb anfordert, bei dem der Leistungsumwandlungsmodus des Leistungsversorgungsschaltkreises 10 auf den Modus F eingestellt wird, eingegeben wird, wählt die Leistungsumwandlungsmodusbestimmungsverarbeitungseinheit 502 den Modus F aus und stellt diesen ein. Die AN-Zeit δ Bestimmungsverarbeitungseinheit 506 stellt dann die AN-Zeit δ ein, um ein Heraufwandlungsverhältnis zu definieren, das erforderlich ist, wenn verursacht wird, dass der primärseitige Umwandlungsschaltkreis 20 als ein Heraufwandlungsschaltkreis funktioniert, welcher die Spannung heraufwandelt, welche in den zweiten Eingangs-/Ausgangsport 60c eingegeben wird, und welcher die heraufgewandelte Spannung an den ersten Eingangs-/Ausgangsport 60a abgibt. Es wird angemerkt, dass der sekundärseitige Umwandlungsschaltkreis 30 als ein Herabwandlungsschaltkreis funktioniert, welcher die Spannung herabwandelt, welche in den dritten Eingangs-/Ausgangsport 60b mit einem Herabwandlungsverhältnis herunterwandelt, welche gemäß der AN-Zeit δ definiert ist, die durch die AN-Zeit δ Bestimmungsverarbeitungseinheit 506 eingestellt wird, unter dieser gibt die heruntergewandelte Spannung an den vierten Eingangs-/Ausgangsport 60d aus. Ferner stellt die Phasendifferenz ϕ Bestimmungsverarbeitungseinheit 504 die Phasendifferenz ϕ solchermaßen ein, dass die Leistung, welche in den ersten Eingangs-/Ausgangsport 60a eingegeben wird, zu dem dritten Eingangs-/Ausgangsport 60b mit dem gewünschten Leistungsübertragungsbetrag P übertragen wird.
  • Die primärseitige Schaltverarbeitungseinheit 508 führt die Schaltsteuerung auf die jeweiligen Schaltelement durch, welche 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 zu verursachen, dass der primärseitige Umwandlungsschaltkreis 20 als ein Heraufwandlungsschaltkreis funktioniert, und um zu verursachen, dass der primärseitige Umwandlungsschaltkreis 20 als ein Teil eines DC-DC-Umwandlungsschaltkreises funktioniert.
  • Die sekundärseitige Schaltverarbeitungseinheit 510 führt eine Schaltsteuerung in Bezug auf die jeweiligen Schaltelement durch, welche 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 zu verursachen, dass der sekundärseitige Umwandlungsschaltkreis 30 als ein Herabwandlungsschaltkreis funktioniert, und um zu verursachen, dass der sekundärseitige Umwandlungsschaltkreis 30 als ein Teil eines DC-DC Umwandlungsschaltkreises funktioniert.
  • So wie dies vorstehend beschrieben ist, können der primärseitige Umwandlungsschaltkreis 20 und der sekundärseitige Umwandlungsschaltkreis 30 derart betrieben werden, dass diese als ein Heraufwandlungsschaltkreis oder als ein Herabwandlungsschaltkreis funktionieren, und es kann verursacht werden, dass der Leistungsversorgungsschaltkreis 10 als ein bidirektionaler DC-DC Umwandlungsschaltkreis funktioniert. Daher kann die Leistungsumwandlung in all den Leistungsumwandlungsmodi A bis L durchgeführt werden, oder in anderen Worten, kann eine Leistungsumwandlung zwischen zwei Eingangs/Ausgangsports durchgeführt werden, welche aus den vier Eingangs-/Ausgangsports ausgewählt werden.
  • Die übertragene Leistung P (auch als der Leistungsübertragungsbetrag P bezeichnet), welche durch die Steuereinheit 50 in Übereinstimmung mit der Phasendifferenz ϕ eingestellt wird, ist die Leistung, welche von einem des primärseitigen Umwandlungsschaltkreises 20 und des sekundärseitigen Umwandlungsschaltkreises 30 zu dem anderen über den Transformator 400 übertragen wird, und diese wird wie folgt ausgedrückt: P = (N × Va × Vb)/(π × ω × L) × F(D, ϕ) Gleichung 1
  • Ferner ist N ein Wicklungs- bzw. Windungsverhältnis des Transformators 400, Va ist die Eingangs-/Ausgangsspannung des ersten Eingangs-/Ausgangsports 60a, Vb ist die Eingangs-/Ausgangsspannung des dritten Eingangs-/Ausgangsports 60b, π ist pi, ω(= π × f = 2π/T) ist eine Winkelfrequenz bzw. Wickelgeschwindigkeit der Schaltbetriebe des primärseitigen Umwandlungsschaltkreises 20 und des sekundärseitigen Umwandlungsschaltkreises 30, f ist eine Schaltfrequenz des primärseitigen Umwandlungsschaltkreises 20 und des sekundärseitigen Umwandlungsschaltkreises 30, T ist die Schaltperiode bzw. Zeitdauer des primärseitigen Umwandlungsschaltkreises 20 und des sekundärseitigen Umwandlungsschaltkreises 30, L ist eine äquivalente Induktivität der magnetischen Kopplungsspulen 204, 304 und des Transformators 400 in Bezug auf die Leistungsübertragung, und F (D, ϕ) ist eine Funktion aufweisend das Einschaltverhältnis D und die Phasendifferenz ϕ als Variablen und eine Variable, welche monoton anwächst, so wie die Phasendifferenz ϕ anwächst, und dies unabhängig zu dem Einaschaltverhältnis D. Das Einschaltverhältnis D und die Phasendifferenz ϕ sind Steuerparameter, die derart eingerichtet sind, dass diese innerhalb eines Bereichs variieren, welcher zwischen vorbestimmten oberen und unteren Grenzwerten eingeschlossen ist.
  • Die Steuereinheit 50 variiert die Phasendifferenz ϕ solchermaßen, dass eine Portspannung Vp von zumindest einem vorbestimmten Port der primärseitigen Ports und der sekundärseitigen Ports auf eine Zielportspannung Vo konvergiert, wobei dadurch die übertragene Leistung P eingestellt wird.
  • Daher, sogar falls der Strom, welcher durch eine Last konsumiert wird, welche mit einem vorbestimmten Port verbunden ist, anwächst, kann die Steuereinheit 50 die übertragene Leistung P durch das Ändern der Phasendifferenz einstellen, wobei dadurch vermieden wird, dass die Portspannung Vp in Bezug auf die Zielportspannung Vo sinkt.
  • Beispielsweise ändert die Steuereinheit 50 die Phasendifferenz Φ solchermaßen, dass eine Portspannung Vp des einen Ports, welcher das Ziel der Übertragung der übertragenen Leistung P der primärseitigen Ports und der sekundärseitigen Ports ist, auf eine Ziel- bzw. Sollportspannung Vo konvergiert, wobei dadurch die übertragene Leistung P eingestellt wird. Daher, sogar falls der Strom, welcher durch eine Last konsumiert wird, welche mit dem Port verbunden ist, der das Ziel der Übertragung der übertragenen Leistung P ist, anwächst, kann die Steuereinheit 50 die übertragene Leistung P in einer Erhöhungsrichtung einstellen, indem die Phasendifferenz Φ derart geändert wird, dass die anwächst, wobei dadurch vermieden wird, dass die Portspannung Vp in Bezug auf die Sollportspannung Vo sinkt.
  • Verfahren zum Hochfahren bzw. Starten der Leistungsumwandlungsvorrichtung
  • 4 ist ein Flussdiagramm, welches ein Beispiel eines Verfahrens zum Hochfahren bzw. Starten der Leistungsversorgungsvorrichtung 101 zeigt. Die Steuereinheit 50 kann einen Einschaltstrom unterdrücken, welcher von einer Leistungsversorgung bei der Peripherie des Leistungsversorgungsschaltkreises 10 in die jeweiligen Kondensatoren fließt, indem die Leistungsversorgung bei der Peripherie des Leistungsversorgungsschaltkreises 10 mit den jeweiligen Ports verbunden werden, nachdem die Kondensatoren der jeweiligen Ports auf einen vorbestimmten Wert (beispielsweise auf einen vollgeladenen Pegel) bei dem Verfahren, welches in 4 gezeigt ist, geladen werden.
  • 5 ist ein Timingdiagramm, welches ein Beispiel der Betriebe bzw. Betriebsarten der Leistungsversorgungsvorrichtung 101 zeigt, wenn die Leistungsversorgungsvorrichtung 101 durch das Startverfahren gestartet wird, welches in 4 gezeigt wird. S10, S20, S30, S40, S50, welche auf einer Zeitachse der 5 angegeben sind, entsprechen den Timings, wenn die jeweiligen Schritte S10, S20, S30, S40, S50 der 4 ausgeführt werden. In 5 geben acht Puls-Wellenformen bzw. Puls-Signalformen, wie z. B. U1, AN/AUS Wellenformen der jeweiligen Zweige an, wie z. B. des oberen Zweigs U1, und Va (C1), Vb (C2), Vd (C4) geben Spannungswellenformen bzw. Spannungs-Signalformen jeweils der Portspannungen Va, Vb, Vd an. Die Portspannung Va ist eine Spannung des Ports 60a und ist gleich einer Spannung des Kondensators C1. Die Portspannung Vb ist eine Spannung des Ports 60b und ist gleich einer Spannung des Kondensators C2. Die Portspannung Vd ist eine Spannung des Ports Vd und ist gleich einer Spannung des Kondensators C4. In Schritt S10 der 4 so wie dies in 6 gezeigt ist, wird der Kondensator C1, welcher mit dem Port 60a verbunden ist, durch die Steuereinheit 50 über den Mittenabgriff 202m mit der Leistung Pc geladen, welche in den Port 60c von der Leistungsversorgung 62c eingegeben wird, welche mit dem Port 60c verbunden ist. Wenn der Kondensator C1 in dem Schritt Sb geladen wird, kann die Steuereinheit 50 eine Größe bzw. Größenordnung eines Einschaltstroms vermeiden, welche in den Kondensator C1 von der Leistungsversorgung 62c über den Mittenabgriff 202m fließt, indem diese verursacht, dass zumindest einer des oberen Zweigs U1 und des oberen Zweigs V1 in einem aktiven Bereich tätig ist.
  • Der aktive Bereich (ebenso als aktivierter Bereich bezeichnet) ist ein Betriebsbereich, in welchem ein Schaltelement mit einem vorbestimmten Widerstandswert RT oder mehr leitend ist, wenn eine Gatespannung des Schaltelements innerhalb eines Bereichs liegt, in welchem diese gleich oder größer als eine Gateschwellwertspannung ist, und welche gleich oder niedriger als ein vorbestimmter Spannungswert Vth ist. Der vorbestimmte Spannungswert Vth ist ein Spannungswert, welcher niedriger ist als die Gatespannung in einem stabilen Zustand, nachdem das Hochfahren der Leistungsversorgungsvorrichtung 101 beendet ist, beispielsweise ist dieser ein Spannungswert während einer Spiegelperiode bevor die Schaltelemente einen Sättigungsbereich erreichen.
  • Wenn das Schaltelement in dem aktiven Bereich tätig ist, befindet sich das Schaltelement in einem Zustand, in dem dieses mit dem Widerstandswert RT oder mehr leitend ist. Der aktive Bereich kann ebenso als ein Halb-AN Zustand bezeichnet werden, welcher einen Zwischenzustand zwischen den AN und AUS Zuständen des Schaltelements angibt. Der aktive Bereich beinhaltet einen Verstärkungstätigkeitsbereich, in welchem ein Widerstandswert des Schaltelements linear sinkt und ein Strom, welcher durch das Schaltelement hindurchfließt, linear anwächst, so wie die Gatespannung oder ein Basisstrom anwächst.
  • Das heißt, die Steuereinheit 50 verursacht, dass das Schaltelement als ein strombegrenzender Widerstand mit einem variablen Widerstandwert tätig ist, indem die Gatespannung oder der Basisstrom des Schaltelements auf einen Wert zum Betreiben in der aktiven Region bzw. in dem aktiven Bereich während einer sehr bzw. extrem kurzen Zeitdauer des Ladens des Kondensators eingestellt wird, wenn die Leistungsversorgungsvorrichtung 101 hochgefahren bzw. gestartet wird.
  • Es wird angemerkt, dass für einen Sollwert der Widerstandskomponente des Schaltelements oder den Sollwert eines Stroms, welcher in dem Schaltelement fließt, das heißt, ein Sollwert der Gatespannung oder des Basisstroms, es entsprechend einer Hitzewiderstandsspezifikation, eines zulässigen Strombetrags und dergleichen des Schaltelements, beispielsweise in ausschließlicher Berücksichtigung der Hitzeerzeugung des Schaltelements, welches in dem aktiven Bereich tätig ist, bestimmt werden kann. Genauer gesagt kann der Zielwert bzw. Sollwert der Gatespannung oder des Basisstroms solchermaßen bestimmt werden, dass die Temperatur, die aus einem Leistungsverbrauch des Schaltelements, einem thermischen Widerstand des Package des Schaltelements und dergleichen bestimmt wird, gleich oder niedriger ist, als die Wärmewiderstandsspezifikationstemperatur.
  • Daher wird in 6 ein Ladestrom, welcher zu dem Kondensator C1 über den Mittenabgriff 202m von der Leistungsversorgung 62c zugeführt wird, durch den oberen Zweig U1 oder V1 unterdrückt, welcher in dem aktiven Bereich tätig ist. Auf diese Weise ist es durch zumindest einen des oberen Zweigs U1 und des oberen Zweigs V1, welche in dem aktiven Bereich tätig sind, möglich, die Größe bzw. Stärke des Einschaltstroms, welcher zu dem Kondensator C1 von der Leistungsversorgung 62c über den Mittenabgriff 202m fließt, zu unterdrücken bzw. zu begrenzen.
  • Die 5 und 6 zeigen den Fall, bei dem in dem Schritt S10 von einem Timing bzw. Zeitpunkt t11 bis zu einem Timing t12 die Steuereinheit 50 nur verursacht, dass der obere Zweig U1 in dem aktiven Bereich tätig ist, und dass die Steuereinheit 50 alle verbleibenden sieben Zweige, wie z. B. den oberen Zweig V1, ausschaltet. Dadurch, dass die Steuereinheit 50 nur verursacht, dass der obere Zweig U1 in dem aktiven Bereich tätig ist, so wie dies in 6 gezeigt ist, fließt der Ladestrom, der dem Kondensator C1 über den Mittenabgriff 202m von der Leistungsversorgung 62c zugeführt wird, in einem Pfad fließt, welcher durch die Windung 202a, die Spule 204a und den oberen Zweig U1 führt.
  • In Schritt S10 kann die Steuereinheit 50 ebenso verursachen, dass der obere Zweig U1 und der obere Zweig V1 beide in dem aktiven Bereich tätig sind. Dadurch, dass der obere Zweig U1 und der obere Zweig V1 beide in dem aktiven Bereich tätig sind, ist es möglich, eine Zeit zum Laden des Kondensators C1 zu verkürzen, während eine Strombegrenzung bewirkt wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Einschaltstrom des Kondensators C1 zu unterdrücken und zudem die Zeit zu verkürzen, bis das Starten der Leistungsversorgungsvorrichtung 101 vervollständigt ist.
  • Es wird angemerkt, dass eine Konfiguration, welche die Dioden 81, 83 in den oberen Zweigen U1, V1 nicht aufweist, beim Unterdrücken des Einschaltstroms in den Kondensator C1 effektiv ist. Allerdings, sogar bei einer Konfiguration, welche die Dioden 81, 83 in den oberen Zweigen U1, V1 aufweist, kann die Steuereinheit 50 ebenso den Einschaltstrom in dem Kondensator C1 unterdrücken, indem verursacht wird, dass der obere Zweig U1 und der obere Zweig V1 in dem aktiven Bereich tätig sind. Ein bevorzugtes Beispiel dieser Konfiguration mit den Dioden 81, 83 in den oberen Zweigen U1, V1 wird nachstehend beschrieben werden.
  • Ferner, in 1, obwohl ein Schalter 93 zwischen der Leistungsversorgung 62c und dem Anschluss 616 des Ports 60c eingefügt ist, kann der Schalter 93 weggelassen werden. Der Schalter 93 ist ein Beispiel einer Einheit zum Erlauben einer Stromzuführung und einer Stromabführung zwischen der Leistungsversorgung 62c und dem Port 60c. Beispielsweise, wenn der Schalter 93 durch die Steuereinheit 50 angeschaltet wird, wird eine Leistungszuführung und eine Leistungsabführung erlaubt, und wenn der Schalter 93 durch die Steuereinheit 50 ausgeschaltet ist, wird die Leistungszuführung und die Leistungsabführung verhindert. Die Steuereinheit 50 schaltet beispielsweise den Schalter 93 vor dem Timing t11 des Startens (siehe 5) der Leistungsversorgungsvorrichtung 101 an.
  • In Schritt S20 der 4 bestimmt die Steuereinheit 50, ob der Kondensator C1 geladen ist, bis die Portspannung Va derart erfasst ist, dass diese einen spezifischen vorbestimmten Wert X1 oder mehr erreicht. Der vorbestimmte Wert X1 ist beispielsweise ein erfasster Wert der Portspannung Vc, welche durch die Sensoreinheit 70 erfasst wird, und ist ein Schwellwert, welcher im Wesentlichen gleich einer Versorgungsspannung der Leistungsversorgung 62c ist (beispielsweise 12 V).
  • Die Steuereinheit 50 fährt mit dem Durchführen des Schrittes S10 fort, bis die Portspannung Va durch die Sensoreinheit 70 derart erfasst wird, dass diese den vorbestimmten Wert X1 oder mehr erreicht. Das Durchführen des Schrittes S30 wird durchgeführt, wenn die Portspannung Va durch die Sensoreinheit 70 derart erfasst wird, dass diese den vorbestimmten Wert X1 oder mehr erreicht.
  • In Schritt S30 der 4 steuert die Steuereinheit 50 die vier Zweige des sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreises 300, um die übertragene Leistung P zu dem sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreis 300 zu übertragen (siehe 5), während die Steuereinheit 50 die vier Zweige des primärseitigen Vollbrückenschaltkreises 200 steuert, um die Portspannung Va von dem vorbestimmten Wert X1 bis zu einem spezifizierten vorbestimmten Wert X2 zu erhöhen. Der vorbestimmt Wert X2 ist eine Wert, welcher größer als der vorbestimmte Wert X1 ist, beispielsweise ist dieser ein Schwellwert, der gleich einer Normalspannung des Ports 60a ist (beispielsweise 48 V entsprechend dem Spannungssystem der Last 61a).
  • Die Steuereinheit 50 kann den Kondensator C2, welcher mit dem Port 60b verbunden ist, und den Kondensator C4, welcher mit dem Port 60d verbunden ist, zur gleichen Zeit durch das Einstellen der Phasendifferenz ϕ laden, um die Übertragungsleistung P von dem primärseitigen Vollbrückenschaltkreis 200 zu dem sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreis 300 zu übertragen. Ferner, obwohl die Phasendifferenz nicht klar in 5 gezeigt ist, schaltet die Steuereinheit 50 die acht Zweige AN und AUS so wie dies in 3 gezeigt ist, und dies während des Schrittes S30 von einem Timing t13 bis zu einem Timing t14, um somit die übertragene Leistung P entsprechend der Phasendifferenz zu übertragen.
  • 7 zeigt eine Richtung und einen Pfad eines Ladestroms der Kondensatoren C1, C2, C4, wenn der obere Zweig U1, der untere Zweig /V1, der obere Zweig U2 und der untere Zweig /V2 angeschaltet sind, und die verbleibenden vier Zweige während einer Zeitdauer von dem Timing t13 bis zu dem Timing t14 in 5 ausgeschaltet sind. 8 zeigt eine Richtung und einen Pfad des Ladestroms der Kondensatoren C1, C2, C4, wenn der obere Zweig V1, der untere Zweig /U1, der obere Zweig V2 und der untere Zweig /U2 angeschaltet sind, und die verbleibenden vier Zweige während der Zeitdauer von dem Timing t13 bis zu dem Timing t14 in 5 ausgeschaltet sind. Die Steuereinheit 50 steuert die acht Zweige derart, dass diese während der Zeitdauer von dem Timing t13 bis zu dem Timing t14 an- und ausgeschaltet sind, sodass die Zuständen, welche in den 7 und 8 gezeigt sind, abwechselnd wiederholt werden.
  • In Schritt S30 steuert die Steuereinheit 50 die AN Zeit δ von jedem Zweig des primärseitigen Vollbrückenschaltkreises 200 mit dem Einschaltverhältnis D, wobei dadurch die Leistung Pc hochgewandelt wird, welche in den Port 60c eingegeben wird, und dadurch wird die hochgewandelte Leistung Pa an den Port 60a ausgegeben. Die Steuereinheit 50 erhöht die Portspannung Va allmählich mit der hochgewandelten Leistung Pa, von dem Zeitpunkt an, bei dem die Portspannung Va durch die Sensoreinheit 70 derart erfasst wird, dass diese dem vorbestimmten Wert X1 oder mehr entspricht, bis zu dem Zeitpunkt, bei dem die Portspannung Va durch die Sensoreinheit 70 derart erfasst wird, dass diese dem vorbestimmten Wert X2 oder mehr entspricht (siehe 5). Die Steuereinheit 50 kann die vier Zweige des primärseitigen Vollbrückenschaltkreises 200, welche mit dem Einschaltverhältnis D angeschaltet werden, vollständig in dem Sättigungsbereich anschalten, wenn die Portspannung Va von dem vorbestimmten Wert X1 auf den vorbestimmten Wert X2 angehoben wird.
  • Der Sättigungsbereich wird auf einen Betriebsbereich bezogen, in welchem das Schaltelement mit einem Wert leitfähig ist, welcher niedriger als der vorbestimmte Widerstandswert RT ist. Wenn das Schaltelement in dem Sättigungsbereich vollständig angeschaltet wird, befindet sich das Schaltelement in einem Zustand, bei dem es mit einem Wert leitfähig ist, der niedriger als der Widerstandswert RT ist.
  • Die Steuereinheit 50 steuert ebenso die AN-Zeit δ der vier Zweige des sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreises 300 mit dem gleichen Einschaltverhältnis D wie dasjenige von jedem Zweig des primärseitigen Vollbrückenschaltkreises 200, wenn die Portspannung Va von dem vorgestimmten Wert X1 auf den vorbestimmten Wert X2 in Schritt S30 angehoben wird, um die übertragene Leistung P zu übertragen. Wenn der obere Zweig des sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreises 300 angeschaltet wird, so wie dies in den 7 oder 8 gezeigt ist, schaltet die Steuereinheit 50 den unteren Zweig an, welcher in einer Phase angeordnet ist, die der des einen oberen Zweigs entgegengesetzt ist.
  • In Schritt S30 lädt die Steuereinheit 50 den Kondensator C2 mit der übertragenen Leistung P, welche von dem Transformator 400 übertragen wird, während ein Hochwandel-Betrieb des Hochwandels der Leistung Pc durchgeführt wird, welche in den Port 60c eingegeben wird, und während die hochgewandelte Leistung Pa an den Port 60a ausgegeben wird. Wenn der Kondensator C2 mit der übertragenen Leistung P geladen wird, welche übertragen wird, während der Hochwandel-Betrieb durchgeführt wird, kann die Steuereinheit 50 die Größe des Einschaltstroms, welcher in den Kondensator C2 fließt, basierend auf der übertragenen Leistung P unterdrücken, indem verursacht wird, dass zumindest einer des oberen Zweigs U2 und des oberen Zweigs V2 in dem aktiven Bereich tätig ist. Ferner ist es möglich, die Größe des Einschaltstroms, welche den Kondensator C2 von der Leistungsversorgung 62b über den Port 60b fließt, zu unterdrücken, sogar falls die Leistungsversorgung 62b mit dem Port 60b über einen Schalter 92 verbunden ist, so wie der Kondensator C2 vorgeladen werden kann, bevor die Leistungsversorgung 62b mit dem Port 60b über den Schalter 62 verbunden ist.
  • Es wird angemerkt, dass eine Konfiguration, welche die Dioden 87, 85 in den oberen Zweigen U2, V2 nicht aufweist, beim Unterdrücken des Einschaltstroms in den Kondensator C2 effektiv ist. Allerdings, sogar bei einer Konfiguration, welche die Dioden 87, 85 in den oberen Zweigen U2, V2 aufweist, kann die Steuereinheit 50 ebenso den Einschaltstrom des Kondensators C2 unterdrücken, indem verursacht wird, dass der obere Zweig U2 oder der obere Zweig V2 in dem aktiven Bereich tätig sind. Ein bevorzugtes Beispiel der Konfiguration mit den Dioden 87, 85 in den oberen Zweigen U2, V2 wird später beschrieben werden.
  • Der Schalter 92 wird zwischen die Leistungsversorgung 62b und den Anschluss 618 des Ports 60b eingefügt. Der Schalter 62 ist ein Beispiel einer Einheit zum Erlauben eines Leistungseingangs und eines Leistungsausgangs zwischen der Leistungsversorgung 62b und dem Port 60b. Beispielsweise, wenn der Schalter 92 durch die Steuereinheit 50 angeschaltet wird, wird der Leistungseingang und der Leistungsausgang erlaubt, und wenn der Schalter 92 durch die Steuereinheit 50 ausgeschaltet wird, wird der Leistungseingang und der Leistungsausgang vermieden.
  • Da die Steuereinheit 50 es einer Leistung ermöglicht, welche durch die Leistungsversorgung 62b zugeführt wird, von dem Port 60b eingegeben zu werden, beispielsweise, wenn die Portspannung Vb durch die Sensoreinheit 70 derart erfasst wird, dass diese einen spezifizierten vorbestimmten Wert X3 oder mehr erreicht, wird der Schalter 92 angeschaltet. Der vorbestimmte Wert X3 ist beispielsweise ein Schwellwert, der gleich einer Normalspannung des Ports 60b ist (beispielsweise 288 V entsprechend dem Spannungssystem der Last 61b oder der Leistungsversorgung 62b).
  • In ähnlicher Weise lädt bei Schritt 530 die Steuereinheit 50 den Kondensator C4 mit der übertragenen Leistung P, welche über den Transformator 400 übertragen wird, während ein Hochwandelbetrieb des Hochwandelns der Leistung Pc durchgeführt wird, welche in den Port 60c eingegeben wird, und während die hochgewandelte Leistung Pa an den Port 60a ausgegeben wird. Wenn der Kondensator C4 mit der übertragenen Leistung P geladen wird, welche übertragen wird, während der Hochwandel-Betrieb durchgeführt wird, kann die Steuereinheit 50 die Größe des Einschaltstroms, welcher in den Kondensator C4 fließt, basierend auf der übertragenen Leistung P unterdrücken, indem verursacht wird, dass zumindest einer des unteren Zweigs /U2 und des unteren Zweigs /V2 in dem aktiven Bereich tätig ist. Ferner ist es möglich, die Größe des Einschaltstroms, welcher in den Kondensator C4 von der Leistungsversorgung 62d über den Port 60d fließt, zu unterdrücken, sogar falls die Leistungsversorgung 62d mit dem Port 60d über einen Schalter 94 verbunden ist, so wie der Kondensator 64 vorgeladen werden kann, bevor die Leistungsversorgung 62d mit dem Port 60d über den Schalter 64 verbunden ist.
  • Es wird angemerkt, dass eine Konfiguration, welche die Dioden 88, 88 in den unteren Zweigen /U2, /V2 nicht aufweist, beim Unterdrücken des Einschaltstroms in dem Kondensator C4 effektiv ist. Allerdings, sogar bei einer Konfiguration mit den Dioden 88, 86 in den unteren Zweigen /U2, /V2, kann die Steuereinheit 50 ebenso den Einschaltstrom in dem Kondensator C4 unterdrücken, indem verursacht wird, dass der untere Zweig /U2 oder der untere Zweig /V2 in dem aktiven Bereich tätig sind. Ein bevorzugtes Beispiel der Konfiguration mit den Dioden 88, 86 in den unteren Zweigen /U2, /V2 wird nachstehend beschrieben werden.
  • Der Schalter 94 wird zwischen der Leistungsversorgung 62d und dem Anschluss 22 des Ports 60d eingefügt. Der Schalter 94 ist ein Beispiel einer Einheit zum Erlauben eines Leistungseingangs und eines Leistungsausgangs zwischen der Leistungsversorgung 62d und dem Port 60d. Beispielsweise, wenn der Schalter 94 durch die Steuereinheit 50 angeschaltet wird, wird ein Leistungseingang und ein Leistungsausgang erlaubt, und wenn der Schalter 94 durch die Steuereinheit 50 ausgeschaltet wird, wird ein Leistungseingang und ein Leistungsausgang erlaubt.
  • Da die Steuereinheit 50 es einer Leistung erlaubt, welche durch die Leistungsversorgung 62d zugeführt wird, von dem Port 60d eingegeben zu werden, beispielsweise, wenn durch die Sensoreinheit 70 die Portspannung Vd derart erfasst wird, dass diese ein spezifizierten vorbestimmten Wert X4 oder mehr erreicht, wird der Schalter 94 angeschaltet. Der vorbestimmte Wert X4 ist beispielsweise ein Schwellwert, welcher gleich einer Normalspannung des Ports 60d ist (beispielsweise 72 V entsprechen dem Spannungssystem der Last 61d oder der Leistungsversorgung 62d).
  • Ferner kann in Schritt S30 die Steuereinheit 50 die unteren Zweige /U2, /V2 des sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreises 300, welche mit dem Einschaltverhältnis D angeschaltet werden, vollständig in den Sättigungsbereich anschalten (siehe 5). Falls es die Dioden 88, 86 gibt, ist es ebenso möglich, die unteren Zweige /U2, /V2 immer auszuschalten.
  • Ferner kann die Steuereinheit 50 ebenso den Kondensator C2 oder C4 mit der übertragenen Leistung P laden, welche zu dem sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreis 300 übertragen wird, während der Hochwandlungs-Betrieb des primärseitigen Vollbrückenschaltkreises 200 nach dem Timing t14 durchgeführt wird, sodass die Portspannung Va allmählich anwächst, um den vorbestimmten Wert X2 mit der hochgewandelten Leistung Pa zu erreichen. Allerdings kann die Steuereinheit 50 die Zeit bis zu einem Timing t15 verkürzen, sodass das Starten der Leistungsversorgungsvorrichtung 101 durch das Laden der Kondensatoren C2 oder C4 mit der übertragenen Leistung P geendet ist, welche übertragen wird, währen die Portspannung Va allmählich mit der hochgewandelten Leistung Pa anwächst, so wie dies in 5 gezeigt ist (die Zeitdauer von dem Timing t13 bis zu dem Timing t14).
  • Ferner kann bei Schritt S30 beispielsweise die Steuereinheit 50 ebenso das Einschaltverhältnis D in einer Zeit allmählich erhöhen, für die die vier Zweige des primärseitigen Vollbrückenschaltkreises 200 angeschaltet sind, so wie dies in 5 gezeigt ist, und den Kondensator C1 mit der hochgewandelten Leistung Pa laden. Die Steuereinheit 50 kann den Effekt des Unterdrückens der Größe des Einschaltstroms, welcher in den Kondensator C1 über den Mittenabgriff 202m von der Leistungsversorgung 62c fließt, verbessern, indem das Einschaltverhältnis D allmählich erhöht wird, und damit der Kondensator C1 mit der hochgewandelten Leistung Pa geladen wird.
  • In ähnlicher Weise kann die Steuereinheit 50 bei Schritt S30 beispielsweise das Einschaltverhältnis in einer Zeit allmählich erhöhen, in der die zwei oberen Zweige V2, U2 des sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreises 200 in dem aktiven Bereich tätig sind, und so den Kondensator C2 mit der übertragenen Leistung P laden. Die Steuereinheit 50 kann den Effekt des Unterdrückens der Größe des Einschaltstroms, welche in den Kondensator C2 fließt, basierend auf der übertragenen Leistung P verbessern, indem das Einschaltverhältnis D allmählich erhöht wird, und so der Kondensator C2 mit der übertragenen Leistung P geladen wird.
  • In ähnlicher Weise kann die Steuereinheit 50 in Schritt S30 beispielsweise ebenso das Einschaltverhältnis D in einer Zeit allmählich erhöhen, in der die zwei unteren Zweige /V2, /U2 des sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreises 300 in dem aktiven Bereich tätig sind, und so den Kondensator C4 mit der übertragenen Leistung P laden. Die Steuereinheit 50 kann den Effekt des Unterdrückens der Größe des Einschaltstroms, welche in den Kondensator C4 fließt, basierend auf der übertragenen Leistung P verbessern, indem das Einschaltverhältnis D allmählich erhöht wird, und so der Kondensator C4 mit der übertragenen Leistung P geladen wird.
  • 9 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel einer AN/AUS-Wellenform bzw. Signalform der Zweige zeigt, wenn das Einschaltverhältnis D konstant ist, und dieses zeigt ein Beispiel einer AN/AUS-Wellenform der Zweige, wenn das Einschaltverhältnis D allmählich anwächst.
  • In 9 zeigt die AN/AUS-Wellenform, wenn das Einschaltverhältnis D konstant ist, den Fall, bei dem die Steuereinheit 50 eine normale Steuerung des Einstellens der übertragenen Leistung P oder des Einschaltverhältnisses D durchführt, um einen Feedbackwert der Portspannung Vp von jedem Port in Übereinstimmung mit der Soll-Portspannung Vo zu bringen. In dem Fall, bei dem die Spannung des Kondensators, welcher mit jedem Port verbunden ist, relativ zu der Soll-Portspannung Vo sehr niedrig ist, wenn die Leistungsversorgungsvorrichtung 101 gestartet, erhöht die Steuereinheit 50 das Einschaltverhältnis D bis zu dem maximalen Ausmaß von dem Start der Regelung bzw. der Feedbacksteuerung, sodass ein Feedbackwert der Portspannung Vp schnell mit der Soll-Portspannung Vo übereinstimmt. Daher ist es wahrscheinlich den Einschaltstrom zu erhöhen, welche in den Kondensator fließt.
  • Im Gegensatz dazu kann die Steuereinheit 50 den Effekt des Unterdrückens der Größe des Einschaltstroms, welche in den Kondensator fließt, verbessern, indem das Einschaltverhältnis D um eine vorbestimmte Vergrößerungsrate erhöht wird, anstelle dass diese Regelung durchführt, bei der der Feedbackwert der Portspannung Vp mit der Soll-Portspannung Vo übereinstimmt. Alternativ wird eine Zeit, welche erforderlich ist, den Kondensator zu laden, analytisch vorab abgeleitet oder auch experimentell abgeleitet, und dies entsprechend der Kapazität des Kondensators, und die Steuereinheit 50 erhöht das Einschaltverhältnis D allmählich solchermaßen, dass die vorab bestimmte Zeit ein stabiles Soll-Einschaltverhältnis erreicht, was den Effekt des Unterdrückens des Einschaltstroms des Kondensators verbessert.
  • Bei Schritt S40 der 4 erlaubt es die Steuereinheit 50 der Leistung, welche durch die Leistungsversorgung 62b zugeführt wird, von dem Port 60b eingegeben zu werden, wenn die Portspannung Va durch die Sensoreinheit 70 derart erfasst wird, dass diese den vorbestimmten Wert X2 oder mehr erreicht, und die Portspannung Vb durch die Sensoreinheit 70 derart erfasst wird, dass diese den vorbestimmten Wert X3 oder mehr erreicht (Schritt S50). Daher ist es möglich, den Einschaltstrom zu unterdrücken, der zu dem Kondensator C2 von der Leistungsversorgung 62b fließt. In ähnlicher Weise erlaubt es die Steuereinheit 50 der Leistung, welche durch die Leistungsversorgung 62d zugeführt wird, von dem Port 60d eingegeben zu werden, wenn die Portspannung Va durch die Sensoreinheit 70 derart erfasst wird, dass diese den vorbestimmten Wert X2 oder mehr erreicht und die Portspannung Vd durch die Sensoreinheit 70 derart erfasst wird, dass diese den vorbestimmten Wert X4 oder mehr erreicht (Schritt S50). Daher ist es möglich, den Einschaltstrom zu unterdrücken, welcher von der Stromversorgung 20d zu dem Kondensator C4 fließt.
  • Bei Schritt S50 vollzieht die Steuereinheit 50 beispielsweise die normale Steuerung des Einstellens der Übertragungsleistung P oder des Einschaltverhältnisses D, damit der Feedbackwert der Portspannung Vp von jedem Port mit der Sollportspannung Vo nach dem Timing t15 übereinstimmt, welches in 5 gezeigt ist. Auf der anderen Seite, falls die Bedingung des Schritts S40 nicht erfüllt ist, fährt die Steuereinheit 50 mit der Durchführung des Schritts S30 des Ladens des Kondensators C2 oder C4 fort.
  • 10 zeigt ein bevorzugtes Beispiel einer Konfiguration mit einer Diode in dem oberen Zweig und zeigt eine Konfiguration mit den Dioden 87, 85 in den oberen Zweigen U2, V2 der Sekundärseite. In dem Fall der 10 beinhaltet der sekundärseitige Vollbrückenschaltkreis 300 einen oberen Zweig der U-Phase, in welchem der obere Zweig U2 und ein oberer Zweig U22 in Serie verbunden sind, und dieser beinhaltet einen oberen Zweig der V-Phase, in welcher der obere Zweig V2 und ein oberer Zweig V22 in Serie miteinander verbunden sind. Der obere Zweig U2 ist ein Beispiel eines ersten Schaltelements mit einer ersten Diode 87, welche parallel mit einer Richtung zum Laden des Kondensators C2 als Vorwärtsrichtung vorgesehen ist, und der obere Zweig U22 ist ein Beispiel eines zweiten Schaltelements mit einer zweiten Diode 187, welche parallel mit einer Richtung vorgesehen ist, die als Vorwärtsrichtung entgegengesetzt der Richtung der ersten Diode 87 angeordnet ist. In ähnlicher Weise ist der obere Zweig V2 ein Beispiel des ersten Schaltelements mit der ersten Diode 85, welche parallel mit der Richtung zum Laden des Kondensators C2 als die Vorwärtsrichtung vorgesehen ist, der obere Zweig V22 ist ein Beispiel des zweiten Schaltelements mit der zweiten Diode 185, welche parallel in einer entgegengesetzten Richtung zu der Richtung der ersten Diode 85 als die Vorwärtsrichtung vorgesehen ist.
  • Wenn der Kondensator C2 mit der übertragenen Leistung P geladen wird, kann die Steuereinheit 50 den Anschaltstrom des Kondensators C2 unterdrücken, welcher durch den oberen Zweig U22 oder V22 über die Diode 85 oder 87 fließt, indem verursacht wird, dass der obere Zweig U22 oder der obere Zweig V22 in dem aktiven Bereich in einem Zustand tätig sind, bei dem die oberen Zweig U2 und V2 ausgeschaltet sind.
  • Ferner ist die Konfiguration der 10 ebenso auf den Fall anwendbar, bei dem es Dioden 81, 83 in den primärseitigen oberen Zweigen U1, V1 gibt. Die Beschreibung des primärseitigen oberen Zweigs wird hiermit durch Bezugnahme auf die vorstehende Beschreibung des sekundärseitigen oberen Zweigs mitaufgenommen.
  • 11 zeigt ein bevorzugtes Beispiel einer Konfiguration mit einer Diode in dem unteren Zweig und zeigt eine Konfiguration mit den Dioden 88, 86 in den unteren Zweigen /U2, /V2 der Sekundärseite. In dem Falls der 11 beinhaltet der sekundärseitige Vollbrückenschaltkreis 300 einen unteren Zweig der U-Phase, in welchem der untere Zweig /U2 und ein unterer Zweig /U22 in Serie miteinander verbunden sind, und einen unteren Zweig der V-Phase, in welchem der untere Zweig /V2 und ein unterer Zweig /V22 in Serie miteinander verbunden sind. Der untere Zweig /U2 ist ein Beispiel eines dritten Schaltelements mit einer dritten Diode 88, welche parallel mit einer Richtung zum Laden des Kondensators C4 als Vorwärtsrichtung vorgesehen ist, und der untere Zweig /U22 ist ein Beispiel eines vierten Schaltelements mit einer vierten Diode 188, welche parallel mit einer entgegengesetzten Richtung zu der Richtung der dritten Diode 88 als die Vorwärtsrichtung vorgesehen ist. In ähnlicher Weise ist der untere Zweig /V2 ein Beispiel des dritten Schaltelements mit der dritten Diode 86, welche parallel mit der Richtung des Ladens des Kondensators C4 als die Vorwärtsrichtung vorgesehen ist, und der untere Zweig /V22 ist ein Beispiel des vierten Schaltelements mit der vierten Diode 186, welche parallel mit einer entgegengesetzten Richtung zu der Richtung der dritten Diode 86 als die Vorwärtsrichtung vorgesehen ist.
  • Wenn der Kondensator C4 mit der übertragenen Leistung P geladen wird, kann die Steuereinheit 50 den Einschaltstrom des Kondensators C4, welcher durch den unteren Zweig /U22 oder /V22 über die Diode 88 oder 86 fließt, unterdrücken, indem verursacht wird, dass der untere Zweig /U22 oder der untere Zweig V/22 in dem aktiven Bereich in einen Zustand tätig sind, bei dem die untere Zeige /U2 und /V2 ausgeschaltet sind.
  • Ferner ist die Konfiguration der 11 ebenso auf den Fall anwendbar, bei dem es Dioden 82, 84 in den primärseitigen unteren Zweigen /U1, /V1 gibt. Die Beschreibung des primärseitigen unteren Zweigs wird hiermit durch Bezugnahme auf die vorstehende Beschreibung des sekundärseitigen unteren Zweigs mitaufgenommen.
  • 12 ist ein Diagramm, welches zeigt, dass in Abhängigkeit zum Strom oder der Temperatur in irgendeinem Zweig des primärseitigen Vollbrückenschaltkreises 200 oder des sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreises 300 die Steuereinheit 50 den Betrieb unterbricht, welcher verursacht, dass der Zweig in dem aktiven Bereich tätig ist. Bei einem Timing, wenn der Strom oder die Temperatur des Zweigs, welcher in dem aktiven Bereich tätig ist, durch die Sensoreinheit 70 derart erfasst wird, dass diese(r) den vorbestimmten Grenzwert oder mehr erreicht, kann die Steuereinheit 50 ebenso temporär einen Ansteuerbefehlswert des Zweigs ausschalten, und damit verursachen, dass der Zweig in dem aktiven Bereich dann wieder tätig ist, nachdem eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, nachdem dieser Zweig temporär ausgeschaltet worden ist. Daher ist es möglich, einen Ausfall des Zweigs aufgrund eines Überstroms oder einer Überhitzung zu vermeiden.
  • Eine Ausführungsform der Leistungsumwandlungsvorrichtung und des Verfahrens zum Hochfahren der gleichen wurde vorstehend beschrieben, jedoch ist die Erfindung nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt, und verschieden Änderungen und Verbesserungen, wie z. B. das Kombinieren oder Ersetzen der vorstehenden Ausführungsform entweder teilweise oder als Ganzes mit einer anderen Ausführungsform können innerhalb des Umfangs der Erfindung umgesetzt werden so wie in dieser durch die nachstehenden Ansprüche beschrieben ist.
  • Beispielsweise wurde in der vorstehenden Ausführungsform ein MOSFET, welcher ein Halbleiterelement ist, der einem AN/AUS Betrieb unterworfen ist, als ein Beispiel eines Schaltelements zitiert. Allerdings kann beispielsweise das Schaltelement ein Leistungselement vom Typ der Spannungssteuerung sein, welches ein sperrendes Gate, wie z. B. bipolarer Sperrtransistor (IGBT) oder ein MOSFET oder ein bipolarer Transistor sein.
  • Ferner kann eine Leistungsversorgung mit dem ersten Eingangs-/Ausgangsport 60a verbunden sein. Ferner kann eine Leistungsversorgung mit dem dritten Eingangs-/Ausgangsport 60b verbunden sein, und eine Leistungsversorgung ist nicht erforderlich, dass diese mit dem vierten Eingangs-/Ausgangsport 60d verbunden ist. Ferner ist es nicht erforderlich, dass eine Leistungsversorgung mit dem dritten Eingangs-/Ausgangsport 60b verbunden ist, und eine Leistungsversorgung kann mit dem vierten Eingangs-/Ausgangsport 60d verbunden sein.
  • Ferner ist die vorliegende Erfindung für eine Leistungsumwandlungsvorrichtung geeignet, welche eine Mehrzahl von, zumindest drei oder mehr, Eingangs/Ausgangsports aufweist, und welche fähig ist, Leistung zwischen irgendwelchen zwei Eingangs-/Ausgangsports der Mehrzahl von, zumindest drei oder mehr, Eingangs-/Ausgangsports umzuwandeln. Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung ebenso für die Leistungsversorgungsvorrichtung geeignet, welche derart konfiguriert ist, dass diese nicht irgendeinen Eingangs-/Ausgangsport der vier Eingangs-/Ausgangsports aufweist, so wie dies in 1 dargestellt ist.
  • Ferner kann bei der vorstehenden Beschreibung die Primärseite als die Sekundärseite definiert sein, und die Sekundärseite kann als die Primärseite definiert sein, In der vorstehenden Beschreibung, obwohl ein Fall, dass die übertragene Leistung P zu dem primärseitigen Port von dem sekundärseitigen Port übertragen wird, als ein Beispiel dargestellt worden ist, kann die vorstehende Beschreibung auf den Fall angewandt werden, dass die übertragenen Leistung P zu dem sekundärseitigen Port von dem primärseitigen Port übertragen wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2011-193713 A [0002]

Claims (15)

  1. Leistungsübertragungsvorrichtung, aufweisend: einen Transformator (400); einen primärseitigen Vollbrückenschaltkreis (200), welcher an einer Primärseite des Transformators (400) vorgesehen ist; einen ersten Port (60a), welcher mit dem primärseitigen Vollbrückenschaltkreis (200) verbunden ist; einen zweiten Port (60c), welcher mit einem Mittenabgriff (202m) der Primärseite des Transformators (400) verbunden ist; einen sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreis (300), welcher an der Sekundärseite des Transformators (400) vorgesehen ist; einen dritten Port (60b), welcher mit dem sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreis (300) verbunden ist; und eine Steuereinheit, die derart konfiguriert ist, dass diese bewirkt, dass ein oberer Zweig des sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreises (300) in einem aktiven Bereich in einem Fall tätig ist, bei dem ein Kondensator, welcher mit dem dritten Port (60b) verbunden ist, mit der übertragenen Leistung geladen wird, welche zu dem sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreis (300) über den Transformator (400) von dem primärseitigen Vollbrückenschaltkreis (200) übertragen wird, wenn eine Leistung des zweiten Ports (60c) hochgewandelt wird und die hochgewandelte Leistung zu dem ersten Port (60a) ausgegeben wird.
  2. Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (50) derart konfiguriert ist, dass diese ein Einschaltverhältnis einer Zeit allmählich erhöht, in der der obere Zweig des sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreises (300) in dem aktiven Bereich tätig ist, und diese derart konfiguriert ist, den Kondensator, der mit dem dritten Port (60b) verbunden ist, mit der übertragenen Leistung zu laden.
  3. Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der sekundärseitige Vollbrückenschaltkreis (300) den oberen Zweig beinhaltet, in welchem ein erstes Schaltelement mit einer ersten Diode, welche mit einer Richtung zum Laden des Kondensators als eine Vorwärtsrichtung parallel vorgesehen ist, und ein zweites Schaltelement mit einer zweiten Diode, welche parallel mit einer Richtung, die entgegengesetzt zu der Richtung der ersten Diode als eine Vorwärtsrichtung ist, vorgesehen ist, in Serie miteinander verbunden sind, und die Steuereinheit (50) derart konfiguriert ist, dass dies verursacht, dass das zweite Schaltelement in dem aktiven Bereich tätig ist, und dass der Kondensator, welcher mit dem dritten Port (60b) verbunden ist, mit der übertragenen Leistung geladen wird.
  4. Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinheit (50) derart konfiguriert ist, dass es diese einer Leistung erlaubt, von dem dritten Port (60b) eingeführt zu werden, wenn eine Spannung des Kondensators, welcher mit dem dritten Port (60b) verbunden ist, gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
  5. Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend: einen vierten Port (60d), welcher mit einem Mittenabgriff (202m) der Sekundärseite des Transformators (400) verbunden ist, wobei die Steuereinheit (50) derart konfiguriert ist, dass diese einen Kondensator, welcher mit dem vierten Port (60d) verbunden ist, mit der übertragenen Leistung lädt.
  6. Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Steuereinheit (50) derart konfiguriert ist, dass diese verursacht, das ein unterer Zweig des sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreises (300) in dem aktiven Bereich tätig ist, wenn der Kondensator, der mit dem fünften Port (60d) verbunden ist, mit der übertragenen Leistung geladen wird.
  7. Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Steuereinheit (50) derart konfiguriert ist, dass diese ein Einschaltverhältnis einer Zeit allmählich erhöht, in der der untere Zweig der sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreises (300) in dem aktiven Bereich tätig ist, und das die Steuereinheit (50) verursacht, dass der Kondensator, welcher mit dem vierten Port (60d) verbunden ist, mit der übertragenen Leistung geladen wird.
  8. Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei der sekundärseitige Vollbrückenschaltkreis (300) den unteren Zweig beinhaltet, in welchem ein drittes Schaltelement mit einer dritten Diode, welche parallel mit einer Richtung zum Laden des Kondensators als Vorwärtsrichtung vorgesehen ist, und ein viertes Schaltelement mit einer vierten Diode, welche parallel mit einer Richtung, die entgegengesetzt der Richtung der dritten Diode ist, als eine Vorwärtsrichtung vorgesehen ist, miteinander in Serie verbunden sind, und die Steuereinheit (50) derart konfiguriert ist, dass diese verursacht, dass das vierte Schaltelement in dem aktiven Bereich tätig ist, und dass der Kondensator, welcher mit dem vierten Port (60d) verbunden ist, mit der übertragenen Leistung geladen wird.
  9. Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 5 oder 8, wobei die Steuereinheit (50) derart konfiguriert ist, dass es diese einer Leistung erlaubt, von dem vierten Port (60d) eingeführt zu werden, wenn eine Spannung des Kondensators, welche mit dem vierten Port (60d) verbunden ist, gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
  10. Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 9, wobei die Steuereinheit (50) derart konfiguriert ist, dass diese verursacht, dass ein oberer Zweig des primärseitigen Vollbrückenschaltkreises (200) in dem aktiven Bereich tätig ist, wenn ein Kondensator, der mit dem ersten Port (60a) verbunden ist, durch eine Leistungsversorgung geladen wird, welche mit dem zweiten Port (60c) über dem Mittenabgriff (202m) der Primärseite verbunden ist.
  11. Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die Steuereinheit (50) derart konfiguriert ist, dass diese eine Spannung des Kondensators, der mit dem ersten Port (60a) verbunden ist, mit der hochgewandelten Leistung allmählich von der Erfassung an erhöht, so dass die Spannung des Kondensators, der mit ersten Port (60a) verbunden ist, gleich oder größer als ein erster Schwellwert ist, bis erfasst wird, dass die Spannung des Kondensators, der mit der ersten Port (60a) verbunden ist, gleich oder größer als ein zweiter Schwellwert ist, der größer ist, als der erste Schwellwert.
  12. Leistungsübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei die Steuereinheit (50) derart konfiguriert ist, dass diese ein Einschaltverhältnis der Zeit allmählich erhöht, in welcher ein Zweig des primärseitigen Vollbrückenschaltkreises (200) angeschaltet ist, und den Kondensator mit der hochgewandelten Leistung lädt, welcher mit dem ersten Port 60a) verbunden ist.
  13. Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 12, wobei die Steuereinheit (50) derart konfiguriert ist, dass diese den Kondensator, der mit dem dritten Port (60b) verbunden ist, mit der übertragenen Leistung lädt, welche während einer Zeitdauer des allmählichen Anwachsens einer Spannung des ersten Ports (60a) mit der hochgewandelten Leistung übertragen wird.
  14. Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 13, wobei die Steuereinheit (50) derart konfiguriert ist, dass diese gemäß dem Strom oder der Temperatur eines Zweigs des primärseitigen Vollbrückenschaltkreises (200) oder dem Strom oder der Temperatur eines Zweigs des sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreises (300) einen Betrieb des Zweigs in dem aktiven Bereich unterbricht.
  15. Verfahren zum Hochfahren einer Leistungsumwandlungsvorrichtung, welche das Folgende aufweist: einen Transformator (400); einen primärseitigen Vollbrückenschaltkreis (200), welche an einer Primärseite des Transformators (400) vorgesehen ist; einen ersten Port (60a), welcher mit dem primärseitigen Vollbrückenschaltkreis (200) verbunden ist; einen zweiten Port (60c), welcher mit einem Mittenabgriff (202m) der Primärseite des Transformators (400) verbunden ist; einen sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreis (300), welcher an einer Sekundärseite des Transformators (400) vorgesehen ist; und einen dritten Port (60b), welcher mit dem sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreis (300) verbunden ist, wobei das Verfahren zum Hochfahren der Leistungsumwandlungsvorrichtung dadurch charakterisiert ist, dass diese das Folgende aufweist: Bewirken, dass ein oberer Zweig des sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreises (300) in einem aktiven Bereich in einem Fall tätig ist, bei dem ein Kondensator, der mit dem dritten Port (60b) verbunden ist, mit der übertragenen Leistung geladen wird, welche zu dem sekundärseitigen Vollbrückenschaltkreis (300) über den Transformator (400) von dem primärseitigen Vollbrückenschaltkreis (200) übertragen wird, wenn eine Leistung des Sekundärports (60c) hochgewandelt wird, und die hochgewandelte Leistung an den ersten Port (60a) abgegeben wird.
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