DE102020101255A1

DE102020101255A1 - Resonanzinvertervorrichtung

Info

Publication number: DE102020101255A1
Application number: DE102020101255.1A
Authority: DE
Inventors: Shoichi Takemoto
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2020-08-06
Also published as: US20200252002A1; JP2020124050A; US11070147B2

Abstract

Eine Resonanzinvertervorrichtung führt eine hohe Wechselspannung einer Entladungslast zu. In dieser Vorrichtung wandelt eine Inverterschaltung eine Gleichspannung unter Verwendung einer Vielzahl von Schaltelementen in eine Wechselspannung. Ein Umformer erhöht die Wechselspannung und erzeugt eine hohe Wechselspannung. Eine Gleichspannungserfassungseinheit erfasst einen Wert einer Gleichspannung, die der Inverterschaltung zugeführt wird. Eine Steuereinheit erzeugt einen Ansteuerungsimpuls zur Ausführung eines An/Aus-Schaltens der Schaltelemente. Die Schaltelemente enthalten erste und zweite Schaltelemente. Die Steuereinheit führt eine Phasenwinkelsteuerung des Ansteuerungsimpulses aus. Als Reaktion auf den erfassten Wert der Gleichspannung, der größer als ein Referenzwert ist, stellt die Steuereinheit einen Schaltphasenwinkel der zweiten Schaltelemente relativ zu den ersten Schaltelementen, die als Referenz dienen, basierend auf einem Betrag des Wertes der Gleichspannung, ein.

Description

Hintergrund
[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Resonanzinvertervorrichtung, die einer Entladungslast ermöglicht eine Entladung zu erzeugen.
[Stand der Technik]
Beispielsweise wird eine Resonanzinvertervorrichtung verwendet, um eine Wechselspannung (Wechselspannung) einer Entladungslast zuzuführen, wie zum Beispiel einer Entladungserzeugungsvorrichtung, welche in einem Fahrzeug montiert ist. In solchen Anwendungen enthält die Resonanzinvertervorrichtung eines Fahrzeugs typischerweise eine Inverterschaltung, einen Umformer, und eine Steuereinheit. Die Inverterschaltung wandelt eine Gleichspannung (Gleichspannung) einer Batterie-Leistungszufuhr in eine Wechselspannung. Der Umformer erhöht die Wechselspannung und gibt die erhöhte Wechselspannung an die Entladungslast aus. Die Steuereinheit steuert die Ausgabe der Inverterschaltung an den Umformer. In der Schaltung Resonanzinvertervorrichtung ist eine stabile Steuerung der Ausgangsspannung an die Entladungslast notwendig.
JP-A-2017-085793 offenbart eine Spannungsresonanzwandlervorrichtung, die eine Ausgabespannung mittels einer Steuereinheit steuert. Ein Wandler, der eine Spannung, die von einer kommerziellen Leistungszufuhr eingespeist und einer vollständigen Wellengleichrichtung unterzogen wird, erhöht, absenkt, oder erhöht und absenkt, ist in der Spannungsresonanzwandlervorrichtung in einer frühen Stufe vorgehsehen. Eine Resonanzschaltung ist in letzter Stufe angebracht. Die Resonanzschaltung verwendet die Spannung, die durch den Wandler erzeugt wird, als Einspeisungsquelle. Die Resonanzschaltung legt eine Erregungsenergie an einen Umformer an und bringt eine kapazitive Ausgabelast und eine Ausgabeinduktivität in Schwingung. Beispielsweise erfasst eine Steuerschaltung eine Spannungsspitze der Ausgabespannung und erzeugt ein Zustandssignal unter Verwendung der erfassten Spannungsspitze. Die Steuerschaltung führt dann eine Rückkopplung des Zustandssignals für ein Steuersignal des Wandlers aus, sodass eine Resonanzausgabe festgelegt wird. Die Steuereinheit steigert und verringert dabei die erzeugte Spannung der Einspeisungsquelle.
Eine konventionelle Invertervorrichtung ist als Vorrichtung konfiguriert, die eine kommerzielle Wechselspannungsleistungsversorgung verwendet und eine hohe Wechselspannung ausgibt, die einer Plasmaprozessvorrichtung oder Ähnlichem zugeführt wird. Zwischenzeitlich arbeitet eine konventionelle Steuerung der Einspeisespannung nicht auf normale Weise, wenn solch eine Vorrichtung an einer Onboard-Vorrichtung angebracht wird, weil eine Batteriespannung einer Onboard-Batterie, die als Leistungszufuhr dient, leicht variiert. Das heißt, eine Steuerverzögerung und dergleichen tritt auf, auf Grund der Effekte durch die Variation der Batteriespannung, selbst wenn eine Schaltsteuerung des Wandlers auf Basis eines Erfassungssignals der Ausgabespannung, in einem Zustand in welchem die Batteriespannung variiert, ausgeführt wird. Die gewünschten Effekte können nicht erreicht werden.
Kurzfassung
Es ist daher wünschenswert, eine Resonanzinvertervorrichtung vorzusehen, die eine stabile Ausgangsleistung liefern kann.
Eine exemplarische Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sieht eine Resonanzinvertervorrichtung vor, die eine hohe Wechselspannung an eine Entladungslast zuführt. Die Resonanzinvertervorrichtung enthält: eine Gleichspannungsleistungszufuhr die eine Gleichspannung ausgibt; eine Inverterschaltung, die die Gleichspannung in einer Wechselspannung durch An/Aus-Schalten einer Vielzahl von Schaltelementen wandelt; einen Umformer der die Wechselspannung erhöht und die hohe Wechselspannung erzeugt; eine Gleichspannungserfassungseinheit, die einen Wert einer Gleichspannung erfasst, die von der Gleichspannungsleistungszufuhr der Inverterschaltung zugeführt wird; eine Steuereinheit, die einen Ansteuerungsimpuls zur Ausführung des An/Aus Schaltens der Schaltelemente erzeugt. Die Vielzahl der Schaltelemente enthält mindestens ein erstes Schaltelement und mindestens ein zweites Schaltelement, das anders ist als das erste Schaltelement. Die Steuereinheit enthält eine Phasenwinkelsteuereinheit, die eine Phasenwinkelsteuerung des Ansteuerungsimpulses ausführt, wobei die Phasenwinkelsteuereinheit einen Schaltphasenwinkel des zweiten Schaltelements relativ zum ersten Schaltelement einstellt, das als Referenz dient, auf Basis des Betrags des Wertes der Gleichspannung, als Reaktion auf den Wert der Gleichspannung, die durch die Gleichspannungserfassungseinheit erfasst wird, die größer ist als ein Referenzwert.
In der Resonanzinvertervorrichtung, die wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, wird die Gleichspannung, die von einer Gleichspannungsleistungsversorgung an die Inverterschaltung zugeführt wird, in eine Wechselspannung durch An/Aus Schalten einer Vielzahl von Schaltelementen gewandelt. Außerdem wird die Wechselspannung der Entladungslast als hohe Wechselspannung, die durch den Umformer erhöht wurde, zugeführt.
Der Wert der Gleichspannung, die von einer Fahrzeug Gleichspannungsleistungsversorgung an die Inverterschaltung zugeführt wird, variiert in Verbindung mit dem Betrieb einer zusätzlichen Vorrichtung und dergleichen, wenn hier beispielsweise die Resonanzinvertervorrichtung in einer Onboard-Vorrichtung angebracht wird. Allerdings kann die Variation in der Ausgabe durch die Steuereinheit, die die Phasenwinkelsteuerung des Ansteuerungsimpulses für die Vielzahl der Schaltelemente ausführt, unterdrückt werden. Das heißt, dass der Schaltphasenwinkel relativ zum Ansteuerungsimpuls, der als Referenz dient, eingestellt wird, basierend auf dem Betrag der Variation eines Wertes einer Spannung, die als Referenz dient. Demzufolge kann ein Spitzenwert einer Ausgabespannung, die an die Entladungslast ausgegeben wird, festgelegt werden. Eine Steigerung der Ausgabespannung kann unterdrückt werden, wenn die Einspeisespannung steigt.
Wie vorstehend beschrieben kann, gemäß dem vorstehend beschriebenen Aspekt, eine Resonanzinvertervorrichtung vorgesehen sein, die eine stabile Ausgabeleistung relativ zur Variation der Einspeisespannung produzieren kann.
Referenznummern in den Klammern im Bereich der Ansprüche geben entsprechende Zusammenhänge mit spezifischen Bedeutungen gemäß der im Weiteren beschriebenen Ausführungsformen an, und beschränken den technischen Bereich der vorliegenden Offenbarung nicht.
Figurenliste
In den begleitenden Zeichnungen zeigt:

1 eine schematische Gesamtdiagramm einer Resonanzinvertervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ein Schaltungsdiagramm, die einen Überblick über die Steuerung zeigt, welche durch die Resonanzinvertervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird;
3A und 3B Diagramme zur Erläuterung einer Frequenzsteuerung und einer Phasenwinkelsteuerung, welche durch die Resonanzinvertervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird;
4 ein Diagramm zur Erläuterung eines Überblicks der Phasenwinkelsteuerung, welche durch die Resonanzinvertervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird;
5 ein Flussdiagramm eines, von einem Ansteuerungsimpuls erzeugten, Prozesses, welcher durch eine Steuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird;
6A bis 6C Diagramme zur Erläuterung von Effekten gemäß der ersten Ausführungsform, abhängig davon, ob die Phasenwinkelsteuerung durch die Resonanzinvertervorrichtung ausgeführt wird;
7 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Phasenwinkelsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform, welche durch den Resonanzinvertervorrichtung ausgeführt wird;
8 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Frequenzsteuerung gemäß einer ersten Ausführungsform, welche durch die Resonanzinvertervorrichtung ausgeführt wird;
9 ein Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Phasenwinkelkorrektur entsprechend den Temperatureigenschaften oder zeitlichen Veränderungen der Entladungslast, die mit der Resonanzinvertervorrichtung verbunden ist, gemäß der ersten Ausführungsform, wobei das Diagramm zeigt eine Beziehung zwischen der Schaltfrequenz (SW Frequenz) oder dem Schaltphasenwinkel (SW Phasenwinkel) und der Einspeiseleistung;
10 ein Diagramm eines Vergleichs von Eingangswellenformen der Schaltelemente, und den Strom- und Spannungseigenschaften zwischen der ersten Ausführungsform und einem ersten vergleichenden Beispiel;
11 ein Diagramm zur Erläuterung eines Schaltbetriebs gemäß der ersten Ausführungsform, wenn die Phasenwinkelsteuerung durch die Resonanzinvertervorrichtung ausgeführt wird;
12A bis 12C Diagramme zur Erläuterung einer Resonanzinvertervorrichtung des ersten vergleichenden Beispiels;
13 ein Diagramm zur Erläuterung eines Schaltbetriebs im ersten vergleichenden Beispiel, wenn die Phasenwinkelsteuerung durch die Resonanzinvertervorrichtung nicht ausgeführt wird;
14 ein Diagramm eines Beispiels eines SW Phasenwinkelsteuerungsplans, der in der Phasenwinkelsteuerung eines ersten Testbeispiels verwendet wird;
15 ein Diagramm von Schaltbetriebswellenformen der Phasenwinkelsteuerung durch die Resonanzinvertervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform im ersten Testbeispiel;
16 ein Diagramm von Schaltbetriebswellenformen der Phasenwinkelsteuerung durch die Resonanzinvertervorrichtung des ersten vergleichenden Beispiels im ersten Testbeispiel;
17 ein Diagramm eines weiteren Beispiels des SW Phasenwinkelsteuerungsplans gemäß der ersten Ausführungsform;
18 ein Diagramm von Unterschieden der Schaltbetriebswellenformen, basierend darauf, ob eine Vorwärtssteuerung durch die Resonanzinvertervorrichtung im ersten Testbeispiel ausgeführt wird;
19 ein schematisches Gesamtdiagramm einer Resonanzinvertervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
20 ein Diagramm zur Erläuterung einer Steuerübersicht, die durch die Resonanzinvertervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ausgeführt wird, wobei das Diagramm eine Kennliniendiagramm einer Beziehung zwischen Einspeiseleistung, Ausgabeleistung, und Frequenz ist;
21 ein Kennliniendiagramm einer Beziehung zwischen Einspeiseleistung, Ausgabeleistung, und Frequenz im intermittierenden Modus der Resonanzinvertervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform;
22 ein schematisches Gesamtdiagramm einer Resonanzinvertervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
23A und 23B Flussdiagramme eines von einem Ansteuerungsimpuls erzeugten Prozesses, der von einer Steuereinheit der Resonanzinvertervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform ausgeführt wird, und
24 ein Diagramm zur Erläuterung eines Überblicks einer Periodizitätsverhältnissteuerung gemäß der dritten Ausführungsform, die durch die Resonanzinvertervorrichtung ausgeführt wird, wobei das Diagramm ein Wellenformdiagramm von Ausgabeleistung und Eingangsspannung im intermittierenden Modus ist.

Beschreibung
(Erste Ausführungsform)
Eine Resonanzinvertervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform wird mit Bezug zu 1 bis 11 beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, enthält eine Resonanzinvertervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Gleichspannungsleistungsversorgung (im Weiteren gegebenenfalls als Spannungsversorgung bezeichnet), eine Inverterschaltung 2, einen Umformer 3 eine Gleichspannungserfassungseinheit 41, und eine Steuereinheit 5. Die Inverterschaltung 2 enthält Schaltelemente Q1 bis Q4 (entsprechend dem ersten Schaltelement Q1 und Q2 und dem zweiten Schaltelement Q3 und Q4). Die Resonanzinvertervorrichtung 1 steuert die Ansteuerung der Schaltelemente Q1 bis Q4 durch die Steuereinheit 5. Die Resonanzinvertervorrichtung 1 führt der Entladungslast 6 dadurch eine vorbestimmte hohe Wechselspannung zu.
Im Einzelnen erzeugt die Steuereinheit 5 einen Ansteuerungsimpuls zum An/Aus Schalten der Schaltelemente Q1-Q4. Eine Gleichspannung, die von einer Spannungsversorgung B ausgegeben wird, wird in eine Wechselspannung durch die Schalelemente, die in der Inverterschaltung 2 ein- und ausgeschaltet werden, gewandelt. Der Umformer 3 erhöht die Wechselspannung, die von der Inverterschaltung 2 ausgegeben wird. Der Umformer 3 gibt dann die erhöhte Spannung an die Entladungslast 6 als vorbestimmte hohe Wechselspannung (im Weiteren gegebenenfalls als Ausgabespannung bezeichnet) Vout ab. Demzufolge erzeugt die Entladungslast 6 eine Entladung.
Um die Entladung zu steuern, erfasst eine Gleichspannungserfassungseinheit 41 einen Gleichspannungswert (im Weiteren gegebenenfalls als Einspeisespannung bezeichnet) Vin, der von der Leistungsversorgung B in die Inverterschaltung 2 eingespeist wird.
Außerdem enthält die Steuereinheit 5 eine Phasenwinkelsteuereinheit 51. Die Phasenwinkelsteuereinheit 51 führt eine Phasenwinkelsteuerung des Ansteuerungsimpulses für die Schaltelemente Q1 bis Q4 aus. Wenn die durch die Gleichspannungserfassungseinheit 41 erfasste Einspeisespannung Vin größer ist als ein Referenzwert, stellt die Phasenwinkeleinheit 51 einen Schaltphasenwinkel (im Weiteren gegebenenfalls als SW Phasenwinkel bezeichnet) θ der Schaltelemente Q3 und Q4 (entsprechend den zweiten Schaltelementen), die andere Schaltelemente relativ zu den ersten Schaltelementen Q1 und Q2 (entsprechend den ersten Schaltelementen) sind, die als Referenz dienen, basierend auf dem Betrag der Einspeisespannung Vin, ein. Demzufolge kann eine stabile Ausgabespannung Vout relativ zur Variation der Einspeisespannung Vin erreicht werden.
Die Inverterschaltung 2 wird durch einen ersten Zweig 21 und einen zweiten, parallel verbundenen, Zweig 22 ausgebildet. Der erste Zweig 21 enthält ein Paar aus den Schaltelementen Q1 und Q2 (entsprechend den ersten Schaltelementen). Der zweite Zweig 22 enthält ein Paar aus den Schaltelementen Q3 und Q4 (entsprechend den zweiten Schaltelementen). Außerdem sind zwei Enden (erstes und zweites Ende) einer Primärspule 31 des Umformers 3 jeweils mit einem Mittelpunkt 21A des ersten Zweigs 21 und einem Mittelpunkt 22A des zweiten Zweigs 22 verbunden (beispielsweise in 2 zu sehen).
Zum diesem Zeitpunkt erzeugt die Steuereinheit 5 einen Ansteuerungsimpuls, sodass während eines einzelnen Steuerzyklus der erste Zweig 21 und der zweite Zweig 22 abwechselnd an- und ausgeschaltet werden, und, jeweils bezogen auf das Paar der Schaltelemente Q1 und Q2 des ersten Zweigs 21 und das Paar der Schaltelemente Q3 und Q4 des zweiten Zweigs, ein Schaltelement in jedem Paar ausgeschaltet wird, wenn das andere Schaltelement angeschaltet wird. Die Phasenwinkelsteuereinheit 51 stellt eine Höhe der Verlagerung in Richtung einer Verzögerungswinkelseite des Ansteuerungsimpulses als einen Schaltphasenwinkel θ, die an den zweiten Zweig 22 ausgegeben wird, relativ zum Ansteuerungsimpuls ein, der an den ersten Zweig 21, der als Referenz dient, ausgegeben wird.
Die Leistungszufuhr B ist vorzugsweise eine Onboard-Batterie. Die Phasenwinkelsteuereinheit 51 führt vorzugsweise eine Vorwärtssteuerung des SW Phasenwinkels θ aus, die für jeden Steuerzyklus, basierend auf der Einspeisespannung Vin, eingestellt wird.
Außerdem enthält die Steuereinheit 5 vorzugsweise eine Frequenzsteuereinheit 52. Die Frequenzsteuereinheit 52 stellt eine Schaltfrequenz (im Weiteren als eine SW Frequenz bezeichnet) des Ansteuerungsimpulses ein, die den Schaltelementen Q1 bis Q4 zugeführt wird, basierend auf einer Zieleinspeiseleistung Pref*, die ein Zielwert der Einspeiseleistung Pin, die in die Inverterschaltung 2 eingespeist wird, ist.
Die Resonanzinvertervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nachstehend im Detail beschrieben.
Beispielsweise wird in 1 die Resonanzinvertervorrichtung als eine Onboard Resonanzinvertervorrichtung verwendet, die an einem Ozonisator angebracht wird, der in einem Fahrzeug montiert ist und bei welchem eine Hauptkomponente ein Entladungsreaktor oder dergleichen ist. Der Entladungsreaktor dient als die Entladungslast 6. Die Resonanzinvertervorrichtung 1 führt dem Entladungsreaktor eine hohe Wechselspannung zu. Der Ozonisator verwendet Ozon, das durch den Entladungsreaktor erzeugt wird, und läutert Abgase, die von einem Motor eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) ausgestoßen werden.
Beispielsweise speist die Resonanzinvertervorrichtung 1 die Gleichspannung der Leistungsversorgung B, die die Onboard-Batterie ist, in die Inverterschaltung 2 ein. Die Resonanzinvertervorrichtung 1 wandelt dann die Gleichspannung in eine vorbestimmte Wechselspannung und führt die vorbestimmte Wechselspannung dem Umformer 3 zu. Eine Leistungsmesseinheit 4 ist zwischen der Leistungsversorgung B und der Inverterschaltung 2 angeordnet. Die Leistungsmesseinheit 4 enthält die Gleichspannungserfassungseinheit 41 und eine Gleichstromerfassungseinheit 42.
Die Steuereinheit 5 steuert die Ansteuerung der Inverterschaltung 2, basierend auf den erfassten Signalen der Erfassungseinheiten 41 und 42, und einem Soll-Leistungssignal einer externen Steuervorrichtung (nicht gezeigt). Die Steuereinheit 5 veranlasst, dass der Umformer 3 eine hohe Wechselspannung generiert und die hohe Wechselspannung einer Entladungslast 6 zuführt.
Die Schaltelemente Q1 bis Q4 konfigurieren eine Vollbrückenschaltung in der Inverterschaltung 2. Die Schaltelemente Q1 bis Q4 sind zwischen einer positiven Anschlussleitung 11 und einer negativen Anschlussleitung 12 der Leistungsversorgung B angeordnet, und bilden den ersten Zweig 21 und den zweiten Zweig 22 aus, die parallel zueinander verbunden sind. Der erste Zweig 21 besteht aus dem Paar der Schaltelemente Q1 und Q2, die in Serie verbunden sind. Der zweite Zweig 22 besteht aus dem Paar der Schaltelemente Q3 und Q4, die in Serie verbunden sind.
Beispielsweise besteht, wie in den Zeichnungen gezeigt, jedes der Schaltelemente Q1 bis Q4 aus einer Kombination eines Leistungselements, wie etwa einem Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) oder einem Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode, und einer Diode. Die Diode ist antiparallel zu jeder der Schaltelemente Q1 bis Q4 verbunden.
Beispielsweise, wie in 2 gezeigt, weist der Umformer 3 eine allgemein bekannte Struktur auf, in welcher die Primärspule 31 und eine zweite Spule 32 magnetisch gekoppelt sind. Der Umformer 3 erhöht die Wechselspannung der Inverterschaltung 2 und erzeugt die vorbestimmte hohe Wechselspannung.
Zum diesem Zeitpunkt wird eine Zahl von Windungen n1 der Primärspule 31 und eine Zahl von Windungen n2 der Sekundärspule 32 so eingestellt, dass n1 < n2 erfüllt ist. Ein Erhöhungseffekt, basierend auf einem Windungsverhältnis der Primärspule 31 und der Sekundärspule 32, wird erreicht. Außerdem schwingt ein Sekundärstrom 12, der durch die Sekundärspule 32 fließt, mit einer Resonanzfrequenz fr (= 1/2π√LC), die durch eine Kapazität C der Entladungslast 6 und einer Verlustinduktivität L bestimmt wird. Hierfür wird, als Folge einer Kombination des Erhöhungseffekts durch das Windungsverhältnis des Umformers 3 und des Erhöhungseffekts durch Resonanz, eine hohe Sekundärspannung V2 erzeugt.
Hier ist der Mittelpunkt 22A des zweiten Zweigs 22 mit einem positiven Anschluss der Primärspule verbunden. Der Mittelpunkt 21A des ersten Zweigs 21 ist mit einem negativen Anschluss der Primärspule 31 verbunden. Als Folge des Schaltbetriebs, der abwechselnd im ersten Zweig 21 und im zweiten Zweig 22 ausgeführt wird, fließt hierfür ein Strom in umgekehrter Richtung durch die Primärspule 31. Außerdem kann, wie in 2 gezeigt, ein Filterkondensator zur Glättung zwischen der Leistungsmesseinheit 4 und der Inverterschaltung 2 angeordnet werden.
Die Leistungsmesseinheit 4 enthält die Gleichspannungserfassungseinheit 41 und die Gleichstromerfassungseinheit 42 auf der Einspeiseseite der Inverterschaltung 2. Die Gleichspannungserfassungseinheit 41 ist zwischen der positiven Anschlussleitung 11 und der negativen Anschlussleitung 12 der Leistungsversorgung B angeordnet. Die Gleichstromerfassungseinheit 42 ist auf der negativen Anschlussleitung angeordnet.
Die Leistungsmesseinheit 4 erfasst durch die Gleichspannungserfassungseinheit 41 die Einspeisespannung Vin, die in die Inverterschaltung 2 eingespeist wird. Die Leistungsmesseinheit 4 erfasst durch die Gleichstromerfassungseinheit 42 auch einen Einspeisestrom Iin. Die Erfassungsergebnisse der Gleichspannungserfassungseinheit 41 und der Gleichstromerfassungseinheit 42 werden zur Steuereinheit 5 übermittelt. Eine Multiplikationseinheit 40 multipliziert die Einspeisespannung Vin und den Einspeisestrom Iin, und berechnet die Einspeiseleistung Pin.
Hier ist die Gleichstromerfassungseinheit 42 auf Seiten der negativen Anschlussleitung 12 angeordnet. Dennoch kann die Gleichstromerfassungseinheit 42 auf Seiten der positiven Anschlussleitung angeordnet sein.
Außerdem wird die Zieleinspeiseleistung Pref* von einer Wandlungsberechnungseinheit 10 in die Steuereinheit 5 eingespeist. Eine Zielausgabeleistung (das heißt eine erforderliche Leistung) Po* wird in die Wandlungsberechnungseinheit 10 von einer externen Steuervorrichtung (nicht gezeigt) eingespeist. Beispielsweise kann die Wandlungsberechnungseinheit 10 die Schaltungseffizienz der Inverterschaltung 2 berechnen. Die Wandlungsberechnungseinheit 10 kann dann einen Wert für die Zieleinspeiseleistung Pref* mittels Teilung der Zielausgabeleistung Po* durch die Schaltungseffizienz berechnen.
Die Steuereinheit 5 erzeugt den Ansteuerungsimpuls für die Vielzahl der Schaltelemente Q1 bis Q4, die die Inverterschaltung 2 ausbilden. Die Steuereinheit 5 führt dabei das An/Aus-Schalten der Schaltelemente Q1 bis Q4 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt aus. Die Steuereinheit 5 enthält die Phasenwinkelsteuereinheit 51 und die Frequenzsteuereinheit 52. Die Phasenwinkelsteuereinheit 51 steuert der SW Phasenwinkel θ. Die Frequenzsteuereinheit 52 steuert eine SW Frequenz f. Die Einspeisespannung Vin wird fortlaufend in die Phasenwinkelsteuereinheit 51 von der Gleichspannungserfassungseinheit 41 eingespeist. Außerdem wird die Einspeiseleistung Pin fortlaufend in die Frequenzsteuereinheit 52 von der Multiplikationseinheit 40 eingespeist.
Insbesondere, wie in 2 gezeigt, ist die Einspeisespannung Vin äquivalent zur Batteriespannung der Leistungsversorgung B. Die Einspeisespannung Vin variiert (beispielsweise von 10V bis zu 16V) auf Grund von Effekten einer zusätzlichen Vorrichtung (nicht gezeigt) oder dergleichen, die mit der Leistungsversorgung B verbunden ist. Zu diesem Zeitpunkt stellt die Phasenwinkelseinheit, basierend auf eine Beziehung zwischen der Einspeisespannung Vin und dem SW Phasenwinkel θ, welcher vorher bekannt ist, den SW Phasenwinkel θ unter Verwendung der erfassten Einspeisespannung Vin ein, wenn die Einspeisespannung Vin größer als ein Referenzwert ist. Zum Beispiel ist der Referenzwert ein unterer Grenzwert (wie etwa 10V) eines erwarteten Batteriespannungsbereichs. Zum Beispiel wird der SW Phasenwinkel θ so eingestellt, dass sie sich erhöht, wenn die Einspeisespannung sich erhöht.
Wie nachstehend beschrieben, wird vorzugsweise eine Vorwärtssteuerung während der Phasenwinkelsteuerung ausgeführt, um die Effekte der Variation in der Einspeisespannung Vin zu unterdrücken. Außerdem ist der Referenzwert nicht auf den unteren Grenzwert des erwarteten Batteriespannungsbereichs beschränkt. Der Referenzwert kann beliebig auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden, der größer ist, als der untere Grenzwert (wie etwa auf einen Standartwert der Batteriespannung: 12V).
Im Weiteren kann die Frequenzsteuereinheit 52 beispielsweise eine Rückkopplungssteuerung der SW Frequenz f ausführen, sodass sich die Einspeiseleistung Pin aus der Leistungsmesseinheit 4 der Zieleinspeiseleistung Pref* annähert, basierend auf dem Ergebnis eines Vergleichs zwischen der Einspeiseleistung Pin und der Zieleinspeiseleistung Pref*.
Die Steuereinheit 5 steuert den Ansteuerungsimpuls der Schaltelemente Q1 bis Q4 basierend auf dem SW Phasenwinkel θ und der SW Frequenz f, die auf die vorstehende Weise erworben werden. Die Steuereinheit 5 enthält eine Pulserzeugungseinheit 53, die den Ansteuerungsimpuls zur Ansteuerung der Schaltelemente Q1 bis Q4 erzeugt.
Als Nächstes wird die durch die Steuereinheit 5 ausgeführte Schaltsteuerung im Detail beschrieben.
Wie in 3B gezeigt, wird ein vorbestimmter Ansteuerungsimpuls an einem Eingang von jedem der Schaltelemente Q1 bis Q4 der Inverterschaltung eingespeist. Ein An/Aus-Schalten der Schaltelemente Q1 bis Q4 wird dadurch gesteuert. Der Ansteuerungsimpuls hat die vorbestimmte SW Frequenz f. Der Ansteuerungsimpuls, der an die Eingänge der Schaltelemente Q1 und Q2 zugeführt wird und der Ansteuerungsimpuls, der an die Eingänge Q3 und Q4 zugeführt wird, haben den vorbestimmten Phasenwinkel θ.
In der Frequenzsteuereinheit 52 stellt die Steuereinheit 5 die SW Frequenz f ein, sodass die Einspeiseleistung Pin gleich zur Zieleinspeiseleistung Pref* wird. Außerdem stellt die Steuereinheit 5 in der Phasenwinkeleinheit 51 der SW Phasenwinkel θ basierend auf der Einspeisespannung Vin ein, sodass der Ansteuerungsimpuls der Schaltelemente Q3 und Q4 des zweiten Zweigs 22 in Bezug zum Ansteuerungsimpuls der Schaltelemente Q1 und Q2 des ersten Zweigs 21 verzögert ist.
Wie in 3A gezeigt, verändert sich die Beziehung zwischen der Einspeiseleistung Pin und der SW Frequenz f basierend auf der Einspeisespannung Vin. Zum Beispiel verringert sich ein Spitzenwert der Einspeiseleistung Pin, wenn die Einspeisespannung Vin sich von 16V (gekennzeichnet durch eine gestrichelte Linie in der Zeichnung) auf 10V (gekennzeichnet durch eine durchgezogene Linie in der Zeichnung) verringert. Die SW Frequenz f, die der Zieleinspeiseleistung Pref* entspricht, ändert sich.
Hierfür kann in der Frequenzsteuereinheit 52 die Einspeiseleistung Pin durch Vergleich der Einspeiseleistung Pin und der Zieleinspeiseleistung Pref* und der Ausführung einer Rückkopplungssteuerung der SW Frequenz f basierend auf dem Vergleichsergebnis, näher an die Zieleinspeiseleistung Pref* gebracht werden.
Außerdem, wie in 4 gezeigt, verändert sich ein Spitzenwert der Ausgabespannung Vout basierend auf der Einspeisespannung Vin. Zum Beispiel erhöht sich, wenn der Ansteuerungsimpuls des ersten Zweigs 21 und der Ansteuerungsimpuls des zweiten Zweigs 22 keine Phasendifferenz aufweisen (das heißt θ = 0 Grad), falls die Einspeisespannung Vin sich von 10V auf 16V verändert, der Spitzenwert der Ausgabespannung Vout, wenn sich die Einspeisespannung Vin erhöht.
Hierfür kann in der Phasenwinkeleinheit 51 der Spitzenwert des Ausgabewertes Vout durch den SW Phasenwinkel θ, eingestellt auf Basis der Einspeisespannung Vin, angepasst werden, sowie eine Phasendifferenz zwischen dem Ansteuerungsimpuls des ersten Zweigs 21 und dem Ansteuerungsimpuls des zweiten Zweigs 22 vorgesehen werden. Insbesondere wird der Ansteuerungsimpuls der Schaltelemente Q3 und Q4 des zweiten Zweigs 22, relativ zum Ansteuerungsimpuls der Schaltelemente Q1 und Q2 des ersten Zweigs 21, zur Seite des Verzögerungswinkels verlagert. Der SW Phasenwinkel θ wird so eingestellt, dass sie sich erhöht, wenn die Einspeisespannung Vin sich erhöht.
Zu dieser Zeit verändert sich der Spitzenwert der Ausgabespannung Vout als Folge dessen, dass die Schaltelemente Q1 bis Q4 in Schaltmoden, gezeigt in 3B, an/aus geschaltet werden, und die Perioden T1 bis T4, die den Schaltmoden M1 bis M4 entsprechen, werden basierend auf dem Betrag des SW Phasenwinkels θ verändert. Demzufolge wird eine Variation der Einspeisespannung Vin aufgehoben und die Ausgabespannung Vout wird so gesteuert, dass sie konstant ist.
Die Schaltmoden sind: Modus M1, in welchem die Schaltelemente Q1 und Q4 angeschaltet sind; Modus M2, in welchem die Schaltelemente Q2 und Q4 angeschaltet sind; Modus M3, in welchem die Schaltelemente Q2 und Q3 angeschaltet sind; und Modus M4, in welchem die Schaltelemente Q1 und Q3 angeschaltet sind. Die Schaltmoden M1 bis M4 werden in dieser Reihenfolge wiederholt.
Die Schaltelemente Q1 und Q2 des ersten Zweigs 21 und die Schaltelemente Q3 und Q4 des zweiten Zweigs werden mit einer gleichen Schaltfrequenz und einer gleichen Betriebszeit angesteuert. Die Betriebszeit ist ein Verhältnis von einer An-Periode zu einem einzelnen Steuerzyklus (das heißt An-Periode/(An-Periode + Aus-Periode)). Die Betriebszeit ist ein fester Wert (zum Beispiel Betriebszeit = 0.5). Bezogen auf die zwei Schaltelemente Q1 und Q2 des ersten Zweigs 21 und den zwei Schaltelementen Q3 und Q4 des zweiten Zweigs 22, ist ein Schaltelement aus, wenn das andere Schaltelement an ist.
Als Folge der Vorwärtssteuerung, die durch die Phasenwinkeleinheit 51 zusätzlich zur Rückkopplungssteuerung durch die Frequenzsteuereinheit 52 in vorstehender Weise ausgeführt wird, kann eine Steuerung ausgeführt werden, die sofort die Variation der Einspeisespannung Vin, die in die Inverterschaltung 2 eingespeist wird, reflektiert. Die Effekte der Variation der Einspeisespannung Vin können unterdrückt werden.
Als Nächstes werden detailliertere Schritte des Ansteuerungsimpulserzeugungsprozesses, die durch die Steuereinheit 5 ausgeführt werden, mit Bezug zum Flussdiagramm in 5 beschrieben. Die Schritte S2 und S5 entsprechen der Phasenwinkelsteuereinheit 51. Die Schritte S1, und S6 bis S13 entsprechen der Frequenzsteuereinheit 52.
In Schritt S1 in 5 empfängt die Steuereinheit 5 die Zieleinspeiseleistung Pref*, die von der Wandlungsberechnungseinheit 10 übermittelt wird. Im anschließenden Schritt S2 erfasst die Steuereinheit 5 die Einspeisespannung Vin in der Gleichspannungserfassungseinheit 41 und erfasst den Einspeisestrom Iin in der Gleichstromerfassungseinheit 42. Im Weiteren berechnet die Steuereinheit 5 im Schritt S3 die Einspeiseleistung Pin in der Multiplikationseinheit 50 unter Verwendung der erfassten Einspeisespannung Vin und des erfassten Einspeisestroms Iin.
Dann bestimmt die Steuereinheit 5 in Schritt S4 ob die berechnete Einspeiseleistung Pin und die Zieleinspeiseleistung Pref* im Wesentlichen gleich sind (das heißt Pin ≈ Pref*). In diesem Fall kann die Steuereinheit 5 beispielsweise bestimmen, ob die berechnete Einspeiseleistung Pin und die Zieleinspeiseleistung Pref* im Wesentlichen gleich sind, basierend darauf, ob die Einspeiseleistung Pin in einen vorbestimmten Bereich fällt (das heißt Pref* ± α), in welchem die Zieleinspeiseleistung Pref* in der Mitte liegt, unter der Benutzung eines Wertes ± α (wie etwa ± 10%), der vorab unter Berücksichtigung eines Erfassungsfehlers oder dergleichen eingestellt wird.
Die Steuereinheit 5 fährt mit Schritt S5 fort und führt eine Einstellung für die Phasenwinkelsteuerung aus, wenn im Schritt S4 JA bestimmt wird. Die Steuereinheit 5 fährt mit Schritt S6 fort, um die Einstellung der SW Frequenzsteuerung zu aktualisieren, wenn in Schritt S4 Nein bestimmt wird. In Schritt S6 vergleicht die Steuereinheit 5 die Zieleinspeiseleistung Pref* und die Einspeiseleistung Pin. Die Steuereinheit 5 fährt mit Schritt S7 fort, wenn bestimmt wird, dass die Zieleinspeiseleistung Pref* größer als die Einspeiseleistung Pin (das heißt Pref* > Pin) ist. Die Steuereinheit 5 fährt mit Schritt S8 fort, wenn bestimmt wird, dass die Zieleinspeiseleistung Pref* geringer als die Einspeiseleistung Pin (das heißt Pref* < Pin) ist.
In Schritt S7 vergleicht die Steuereinheit 5 zusätzlich die Einspeiseleistung Pin 0, die während eines vorhergehenden Steuerzyklus berechnet wurde, und die Einspeiseleistung Pin, die gegenwärtig berechnet wird. Die Steuereinheit 5 fährt dann mit Schritt S9 fort, wenn bestimmt wird, dass die vorhergehende Einspeiseleistung Pin 0 geringer als die gegenwärtige Einspeiseleistung Pin (das heißt Pin 0 < Pin) ist,.
Die Steuereinheit 5 behält eine Polarität einer Änderungsbreite (Frequenzänderung) Δf, die zur Aktualisierung der SW Frequenz f verwendet wird, bei. Die Steuereinheit 5 fährt mit Schritt S10 fort, wenn bestimmt wird, dass die vorhergehende Einspeiseleistung Pin_0 größer als die gegenwärtige Einspeiseleistung Pin (das heißt Pin 0 > Pin) ist. Die Steuereinheit 5 invertiert die Polarität der Änderungsbreite Δf, die zur Aktualisierung der SW Frequenz f verwendet wird. Zu dieser Zeit kann der Betrag der Änderungsbreite Δf beliebig eingestellt werden.
Auch beim Fortfahren zu Schritt S8 vergleicht die Steuereinheit 5 auf ähnliche Weise die Einspeiseleistung Pin_0, die während eines vorhergehenden Steuerzyklus berechnet wurde, und die Einspeiseleistung Pin, die gegenwärtig berechnet wird. Die Steuereinheit 5 fährt dann mit Schritt S11 fort, wenn bestimmt wird, dass die vorhergehende Einspeiseleistung Pin 0 geringer als die gegenwärtige Einspeiseleistung Pin (das heißt Pin_0 < Pin) ist.
Die Steuereinheit 5 invertiert die Polarität der Änderungsbreite Δf, die zur Aktualisierung der SW Frequenz f verwendet wird. Die Steuerungseinheit fährt mit Schritt S12 fort, wenn bestimmt wird, dass die vorhergehende Einspeiseleistung Pin_0 größer als die gegenwärtige Einspeiseleistung Pin (das heißt Pin_0 > Pin) ist. Die Steuereinheit 5 behält die Polarität der Änderungsbreite Δf, die zur Aktualisierung der SW Frequenz f verwendet wird, bei.
Nach der Ausführung der Einstellung, in welcher die Polarität der Änderungsbreite Δf in den Schritten S9 bis S12 beibehalten oder invertiert wird, fährt die Steuereinheit 5 mit Schritt S13 fort. Die Steuereinheit 5 aktualisiert die SW Frequenz f unter Verwendung der Änderungsbreite Δf(das heißt f= f + Δf). Anders ausgedrückt behält die Steuereinheit 5 die Polarität der Änderungsbreite Δf bei, wenn Pref* > Pin und Pin_0 < Pin, oder Pref* < Pin und Pin_0 > Pin. Außerdem invertiert die Steuereinheit 5 die Polarität der Änderungsbreite Δf, wenn Pref* > Pin und Pin_0 > Pin, oder Pref* < Pin und Pin_0 < Pin. Die SW Frequenz f wird dabei so angepasst, dass die Einspeiseleistung Pin sich der Zieleinspeiseleistung Pref* annähert.
Die SW Frequenz f, die als eine Steuerzustandsvariable dient, wird in der vorstehend beschriebenen Weise bestimmt. Insbesondere wird ein Initialwert der SW Frequenz f vorher eingestellt (zum Beispiel auf 80 kHz). Der Einstellungswert des SW Frequenz f wird mit der Änderungsbreite Δf, hier ein fester Wert (wie etwa 1 kHz), mit jedem Steuerzyklus aktualisiert. Demzufolge wird die SW Frequenz f solange angepasst, bis die Einspeiseleistung Pin im Wesentlichen gleich zur Zieleinspeiseleistung Pref* wird.
In Schritt S5 bestimmt die Steuereinheit 5 den SW Phasenwinkel θ, die als eine Steuerzustandsvariable dient. Insbesondere wird die vorherstehend beschriebene, in 4 gezeigte Beziehung in einem Speicherbereich der Steuereinheit 5 als ein arithmetischer Ausdruck (wie etwa θ = F (Vin)) oder als ein Plan der Einspeisespannung Vin und des SW Phasenwinkels θ gespeichert. Die Steuereinheit 5 kann dann der SW Phasenwinkel θ unter Verwendung der erfassten Einspeisespannung Vin berechnen.
Wie in 6A gezeigt, ist zum Beispiel ein Initialwert des SW Phasenwinkels θ 0 Grad und entspricht einem erwarteten Minimalwert (das heißt einem Referenzwert) der Einspeisespannung Vin. Zum Beispiel wird der Einstellungswert des SW Phasenwinkels θ basierend auf dem Betrag der Einspeisespannung Vin verändert, sodass der SW Phasenwinkel θ sich erhöht, wenn die Einspeisespannung Vin größer als der Referenzwert wird.
Demzufolge, wie in 6B und 6C gezeigt, kann selbst in Fällen, in welchen sich die Einspeisespannung Vin der Leistungsversorgung B plötzlich von einem erwarteten vorbestimmten Minimalwert zu einem Maximalwert erhöht, eine Variation in der Ausgabespannung Vout als Folge der Ausführung der Verzögerungswinkelsteuerung für die Schaltelemente Q3 und Q4 zum SW Phasenwinkel θ, relativ zu den Schaltelementen Q1 und Q2 unterdrückt werden.
In Schritt S14 steuert die Steuereinheit 5 die Schaltelemente Q1 bis Q4 der Inverterschaltung 2 unter der Verwendung der SW Frequenz f und des SW Phasenwinkels θ, die als Steuerzustandsvariablen dienen, an. Insbesondere steuert die Steuereinheit 5 die Schaltelemente Q1 bis Q4 unter der SW Frequenz f und im Weiteren die Schaltelemente Q3 und Q4 mit dem SW Phasenwinkel θ an.
Wie in einem Zeitdiagramm der SW Frequenz in 7 gezeigt, wird die SW Frequenz f, wenn die Einspeisespannung Vin einem festen Wert entspricht (zum Beispiel Vin = 12V), in der Frequenzsteuereinheit 52 verändert, wenn ein Veränderungssignal für die Zieleinspeiseleistung Pref* zur Zeit t11 eingespeist wird.
Zum Beispiel wird die SW Frequenz f unter Verwendung der Änderungsbreite Δf, die auf einem vorherigen Wert und einem aktuellen Wert der Einspeisespannung Vin basiert, verändert, wenn sich die Zieleinspeiseleistung Pref* erhöht. Die SW Frequenz f wird aktualisiert, sodass sie in Richtung einer Niederfrequenzseite verschoben wird. In anschließenden Steuerzyklen wird die SW Frequenz f durch Rückkopplungssteuerung in der Frequenzsteuereinheit 52 aktualisiert, bis die Einspeiseleistung Pin der Zieleinspeiseleistung Pref* entspricht.
Außerdem, wie in einem Zeitdiagramm der Phasenwinkelsteuereinheit in 8 gezeigt, entspricht der SW Phasenwinkel θ der Schaltelemente Q3 und Q4 relativ zu den Schaltelementen Q1 und Q2 dem Initialwert (das heißt θ = 0 Grad), wenn die Einspeisespannung Vin einem vorbestimmtem Minimalwert (beispielsweise Vin = 10V) entspricht. Der SW Phasenwinkel θ wird entsprechend zur Einspeisespannung Vin sofort in der Phasenwinkelsteuereinheit 51 eingestellt, wenn die Einspeisespannung Vin sich von diesem Zustand aus ändert und sich beispielsweise rapide zu einem vorbestimmten Maximalwert (zum Bespiel Vin = 16V) zur Zeit t1 erhöht. Dann wird zu den Zeiten t2 und t3, die anschließenden An-Zeiten entsprechen, eine Verzögerungswinkelsteuerung an den Schaltelementen Q3 und Q4 um den aktualisierten SW Phasenwinkel θ ausgeführt.
Als Folge der Vorwärtssteuerung, die auf den SW Phasenwinkel θ der Schaltelemente Q3 und Q4 in unmittelbarer Reaktion auf die Variation in der Einspeisespannung Vin ausgeführt wird, um die Effekte der Variation in der Einspeisespannung zu reduzieren, kann hierfür die Ausgabespannung Vout konstant gehalten werden, sogar nach Variation in der Einspeisespannung Vin.
Wie vorstehend beschrieben enthält die Steuereinheit 5 in der Resonanzinvertervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform die Phasenwinkelsteuereinheit 51. Hierfür wird die Vorwärtssteuerung des Phasenwinkels θ zusätzlich zur Rückkopplungssteuerung der SW Frequenz f ausgeführt. Demzufolge kann eine stabile Ausgabespannung Vout mit hoher Reaktionsschnelligkeit relativ zur Variation in der Einspeisespannung Vin erlangt werden. Außerdem können Variationen (das heißt initiale Änderungen) in den individuellen Kennlinien der Schaltungskomponenten, wie etwa der Entladungsreaktor und die Schaltelemente Q1 bis Q1, ohne, dass die vorstehend beschriebene Phasenwinkelsteuerung verändert wird, aufgenommen werden.
Wie in einer linksseitigen Zeichnung in 9 gezeigt ist, wird hier beispielsweise die Beziehung zwischen der Einspeiseleistung Pin und der Umstellungen der SW Frequenz f durch eine gestrichelte Linie in der Zeichnung als Folge von Änderungen über die Zeit und dergleichen relativ zu den durch eine durchgezogene Linie in der Zeichnung dargestellten initialen Kennlinien, dargestellt. Diese Umstellung wird durch Temperaturkennlinien des Ozonisators, Änderungen der elektrischen Kennlinien des Entladungsreaktors einhergehend mit einer langen Nutzungszeit und dergleichen (im Weiteren als Temperaturkennlinien und Verschlechterungskennlinien bezeichnet) verursacht.
Wie mit Kreisen in der Zeichnung dargestellt, tritt eine deutliche Verschiebung in der Einspeiseleistung Pin entsprechend einer bestimmten SW Frequenz f (wie etwa 40 KHz) auf. Wie in einer rechtsseitigen Zeichnung in 9 gezeigt, kann in diesem Fall eine Korrektur unter Berücksichtigung der Temperaturkennlinien und Verschlechterungskennlinien während der Einstellung des SW Phasenwinkels θ ausgeführt werden.
Als spezifische Verfahren werden in einer Produkttransportphase als erstes eine Sweep-Spektrumsanalyse (wie etwa 0 Grad → 60 Grad) des SW Phasenwinkels θ (∝ Einspeisespannung Vin) für jeden Ozonisator ausgeführt. Die Einspeiseleistung Pin wird gemessen und als eine initiale Kennlinie gespeichert.
Als Nächstes wird eine gegenwärtige Einspeiseleistung Pin zu einem vorbestimmten SW Phasenwinkel θ erfasst, wenn eine spezifische SW Frequenz f (wie etwa 40kHz) während des Betriebs des Ozonisators erreicht wird. Wenn eine Differenz zur initialen Kennlinie vorliegt, wird eine Temperaturkorrektur basierend auf den Temperaturkennlinien, die vorher bekannt sind, und der gegenwärtigen Temperaturinformation ausgeführt. Die Einspeiseleistung Pin entsprechend dem vorbestimmten SW Phasenwinkel θ wird als ein Referenzwert unter Verwendung eines Plans, eines Transformationsausdrucks, oder dergleichen, mit dem Erfassungswert verglichen. Wenn der Referenzwert und der Erfassungswert übereinstimmen, kann die Korrektur der Temperaturkennlinien in anschließenden Steuerungen angewandt werden.
Der Rückgangsmodus wird bestimmt, wenn der Erfassungswert der gegenwärtigen Einspeiseleistung Pin und der Referenzwert der Einspeiseleistung basierend auf der Temperaturinformation nicht übereinstimmen. In diesem Fall kann der SW Phasenwinkel θ zum Beispiel durch die Verwendung eines Korrekturkoeffizienten k, der in Ausdruck 1 , siehe unten, ausgedrückt ist, basierend auf dem Korrekturkoeffizienten k und der gegenwärtigen Einspeisespannung Vin von einer Berechnungsformel, die durch Ausdruck 2, siehe unten, ausgedrückt ist, berechnet werden. $\begin{array}{l} K = gegenwärtige Einspeiseleistung Pin/Einspeiseleitung Pin basie- \\ rend auf der Temperaturinformation \end{array}$
$θ = k*F (Vin)$
Als Nächstes werden die Effekte der Resonanzinvertervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch einen Vergleich mit einer Resonanzinvertervorrichtung 100 eines ersten vergleichenden Beispiels mit Bezug zu den 10 bis 13 beschrieben.
Wie in 12A gezeigt, ist die Resonanzinvertervorrichtung 100 des ersten vergleichenden Beispiels so konfiguriert, dass sie keine Phasenwinkelsteuerung 51 in der Steuereinheit 5 enthält, aber eine Betriebssteuereinheit 50 enthält. Vorwärtssteuerung basierend auf der Einspeisespannung Vin kann durch Verwendung einer solchen Betriebssteuereinheit 50 ebenso ausgeführt werden. Dennoch ist, wie in einem Vergleich der Eingangswellenformen in 10 dargestellt, eine reduzierte Schaltungseffizienz, verursacht durch erhöhte Schaltungsverluste, ein Problem, weil in der Steuerung im ersten vergleichenden Beispiel harte Schaltvorgänge ausgeführt werden. Die Schaltungseffizienz kann als Folge der SW Phasenwinkelsteuerung, die in der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird, verbessert werden. Das wird im Folgenden beschrieben.
In 12A enthält die Betriebssteuereinheit 50 einen Betriebssteuerungsplan, wie etwa den in der Zeichnung gezeigten. Die Betriebssteuereinheit 50 verändert die Betriebszeit des Ansteuerungsimpulses, basierend auf den Veränderungen in der Einspeisespannung Vin. Zum Beispiel stellt die Betriebssteuereinheit 50 die Betriebszeit so ein, dass sie verringert wird, wenn die Einspeisespannung sich erhöht. Die Betriebssteuereinheit 50 führt dabei eine Vorwärtssteuerung aus. Demzufolge, wie in 12B und 12C gezeigt, werden die An-Perioden des Schaltelemente Q1 bis Q4 verkürzt, wenn die Einspeisespannung Vin sich von 10V auf 16V verändert. Demzufolge kann die elektrische Leistung, die an die Eingänge zugeführt wird, angepasst werden.
Die Pulserzeugungseinheit 53 erzeugt ein Signal mittels Pulsbreitenmodulation (PWM [impulse width modulation]), basierend auf dem Betrieb, der durch die Betriebssteuereinheit 50 eingestellt ist und der SW Frequenz f, die durch die Frequenzsteuereinheit 52 eingestellt ist. Die Inverterschaltung 2 führt den Schaltbetrieb des abwechselnden An/Aus-Schaltens des ersten Zweigs 21 und des zweiten Zweigs 22 basierend auf dem PWM Signal der Pulserzeugereinheit 53 aus.
Das heißt, wie in 10 und 13 gezeigt, die Inverterschaltung 2 schaltet abwechselnd zwischen einem Modus M10 Zustand und einem Modus M20 Zustand hin und her. Im Modus M10 Zustand sind die Schaltelemente gleichzeitig angeschaltet. Im Modus M20 Zustand sind die Schaltelemente Q2 und Q3 gleichzeitig angeschaltet.
Zu diesem Zeitpunkt kann, weil die Verlustinduktivität L des Umformers 3 vorliegt, der Effekt hiervon während eines Übergangszustandes im Schaltbetrieb nicht ignoriert werden. Zum Beispiel, wird Energie, als Folge eines Stromflusses zur Verlustinduktivität L, im Modus M10 Zustand oder im Modus M20 Zustand angesammelt. Folglich wird die Energie entladen, wenn der Schaltmodus in den Modus M20 Zustand oder dem Modus M10 Zustand geschaltet wird.
Hier wird in 13 der Übergangszustand während des Schaltens vom Modus M20 zum Modus M10 als Modus M21 dargestellt. Im Modus M21 sind alle Schaltelemente Q1 bis Q4 im dem Ausgenblick ausgeschaltet, wenn die Schaltelemente Q2 und Q3 ausgeschaltet werden. In diesem Fall fließt ein Strom, der in Richtung der positiven Anschlussseite der Leistungsversorgung B durch die Verlustinduktivität L und die Dioden der Schaltelemente Q1 und Q4 fließt, welcher somit ein Verlustfaktor wird. Dies gilt auf ähnliche Weise für Modus 11, der ein Übergangszustand während des Schaltens von Modus M10 zum Modus M20 ist.
Wie in 10 gezeigt, wird zu dieser Zeit das Schaltelement Q2 durch hartes Schalten ausgeschaltet. Der Schaltungsverlust, verursacht durch Überlappung eines Stroms Isw und einer Spannung Vsw des Schaltelements Q2, wird groß.
Wie in 11 gezeigt, wird im Gegensatz dazu in der Konfiguration gemäß der ersten Ausführungsform der Modus M1 Zustand zum Modus M3 Zustand über den Modus M2 Zustand geschaltet. In Modus M1 sind die Schaltelemente Q1 und Q4 angeschaltet. In Modus M2 sind die Schaltelemente Q2 und Q4 angeschaltet. In Modus M3 sind die Schaltelemente Q2 und Q3 angeschaltet. Außerdem wird der Modus M3 Zustand zum Modus M1 Zustand durch den Modus M4 Zustand geschaltet. In Modus M4 sind die Schaltelemente Q1 und Q3 angeschaltet.
Hier wird die Energie, die in der Verlustinduktivität L im Modus M1 angesammelt wird, zu einem Rückstrom, der im Modus M2 durch die Schaltelemente Q2 und Q4 läuft. Demzufolge fließt ein Strom, der vom Schaltelement Q2 in Richtung der Verlustinduktivität L fließt. Das Schaltelement Q4 ist abgeschaltet und das Schaltelement Q3 angeschaltet, wenn der Schaltmodus zu Modus M3 geschaltet wird (siehe zum beispiel M2-3 in 11). Der Strom, der in Richtung des Schaltelements Q4 floss, fließt in Richtung des Schaltelements 3.
Zu dieser Zeit verändert sich die Richtung des Stroms im Schaltelement Q2 nicht und der Strom ist ein Strom, der in Richtung der Leistungsversorgung B fließt. Anschließend wird die Richtung des Stroms umgekehrt, wenn die Energie, die in der Verlustinduktivität angesammelt wurde, entladen ist. Der Strom fließt von der Verlustinduktivität L in Richtung des Schaltelements Q2.
Das gilt auch auf gleiche Weise, wenn der Modus M3 Zustand in den Modus M1 Zustand durch den Modus M4 Zustand, in welchem die Schaltelemente Q1 und Q3 angeschaltet sind (siehe zum Beispiel M4-1 in 11), geschaltet wird. Wie in 10 gezeigt, wird zu dieser Zeit das Schaltelement Q2 durch weiches Schalten an und ausgeschaltet. Schaltungsverlust wird reduziert. Auf diese Weise kann eine effizientere Steuerung, als Folge der ausgeführten Phasenwinkelsteuerung, ausgeführt werden.
(Erstes Testbeispiel)
Ein Muster eines Ozonisators in der Resonanzinvertervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform wird bei der Herstellung als Entladungsreaktor angebracht. Ein Überprüfungsexperiment bezüglich des Phasenwinkelsteuerungsbetriebs, ausgeführt von der Steuereinheit 5, wurde unter Verwendung des SW Phasenwinkelsteuerungsplans, gezeigt in 14, ausgeführt.
Der SW Phasenwinkelsteuerungsplan wurde vorher basierend auf derBeziehung zwischen der Einspeisespannung Vin und dem SW Phasenwinkel θ, basierend auf tatsächlichen Messungen, erzeugt. Der SW Phasenwinkel θ ist 0 Grad, wenn die Einspeisespannung Vin 10V entspricht. Der SW Phasenwinkel θ erhöht sich, wenn sich die Einspeisespannung Vin über einen Bereich von 10V bis 16V erhöht. Wie in 14 gezeigt, kann die Beziehung zwischen der Einspeisespannung Vin und dem SW Phasenwinkel θ auch im Speicherbereich der Steuereinheit 5 als ein arithmetischer Ausdruck zur Berechnung des SW Phasenwinkels θ aus der Einspeisespannung Vin gespeichert werden.
Wie durch Schaltbetriebswellenformen in 15 dargestellt, wurde, in Bezug auf die Resonanzinvertervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, die Steuerung der Inverterschaltung 2, basierend auf dem SW Phasenwinkelsplan, unter den unten beschriebenen Bedingungen ausgeführt. Der Phasenwinkelsteuerungsbetrieb des Schaltelements Q4 wurde dabei relativ zum Schaltelement Q2 geprüft.
Die Bedingungen und Ergebnisse des Überprüfungsexperiments sind wie folgt.
Einspeisespannung: Vin: 10.5 V
SW Frequenz f: 50 kHz
SW Phasenwinkelsteuerung: + 15 Grad Verzögerungswinkel (Betrieb: 0,45)
Schaltungseffizienz: 89,8 % (Einspeiseleistung: 262 W)
Außerdem wurde ein ähnliches Überprüfungsexperiment auf die Resonanzinvertervorrichtung 100 des ersten vergleichenden Beispiels angewandt. Die Ergebnisse wurden dann verglichen. Wie durch Schaltbetriebswellenformen in 16 dargestellt, wurde im ersten vergleichenden Beispiel eine Betriebsanpassung der Inverterschaltung 2 unter Verwendung eines Betriebssteuerungsplans basierend auf der Einspeisespannung Vin, ausgeführt. Die Betriebswellenformen der Schaltelemente Q2 und Q4 haben keine Phasendifferenz.
Die Bedingungen und Ergebnisse des Überprüfungsexperiments sind wie folgt.
Einspeisespannung Vin: 10.5 V
SW Frequenz f: 50 kHz
Betriebssteuerung (Betrieb: 0,42)
Schaltungseffizienz: 87,4% (Einspeiseleistung 269 W)
Wie vorstehend beschrieben hat sich die Schaltungseffizienz in der Resonanzinvertervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform im Vergleich zur Resonanzinvertervorrichtung 100 des ersten vergleichenden Beispiels um 2,4% verbessert. Es ist bestätigt, dass Verlust reduziert werden kann und eine effiziente Steuerung während der Energiezirkulation durch die SW Phasenwinkelsteuerung erreicht werden kann.
Wie in 17 gezeigt, kann hier der SW Phasenwinkelsteuerungsplan so eingestellt werden, dass sich vom erwarteten Batteriespannungsbereich eine hohe Nutzungsfrequenzregion (wie etwa die Einspeisespannung Vin von 12V bis 13V), die am meisten verwendet wird, in der Mitte befindet. In diesem Fall, mit einer Einspeisespannung Vin = 12V als Referenzwert und einem Startpunkt für die SW Phasenwinkelsteuerung (das heißt SW Phasenwinkel θ = 0 Grad), wird der SW Phasenwinkel θ so eingestellt, dass sie sich sukzessive erhöht, wenn die Einspeisespannung Vin sich erhöht.
Demzufolge erhöht sich eine Änderungsrate des SW Phasenwinkels θ in der hohen Nutzungsfrequenzregion. Die Kontrollierbarkeit des SW Phasenwinkels θ, basierend auf der Einspeisespannung Vin, kann verbessert werden. Hierfür kann eine lange Periode, in welcher die Schaltungseffizienz hoch gehalten wird, erreicht werden. In einer Region, in welcher die Einspeisespannung Vin niedriger ist, als in der hohen Nutzungsfrequenzregion, ist der SW Phasenwinkel θ 0 Grad und eine Kompensationssteuerung bezüglich der Variation in der Einspeisespannung Vin wird nicht ausgeführt.
Außerdem wurde ein Fluktuationstest der Einspeisespannung Vin, gezeigt in 18, ausgeführt. Die Effekte der Vorwärtssteuerung wurden geprüft. Wie durch Wellenformen des Fluktuationstests in 18 dargestellt, wurden die Effekte auf die Ausgabeleistung Pout, abhängig davon ob die Vorwärtssteuerung ausgeführt wird, untersucht, wenn die Einspeisespannung Vin sich über einen Bereich von 16V bis 18V verändert. Hier sind die Effekte der Vorwärtssteuerung, basierend auf der Einspeisespannung Vin, bei der Konfiguration gemäß der ersten Ausführungsform und der Konfiguration des ersten vergleichenden Beispiels äquivalent. Hierfür wurde der Fluktuationstest unter Verwendung der Konfiguration des ersten vergleichenden Beispiels angewandt.
Wie durch den Vergleich in 18 dargestellt, erhöht sich, wenn die Vorwärtssteuerung nicht ausgeführt wird, die Ausgabeleistung Pout, wenn die Einspeisespannung Vin sich von 16V auf 18V erhöht. Es sind etwa 20ms erforderlich, bis sich die Ausgabeleistung Pout stabilisiert. Im Gegensatz dazu wird der erforderliche Zeitbetrag bis sich die Ausgabeleistung Pout stabilisiert, wenn die Einspeisespannung Vin sich erhöht, auf etwa 5ms verkürzt, wenn die Vorwärtssteuerung ausgeführt wird. Die Steuerreaktionsschnelligkeit wird deutlich verbessert.
(Zweite Ausführungsform)
Als Nächstes wird eine Resonanzinvertervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform mit Bezug zu den 19 bis 21 beschrieben.
Gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform enthält die Steuereinheit 5 die Phasenwinkelsteuereinheit 51 und die Frequenzsteuereinheit 52. Der SW Phasenwinkel θ und die SW Frequenz f werden als Steuerzustandsvariablen eingestellt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist darüber hinaus eine Periodizitätsverhältnissteuereinheit 54 vorgesehen. Ein Periodizitätsverhältnis b wird als Steuerzustandsvariable eingestellt. Hier stellen gemäß der zweiten Ausführungsform und anschließenden Ausführungsformen verwendete Referenznummern, die die gleichen sind wie die, die in der vorhergehenden Ausführungsform verwendet wurden, einen ähnlichen Bestandteil oder dergleichen dar, sofern nichts anderes angegeben.
In 19 ist eine Basiskonfiguration der Resonanzinvertervorrichtung 1 zur ersten Ausführungsform ähnlich. Unterschiede werden vor allem im Folgenden beschrieben.
Auch gemäß der vorliegenden Ausführungsform, stellt die Steuereinheit 5 der SW Phasenwinkel θ, basierend auf der Einspeisespannung Vin, in der Phasenwinkelsteuereinheit 51, ein. Ebenso stellt die Steuereinheit 5 die SW Frequenz f, basierend auf der Zieleinspeiseleistung Pref* hergeleitet von der Zielausgabeleistung Po*, in der Frequenzsteuereinheit 52 ein. Darüber hinaus wird zu dieser Zeit die SW Frequenz f so eingestellt, dass die Zieleinspeiseleistung Pref* gleich oder größer als eine Entladungsstartleistung Pfs ist. Die Entladungsstartleistung Pfs ist ein unterer Grenzwert der Einspeiseleistung Pin, die die Entladungslast 6 aktiviert, eine Entladung zu erzeugen.
Wie in 20 gezeigt ist, muss die Ausgabespannung Vout der Resonanzinvertervorrichtung 1 so gesteuert werden, dass sie gleich oder größer als die Entladungsstartspannung Vs ist, um die Entladungslast 6, wie etwa den Entladungsreaktor, zu aktivieren, um Entladung zu erzeugen. Die Entladungsstartspannung Vs ist eine niedrigste Spannung bei welcher die Entladung gestartet werden kann. Das heißt, die Entladung startet nur, wenn die Ausgabespannung Vout die Entladungsstartspannung Vs erreicht. Hierfür wird die Einspeiseleistung Pin, die der Entladungsstartspannung Vs entspricht, als Entladungsstartleistung Pfs definiert, die eine niedrigste Leistung ist, an welcher eine Entladung gestartet werden kann. Die Steuerung wird so ausgeführt, dass die Einspeiseleistung Pin zum Start der Entladung gleich oder größer als die Entladungsstartleistung Pfs ist.
Information zur Entladungsstartleistung Pfs wird vorzugsweise zusammen mit der Zieleinspeiseleistung Pref* in die Frequenzsteuereinheit 52 eingespeist. Zuerst wird von einer Steuerstartleistung P0 aus, die vorher eingestellt wird, die Frequenz f sukzessive verringert und auf die SW Frequenz f, die der Entladungsstartleistung Pfs (zum Beispiel Pfs = 380W) entspricht, eingestellt. Darüber hinaus wird die Rückkopplungssteuerung der SW Frequenz f im kontinuierlichen Modus fortgesetzt, in welchem die Inverterschaltung 2 kontinuierlich angesteuert wird, sowie die Einspeiseleistung Pin näher an die Zieleinspeiseleistung Pref* gebracht wird, wenn die Zieleinspeiseleistung Pref* (zum Beispiel Pref* = 650W) höher ist als die Entladungsstartleistung Pfs. Zum Beispiel entspricht die Steuerstartleistung P0 einer Maximalfrequenz fmax (wie in etwa 50kHz), die vorher vorgeschrieben wird.
Unterdessen wird, wie in 21 gezeigt, die Inverterschaltung 2 periodisch im intermittierenden Modus angesteuert, wenn die Zieleinspeiseleistung Pref* (zum Beispiel Pref* = 100W) niedriger ist, als die Entladungsstartleistung Pfs. Die Periodizitätsverhältnissteuereinheit 54 stellt das Periodizitätsverhältnis b für den intermittierenden Modus ein. Im intermittierenden Modus werden eine Entladungsperiode Tdis und eine Stoppperiode Tstop abwechselnd ausgeführt. In der Entladungsperiode Tdis wird die Inverterschaltung 2 angesteuert und die Entladungslast 6 wird dazu gebracht Entladung zu erzeugen. In der Stoppperiode Tstop wird die Inverterschaltung 2 nicht angesteuert und die Entladungslast 6 wird nicht dazu gebracht Entladung zu erzeugen.
Das Periodizitätsverhältnis b wird als ein Verhältnis (Tdis / Tburst) der Entladungsperiode Tdis zu einem Periodenzyklus Tburst ausgedrückt. Der Periodenzyklus Tburst ist eine Periode, die eine Kombination der Entladungsperiode Tdis und der Stoppperiode Tstop ist. Im intermittierenden Modus steuert die Steuereinheit 5 den Schaltbetrieb, sodass das Periodizitätsverhältnis b einem Wert entspricht, der unter Verwendung von Ausdruck 3, siehe unten, berechnet wird (das heißt ein Verhältnis der Zieleinspeiseleistung Pref* zur Entladungsstartleistung Pfs). Die Entladungsstartleistung Pfs wird von der Inverterschaltung 2 während der Entladungsperiode Tdis ausgegeben. $b = Pref*/Pfs$
Auf diese Weise enthält die Steuereinheit 5 die Periodizitätsverhältnissteuereinheit 54 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Hierfür kann die Steuerung durch Schalten zwischen dem kontinuierlichen Modus und dem intermittierenden Modus basierend auf der Zieleinspeiseleistung Pref* effizient ausgeführt werden, um die Ausgabeleistung Pout näher an die Zieleinspeiseleistung Pref* während der Aufrechterhaltung der Entladungsstartleistung Pfs zu bringen.
Auch hier kann die Steuereinheit 5 gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform so konfiguriert sein, dass die Zieleinspeiseleistung Pref* und die Entladungsstartleistung Pfs in die Frequenzsteuereinheit 52 eingespeist werden. Die SW Frequenz f kann dann so gesteuert werden, dass die Ausgabeleistung Pout zum Start der Entladung gleich oder größer als die Entladungsstartleistung Pfs ist.
(Dritte Ausführungsform)
Als Nächstes wird eine Resonanzinvertervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform mit Bezug zu den 22 bis 24 beschrieben.
Eine Basiskonfiguration der Resonanzinvertervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ähnlich zu der gemäß der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform. Die Konfiguration des Inverterschaltung 2 und des Umformers 3 werden teilweise modifiziert. Darüber hinaus enthält die Steuereinheit 5 eine Ableitungseinheit (Effizienzberechnungseinheit) 55, die eine Schaltungseffizienz η ableitet. Unterschiede werden vor allem im Folgenden beschrieben.
Wie in 22 gezeigt, stellt die Steuereinheit 5, auch gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die Phasenwinkel θ basierend auf der Einspeisespannung Vin in der Phasenwinkelsteuereinheit 51 ein. Ebenso stellt die Steuereinheit 5 die SW Frequenz f in der Frequenzsteuereinheit 52 so ein, dass sie gleich oder größer als eine Entladungsstartleistung Pfs ist, basierend auf der Zieleinspeiseleistung Pref*, die aus der Zielausgabeleistung Po* abgeleitet wird. Darüber hinaus stellt die Steuereinheit 5 das Periodizitätsverhältnis b basierend auf der Entladungsstartleistung Pfs und der Zieleinspeiseleistung Pref* in der Periodizitätsverhältnissteuereinheit 54 ein.
Information über den SW Phasenwinkel θ, die SW Frequenz f, und das Periodizitätsverhältnis b, die von der Phasenwinkelsteuereinheit 51, der Frequenzsteuereinheit 52, und der Periodizitätsverhältnissteuereinheit 54 eingestellt werden, wird in die Ableitungseinheit 55 eingespeist. Die Ableitungseinheit 55 berechnet die Schaltungseffizienz η unter Verwendung der Parameter θ, f, und b, und der Einspeisespannung Vin. Die Ableitungseinheit 55 kann statt der Schaltungseffizienz η den Leistungsverlust W berechnen. Die Schaltungseffizienz η oder der Leistungsverlust W werden in die Wandlungsberechnungseinheit 10 eingespeist.
Wie vorstehend beschrieben, wird die Zielausgabeleistung Po* unter Verwendung der Schaltungseffizienz η in der Wandlungsberechnungseinheit 10 zur Zieleinspeiseleistung Pref* gewandelt. Außerdem wird der Leistungsverlust W zur Zielausgabeleistung Po* hinzugefügt und die Zieleinspeiseleistung Pref* berechnet, wenn der Leitungsverlust W verwendet wird. Auf diese Weise wird die Zieleinspeiseleistung Pref* sukzessive durch Verwendung der Schaltungseffizienz η oder des Leistungsverlustes W, der aus den verschiedenen Parametern berechnet wird, berechnet. Als Folge der Berücksichtigung der Zieleinspeiseleistung Pref* in der Steuerung der SW Frequenz f in der Frequenzsteuereinheit 52, kann eine exaktere Steuerung der Ausgabeleistung Pout ausgeführt werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden darüber hinaus eine Gegentaktschaltung und ein Schwingkreis in der Inverterschaltung 2 und dem Umformer 3 konfiguriert. Hierfür wird die Primärspule 31 des Umformers 3 so konfiguriert, dass sie einen Mittelabgriff 33 aufweist und mit einem positiven Anschluss des Filterkondensators 13 verbunden ist. Außerdem wird ein Unterstützungskondensator 23 parallel zum ersten Zweig 21 und dem zweiten Zweig 22 der Inverterschaltung 2 angeordnet. Zu dieser Zeit wird die Gegentaktschaltung durch den Filterkondensator 13, den Umformer 3 und die Schaltelemente Q2 und Q4 konfiguriert. Der Schwingkreis wird durch die Schaltelemente Q1 und Q3 und den Unterstützungskondensator 23 konfiguriert.
Die Steuereinheit 5 schaltet abwechselnd zwischen einer Periode, in welcher das Schaltelement Q2 des ersten Zweigs 21 angeschaltet ist und einer Periode in welcher das Schaltelement Q4 des zweiten Zweigs 22 angeschaltet ist, hin und her. Zu dieser Zeit fließt ein Strom, der als Ergebnis der Entladung des Filterkondensators 13 erzeugt wird, oder ein Strom, der als Folge der Entladung des Unterstützungskondensators 23 erzeugt wird, in die positive Anschlussseite oder die negative Anschlussseite der Primärspule 31. Als Folge eines im Unterstützungskondensator gespeicherten Stroms, der zugeführt wird, um in eine Richtung, in welcher der Filterkondensator geladen wird, zu fließen, kann außerdem Ladung, die auf dem Filterkondensator 13 platziert ist, reduziert werden.
Als Nächstes wird der Ansteuerungsimpulserzeugungsprozess, ausgeführt von der Steuereinheit 5, mit Bezug zu den 23A, 23B, und 24 beschrieben.
Die Steuereinheit empfängt als erstes in Schritt S101 die Zieleinspeiseleistung Pref*, die von der Wandlungsberechnungseinheit 10 übermittelt wird, wenn die in den Flussdiagrammen in 23A und 23B gezeigten Prozesse gestartet werden. Im anschließenden Schritt S102 erfasst die Steuereinheit 5 die Einspeisespannung Vin in der Gleichspannungserfassungseinheit 41 und berechnet den SW Phasenwinkel θ für die SW Phasenwinkelsteuerung. Als Nächstes fährt die Steuereinheit 5 mit Schritt S103 fort. Die Steuereinheit 5 berechnet die Schaltungseffizienz η oder den Leistungsverlust W unter der Verwendung der Parameter θ, f, und b, und der Einspeisespannung Vin, die in die Ableitungseinheit 55 eingespeist wird.
Dann fährt die Steuereinheit 5 mit Schritt S104 fort. Die Steuereinheit 5 berechnet die Zieleinspeiseleistung Pref* unter Verwendung der Einspeiseleistung Pin, basierend auf der Einspeiseleistung Vin und des Einspeisestroms Iin aus der Leistungsmesseinheit 4. Darüber hinaus bestimmt die Steuereinheit 5 im Schritt S105 ob die Zieleinspeiseleistung Pref* gleich oder größer als die Entladungsstartleistung Pfs (das heißt Pref* ≥ Entladungsstartleistung Pfs?) ist. Wenn im Schritt S105 Ja bestimmt wird, wählt die Steuereinheit 5 den kontinuierlichen Modus aus und fährt mit Schritt S106 fort. Wenn in Schritt S105 Nein bestimmt wird, wählt die Steuereinheit 5 den intermittierenden Modus aus und fährt mit Schritt S107 fort.
In Schritt S107 berechnet die Steuereinheit 5 das Periodizitätsverhältnis b unter Verwendung des Ausdrucks 3, wie vorstehend beschrieben. $b = Pref*/Pfs$
Darüber hinaus berechnet die Steuereinheit 5 in Schritt S108 die SW Frequenz f und fährt mit Schritt S109 fort. Dann steuert die Steuereinheit 5 in Schritt S109 die Inverterschaltung 2 mit dem berechneten Periodizitätsverhältnis b, der SW Frequenz f, und des SW Phasenwinkels η periodisch an. Die Steuereinheit 5 kehrt dann zu Schritt S103 zurück.
Wie in 24 gezeigt, werden im intermittierenden Modus die Entladungsperiode Tdis und die Stoppperiode Tstop abwechselnd im vorbestimmten Periodizitätsverhältnis b ausgeführt. In der Entladungsperiode Tdis wird der Schaltbetrieb der Inverterschaltung 2 mit der vorbestimmten SW Frequenz f und dem vorbestimmten SW Phasenwinkel θ gesteuert.
Unterdessen steuert die Steuereinheit 5 die Inverterschaltung 2 kontinuierlich mit der im intermittierenden Modus berechneten SW Frequenz f und der im intermittierenden Modus berechnete SW Phasenwinkel θ an, wenn die Steuereinheit 5 mit Schritt S106 fortfährt. Die Steuereinheit 5 kehrt dann zu Schritt S103 zurück.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden der periodische Modus und der kontinuierlichen Modus auf diese Weise eingestellt. Die Inverterschaltung 2 wird dabei periodisch oder kontinuierlich angesteuert. Demzufolge wird mit Start der Entladungsperiode Tdis mit Sicherheit eine Entladung, durch elektrische Leistung, die gleich oder größer als eine Entladungsstartleistung Pfs ist, gestartet. Außerdem kann als Folge des Schaltens zwischen dem intermittierenden Modus und dem kontinuierlichen Modus, welches basierend auf der Zieleinspeiseleistung Pref* ausgeführt wird, die Resonanzinvertervorrichtung effizient gesteuert werden, sodass die erwünschte Ausgabeleistung Pout erreicht wird.
Wie vorstehend beschrieben, können, gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, die Effekte auf die Ausgabeleistung Pout unterdrückt werden, selbst wenn die Resonanzinvertervorrichtung 1 in einer Umgebung verwendet wird, in welcher die Einspeisespannung Vin variiert. Die Resonanzinvertervorrichtung 1, in welcher zudem Verlust reduziert wird, kann vorgesehen werden.
Hier ist, gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, die Resonanzinvertervorrichtung 1 in einem Fahrzeug eingebaut. Dennoch ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Die Resonanzinvertervorrichtung 1 kann selbstverständlich in Anwendungen verwendet werden, die nicht der Onboard-Verwendung entsprechen. Außerdem sind die Konfigurationen der Inverterschaltung 2, des Umformers 3 und dergleichen nicht auf die Konfigurationen gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Andere Konfigurationen können verwendet werden.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Verschiedene Ausführungsformen sind möglich, ohne vom Grundgedanken der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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 2017085793 A [0003]

Claims

Resonanzinvertervorrichtung (1), die eine hohe Wechselspannung (Vout) einer Entladungslast (6) zuführt, die Resonanzinvertervorrichtung (1) aufweisend: eine Gleichspannungsversorgung (B), die eine Gleichspannung ausgibt; eine Inverterschaltung (2), die die ausgegebene Gleichspannung in einer Wechselspannung durch An/Aus-Schalten einer Vielzahl von Schaltelementen (Q1 bis Q4) wandelt; einen Umformer (3), der die gewandelte Wechselspannung erhöht und die hohe Wechselspannung erzeugt; eine Gleichspannungserfassungseinheit (41), die einen Wert einer Gleichspannung (Vin), die von der Gleichspannungsversorgung in die Inverterschaltung zugeführt wird, erfasst; und eine Steuereinheit (5), die einen Ansteuerungsimpuls zur Ausführung des An/Aus-Schaltens von jedem Schaltelement aus der Vielzahl von Schaltelementen erzeugt, wobei die Vielzahl der Schaltelemente mindestens ein erstes Schaltelement (Q1, Q2) und mindestens ein zweites Schaltelement (Q3, Q4), anders als das erste Schaltelement, enthält, und die Steuereinheit enthält eine Phasenwinkelsteuereinheit (51), die eine Phasenwinkelsteuerung des Ansteuerungsimpulses ausführt, wobei die Phasenwinkelsteuereinheit einen Schaltphasenwinkel (θ) der zweiten Schaltelemente (Q3, Q4) relativ zu den ersten Schaltelementen (Q1, Q2), die als Referenz dienen, basierend auf einem Betrag des Wertes der Gleichspannung in Reaktion auf den Wert der Gleichspannung, die durch die Gleichspannungserfassungseinheit erfasst wird und deren Wert größer als ein Referenzwert ist, einstellt
Resonanzinvertervorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei: die Inverterschaltung durch einen ersten Zweig (21) und einen zweiten Zweig (22), die parallel verbunden sind, konfiguriert ist, wobei der erste Zweig, der das erste Schaltelement enthält, das durch ein Paar aus Schaltelementen und einem Mittelpunkt (21A), der mit einem ersten Ende einer Primärspule (31) des Umformers verbunden ist, konfiguriert ist, und wobei der zweite Zweig, der das zweite Schaltelement enthält, das durch ein Paar aus Schaltelementen und einem Mittelpunkt (22A), der mit einem zweiten Ende der Primärspule (31) des Umformers verbunden ist, konfiguriert ist; die Steuereinheit den Ansteuerungsimpuls derart erzeugt, dass während eines einzelnen Steuerzyklus, der erste Zweig und der zweite Zweig abwechselnd Ein/Aus geschaltet werden, und ein erstes Schaltelement des Paares der Schaltelemente in jedem Zweig ausgeschaltet ist, in Reaktion auf ein zweites Schaltelement, das eingeschaltet ist; und die Phasenwinkelsteuereinheit einen Betrag des Winkels in Richtung einer Verzögerungswinkelseite des Ansteuerungsimpulses, der zum zweiten Zweig ausgegeben wird, relativ zum Ansteuerungsimpuls, der an den ersten Zweig, der als Referenz dient, ausgegeben wird, einstellt.
Resonanzinvertervorrichtung (1) gemäß Anspruch 2, wobei: die Gleichspannungsversorgung eine Onboard-Batterie ist; und die Phasenwinkelsteuereinheit eine Vorwärtssteuerung des Schaltphasenwinkels, die in jedem Steuerzyklus, basierend auf dem Gleichspannungswert, eingestellt wird, ausführt.
Resonanzinvertervorrichtung (1) gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die Steuereinheit zudem eine Frequenzsteuereinheit (52) enthält, die eine Schaltfrequenz (f) des Ansteuerungsimpulses, basierend auf einer Zieleinspeiseleistung (Pref*), die ein Zielwert der Einspeiseleistung ist, die in die Inverterschaltung eingespeist wird, einstellt.
Resonanzinvertervorrichtung (1) gemäß Anspruch 4, wobei die Frequenzsteuereinheit die Schaltfrequenz derart einstellt, dass die Zieleinspeiseleistung gleich oder größer als eine Entladungsstartleistung (Pfs) ist, die ein unterer Grenzwert der Einspeiseleistung (Pin) ist, die der Entladungslast ermöglicht, eine Entladung zu erzeugen.
Resonanzinvertervorrichtung (1) gemäß Anspruch 5, wobei: die Steuereinheit einen kontinuierlichen Modus und einen intermittierenden Modus enthält, wobei im kontinuierlichen Modus die Steuereinheit die Inverterschaltung derart steuert, dass diese kontinuierlich angesteuert wird, sodass erreicht wird, dass die Entladungslast, in Reaktion darauf, dass die Zieleinspeiseleistung gleich oder größer als die Entladungsstartleistung ist, kontinuierlich eine Entladung erzeugt, und im intermittierenden Modus die Steuereinheit die Inverterschaltung derart steuert, dass sie abwechselnd eine Entladungsperiode und eine Stoppperiode wiederholt, um zu erreichen, dass die Entladungslast in Reaktion darauf, dass die Zieleinspeiseleistung geringer als die Entladungsstartleistung ist, periodisch eine Entladung erzeugt, wobei in der Entladungsperiode die Inverterschaltung angesteuert wird, und in der Stoppperiode die Inverterschaltung nicht angesteuert wird.
Resonanzinvertervorrichtung (1) gemäß Anspruch 6, wobei: die Steuereinheit zudem eine Periodizitätsverhältnissteuereinheit (54) enthält, die im intermittierenden Modus ein Periodizitätsverhältnis (b) einstellt, das ein Verhältnis (Tdis / Tburst) der Entladungsperiode zu einem periodischen Zyklus (Tburst) ist, der eine Kombination aus der Entladungsperiode und der Stoppperiode ist.