DE102023102139A1

DE102023102139A1 - Ladesystem

Info

Publication number: DE102023102139A1
Application number: DE102023102139.7A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki HOSOI; Atsushi Seki
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: PANASONIC AUTOMOTIVE SYSTEMS CO., LTD., YOKOHA, JP
Priority date: 2022-02-24
Filing date: 2023-01-30
Publication date: 2023-08-24
Also published as: US20230268760A1; CN116647019A; JP2023123010A

Abstract

Ein Ladesystem enthält einen Wechsel-/Gleichspannungsumrichter, einen Gleichspannungsumrichter und eine Steuerschaltung. Der Wechsel-/Gleichspannungsumrichter ist zwischen einen ersten/zweiten Eingangsknoten und einen ersten/zweiten Zwischenknoten geschaltet und ist über den ersten/zweiten Eingangsknoten mit einer Wechselspannungsversorgung verbunden. Der Gleichspannungsumrichter ist zwischen den ersten/zweiten Zwischenknoten und einen ersten/zweiten Ausgangsknoten geschaltet und ist über den ersten/zweiten Ausgangsknoten mit einer Batterie verbindbar. Der Gleichspannungsumrichter enthält einen Trenntransformator, eine Primärschaltung und eine Sekundärschaltung. Die Primärschaltung enthält Schaltelemente. Die Steuerschaltung veranlasst die Schaltelemente zum Starten des Betriebs mit einer ersten Frequenz, wenn der Wechsel-/Gleichspannungsumrichter und der Gleichspannungsumrichter aktiviert werden, und veranlasst die Schaltelemente zum Betrieb mit einer zweiten Frequenz, wenn der Wechsel-/Gleichspannungsumrichter und der Gleichspannungsumrichter im stetigen Betrieb sind. Die erste Frequenz ist höher als die zweite Frequenz.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen ein Ladesystem.
Hintergrund
Ein Ladesystem, das zwischen eine Wechselspannungsversorgung und eine Batterie geschaltet ist, ist ausgelegt, eine von der Wechselspannungsversorgung empfangene Wechselstromleistung in eine Gleichstromleistung umzuwandeln, die Gleichstromleistung in eine andere Gleichstromleistung umzuwandeln und die Batterie mit der anderen Gleichstromleistung zu laden (siehe beispielsweise JP P2013-516955 A ).
In einem solchen Ladesystem kann aufgrund einer instabilen Gleichstromleistung, die in einem Übergangszeitraum zur Zeit der Aktivierung, wenn die Versorgung mit der Wechselstromleistung durch die Wechselspannungsversorgung gestartet wird, umzuwandeln ist, ein Einschaltstrom erzeugt werden. In dem Ladesystem ist es zu diesem Zeitpunkt wünschenswert, den Einschaltstrom zu unterdrücken.
Die vorliegende Offenbarung schafft ein Ladesystem, das in der Lage ist, einen Einschaltstrom zu unterdrücken.
Zusammenfassung
Ein Ladesystem gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält einen Wechsel-/Gleichspannungsumrichter, einen Gleichspannungsumrichter und eine Steuerschaltung. Der Wechsel-/Gleichspannungsumrichter ist geschaltet zwischen: einen ersten Eingangsknoten und einen zweiten Eingangsknoten und einen ersten Zwischenknoten und einen zweiten Zwischenknoten. Der Wechsel-/Gleichspannungsumrichter ist über den ersten Eingangsknoten und den zweiten Eingangsknoten mit einer Wechselspannungsversorgung verbunden. Der Gleichspannungsumrichter ist geschaltet zwischen: den ersten Zwischenknoten und den zweiten Zwischenknoten und einen ersten Ausgangsknoten und einen zweiten Ausgangsknoten. Der Gleichspannungsumrichter ist über den ersten Ausgangsknoten und den zweiten Ausgangsknoten mit einer Batterie verbindbar. Der Gleichspannungsumrichter enthält einen Trenntransformator, eine Primärschaltung und eine Sekundärschaltung. Die Primärschaltung ist auf einer Primärseite des Trenntransformators angeordnet. Die Primärschaltung enthält Schaltelemente. Die Sekundärschaltung ist auf einer Sekundärseite des Trenntransformators angeordnet. Die Steuerschaltung ist ausgelegt, die Schaltelemente zum Starten des Betriebs mit einer ersten Frequenz zu veranlassen, wenn der Wechsel-/Gleichspannungsumrichter und der Gleichspannungsumrichter aktiviert werden. Die Steuerschaltung ist ausgelegt, die Schaltelemente zum Betrieb mit einer zweiten Frequenz zu veranlassen, wenn der Wechsel-/Gleichspannungsumrichter und der Gleichspannungsumrichter im stetigen Betrieb sind. Die erste Frequenz ist höher als die zweite Frequenz.
Figurenliste

1 ist ein Schaltbild, das einen Aufbau eines Ladesystems gemäß einer Ausführungsform darstellt;
2A bis 2C sind Wellenformdiagramme, die eine Pulsbreitenmodulations-(PWM)-Steuerung und eine Pulsfrequenzmodulations-(PFM)-Steuerung gemäß der Ausführungsform darstellen;
3 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Betrieb des Ladesystems gemäß der Ausführungsform darstellt;
4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen den Betriebsfrequenzen der Schaltelemente und Spannungsverstärkungen des Ladesystems in der Ausführungsform darstellt;
5 ist ein Wellenformdiagramm, das einen Betrieb des Ladesystems gemäß der Ausführungsform darstellt; und
6 ist ein Wellenformdiagramm, das einen Betrieb des Ladesystems gemäß der Ausführungsform darstellt.

Ausführliche Beschreibung
Nachstehend ist eine Ausführungsform eines Ladesystems gemäß der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Ausführungsform
Das Ladesystem gemäß der Ausführungsform ist zwischen eine Wechselspannungsversorgung und eine Batterie geschaltet. Das Ladesystem ist in der Lage, die Batterie durch Umwandeln einer Wechselstromleistung der Wechselspannungsversorgung in Gleichstromleistung aufzuladen, wobei das Ladesystem ausgelegt ist, einen Einschaltstrom zur Zeit der Aktivierung, wenn die Versorgung mit der Wechselstromleistung durch die Wechselspannungsversorgung gestartet wird, zu unterdrücken. Beispielsweise kann ein Ladesystem 1 wie in 1 dargestellt aufgebaut sein. 1 ist ein Schaltbild, das einen Aufbau des Ladesystems 1 darstellt.
Das Ladesystem 1 ist zwischen eine Wechselspannungsversorgung PS und eine Batterie BT geschaltet. Das Ladesystem 1 enthält einen Wechsel-/Gleichspannungsumrichter 10, einen Gleichspannungsumrichter 20 und eine Steuerschaltung 30. Der Gleichspannungsumrichter 20 ist beispielsweise ein LLC-Wandler. Unter der Steuerung durch die Steuerschaltung 30 wandelt das Ladesystem 1 eine Wechselspannung Vin von der Wechselspannungsversorgung PS in eine Gleichspannung Vsub um, während die Wechselspannung Vin durch den Wechsel-/Gleichspannungsumrichter 10 erhöht wird, wandelt die umgewandelte Gleichspannung Vsub in eine Gleichspannung Vout zum Laden um, während die Gleichspannung Vsub durch den Gleichspannungsumrichter 20 reduziert wird, und lädt die Batterie BT auf. Das Ladesystem 1 kann beispielsweise ein fahrzeugmontiertes Ladegerät sein, das an einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug montiert ist, oder die Wechselspannungsversorgung PS kann ein Energiesystem in einem Haus oder an einer Ladestation sein, oder die Batterie BT kann eine fahrzeuginterne Batterie sein.
In dem Ladesystem 1 ist ein Eingangsknoten Nin1 mit einem Ende der Wechselspannungsversorgung PS verbunden, und ein Eingangsknoten Nin2 ist mit einem anderen Ende der Wechselspannungsversorgung PS verbunden. In dem Ladesystem 1 ist ein Ausgangsknoten Nout1 mit der positiven Elektrode der Batterie BT verbunden, und ein Ausgangsknoten Nout2 ist mit der negativen Elektrode der Batterie BT verbunden.
In dem Ladesystem 1 führt die Steuerschaltung 30 zur Zeit der Aktivierung des Wechsel-/Gleichspannungsumrichters 10 und des Gleichspannungsumrichters 20 eine Pulsbreitenmodulations-(PWM)-Steuerung an Schaltelementen in dem Wechsel-/Gleichspannungsumrichter 10 und Schaltelementen in dem Gleichspannungsumrichter 20 durch. Die Steuerschaltung 30 des Ladesystems 1 führt während des stetigen Betriebs des Wechsel-/Gleichspannungsumrichters 10 und des Gleichspannungsumrichters 20 die PWM-Steuerung an den Schaltelementen in dem Wechsel-/Gleichspannungsumrichter 10 durch und führt eine Pulsfrequenzmodulations-(PFM)-Steuerung an den Schaltelementen in dem Gleichspannungsumrichter 20 durch.
Wie in 2A und 2B dargestellt, handelt es sich bei der PWM-Steuerung um eine Steuerung zum Modulieren der Pulsbreite eines Pulssignals entsprechend dem Pegel eines Steuersignals. 2A bis 2C sind Wellenformdiagramme, welche die PWM-Steuerung und die PFM-Steuerung darstellen. Die Steuerschaltung 30 ändert eine Pulsbreite von einer Referenzpulsbreite entsprechend dem Betrag der Änderung des Pegels des Steuersignals von dem Referenzpegel. Obwohl der Zyklus in diesem Fall beliebig ist, kann der Zyklus konstant gehalten werden.
In einem Fall der Durchführung der PWM-Steuerung erzeugt die Steuerschaltung 30 eine PWM-modulierte Welle, die in 2B dargestellt ist, entsprechend einem Steuersignal, das in 2A dargestellt ist. Beispielsweise ist der Referenzpegel des Steuersignals auf eine maximale Amplitude Amax eingestellt, und die Referenzpulsbreite der PWM-Steuerung ist auf eine maximale Pulsbreite Wmax eingestellt. Als Reaktion auf die maximale Amplitude Amax des Steuersignals stellt die Steuerschaltung 30 die Pulsbreite der PWM-modulierten Welle auf die maximale Pulsbreite (die Referenzpulsbreite) Wmax entsprechend der maximalen Amplitude Amax des Steuersignals ein. Als Reaktion auf eine minimale Amplitude Amin des Steuersignals reduziert die Steuerschaltung 30 die Pulsbreite der PWM-Steuerung von der maximalen Pulsbreite (der Referenzpulsbreite) Wmax auf eine minimale Pulsbreite Wmin entsprechend dem Betrag der Änderung der minimalen Amplitude Amin des Steuersignals von der maximalen Amplitude Amax.
In dem oben beschriebenen Fall ändert die Steuerschaltung 30, wenn der Zyklus konstant bei T gehalten wird, ein Tastverhältnis von einem Referenztastverhältnis entsprechend dem Betrag der Änderung des Pegels des Steuersignals von dem Referenzpegel. Beispielsweise ist der Referenzpegel des Steuersignals auf die maximale Amplitude Amax eingestellt, und das Referenztastverhältnis der PWM-modulierten Welle ist auf ein maximales Tastverhältnis Dmax eingestellt. Als Reaktion auf die maximale Amplitude Amax des Steuersignals stellt die Steuerschaltung 30 das Tastverhältnis der PWM-modulierten Welle auf das maximale Tastverhältnis (das Referenztastverhältnis) Dmax entsprechend der maximalen Amplitude Amax des Steuersignals ein. Die Steuerschaltung 30 stellt die Pulsbreite der PWM-modulierten Welle auf die maximale Pulsbreite Wmax (= T × Dmax) ein. Als Reaktion auf die minimale Amplitude Amin des Steuersignals reduziert die Steuerschaltung 30 das Tastverhältnis der PWM-modulierten Welle entsprechend dem Betrag der Änderung der minimalen Amplitude Amin des Steuersignals von der maximalen Amplitude Amax, um das Tastverhältnis auf ein minimales Tastverhältnis Dmin einzustellen. Die Steuerschaltung 30 stellt die Pulsbreite der PWM-Steuerung auf die minimale Pulsbreite Wmin ein (= T × Dmin).
Wie in 2A und 2C dargestellt, handelt es sich bei der PFM-Steuerung um eine Steuerung zum Modulieren der Frequenz eines Pulssignals entsprechend dem Pegel eines Steuersignals. Die Steuerschaltung 30 ändert die Frequenz von einer Referenzfrequenz entsprechend dem Betrag der Änderung des Pegels des Steuersignals von dem Referenzpegel. Die Pulsbreite wird in diesem Fall optional eingestellt, wobei die Pulsbreite konstant gehalten werden kann. Das Tastverhältnis kann konstant gehalten werden. 2C stellt einen Fall dar, in welchem die Pulsbreite konstant gehalten wird.
In einem Fall der Durchführung der PFM-Steuerung erzeugt die Steuerschaltung 30 eine PFM-modulierte Welle, die in 2C dargestellt ist, entsprechend dem Steuersignal, das in 2A dargestellt ist. Beispielsweise ist der Referenzpegel des Steuersignals auf die maximale Amplitude Amax eingestellt, und die Referenzfrequenz der PFM-Steuerung ist auf eine maximale Frequenz Fmax eingestellt. Alternativ ist der Referenzzyklus der PFM-Steuerung auf einen minimalen Zyklus Tmin eingestellt. Als Reaktion auf die maximale Amplitude Amax des Steuersignals stellt die Steuerschaltung 30 die Frequenz der PFM-modulierten Welle auf die maximale Frequenz (die Referenzfrequenz) Fmax entsprechend der maximalen Amplitude Amax des Steuersignals ein. Als Reaktion auf die minimale Amplitude Amin des Steuersignals reduziert die Steuerschaltung 30 die Frequenz der PFM-Steuerung von der maximalen Frequenz (der Referenzfrequenz) Fmax auf eine minimale Frequenz Fmin entsprechend dem Betrag der Änderung der minimalen Amplitude Amin des Steuersignals von der maximalen Amplitude Amax. Alternativ erhöht die Steuerschaltung 30 den Zyklus der PFM-Steuerung von dem minimalen Zyklus (dem Referenzzyklus) Tmin auf einen maximalen Zyklus Tmax entsprechend dem Betrag der Änderung der minimalen Amplitude Amin des Steuersignals von der maximalen Amplitude Amax.
Es ist nun wieder auf 1 Bezug genommen. Das Ladesystem 1 enthält ein Wechselstromfilter 2, ein kapazitives Element C1, ein Gleichstromfilter 3, Spannungsaufnehmer VS1 bis VS3 und Stromaufnehmer CS1 und CS2 zusätzlich zu dem Wechsel-/Gleichspannungsumrichter 10, dem Gleichspannungsumrichter 20 und der Steuerschaltung 30.
Das Wechselstromfilter 2 ist zwischen die Eingangsknoten Nin1 und Nin2 und den Wechsel-/Gleichspannungsumrichter 10 geschaltet. Bei dem Wechselstromfilter 2 ist ein Ende zwischen den Eingangsknoten Nin1 und einen Eingangsknoten 10a des Wechsel-/Gleichspannungsumrichters 10 geschaltet und ein anderes Ende ist zwischen den Eingangsknoten Nin2 und einen Eingangsknoten 10b des Wechsel-/Gleichspannungsumrichters 10 geschaltet. Wenn eine Rauschkomponente von der Seite des Wechsel-/Gleichspannungsumrichters 10 abfließt, führt das Wechselstromfilter 2 eine Filterverarbeitung der Rauschkomponente durch, um die Rauschkomponente zu dämpfen. Infolgedessen kann das Wechselstromfilter 2 verhindern, dass die Rauschkomponente von der Seite des Wechsel-/Gleichspannungsumrichters 10 zur Wechselspannungsversorgung PS abfließt.
Der Wechsel-/Gleichspannungsumrichter 10 ist zwischen die Eingangsknoten Nin1 und Nin2 und die Zwischenknoten Nmidl und Nmid2 geschaltet. Der Wechsel-/Gleichspannungsumrichter 10 kann über die Eingangsknoten Nin1 und Nin2 mit der Wechselspannungsversorgung PS verbunden werden. Der Wechsel-/Gleichspannungsumrichter 10 ist zwischen das Wechselstromfilter 2 und die Zwischenknoten Nmidl und Nmid2 geschaltet. Der Wechsel-/Gleichspannungsumrichter 10 verwendet eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung (LFK-Schaltung), um eine Wechselstromleistung in eine Gleichstromleistung umzuwandeln, während der Leistungsfaktor der Wechselstromleistung verbessert wird.
Der Wechsel-/Gleichspannungsumrichter 10 enthält beispielsweise als eine LFK-Schaltung eine Vielzahl von Gleichrichterelementen D1 bis D6, eine Vielzahl induktiver Elemente L1 und L2 und eine Vielzahl von Schaltelementen SW1 und SW2. Die Gleichrichterelemente D1 bis D4 sind durch eine Brücke verbunden, um eine Brückenschaltung zu bilden. Nachdem bei diesem Aufbau eine Wechselspannung durch die Brückenschaltung einer Vollweggleichrichtung unterzogen wurde, wird Energie durch den Schaltbetrieb der Schaltelemente SW1 und SW2 in den induktiven Elementen L1 und L2 wiederholt aufgenommen und freigesetzt, und der Stopp und die Einspeisung eines Stroms in das kapazitive Element C1 über die Gleichrichterelemente D5 und D6 werden dementsprechend wiederholt. Infolgedessen kann der Wechsel-/Gleichspannungsumrichter 10 die Gleichspannung Vsub erzeugen, während die Phase des Wechselstroms in die Nähe der Phase der Wechselspannung gebracht wird, und kann den Leistungsfaktor verbessern.
Das Gleichrichterelement D1 führt eine Gleichrichtung in einer Richtung von dem Eingangsknoten 10a zu einem Ausgangsknoten 10c durch. In einem Beispiel ist das Gleichrichterelement D1 eine Diode. Das Gleichrichterelement D1 weist eine Anode, die mit dem Eingangsknoten 10a verbunden ist, und eine Kathode auf, die über das induktive Element L1 und das Gleichrichterelement D5 mit dem Ausgangsknoten 10c verbunden ist.
Das Gleichrichterelement D2 führt eine Gleichrichtung in einer Richtung von dem Eingangsknoten 10b zu dem Ausgangsknoten 10c durch. In einem Beispiel ist das Gleichrichterelement D2 eine Diode. Das Gleichrichterelement D2 weist eine Anode, die mit dem Eingangsknoten 10b verbunden ist, und eine Kathode auf, die über das induktive Element L1 und das Gleichrichterelement D5 mit dem Ausgangsknoten 10c verbunden ist.
Das Gleichrichterelement D3 führt eine Gleichrichtung in einer Richtung von dem Eingangsknoten 10a zu einem Ausgangsknoten 10d durch. In einem Beispiel ist das Gleichrichterelement D3 eine Diode. Das Gleichrichterelement D3 weist eine Anode, die mit dem Eingangsknoten 10a verbunden ist, und eine Kathode auf, die mit dem Ausgangsknoten 10d verbunden ist.
Das Gleichrichterelement D4 führt eine Gleichrichtung in einer Richtung von dem Eingangsknoten 10b zu dem Ausgangsknoten 10d durch. In einem Beispiel ist das Gleichrichterelement D4 eine Diode. Das Gleichrichterelement D4 weist eine Anode, die mit dem Eingangsknoten 10b verbunden ist, und eine Kathode auf, die mit dem Ausgangsknoten 10d verbunden ist.
Zwischen den Gleichrichterelementen D1 und D2 und dem Ausgangsknoten 10c sind eine Reihenschaltung des induktiven Elements L1 und des Gleichrichterelements D5 und eine Reihenschaltung des induktiven Elements L2 und des Gleichrichterelements D6 parallel geschaltet. Das Schaltelement SW1 ist zwischen den Ausgangsknoten 10d und einen Knoten 10e geschaltet, der zwischen dem induktiven Element L1 und dem Gleichrichterelement D5 vorgesehen ist. Das Schaltelement SW2 ist zwischen den Ausgangsknoten 10d und einen Knoten 10f geschaltet, der zwischen dem induktiven Element L2 und dem Gleichrichterelement D6 vorgesehen ist.
Das induktive Element L1 ist zwischen die Gleichrichterelemente D1 und D2 und den Knoten 10e geschaltet. In einem Beispiel ist das induktive Element L1 eine Spule. Bei dem induktiven Element L1 ist ein Ende mit den Gleichrichterelementen D1 und D2 verbunden, und ein anderes Ende ist mit dem Knoten 10e verbunden. Das induktive Element L1 kann zur Verbesserung des Leistungsfaktors des Wechsel-/Gleichspannungsumrichters 10 durch Aufnehmen und Freisetzen elektromagnetischer Energie beitragen.
Das Gleichrichterelement D5 fuhrt eine Gleichrichtung in einer Richtung von dem Knoten 10e zu dem Ausgangsknoten 10c durch. In einem Beispiel ist das Gleichrichterelement D5 eine Diode. Das Gleichrichterelement D5 weist eine Anode, die mit dem Knoten 10e verbunden ist, und eine Kathode auf, die mit dem Ausgangsknoten 10c verbunden ist.
Das induktive Element L2 ist zwischen die Gleichrichterelemente D1 und D2 und den Knoten 10f geschaltet. In einem Beispiel ist das induktive Element L2 eine Spule. Bei dem induktiven Element L2 ist ein Ende mit den Gleichrichterelementen D1 und D2 verbunden, und ein anderes Ende ist mit dem Knoten 10f verbunden. Das induktive Element L2 kann zur Verbesserung des Leistungsfaktors des Wechsel-/Gleichspannungsumrichters 10 durch Aufnehmen und Freisetzen elektromagnetischer Energie beitragen.
Das Gleichrichterelement D6 führt eine Gleichrichtung in einer Richtung von dem Knoten 10f zu dem Ausgangsknoten 10c durch. In einem Beispiel ist das Gleichrichterelement D6 eine Diode. Das Gleichrichterelement D6 weist eine Anode, die mit dem Knoten 10f verbunden ist, und eine Kathode auf, die mit dem Ausgangsknoten 10c verbunden ist.
Das Schaltelement SW1 ist zwischen den Knoten 10e und die Gleichrichterelemente D3 und D4 geschaltet. Das Schaltelement SW1 verbindet und trennt den Knoten 10e und die Gleichrichterelemente D3 und D4 entsprechend dem Steuersignal von der Steuerschaltung 30 elektrisch. In einem Beispiel ist das Schaltelement SW1 ein N-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET). Bei dem Schaltelement SW1 dieses Beispiels ist eine Source mit den Gleichrichterelementen D3 und D4 verbunden, ein Drain ist mit dem Knoten 10e verbunden und ein Gate ist mit der Steuerschaltung 30 verbunden.
Beim Empfang eines Steuersignals mit aktivem Pegel von der Steuerschaltung 30 am Gate wird das Schaltelement SW1 eingeschaltet und verbindet den Knoten 10e und die Gleichrichterelemente D3 und D4 elektrisch. Beim Empfang eines Steuersignals mit nicht-aktivem Pegel von der Steuerschaltung 30 am Gate wird das Schaltelement SW1 ausgeschaltet und trennt den Knoten 10e und die Gleichrichterelemente D3 und D4 elektrisch.
Das Schaltelement SW2 ist zwischen den Knoten 10f und die Gleichrichterelemente D3 und D4 geschaltet. Das Schaltelement SW2 verbindet und trennt den Knoten 10f und die Gleichrichterelemente D3 und D4 entsprechend dem Steuersignal von der Steuerschaltung 30 elektrisch. In einem Beispiel ist das Schaltelement SW2 ein N-Kanal-MOSFET-Transistor. Bei dem Schaltelement SW2 dieses Beispiels ist eine Source mit den Gleichrichterelementen D3 und D4 verbunden, ein Drain ist mit dem Knoten 10f verbunden und ein Gate ist mit der Steuerschaltung 30 verbunden.
Beim Empfang eines Steuersignals mit aktivem Pegel von der Steuerschaltung 30 am Gate wird das Schaltelement SW2 eingeschaltet und verbindet den Knoten 10f und die Gleichrichterelemente D3 und D4 elektrisch. Beim Empfang eines Steuersignals mit nicht-aktivem Pegel von der Steuerschaltung 30 am Gate wird das Schaltelement SW2 ausgeschaltet und trennt den Knoten 10f und die Gleichrichterelemente D3 und D4 elektrisch.
Das kapazitive Element C1 ist zwischen den Wechsel-/Gleichspannungsumrichter 10 und den Gleichspannungsumrichter 20 geschaltet. In einem Beispiel ist das kapazitive Element C1 ein Glättungskondensator wie ein Aluminium-Elektrolytkondensator, ein Folienkondensator oder ein Keramikkondensator. Bei dem kapazitiven Element C1 ist ein Ende mit dem Zwischenknoten Nmidl verbunden, und ein anderes Ende ist mit dem Zwischenknoten Nmid2 verbunden. Das kapazitive Element C1 kann durch Entladen und Laden von Ladungen zur Verbesserung des Leistungsfaktors des Wechsel-/Gleichspannungsumrichters 10 beitragen und kann die Gleichspannung Vsub erzeugen.
Der Gleichspannungsumrichter 20 ist beispielsweise ein LLC-Wandler. Der Gleichspannungsumrichter 20 ist zwischen die Zwischenknoten Nmidl und Nmid2 und die Ausgangsknoten Nout1 und Nout2 geschaltet. Bei dem Gleichspannungsumrichter 20 sind Eingangsknoten 20a und 20b mit den Zwischenknoten Nmidl und Nmid2 verbunden, und die Ausgangsknoten 20c und 20d sind mit den Ausgangsknoten Nout1 und Nout2 verbunden. Der Gleichspannungsumrichter 20 kann über die Ausgangsknoten Nout1 und Nout2 mit der Batterie BT verbunden werden. Der Gleichspannungsumrichter 20 ist zwischen die Zwischenknoten Nmidl und Nmid2 und das Gleichstromfilter 3 geschaltet. Der Gleichspannungsumrichter 20 verwendet einen Trenntransformator TR, um eine Gleichstromleistung in eine Gleichstromleistung zum Laden umzuwandeln, wobei eine Eingangsseite (Primärseite) und eine Ausgangsseite (Sekundärseite) isoliert und getrennt werden.
Der Gleichspannungsumrichter 20 enthält beispielsweise eine Primärschaltung 21, den Trenntransformator TR und eine Sekundärschaltung 22. Die Primärschaltung 21 enthält eine Vielzahl von Schaltelementen SW11 bis SW14 und ein kapazitives Element C11. Der Trenntransformator TR enthält eine Primärwicklung L11, eine Sekundärwicklung L12 und einen Kern CR1. Die Sekundärschaltung 22 enthält eine Vielzahl von Gleichrichterelementen D11 bis D14.
Das Schaltelement SW11 ist zwischen den Eingangsknoten 20a und einen Knoten 20e geschaltet. Das Schaltelement SW11 verbindet und trennt den Eingangsknoten 20a und den Knoten 20e entsprechend dem Steuersignal von der Steuerschaltung 30 elektrisch. In einem Beispiel ist das Schaltelement SW11 ein N-Kanal-MOSFET-Transistor. Bei dem Schaltelement SW11 dieses Beispiels ist eine Source mit dem Knoten 20e verbunden, ein Drain ist mit dem Eingangsknoten 20a verbunden und ein Gate ist mit der Steuerschaltung 30 verbunden.
Beim Empfang eines Steuersignals mit aktivem Pegel von der Steuerschaltung 30 am Gate wird das Schaltelement SW11 eingeschaltet und verbindet den Eingangsknoten 20a und den Knoten 20e elektrisch. Beim Empfang eines Steuersignals mit nicht-aktivem Pegel von der Steuerschaltung 30 am Gate wird das Schaltelement SW11 ausgeschaltet und trennt den Eingangsknoten 20a und den Knoten 20e elektrisch.
Das Schaltelement SW12 ist zwischen den Eingangsknoten 20a und einen Knoten 20f geschaltet. Das Schaltelement SW12 verbindet und trennt den Eingangsknoten 20a und den Knoten 20f entsprechend dem Steuersignal von der Steuerschaltung 30 elektrisch. Das Schaltelement SW12 ist beispielsweise ein N-Kanal-MOSFET-Transistor. Bei dem Schaltelement SW12 dieses Beispiels ist eine Source mit dem Knoten 20f verbunden, ein Drain ist mit dem Eingangsknoten 20a verbunden und ein Gate ist mit der Steuerschaltung 30 verbunden.
Beim Empfang eines Steuersignals mit aktivem Pegel von der Steuerschaltung 30 am Gate wird das Schaltelement SW12 eingeschaltet und verbindet den Eingangsknoten 20a und den Knoten 20f elektrisch. Beim Empfang eines Steuersignals mit nicht-aktivem Pegel von der Steuerschaltung 30 am Gate wird das Schaltelement SW12 ausgeschaltet und trennt den Eingangsknoten 20a und den Knoten 20f elektrisch.
Das Schaltelement SW13 ist zwischen den Knoten 20e und den Eingangsknoten 20b geschaltet. Das Schaltelement SW13 verbindet und trennt den Knoten 20e und den Eingangsknoten 20b entsprechend dem Steuersignal von der Steuerschaltung 30 elektrisch. Das Schaltelement SW13 ist beispielsweise ein N-Kanal-MOSFET-Transistor. Bei dem Schaltelement SW13 dieses Falls ist eine Source mit dem Eingangsknoten 20b verbunden, ein Drain ist mit dem Knoten 20e verbunden und ein Gate ist mit der Steuerschaltung 30 verbunden.
Beim Empfang eines Steuersignals mit aktivem Pegel von der Steuerschaltung 30 am Gate wird das Schaltelement SW13 eingeschaltet und verbindet den Knoten 20e und den Eingangsknoten 20b elektrisch. Beim Empfang eines Steuersignals mit nicht-aktivem Pegel von der Steuerschaltung 30 am Gate wird das Schaltelement SW13 ausgeschaltet und trennt den Knoten 20e und den Eingangsknoten 20b elektrisch.
Das Schaltelement SW14 ist zwischen den Knoten 20f und den Eingangsknoten 20b geschaltet. Das Schaltelement SW14 verbindet und trennt den Knoten 20f und den Eingangsknoten 20b entsprechend dem Steuersignal von der Steuerschaltung 30 elektrisch. Das Schaltelement SW14 ist beispielsweise ein N-Kanal-MOSFET-Transistor. Bei dem Schaltelement SW14 dieses Beispiels ist eine Source mit dem Eingangsknoten 20b verbunden, ein Drain ist mit dem Knoten 20f verbunden und ein Gate ist mit der Steuerschaltung 30 verbunden.
Beim Empfang eines Steuersignals mit aktivem Pegel von der Steuerschaltung 30 am Gate wird das Schaltelement SW14 eingeschaltet und verbindet den Knoten 20f und den Eingangsknoten 20b elektrisch. Beim Empfang eines Steuersignals mit nicht-aktivem Pegel von der Steuerschaltung 30 am Gate wird das Schaltelement SW14 ausgeschaltet und trennt den Knoten 20f und den Eingangsknoten 20b elektrisch.
Es ist anzumerken, dass bei der Beschreibung der Elektroden des Transistors als ein Drain, ein Gate und eine Source angenommen ist, dass jedes der Schaltelemente SW1, SW2 und SW11 bis SW14 ein N-Kanal-MOSFET ist. In einem Fall jedoch, in welchem die Schaltelemente SW1, SW2 und SW11 bis SW14 jeweils ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) sind, kann das Drain als Kollektor und die Source als Emitter gelesen werden.
Das kapazitive Element C11 ist zwischen den Knoten 20e und die Primärwicklung L11 geschaltet. Bei dem kapazitiven Element C11 ist ein Ende mit dem Knoten 20e verbunden, und ein anderes Ende ist mit einem Ende der Primärwicklung L11 verbunden. Das kapazitive Element C11 kann einen Schaltverlust aufgrund der Schaltelemente SW11 bis SW14 durch Durchführen eines Resonanzbetriebs zusammen mit der Primärwicklung L 11 reduzieren.
In dem Trenntransformator TR ist die Primärwicklung L11 von der Sekundärwicklung L12 elektrisch isoliert und über den Kern CR1 magnetisch mit der Sekundärwicklung L12 gekoppelt. In einem Beispiel sind die Primärwicklung L11 und die Sekundärwicklung L12 jeweils eine Spule. Der Trenntransformator TR kann als Sperrwandler ausgeführt sein. Wie in 1 durch den Linienverlauf angedeutet, sind die Primärwicklung L11 und die Sekundärwicklung L12 in Bezug auf einen Pfad, durch den die Magnetkraftlinien im Kern CR1 verlaufen, in entgegengesetzter Richtung zueinander gewickelt. In dem Trenntransformator TR kann die Primärwicklung L11 eine Gestaltung aufweisen, bei welcher der Kern CR1 ausgelassen ist, solange die Primärwicklung L11 und die Sekundärwicklung L12 magnetisch miteinander gekoppelt sind.
Bei der Primärwicklung L11 ist ein Ende über das kapazitive Element C11 mit dem Knoten 20e verbunden, und ein anderes Ende ist mit dem Knoten 20f verbunden. Bei der Sekundärwicklung L12 ist ein Ende mit einem Knoten 20g verbunden, und ein anderes Ende ist mit einem Knoten 20h verbunden.
Das Gleichrichterelement D11 führt eine Gleichrichtung in einer Richtung von dem Knoten 20g zu dem Ausgangsknoten 20c durch. Das Gleichrichterelement D11 ist beispielsweise eine Diode und weist eine Anode, die mit dem Knoten 20g verbunden ist, und eine Kathode, die mit dem Ausgangsknoten 20c verbunden ist, auf.
Das Gleichrichterelement D12 führt eine Gleichrichtung in einer Richtung von dem Knoten 20f zu dem Ausgangsknoten 20c durch. In einem Beispiel ist das Gleichrichterelement D12 eine Diode. Bei dem Gleichrichterelement D12 dieses Beispiels ist eine Anode mit dem Knoten 20f verbunden, und eine Kathode ist mit dem Ausgangsknoten 20c verbunden.
Das Gleichrichterelement D13 führt eine Gleichrichtung in einer Richtung von dem Ausgangsknoten 20d zu dem Knoten 20g durch. Das Gleichrichterelement D13 ist beispielsweise eine Diode und weist eine Anode, die mit dem Ausgangsknoten 20d verbunden ist, und eine Kathode, die mit dem Knoten 20g verbunden ist, auf.
Das Gleichrichterelement D14 führt eine Gleichrichtung in einer Richtung von dem Ausgangsknoten 20d zu dem Knoten 20h durch. In einem Beispiel ist das Gleichrichterelement D14 eine Diode. Bei dem Gleichrichterelement D14 dieses Beispiels ist eine Anode mit dem Ausgangsknoten 20d verbunden und eine Kathode ist mit dem Knoten 20h verbunden.
Das Gleichstromfilter 3 ist zwischen den Gleichspannungsumrichter 20 und die Ausgangsknoten Nout1 und Nout2 geschaltet. Bei dem Gleichstromfilter 3 ist ein Ende zwischen den Gleichspannungsumrichter 20 und den Ausgangsknoten Nout1 geschaltet, und ein anderes Ende ist zwischen den Gleichspannungsumrichter 20 und den Ausgangsknoten Nout2 geschaltet. Das Gleichstromfilter 3 führt eine Filterverarbeitung an einer Gleichstromleistung durch, die von dem Gleichstromfilter 3 geliefert wird, und liefert die verarbeitete Gleichstromleistung an die Batterie BT. Infolgedessen kann das Gleichstromfilter 3 ein Rauschen, das in der Gleichstromleistung enthalten ist, reduzieren und die Gleichstromleistung an die Batterie BT liefern.
Der Spannungsaufnehmer VS1 erfasst die Eingangsspannung Vin des Ladesystems 1. Der Spannungsaufnehmer VS1 erfasst als die Eingangsspannung Vin eine Spannung zwischen dem Eingangsknoten 10a und dem Eingangsknoten 10b. Der Spannungsaufnehmer VS1 liefert die erfasste Eingangsspannung Vin an die Steuerschaltung 30.
Der Spannungsaufnehmer VS2 erfasst die Ausgangsspannung Vout des Ladesystems 1. Der Spannungsaufnehmer VS2 erfasst als die Ausgangsspannung Vout eine Spannung zwischen dem Ausgangsknoten 20c und dem Ausgangsknoten 20d. Der Spannungsaufnehmer VS2 liefert die erfasste Ausgangsspannung Vout an die Steuerschaltung 30.
Der Spannungsaufnehmer VS3 erfasst die Spannung Vsub des Ladesystems 1. Der Spannungsaufnehmer VS3 erfasst als die Spannung Vsub eine Spannung zwischen dem Zwischenknoten Nmidl und dem Zwischenknoten Nmid2. Der Spannungsaufnehmer VS3 liefert die erfasste Spannung Vsub an die Steuerschaltung 30.
Ein Stromaufnehmer CS1 erfasst einen Eingangsstrom Iin des Ladesystems 1. Der Stromaufnehmer CS1 erfasst als den Eingangsstrom Iin einen Strom, der zwischen dem Eingangsknoten Nin1 und dem Eingangsknoten 10a fließt. Der Stromaufnehmer CS1 liefert den erfassten Eingangsstrom Iin an die Steuerschaltung 30.
Ein Stromaufnehmer CS2 erfasst einen Ausgangsstrom Iout des Ladesystems 1. Der Stromaufnehmer CS2 erfasst als den Ausgangsstrom Iout einen Strom, der zwischen dem Ausgangsknoten 20c und dem Ausgangsknoten Nout1 fließt. Der Stromaufnehmer CS2 liefert den erfassten Ausgangsstrom Iout an die Steuerschaltung 30.
Die Steuerschaltung 30 führt die PWM-Steuerung an den Schaltelementen in dem Wechsel-/Gleichspannungsumrichter 10 und den Schaltelementen in dem Gleichspannungsumrichter 20 durch, wenn der Wechsel-/Gleichspannungsumrichter 10 und der Gleichspannungsumrichter 20 aktiviert werden. Die Steuerschaltung 30 stellt die Betriebsfrequenz des Schaltelements in dem Gleichspannungsumrichter 20 auf eine Frequenz Fstart ein, die höher als eine Frequenz Fop während des stetigen Betriebs ist. Die Frequenz Fstart ist näher an einer Resonanzfrequenz des Trenntransformators TR als die Frequenz Fop. Daher kann die Steuerschaltung 30 die Ausgangsspannung des Trenntransformators TR so steuern, dass sie niedriger als diejenige an der Ausgangsseite des Gleichspannungsumrichters 20 ist, indem sie die Betriebsfrequenz des Schaltelements auf die Frequenz Fstart einstellt.
Zur Zeit der Aktivierung startet die Steuerschaltung 30 den Betrieb des Schaltelements mit der Frequenz Fstart. Die Steuerschaltung 30 erhöht das Referenztastverhältnis der PWM-Steuerung von einem Ausgangswert (beispielsweise null) auf ein vorgegebenes Tastverhältnis, während sie die Betriebsfrequenz des Schaltelements in dem Gleichspannungsumrichter 20 bei der Frequenz Fstart hält. Anschließend reduziert die Steuerschaltung 30 die Betriebsfrequenz des Schaltelements von der Frequenz Fstart auf die Frequenz Fop, während sie das Referenztastverhältnis der PWM-Steuerung bei dem vorgegebenen Tastverhältnis hält. Die Steuerschaltung 30 reduziert die Betriebsfrequenz des Schaltelements von der Frequenz Fstart auf die Frequenz Fop auf allmähliche Weise oder schrittweise. Infolgedessen kann die Steuerschaltung 30 einen allmählichen oder schrittweisen Übergang von einem Zustand, in welchem die Ausgangsspannung des Trenntransformators TR niedriger als diejenige an der Ausgangsseite des Gleichspannungsumrichters 20 ist, in einen Zustand, in welchem die Ausgangsspannung des Trenntransformators TR höher als diejenige an der Ausgangsseite des Gleichspannungsumrichters 20 ist, veranlassen. Infolgedessen kann ein Gate-Signal des Schaltelements in geeigneter Weise angepasst werden, und ein Einschaltstrom zur Zeit der Aktivierung des Ladesystems 1 kann unterdrückt werden.
Während des stetigen Betriebs des Wechsel-/Gleichspannungsumrichters 10 und des Gleichspannungsumrichters 20 führt die Steuerschaltung 30 die PWM-Steuerung an dem Schaltelement in dem Wechsel-/Gleichspannungsumrichter 10 durch und führt die PFM-Steuerung an dem Schaltelement in dem Gleichspannungsumrichter 20 durch. Die Steuerschaltung 30 steuert das Schaltelement in dem Gleichspannungsumrichter 20 durch Variieren der Frequenz entsprechend dem Pegel des Steuersignals, während sie eine vorgegebene Frequenz als eine Referenzfrequenz der PFM-Steuerung einstellt.
Beispielsweise führt die Steuerschaltung 30 zur Zeit der Aktivierung eine Steuerung durch, die in 3 dargestellt ist. 3 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Betrieb des Ladesystems 1 darstellt.
In dem Ladesystem 1 wartet die Steuerschaltung 30 bis zum Empfang eines Aktivierungsbefehls (Nein in S1). Nach dem Empfang des Aktivierungsbefehls (Ja in S1) aktiviert die Steuerschaltung 30 den Wechsel-/Gleichspannungsumrichter 10 und startet die PWM-Steuerung (S2) an dem Gleichspannungsumrichter 20 mit der Betriebsfrequenz Fstart. Die Steuerschaltung 30 aktiviert den Gleichspannungsumrichter 20 mit der Frequenz Fstart, bei der die Ausgangsspannung des Trenntransformators TR in dem Gleichspannungsumrichter 20 niedriger als die Spannung der Batterie BT wird, indem sie die zuvor erlangten Informationen über die Entsprechung von Spannungsverstärkung, Last und Frequenz verwendet (siehe 4). Das heißt, der Schaltbetrieb der Schaltelemente SW11 bis SW14 wird mit der Betriebsfrequenz Fstart gestartet.
Wie in 4 dargestellt, ist die Betriebsfrequenz Fstart höher als die Betriebsfrequenz Fop für den stetigen Betrieb. 4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen den Betriebsfrequenzen der Schaltelemente SW11 bis SW14 und Spannungsverstärkungen des Ladesystems 1 darstellt. In 4 ist die Beziehung zwischen den Betriebsfrequenzen der Schaltelemente SW11 bis SW14 und den Spannungsverstärkungen des Ladesystems 1 in Bezug auf unterschiedliche Lastzustände der Batterie BT dargestellt. Wie in 4 dargestellt, ist die Betriebsfrequenz Fstart näher an einer Resonanzfrequenz F₀ des Trenntransformators TR als die Betriebsfrequenz Fop. Daher ist in einem beliebigen der Lastzustände der Batterie BT eine Spannungsverstärkung Gstart des Ladesystems 1, die der Betriebsfrequenz Fstart entspricht, niedriger als eine Spannungsverstärkung Gop des Ladesystems 1, die der Betriebsfrequenz Fop entspricht. Dementsprechend kann die Steuerschaltung 30 eine solche Steuerung durchführen, dass die Ausgangsspannung des Trenntransformators TR niedriger als diejenige an der Ausgangsseite des Gleichspannungsumrichters 20 wird, unabhängig von dem Lastzustand der Batterie BT, indem sie die Betriebsfrequenz des Schaltelements auf die Frequenz Fstart einstellt.
Es ist nun wieder auf 3 Bezug genommen. Wenn die PWM-Steuerung gestartet wird, passt die Steuerschaltung 30 das Referenztastverhältnis der PWM-Steuerung an (S21). Die Steuerschaltung 30 erhöht das Referenztastverhältnis der PWM-Steuerung von dem Ausgangswert auf ein vorgegebenes Tastverhältnis, während sie die Betriebsfrequenzen der Schaltelemente S11 bis S14 bei der Frequenz Fstart hält (während sie die Betriebszyklen der Schaltelemente S11 bis S14 bei einem Zyklus Tstart hält). Das vorgegebene Tastverhältnis ist beispielsweise ungefähr 0,5 und kann in einem Fall, in welchem eine Totzeit vorgesehen ist, auf 0,45 bis 0,49 eingestellt werden. Der Zyklus Tstart ist ein Zyklus, welcher der Frequenz Fstart entspricht.
Wie beispielsweise durch eine Wellenform (a) in 5 dargestellt, erzeugt die Steuerschaltung 30 Gate-Signale QA und QD der Schaltelemente SW11 und SW14 in einem Zyklus T1, welcher der Frequenz Fstart entspricht. In diesem Augenblick erhöht die Steuerschaltung 30 das Referenztastverhältnis der PWM-Steuerung von dem Ausgangswert (= 0) auf D1. Die Steuerschaltung 30 erzeugt die Gate-Signale QA und QD der Schaltelemente SW11 und SW14 durch Durchführen einer PWM-Modulation mit einer Referenzpulsbreite T1 × D1, die dem Referenztastverhältnis D1 entspricht. Wie durch eine Wellenform (b) in 5 dargestellt, erzeugt die Steuerschaltung 30 in ähnlicher Weise Gate-Signale QB und QC der Schaltelemente SW12 und SW13 durch Durchführen der PWM-Modulation mit dem Zyklus T1 und der Referenzpulsbreite T1 × D1. Es ist anzumerken, dass die Gate-Signale QA und QD und die Gate-Signale QB und QC komplementär auf einem H-Pegel gehalten werden.
Wie durch eine Wellenform (c) in 5 dargestellt, erhöht die Steuerschaltung 30 das Referenztastverhältnis der PWM-Steuerung von D1 auf D2 (> D1), während sie die Frequenzen der Gate-Signale QA und QD der Schaltelemente SW11 und SW14 bei Fstart hält (während sie den Zyklus bei T1 hält). Die Steuerschaltung 30 erzeugt die Gate-Signale QA und QD der Schaltelemente SW11 und SW14 durch Durchführen der PWM-Modulation mit einer Referenzpulsbreite T1 × D2, die dem Referenztastverhältnis D2 entspricht. Wie durch eine Wellenform (d) in 5 dargestellt, erzeugt die Steuerschaltung 30 in ähnlicher Weise die Gate-Signale QB und QC der Schaltelemente SW12 und SW13 durch Durchführen der PWM-Modulation mit dem Zyklus T1 und der Referenzpulsbreite T1 × D2.
Wie durch eine Wellenform (e) in 5 dargestellt, erhöht die Steuerschaltung 30 das Referenztastverhältnis der PWM-Steuerung von D2 auf D3 (> D2), während sie die Frequenzen der Gate-Signale QA und QD der Schaltelemente SW11 und SW14 bei Fstart hält (während sie den Zyklus bei T1 hält). Die Steuerschaltung 30 erzeugt die Gate-Signale QA und QD der Schaltelemente SW11 und SW14 durch Durchführen der PWM-Modulation mit einer Referenzpulsbreite T1 × D3, die dem Referenztastverhältnis D3 entspricht. Wie durch eine Wellenform (f) in 5 dargestellt, erzeugt die Steuerschaltung 30 in ähnlicher Weise die Gate-Signale QB und QC der Schaltelemente SW12 und SW13 durch Durchführen der PWM-Modulation mit dem Zyklus T1 und der Referenzpulsbreite T1 × D3.
Es ist nun wieder auf 3 Bezug genommen. Wenn die Anpassung des Referenztastverhältnisses (S21) abgeschlossen ist, passt die Steuerschaltung 30 die Frequenz an (S22). Die Steuerschaltung 30 reduziert die Betriebsfrequenzen der Schaltelemente SW11 bis SW14 von der Frequenz Fstart auf die Frequenz Fop, während sie das Referenztastverhältnis der Gate-Signale der Schaltelemente SW11 bis SW14 bei einem vorgegebenen Tastverhältnis hält.
Wie durch eine Wellenform (a) in 6 dargestellt, erzeugt die Steuerschaltung 30 beispielsweise die Gate-Signale QA und QD der Schaltelemente SW11 und SW14 durch Durchführen der PWM-Modulation mit dem Zyklus T1, welcher der Frequenz Fstart entspricht, und der Referenzpulsbreite T1 × D3, welche dem Referenztastverhältnis D3 entspricht. Wie durch eine Wellenform (b) in 6 dargestellt, erzeugt die Steuerschaltung 30 in ähnlicher Weise die Gate-Signale QB und QC der Schaltelemente SW12 und SW13 durch Durchführen der PWM-Modulation mit dem Zyklus T1 und der Referenzpulsbreite T1 × D3.
Wie durch eine Wellenform (c) in 6 dargestellt, reduziert die Steuerschaltung 30 die Frequenz von Fstart auf F2 (< Fstart), während sie das Referenztastverhältnis der PWM-Steuerung der Gate-Signale QA und QD der Schaltelemente SW11 und SW14 bei D3 hält. Die Steuerschaltung 30 erzeugt die Gate-Signale QA und QD der Schaltelemente SW11 und SW14 durch Durchführen der PWM-Modulation mit einem Zyklus T2 (> T1), welcher der Frequenz F2 entspricht, und einer Referenzpulsbreite T2 × D3, welche dem Referenztastverhältnis D3 entspricht. Wie durch eine Wellenform (d) in 6 dargestellt, erzeugt die Steuerschaltung 30 in ähnlicher Weise die Gate-Signale QB und QC der Schaltelemente SW12 und SW13 durch Durchführen der PWM-Modulation mit dem Zyklus T2 und der Referenzpulsbreite T2 × D3.
Wie durch eine Wellenform (e) in 6 dargestellt, reduziert die Steuerschaltung 30 die Frequenz von F2 auf Fop (< F2), während sie das Referenztastverhältnis der PWM-Steuerung der Gate-Signale QA und QD der Schaltelemente SW11 und SW14 bei D3 hält. Die Steuerschaltung 30 erzeugt die Gate-Signale QA und QD der Schaltelemente SW11 und SW14 durch Durchführen der PWM-Modulation mit einem Zyklus T3 (> T2), welcher der Frequenz Fop entspricht, und einer Referenzpulsbreite T3 × D3, welche dem Referenztastverhältnis D3 entspricht. Wie durch eine Wellenform (f) in 6 dargestellt, erzeugt die Steuerschaltung 30 in ähnlicher Weise die Gate-Signale QB und QC der Schaltelemente SW12 und SW13 durch Durchführen der PWM-Modulation mit dem Zyklus T3 und der Referenzpulsbreite T3 × D3.
Es ist nun wieder auf 3 Bezug genommen. Wenn die Anpassung der Frequenz (S22) abgeschlossen ist, führt die Steuerschaltung 30 die PFM-Steuerung mit der Frequenz Fop als eine Referenzfrequenz durch (S3).
Wie oben beschrieben, startet in dem Ladesystem 1 zur Zeit der Aktivierung die Steuerschaltung 30 den Betrieb der Schaltelemente SW11 bis SW14 mit der Frequenz Fstart, die höher ist als die Frequenz zur Zeit des stetigen Betriebs. Die Steuerschaltung 30 stellt das Referenztastverhältnis des Gate-Signals des Schaltelements auf ein vorgegebenes Tastverhältnis ein, während sie die Frequenz Fstart beibehält. Die Steuerschaltung 30 reduziert die Betriebsfrequenz des Schaltelements von der Frequenz Fstart auf die Frequenz Fop für den stetigen Betrieb, während sie das Referenztastverhältnis des Gate-Signals des Schaltelements bei dem vorgegebenen Tastverhältnis hält. Die Steuerschaltung 30 reduziert auf allmähliche Weise oder schrittweise die Betriebsfrequenzen der Schaltelemente SW1 1 bis SW14 von Fstart auf Fop, während sie das Referenztastverhältnis der PWM-Steuerung bei D3 hält. Infolgedessen kann in dem Ladesystem 1 unabhängig von dem Lastzustand der Batterie ein Einschaltstrom zur Zeit der Aktivierung unterdrückt werden, und die Gate-Signale der Schaltelemente SW11 bis SW14 können in geeigneter Weise angepasst werden.
Es ist anzumerken, dass eine Spannungserfassungsschaltung, die eine Spannung beider Anschlüsse der Sekundärwicklung L12 des Trenntransformators TR oder eine Spannung eines Anschlusses davon (beispielsweise eine Spannung des Knotens 20h oder des Ausgangsknotens 20d in 1) erfasst, hinzugefügt werden kann, sodass die erfasste Spannung an die Steuerschaltung 30 geliefert wird. In diesem Fall beobachtet die Steuerschaltung 30 die Spannung über der Sekundärwicklung L12 des Trenntransformators TR oder die Spannung an einem Anschluss davon zur Zeit der Aktivierung und/oder des stetigen Betriebs. Die Spannung über der Sekundärwicklung L12 wird als eine Rechteckwelle positiver und negativer Spannungen beobachtet, und die Spannung des einen Anschlusses wird als eine Rechteckwelle einer positiven Spannung beobachtet. Die Steuerschaltung 30 kann die Frequenz Fstart zur Zeit der Aktivierung auf Grundlage der Beobachtungsergebnisse so bestimmen, dass die Frequenz Fstart niedriger als die Ausgangsspannung Vout wird. Infolgedessen kann die Differenz zwischen der Ausgangsspannung des Trenntransformators TR und der Spannung der Batterie BT so weit wie möglich reduziert werden, und der Aktivierungsvorgang kann mit einer niedrigeren Frequenz durchgeführt werden. Wenn die Frequenz während des stetigen Betriebs nahe der Aktivierungsfrequenz ist, kann die Aktivierung in einer kurzen Zeit abgeschlossen werden. Darüber hinaus wird das Referenztastverhältnis der PWM-Steuerung auf ungefähr 0,5 (beispielsweise auf einen Wert in einem Bereich von 0,45 bis 0,49) erhöht, um die Größenbeziehung der Spannung nicht zu stören, die Frequenz wird allmählich so weit geändert, dass der Einschaltstrom nicht fließt, und es wird ein gewünschter Leistungsübertragungsbetrieb erreicht, der ähnlich der Ausführungsform ist.
Während bestimmte Ausführungsformen beschrieben sind, sind diese Ausführungsformen nur beispielhaft dargelegt und sollen den Geltungsbereich der Erfindungen nicht einschränken. Tatsächlich können die hier beschriebenen neuartigen Verfahren und Systeme in einer Vielfalt von anderen Formen verkörpert werden; weiter können verschiedene Weglassungen, Ersetzungen und Änderungen in der Form der hier beschriebenen Verfahren und Systeme vorgenommen werden, ohne vom Kern der Erfindungen abzuweichen. Die begleitenden Ansprüche und ihre Äquivalente sollen solche Formen oder Modifikationen abdecken, wie sie in den Geltungsbereich und Geist der Erfindungen fallen würden.
Das Ladesystem gemäß der vorliegenden Offenbarung ist in der Lage, einen Einschaltstrom zu unterdrücken.
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 P2013516955 A [0002]

Claims

Ladesystem, umfassend: einen Wechsel-/Gleichspannungsumrichter, geschaltet zwischen: einen ersten Eingangsknoten und einen zweiten Eingangsknoten, und einen ersten Zwischenknoten und einen zweiten Zwischenknoten, wobei der Wechsel-/Gleichspannungsumrichter über den ersten Eingangsknoten und den zweiten Eingangsknoten mit einer Wechselspannungsversorgung verbunden ist; einen Gleichspannungsumrichter, geschaltet zwischen: den ersten Zwischenknoten und den zweiten Zwischenknoten, und einen ersten Ausgangsknoten und einen zweiten Ausgangsknoten, wobei der Gleichspannungsumrichter über den ersten Ausgangsknoten und den zweiten Ausgangsknoten mit einer Batterie verbindbar ist, wobei der Gleichspannungsumrichter einen Trenntransformator, eine Primärschaltung und eine Sekundärschaltung enthält, wobei die Primärschaltung auf einer Primärseite des Trenntransformators angeordnet ist und Schaltelemente enthält, wobei die Sekundärschaltung auf einer Sekundärseite des Trenntransformators angeordnet ist; und eine Steuerschaltung, die ausgelegt ist zum Veranlassen der Schaltelemente zum Starten des Betriebs mit einer ersten Frequenz, wenn der Wechsel-/Gleichspannungsumrichter und der Gleichspannungsumrichter aktiviert werden, und Veranlassen der Schaltelemente zum Betrieb mit einer zweiten Frequenz, wenn der Wechsel-/Gleichspannungsumrichter und der Gleichspannungsumrichter im stetigen Betrieb sind, wobei die erste Frequenz höher als die zweite Frequenz ist.
Ladesystem nach Anspruch 1, wobei der Gleichspannungsumrichter ein LLC-Wandler ist.
Ladesystem nach Anspruch 1, wobei die erste Frequenz näher einer Resonanzfrequenz des Trenntransformators ist als die zweite Frequenz.
Ladesystem nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung ferner ausgelegt ist, ein Referenztastverhältnis eines Gate-Signals von jedem der Schaltelemente auf ein vorgegebenes Tastverhältnis einzustellen, wenn der Wechsel-/Gleichspannungsumrichter und der Gleichspannungsumrichter aktiviert werden, während sie eine Betriebsfrequenz von jedem der Schaltelemente bei der ersten Frequenz hält.
Ladesystem nach Anspruch 4, wobei, wenn der Wechsel-/Gleichspannungsumrichter und der Gleichspannungsumrichter aktiviert werden, die Steuerschaltung ein Referenztastverhältnis eines Gate-Signals von jedem der Schaltelemente von null auf das vorgegebene Tastverhältnis erhöht, während sie eine Betriebsfrequenz von jedem der Schaltelemente bei der ersten Frequenz hält.
Ladesystem nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung ferner ausgelegt ist, eine Betriebsfrequenz von jedem der Schaltelemente von der ersten Frequenz auf die zweite Frequenz zu reduzieren, wenn der Wechsel-/Gleichspannungsumrichter und der Gleichspannungsumrichter aktiviert werden, während sie ein Referenztastverhältnis eines Gate-Signals von jedem der Schaltelemente bei dem vorgegebenen Tastverhältnis hält.
Ladesystem nach Anspruch 6, wobei die Steuerschaltung die Betriebsfrequenz von jedem der Schaltelemente auf allmähliche Weise oder schrittweise von der ersten Frequenz auf die zweite Frequenz reduziert.