DE112012005868T5

DE112012005868T5 - DC-DC-Wandler

Info

Publication number: DE112012005868T5
Application number: DE112012005868.2T
Authority: DE
Inventors: c/o Mitsubishi Electric Corporati Kondo Ryota; c/o Mitsubishi Electric Corporat Yamada Masaki; c/o Mitsubishi Electric Corporat Higaki Yusuke
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-02-14
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2014-11-13
Also published as: WO2013121665A1; US20150015181A1; CN104054249A; JPWO2013121665A1; US9455641B2; JP5762617B2

Abstract

In einem DC/DC-Wandler (100) zur bidirektionalen Energieübertragung ist ein erster Schaltkreis (4) zwischen einer ersten Wicklung (8a) eines Hochfrequenztransformators (8) und einer DC-Energieversorgung (1) angeschlossen, und ein zweiter Schaltkreis (10) ist zwischen einer zweiten Wicklung (8b) und einer Batterie (2) angeschlossen. Im ersten und zweiten Schaltkreis (4, 10) sind Kondensatoren (6a bis 6d, 13a bis 13d) mit Halbleiterschaltgeräten (5a bis 5d, 12a bis 12d) parallelgeschaltet, und eine erste und zweite Drosselspule (7, 9) sind an AC-Eingangs-/Ausgangsleitungen angeschlossen. Auf eine Energieübertragung hin führt der Schaltkreis (4, 10) auf der Primärseite des Hochfrequenztransformators (8) eine Nullspannungsumschaltung durch, und der Schaltkreis (4, 10) auf der Sekundärseite führt einen schrittweisen Spannungserhöhungsvorgang unter Verwendung der Drosselspule (9, 7) durch.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen DC-DC-Wandler, bei dem die Primärseite und die Sekundärseite durch einen Transformator isoliert sind, und insbesondere auf einen DC-DC-Wandler, der zu einer bidirektionalen Energieübertragung zwischen zwei DC-Energieversorgungen in der Lage ist.
STAND DER TECHNIK
Ein herkömmlicher bidirektionaler DC-DC-Wandler umfasst einen ersten Schalter, der zwischen einem Ende einer Primärwicklung eines Transformators und einem ersten Spannungspluspol zwischengeschaltet ist, einen zweiten Schalter, der zwischen dem einen Ende der Primärwicklung und einem ersten Spannungsminuspol zwischengeschaltet ist, einen dritten Schalter, der zwischen dem anderen Ende der Primärwicklung und dem ersten Spannungspluspol zwischengeschaltet ist, einen vierten Schalter, der zwischen dem anderen Ende der Primärwicklung und dem ersten Spannungsminuspol zwischengeschaltet ist, eine Spule, einen fünften Schalter, der zwischen einem Ende der Spule und einem zweiten Spannungspluspol zwischengeschaltet ist, einen sechsten Schalter, der zwischen dem einen Ende der Spule und einem zweiten Spannungsminuspol zwischengeschaltet ist, einen siebten Schalter, der zwischen einem Ende einer Sekundärwicklung und dem anderen Ende der Spule zwischengeschaltet ist, einen achten Schalter, der zwischen dem einen Ende der Sekundärwicklung und dem zweiten Spannungsminuspol zwischengeschaltet ist, einen neunten Schalter, der zwischen dem anderen Ende der Sekundärwicklung und dem anderen Ende der Spule zwischengeschaltet ist, und einen zehnten Schalter, der zwischen dem anderen Ende der Sekundärwicklung und dem zweiten Spannungsminuspol zwischengeschaltet ist (siehe beispielsweise Patentschrift 1).
Zusätzlich umfasst ein anderes Beispiel eines herkömmlichen bidirektionalen DC-DC-Wandlers einen Transformator, der eine an eine erste Energieversorgung angeschlossene Spannungsvollbrückenschaltung und einen an eine zweite Energieversorgung angeschlossenen Stromschaltkreis verbindet. Ein Dämpferkondensator ist an jedes Schaltgerät der Spannungsvollbrückenschaltung angeschlossen. Eine Primärwicklung des Transformators, eine Resonanzdrosselspule und ein Resonanzkondensator sind in Reihe geschaltet. Eine Spannungsklemmschaltung, die sich aus einem Schaltgerät und einem Klemmkondensator zusammensetzt, ist an den Stromschaltkreis angeschlossen (siehe beispielsweise Patentschrift 2).
ANFÜHRUNGSLISTE
PATENTSCHRIFT

Patentschrift 1: japanische Patentveröffentlichung mit der Offenlegungsnummer 2009-177940
Patentschrift 2: japanische Patentveröffentlichung mit der Offenlegungsnummer 2009-55747

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Bei dem wie in der obigen Patentschrift 1 gezeigten bidirektionalen DC/DC-Wandler sind Schaltkreise auf beiden Seiten des Transformators vorgesehen, und eine Spannungserhöhungsschaltung ist separat auf der anschließenden Stufe des sekundärseitigen Schaltkreises vorgesehen. Dann führt für den Spannungsbereich, der durch die primärseitige Spannung, die sekundärseitige Spannung und das Wicklungsverhältnis des Transformators nicht eingestellt werden kann, die Spannungserhöhungsschaltung einen Spannungserhöhungsvorgang durch, um die Spannung an eine Zielspannung anzupassen. Deshalb besteht insofern ein Problem, als die Anzahl an Komponenten zunimmt und ein Verlust wegen der Spannungserhöhungsschaltung zunimmt.
Zusätzlich wird in der obigen Patentschrift 2 ein Schaltverlust durch eine Steuerung unter Verwendung einer Nullspannungsumschaltung reduziert. Jedoch besteht insofern ein Problem, als, wenn die Energieübertragungsrichtung umgekehrt wird, eine Nullspannungsumschaltung nicht erfolgen kann, so dass ein Schaltverlust zunimmt.
Da darüber hinaus in den Patentschriften 1 und 2 die Primärseite und die Sekundärseite unterschiedliche Auslegungen haben, ist es unmöglich, die Steuerung einfach umzukehren, wenn die Energieübertragungsrichtung umgekehrt wird, und eine Ausgangsspannung nimmt aufgrund einer Zeitverzögerung bis zur Steuerumschaltung übermäßig zu oder ab. Somit ist es schwierig, einen stabilen Ausgang zu erzielen.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorstehenden Probleme zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen DC/DC-Wandler bereitzustellen, der mit einem einfachen Schaltungsaufbau eine bidirektionale Energieübertragung in einem weiten Spannungsbereich und auch eine Bewerkstelligung einer Verlustsenkung ermöglicht, ohne eine Spannungserhöhungsschaltung separat vorzusehen. Ferner besteht ein anderes Ziel darin, es möglich zu machen, eine Steuerung so durchzuführen, dass sie eine Veränderung bei der Energieübertragungsrichtung oder einen abrupten Lastwechsel geschwind nachvollzieht, wodurch ein stabiler Ausgang erzielt wird.
LÖSUNG FÜR DIE PROBLEME
Ein DC/DC-Wandler nach der vorliegenden Erfindung führt eine bidirektionale Energieübertragung zwischen einer ersten DC-Energieversorgung und einer zweiten DC-Energieversorgung durch. Der DC/DC-Wandler umfasst: einen Transformator; einen ersten Wandlerabschnitt zum Umwandeln von Energie zwischen DC und AC, wobei der erste Wandlerabschnitt mehrere Halbleiterschaltgeräte besitzt und zwischen der ersten DC-Energieversorgung und einer ersten Wicklung des Transformators angeschlossen ist; einen zweiten Wandlerabschnitt zum Umwandeln von Energie zwischen DC und AC, wobei der zweite Wandlerabschnitt mehrere Halbleiterschaltgeräte besitzt und zwischen der zweiten DC-Energieversorgung und einer zweiten Wicklung des Transformators angeschlossen ist; und eine Steuerschaltung zum Steuern jedes Halbleiterschaltgeräts im ersten und zweiten Wandlerabschnitt. Der erste und zweite Wandlerabschnitt besitzen jeweils parallel an die Halbleiterschaltgeräte angeschlossene Kondensatoren und eine erste und zweite Drosselspule, die an AC-Eingangs-/Ausgangsleitungen angeschlossen sind. Auf eine Energieübertragung von der ersten DC-Energieversorgung zur zweiten DC-Energieversorgung hin steuert die Steuerschaltung jedes Halbleiterschaltgerät im ersten Wandlerabschnitt so, dass es eine Nullspannungsumschaltung unter Verwendung der ersten Drosselspule durchführt. Auf eine Energieübertragung von der zweiten DC-Energieversorgung zur ersten DC-Energieversorgung hin steuert die Steuerschaltung jedes Halbleiterschaltgerät im zweiten Wandlerabschnitt so, dass es eine Nullspannungsumschaltung unter Verwendung der zweiten Drosselspule durchführt.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Gemäß dem vorstehenden DC/DC-Wandler wird es möglich, eine bidirektionale Energieübertragung in einem weiten Spannungsbereich mit einem einfachen Schaltungsaufbau durchzuführen. Zusätzlich wird es möglich, eine Nullspannungsumschaltung ungeachtet der Energieübertragungsrichtung durchzuführen und einen Verlust dank einer gesenkten Anzahl an Komponenten zu reduzieren.
Da darüber hinaus der Schaltungsaufbau im Hinblick auf den Transformator symmetrisch ist, wird es möglich, eine bidirektionale Energieübertragung durch eine einfache Steuerung durchzuführen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schaltungsaufbauschema einer Batterielade-/-entladevorrichtung nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Steuerblockschema beim Laden der Batterielade-/-entladevorrichtung nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Ansteuersignalwellenformschema der Batterielade-/-entladevorrichtung nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Schema zur Erläuterung eines Ladevorgangs der Batterielade-/-entladevorrichtung nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Schema zur Erläuterung eines Ladevorgangs der Batterielade-/-entladevorrichtung nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Schema zur Erläuterung eines Ladevorgangs der Batterielade-/-entladevorrichtung nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Schema zur Erläuterung eines Ladevorgangs der Batterielade-/-entladevorrichtung nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein Schema zur Erläuterung eines Ladevorgangs der Batterielade-/-entladevorrichtung nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein Schema zur Erläuterung eines Ladevorgangs der Batterielade-/-entladevorrichtung nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
10 ist ein Steuerblockschema beim Entladen der Batterielade-/-entladevorrichtung nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
11 ist ein Schema zur Erläuterung eines Entladevorgangs der Batterielade-/-entladevorrichtung nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
12 ist ein Schema, welches das Verhältnis zwischen Diagonaleinschaltzeiten von Ansteuersignalen für zwei Schaltkreise nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
13 ist ein Ansteuersignalwellenformschema beim Laden der Batterielade-/-entladevorrichtung nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
14 ist ein Ansteuersignalwellenformschema beim Entladen der Batterielade-/-entladevorrichtung nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
15 ist ein Steuerblockschema in einem anderen Beispiel beim Entladen der Batterielade-/-entladevorrichtung nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
16 ist ein Ansteuersignalwellenformschema beim Laden einer Batterielade-/-entladevorrichtung nach Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
17 ist ein Schema zur Erläuterung eines Ladevorgangs der Batterielade-/-entladevorrichtung nach Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
18 ist ein Schema zur Erläuterung eines Ladevorgangs der Batterielade-/-entladevorrichtung nach Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
19 ist ein Schaltungsaufbauschema einer DC-Energieversorgungslade-/-entladevorrichtung nach Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
20 ist ein Steuerblockschema der DC-Energieversorgungslade-/-entladevorrichtung nach Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsform 1
Nachstehend wird Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 ist ein Schema, das den Schaltungsaufbau einer Batterielade-/-entladevorrichtung als DC/DC-Wandler nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt ist, führt die Batterielade-/-entladevorrichtung eine bidirektionale Energieübertragung zwischen einer DC-Energieversorgung 1 als erster DC-Energieversorgung und einer Batterie 2 als zweite DC-Energieversorgung durch, wodurch ein Laden und Entladen der Batterie erfolgt.
Die Batterielade-/-entladevorrichtung umfasst eine DC/DC-Wandlerschaltung 100 als Hautschaltung und eine Steuerschaltung 15. Die DC/DC-Wandlerschaltung 100 umfasst einen ersten Glättungskondensator 3, der mit der DC-Energieversorgung 1 parallelgeschaltet ist, einen ersten Schaltkreis 4 als ersten Wandlerabschnitt, einen Hochfrequenztransformator 8 als isolierten Transformator, einen zweiten Schaltkreis 10 als zweiten Wandlerabschnitt, und einen zweiten Glättungskondensator 11, der mit der Batterie 2 parallelgeschaltet ist.
Der erste Schaltkreis 4 ist eine Vollbrückenschaltung mit mehreren Halbleiterschaltgeräten 5a bis 5d, die aus IGBT, MOSFET o. dgl. bestehen, mit denen jeweils Dioden antiparallelgeschaltet sind. Die DC-Seite des ersten Schaltkreises 4 ist an den ersten Glättungskondensator 3 angeschlossen, und die AC-Seite ist an eine erste Wicklung 8a des Hochfrequenztransformators 8 angeschlossen, so dass eine bidirektionale Energieübertragung zwischen DC und AC erfolgt. Zusätzlich ist der erste Schaltkreis 4 ein Nullspannungsschaltkreis, der in der Lage ist, zu bewirken, dass die Spannung beider Enden jedes der Halbleiterschaltgeräte 5a bis 5d bei deren Umschaltung fast Null beträgt, und Kondensatoren 6a bis 6d sind jeweils mit den Halbleiterschaltgeräten 5a bis 5d parallelgeschaltet. Zusätzlich ist auf eine AC-Eingangs-/Ausgangsleitung zwischen den Halbleiterschaltgeräten 5a bis 5d und dem Hochfrequenztransformator 8 eine erste Drosselspule 7 aufgeschaltet, und die erste Drosselspule 7 und die erste Wicklung 8a sind in Reihe geschaltet.
Der zweite Schaltkreis 10 ist eine Vollbrückenschaltung mit mehreren Halbleiterschaltgeräten 12a bis 12d, die aus IGBT, MOSFET o. dgl. bestehen, mit denen jeweils Dioden antiparallelgeschaltet sind. Die DC-Seite des zweiten Schaltkreises 10 ist an den zweiten Glättungskondensator 11 angeschlossen, und die AC-Seite ist an eine zweite Wicklung 8b des Hochfrequenztransformators 8 angeschlossen, so dass eine bidirektionale Energieübertragung zwischen DC und AC erfolgt. Zusätzlich ist der zweite Schaltkreis 10 ein Nullspannungsschaltkreis, der in der Lage ist, zu bewirken, dass die Spannung beider Enden jedes der Halbleiterschaltgeräte 12a bis 12d bei deren Umschaltung fast Null beträgt, und Kondensatoren 13a bis 13d sind jeweils mit den Halbleiterschaltgeräten 12a bis 12d parallelgeschaltet. Zusätzlich ist auf eine AC-Eingangs-/Ausgangsleitung zwischen den Halbleiterschaltgeräten 12a bis 12d und dem Hochfrequenztransformator 8 eine zweite Drosselspule 9 aufgeschaltet, und die zweite Drosselspule 9 und die zweite Wicklung 8b sind in Reihe geschaltet.
Zusätzlich ist zwischen dem zweiten Glättungskondensator 11 und der Batterie 2 ein Stromsensor 14 zum Erfassen eines Ladestroms i (ein Pfeil gibt die Plusrichtung an) der Batterie 2 vorgesehen, und der abgefühlte Ausgang wird in die Steuerschaltung 15 eingegeben. Darüber hinaus ist ein Spannungssensor 16 zum Erfassen einer Spannung v des ersten Glättungskondensators 3 vorgesehen, und der abgefühlte Ausgang wird in die Steuerschaltung 15 eingegeben. Auf Grundlage der eingegebenen Werte des Stroms i und der Spannung v erzeugt die Steuerschaltung 15 Ansteuersignale G-5 und G-12 zum Durchführen einer Umschaltsteuerung der Halbleiterschaltgeräte 5a bis 5d und 12a bis 12d des ersten und zweiten Schaltkreises 4 und 10, wodurch eine Antriebssteuerung des ersten und zweiten Schaltkreises 4 und 10 erfolgt.
Als Nächstes wird nachstehend ein Betrieb der Batterielade-/-entladevorrichtung beschrieben.
2 ist ein Steuerblockschema in dem Fall, dass Energie von der DC-Energieversorgung 1 zur Batterie 2 übertragen, d. h. die Batterie 2 geladen wird. Der Ladestrom i, der ein Ausgangsstrom der DC/DC-Wandlerschaltung 100 ist, wird durch den Stromsensor 14 erfasst und dann in die Steuerschaltung 15 eingegeben. Wie in 2 gezeigt ist, vergleicht die Steuerschaltung 15 den eingegebenen Ladestrom i mit einem Ladestrombefehlswert i* und koppelt die Differenz zurück, wodurch die Ausgangseinschaltung des ersten Schaltkreises 4 und des zweiten Schaltkreises 10 bestimmt wird und die Ansteuersignale G-5 und G-12 für die Halbleiterschaltgeräte 5a bis 5d und 12a bis 12d bestimmt werden.
Zusätzlich handelt es sich bei einer Spannung des ersten Glättungskondensators 3, der mit der DC-Energieversorgung 1 parallelgeschaltet ist, um dieselbe DC-Spannung wie diejenige der DC-Energieversorgung 1.
3 zeigt Wellenformen der Ansteuersignale G-5 (G-5a–G-5d) und G12 (G-12a–G-12d) für die Halbleiterschaltgeräte 5a bis 5d und 12a bis 12d des ersten Schaltkreises 4 und des zweiten Schaltkreises 10. Wie in 3 gezeigt ist, stimmt die Phase des Ansteuersignals für das Halbleiterschaltgerät 5a im ersten Schaltkreis 4 mit der Phase des Ansteuersignals für das Halbleiterschaltgerät 12d im zweiten Schaltkreis 10 überein. In diesem Fall handelt es sich bei dem Halbleiterschaltgerät 5a um eine erste Referenzvorrichtung und bei dem Halbleiterschaltgerät 12d um eine zweite Referenzvorrichtung.
Zusätzlich ist ein Zeitraum, in dem das im Hinblick auf das Halbleiterschaltgerät 5a (erste Referenzvorrichtung) diagonal angeordnete Halbleiterschaltgerät 5d gleichzeitig mit dem Halbleiterschaltgerät 5a eingeschaltet ist, auf eine erste Diagonaleinschaltzeit t1 eingestellt, und ein Zeitraum, in dem das im Hinblick auf das Halbleiterschaltgerät 12d (zweite Referenzvorrichtung) diagonal angeordnete Halbleiterschaltgerät 12a gleichzeitig mit dem Halbleiterschaltgerät 12d eingeschaltet ist, ist auf eine zweite Diagonaleinschaltzeit t2 eingestellt. Der Zyklus ist auf T eingestellt.
Hier wird der Zustand, in dem zwei oder mehr Halbleiterschaltgeräte allesamt eingeschaltet sind, als „gleichzeitig eingeschaltet” bezeichnet.
Wellenformen der Ansteuersignale G-5a und G-5d für die Halbleiterschaltgerät 5a und 5b haben dieselbe Einschaltzeitbreite und haben Phasen, die um 180 Grad voneinander invertiert sind. Ähnlich haben Wellenformen der Ansteuersignale G-5c und G-5d dieselbe Einschaltzeitbreite und haben Phasen, die um 180 Grad voneinander invertiert sind. Selbiges trifft auf die Ansteuersignale G-12a und G-12b und die Ansteuersignale G-12c und G-12d zu. Die Halbleiterschaltgeräte 5a, 5c, 12a und 12c auf der positiven Seite (Hochspannungsseite) und die Halbleiterschaltgeräte 5b, 5d, 12b und 12d auf der negativen Seite (Niederspannungsseite), welche Brückenschaltungen des ersten und zweiten Schaltkreises 4 und 10 bilden, bei denen es sich um Vollbrückenschaltungen mit jeweils zwei Brückenschaltungen handelt, werden jeweils mit einem Einschaltzeitverhältnis von 50% gesteuert. Es ist anzumerken, dass es sich bei dem Einschaltzeitverhältnis von 50% um einen Wert in dem Fall handelt, in dem eine Kurzschlussverhinderungszeit ignoriert wird, die eingestellt ist, um zu verhindern, dass das positivseitige Halbleiterschaltgerät und das negativseitige Halbleiterschaltgerät gleichzeitig eingeschaltet werden. Tatsächlich wird, nachdem die eingestellte Kurzschlussverhinderungszeit verstrichen war, weil eines ausgeschaltet war, das andere eingeschaltet. Damit die Halbleiterschaltgeräte 5a bis 5d und 12a bis 12d eine Nullspannungsumschaltung vollziehen, ist der Aufbau so ausgelegt, dass während der Kurzschlussverhinderungszeit Spannungen der jeweils mit den Halbleiterschaltgeräten 5a bis 5d und 12a bis 12d parallelgeschalteten Kondensatoren 6a bis 6d und 13a bis 13d auf Spannungen des ersten und zweiten Glättungskondensators 3 und 11 ansteigen oder auf den Nullspannungsnahbereich absinken.
In dem Fall, in dem die Spannung der DC-Energieversorgung 1 auf V1 eingestellt ist, gibt der erste Schaltkreis 4 einen positiven Impuls mit der Spannung V1 während des Zeitraums (der ersten Diagonaleinschaltzeit) t1 aus, in dem die Halbleiterschaltgeräte 5a und 5d gleichzeitig eingeschaltet sind, und einen negativen Impuls mit einer Spannung (–V1) während eines Zeitraums t1a aus, in dem die Halbleiterschaltgeräte 5b und 5c gleichzeitig eingeschaltet sind, um jeden Impuls an die erste Wicklung 8a des Hochfrequenztransformators 8 anzulegen. In dem Fall, in dem das Wicklungsverhältnis der ersten Wicklung 8a und der zweiten Wicklung 8b des Hochfrequenztransformators 8 auf N1:N2 eingestellt ist, wird dabei eine Spannung (±V1) × N2/N1 an die zweite Wicklung 8b des Hochfrequenztransformators 8 angelegt.
Auf Grundlage von 3 und 4 bis 9 wird nachstehend ein Betrieb der DC/DC-Wandlerschaltung 100 in einem Zyklus beschrieben. Anzumerken ist, dass davon ausgegangen wird, dass die Spannung der Batterie 2 höher ist als die an der zweiten Wicklung 8b erzeugte Spannung.
Zu einem Zeitpunkt a1 wird im ersten Schaltkreis 4 das Halbleiterschaltgerät 5a eingeschaltet und das Halbleiterschaltgerät 5c ausgeschaltet. Dann wird das Halbleiterschaltgerät 5d eingeschaltet, wodurch die Halbleiterschaltgeräte 5a und 5d gleichzeitig eingeschaltet sind. Dann fließt Strom durch eine Strecke, die durch den ersten Glättungskondensator 3, das Halbleiterschaltgerät 5a, die erste Drosselspule 7, die erste Wicklung 8a, das Halbleiterschaltgerät 5d und dann den ersten Glättungskondensator 3 verläuft. Somit wird eine positive Spannung an die erste Wicklung 8a des Hochfrequenztransformators 8 angelegt, wodurch eine positive Spannung an der zweiten Wicklung 8b erzeugt wird. Zusätzlich erfolgt eine Umschaltung der Halbleiterschaltgeräte 5c und 5d in dem Zustand, in dem das Halbleiterschaltgerät 5a eingeschaltet ist und die mit den Halbleiterschaltgeräten 5c und 5d parallelgeschalteten Kondensatoren 6c und 6d geladen oder entladen werden, wodurch die Halbleiterschaltgeräte 5c und 5d eine Nullspannungsumschaltung durchführen.
Zusätzlich sind im zweiten Schaltkreis 10 die Halbleiterschaltgeräte 12b und 12d gleichzeitig eingeschaltet, so dass Strom durch eine Strecke fließt, die durch die zweite Wicklung 8b, die zweite Drosselspule 9, das Halbleiterschaltgerät 12b, das Halbleiterschaltgerät 12d und dann durch die zweite Wicklung 8b verläuft, wodurch die zweite Drosselspule 9 angeregt wird (4).
Zu einem Zeitpunkt a2 wird im zweiten Schaltkreis 10 das Halbleiterschaltgerät 12b ausgeschaltet und dann das Halbleiterschaltgerät 12a eingeschaltet, so dass Strom durch eine Strecke fließt, die durch die zweite Wicklung 8b, die zweite Drosselspule 9, das Halbleiterschaltgerät 12a, den zweiten Glättungskondensator 11, das Halbleiterschaltgerät 12d und dann durch die zweite Wicklung 8b verläuft, wodurch Anregungsenergie der zweiten Drosselspule 9 dem zweiten Glättungskondensator 11 zugeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt eine Umschaltung der Halbleiterschaltgeräte 12a und 12b in dem Zustand, in dem das Halbleiterschaltgerät 12d eingeschaltet ist und die Halbleiterschaltgeräte 12a und 12b durch die Wirkung der jeweiligen mit ihnen parallelgeschalteten Kondensatoren 13a und 13b (5) eine Nullspannungsumschaltung durchführen. Anzumerken ist, dass, da eine Verbindung zum zweiten Glättungskondensator 11 durch die antiparallele Diode des Halbleiterschaltgeräts 12a hergestellt ist, eine Gleichrichtung selbst dann erfolgen kann, wenn das Halbleiterschaltgerät 12a nicht eingeschaltet ist.
Zu einem Zeitpunkt a3 werden im ersten und zweiten Schaltkreis 4 und 10 die Halbleiterschaltgeräte 5a und 12d mit derselben zeitlichen Abstimmung ausgeschaltet, und dann werden die Halbleiterschaltgeräte 5b und 12c mit derselben zeitlichen Abstimmung eingeschaltet. Im ersten Schaltkreis 4 zirkuliert auf der Seite der ersten Wicklung 8a des Hochfrequenztransformators 8 Strom durch eine Strecke, die durch die erste Drosselspule 7, die erste Wicklung 8a, das Halbleiterschaltgerät 5d, das Halbleiterschaltgerät 5b und dann durch die erste Drosselspule 7 verläuft, so dass keine Spannung an die erste Wicklung 8a angelegt wird. Im Ergebnis zirkuliert im zweiten Schaltkreis 10 auf der Seite der zweiten Wicklung 8b Strom, der in die zweite Drosselspule 9 fließt, so dass er auch in die zweite Wicklung 8b fließt, und zwar durch eine Strecke, die durch die zweite Drosselspule 9, das Halbleiterschaltgerät 12a, das Halbleiterschaltgerät 12c, die zweite Wicklung 8b und dann durch die zweite Drosselspule 9 verläuft. Zusätzlich erfolgt zu diesem Zeitpunkt im ersten Schaltkreis 4 eine Umschaltung der Halbleiterschaltgeräte 5a und 5b in einem Zustand, in dem das Halbleiterschaltgerät 5d eingeschaltet ist und die Halbleiterschaltgeräte 5a und 5b durch die Wirkung der jeweiligen mit ihnen parallelgeschalteten Kondensatoren 6a und 6b (6) eine Nullspannungsumschaltung durchführen.
Zu einem Zeitpunkt a4 wird im ersten Schaltkreis 4 das Halbleiterschaltgerät 5d ausgeschaltet und dann das Halbleiterschaltgerät 5c eingeschaltet, wodurch die Halbleiterschaltgeräte 5b und 5c gleichzeitig eingeschaltet werden. Dann fließt Strom durch eine Strecke, die durch den ersten Glättungskondensator 3, das Halbleiterschaltgerät 5c, die erste Wicklung 8a, die erste Drosselspule 7, das Halbleiterschaltgerät 5b und dann durch den ersten Glättungskondensator 3 verläuft. Im Ergebnis wird eine negative Spannung an die erste Wicklung 8a des Hochfrequenztransformators 8 angelegt und eine negative Spannung an der zweiten Wicklung 8b erzeugt. Zusätzlich erfolgt eine Umschaltung der Halbleiterschaltgeräte 5c und 5d in dem Zustand, in dem das Halbleiterschaltgerät 5b eingeschaltet ist und die Halbleiterschaltgeräte 5c und 5d durch die Wirkung der jeweiligen mit ihnen parallelgeschalteten Kondensatoren 6c und 6d eine Nullspannungsumschaltung durchführen.
Zusätzlich werden im zweiten Schaltkreis 10 die Halbleiterschaltgeräte 12a und 12c gleichzeitig eingeschaltet, und Strom fließt durch eine Strecke, die durch die zweite Wicklung 8b, das Halbleiterschaltgerät 12c, das Halbleiterschaltgerät 12a, die zweite Drosselspule 9 und dann durch die zweite Wicklung 8b verläuft, wodurch die zweite Drosselspule 9 mit einer entgegengesetzten Polarität angeregt wird (7).
Zu einem Zeitpunkt a5 wird im zweiten Schaltkreis 10 das Halbleiterschaltgerät 12a ausgeschaltet und dann das Halbleiterschaltgerät 12b eingeschaltet, so dass Strom durch eine Strecke fließt, die durch die zweite Wicklung 8b, das Halbleiterschaltgerät 12c, den zweiten Glättungskondensator 11, das Halbleiterschaltgerät 12b, die zweite Drosselspule 9 und dann durch die zweite Wicklung 8b verläuft, wodurch Anregungsenergie der zweiten Drosselspule 9 dem zweiten Glättungskondensator 11 zugeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt eine Umschaltung der Halbleiterschaltgeräte 12a und 12b in dem Zustand, in dem das Halbleiterschaltgerät 12c eingeschaltet ist und die Halbleiterschaltgeräte 12a und 12b durch die Wirkung der jeweiligen mit ihnen parallelgeschalteten Kondensatoren 13a und 13b (8) eine Nullspannungsumschaltung durchführen. Anzumerken ist, dass, da eine Verbindung zum zweiten Glättungskondensator 11 durch die antiparallele Diode des Halbleiterschaltgeräts 12b hergestellt ist, eine Gleichrichtung selbst dann erfolgen kann, wenn das Halbleiterschaltgerät 12b nicht eingeschaltet ist.
Zu einem Zeitpunkt a6 (= a0) werden im ersten und zweiten Schaltkreis 4 und 10, die Halbleiterschaltgeräte 5b und 12c mit derselben zeitlichen Abstimmung ausgeschaltet und dann die Halbleiterschaltgeräte 5a und 12d mit derselben zeitlichen Abstimmung eingeschaltet. Im ersten Schaltkreis 4 zirkuliert auf der Seite der ersten Wicklung 8a des Hochfrequenztransformators 8 Strom durch eine Strecke, die durch die erste Drosselspule 7, das Halbleiterschaltgerät 5a, das Halbleiterschaltgerät 5c, die erste Wicklung 8a und dann durch die erste Drosselspule 7 verläuft, so dass keine Spannung an die erste Wicklung 8a angelegt wird. Im Ergebnis zirkuliert im zweiten Schaltkreis 10 auf der Seite der zweiten Wicklung 8b Strom, der in der zweiten Drosselspule 9 fließt, so, dass er auch in die zweite Wicklung 8b fließt, und zwar durch eine Strecke, die durch die zweite Drosselspule 9, die zweite Wicklung 8b, das Halbleiterschaltgerät 12d, das Halbleiterschaltgerät 12b und dann durch die zweite Drosselspule 9 verläuft. Zusätzlich erfolgt zu diesem Zeitpunkt im ersten Schaltkreis 4 eine Umschaltung der Halbleiterschaltgeräte 5a und 5b in dem Zustand, in dem das Halbleiterschaltgerät 5c eingeschaltet ist und die Halbleiterschaltgeräte 5a und 5b durch die Wirkung der jeweiligen mit ihnen parallelgeschalteten Kondensatoren 6a und 6b (9) eine Nullspannungsumschaltung durchführen.
Danach kehrt die Steuerung zur Zeit a1 (= a7) zurück.
Indem eine solche Reihe von Steuerungen (a1 bis a6) wiederholt wird, wird an der zweiten Wicklung 8b des Hochfrequenztransformators 8 erzeugte Spannung schrittweise erhöht, um der Batterie 2 Energie zuzuführen. In diesem Fall wird im zweiten Schaltkreis 10 ein Zeitraum, in dem die zweite Drosselspule 9 angeregt wird, in den Zeiträumen (t1 und t1a) vorgesehen, in denen Spannung an den Hochfrequenztransformator 8 angelegt wird, d. h., es wird ein Spannungserhöhungsvorgang unter Verwendung der zweiten Drosselspule 9 als Spannungserhöhungsdrossel durchgeführt.
Zusätzlich handelt es sich bei sämtlichen Umschaltvorgängen der Halbleiterschaltgeräte 5a bis 5d im ersten Schaltkreis 4 auf der Primärseite des Hochfrequenztransformators 8 um eine Nullspannungsumschaltung durch die Wirkung der Kondensatoren 6a bis 6d und der ersten Drosselspule 7. Anzumerken ist, dass es sich bei einigen Umschaltvorgängen im zweiten Schaltkreis 10 auf der Sekundärseite um eine Nullspannungsumschaltung handelt.
Als Nächstes wird der Fall beschrieben, Energie von der Batterie 2 zur DC-Energieversorgung 1 zu übertragen.
10 ist ein Steuerblockschema in dem Fall, dass Energie von der Batterie 2 zur DC-Energieversorgung 1 übertragen, d. h. die Batterie 2 entladen wird. In diesem Fall führt die DC/DC-Wandlerschaltung 100 eine Abgabe an die DC-Energieversorgung 1 durch, und bei einer Spannung v des ersten Glättungskondensators 3 handelt es sich um Ausgangsspannung. Die Ausgangsspannung v wird durch den Spannungssensor 16 erfasst und dann in die Steuerschaltung 15 eingegeben. Wie in 10 gezeigt ist, vergleicht die Steuerschaltung 15 die eingegebenen Ausgangsspannung v mit einem Ausgangsspannungsbefehlswert v* und koppelt die Differenz zurück, wodurch die Ausgangseinschaltung des ersten Schaltkreises 4 und des zweiten Schaltkreises 10 bestimmt wird und die Ansteuersignale G-5 und G-12 für die Halbleiterschaltgeräte 5a bis 5d und 12a bis 12d bestimmt werden.
In dem Fall, in dem Energie von der Batterie 2 zugeführt wird, ist die Vorgangsrichtung entgegengesetzt zu derjenigen in dem Fall, in dem Energie von der DC-Energieversorgung 1 zugeführt wird, und deshalb handelt es sich bei der Spannung des mit der Batterie 2 parallelgeschalteten zweiten Glättungskondensators 11 um dieselbe DC-Spannung wie diejenige der Batterie 2.
Wenn, wie in 11 gezeigt, im zweiten Schaltkreis 10 die Halbleiterschaltgeräte 12a und 12d gleichzeitig eingeschaltet werden, fließt Strom durch eine Strecke, die durch den zweiten Glättungskondensator 11, das Halbleiterschaltgerät 12a, die zweite Drosselspule 9, die zweite Wicklung 8b, das Halbleiterschaltgerät 12d und dann durch den zweiten Glättungskondensator 11 verläuft. Im Ergebnis wird positive Spannung an die zweite Wicklung 8b des Hochfrequenztransformators 8 angelegt und positive Spannung an der ersten Wicklung 8a erzeugt.
Zusätzlich werden im ersten Schaltkreis 4 die Halbleiterschaltgeräte 5b und 5d gleichzeitig eingeschaltet, so dass Strom durch eine Strecke fließt, die durch die erste Wicklung 8a, die erste Drosselspule 7, das Halbleiterschaltgerät 5b, das Halbleiterschaltgerät 5d und dann durch die erste Wicklung 8a verläuft, wodurch die erste Drosselspule 7 angeregt wird.
In dem in 11 gezeigten Zustand, sind der erste und zweite Schaltkreis 4 und 10 im Vergleich zu dem Zustand zueinander umgekehrt, der in 4 gezeigt ist, wo Energie von der DC-Energieversorgung 1 zur Batterie 2 übertragen wird. Die DC/DC-Wandlerschaltung 100 ist so aufgebaut, dass der erste und zweite Schaltkreis 4 und 10, die den Hochfrequenztransformator 8 sandwichartig zwischen sich einschließen, im Hinblick auf den Transformator 8 symmetrisch sind. Deshalb wird in dem Fall, in dem Energie von der Batterie 2 zur DC-Energieversorgung 1 übertragen wird, eine Steuerung unter Verwendung der Ansteuersignale G-5 und G-12 für den ersten und zweiten Schaltkreis 4 und 10 in einem Muster durchgeführt, das zu dem Fall entgegengesetzt ist, in dem Energie von der DC-Energieversorgung 1 zur Batterie 2 übertragen wird, wodurch eine Energieübertragung auf dieselbe Weise erfolgen kann. Anzumerken ist, dass eine Steuerung unter Verwendung der Ansteuersignale G-5 und G-12 in einem entgegengesetzten Muster bedeutet, dass die Entsprechungsverhältnisse zwischen den Halbleiterschaltgeräten bestimmt sind, wie des Halbleitschaltgeräts 12d, das dem Halbleiterschaltgerät 5a entspricht, des Halbleitschaltgeräts 12c, das dem Halbleiterschaltgerät 5b entspricht, des Halbleitschaltgeräts 12b, das dem Halbleiterschaltgerät 5c entspricht, und des Halbleitschaltgeräts 12a, das dem Halbleiterschaltgerät 5d entspricht, und das Umschaltungssteuerungsmuster zwischen den einander entsprechenden Halbleiterschaltgeräten umgekehrt ist. Dann wird eine an der ersten Wicklung 8a des Hochfrequenztransformators 8 erzeugte Spannung schrittweise erhöht, um der DC-Energieversorgung 1 Energie zuzuführen.
In diesem Fall ist im ersten Schaltkreis 4 ein Zeitraum, in dem die erste Drosselspule 7 angeregt wird, in einem Zeitraum vorgesehen, in dem Spannung an den Hochfrequenztransformator 8 angelegt wird, d. h., es wird ein Spannungserhöhungsvorgang unter Verwendung der ersten Drosselspule 7 als Spannungserhöhungsdrossel durchgeführt.
Zusätzlich handelt es sich bei sämtlichen Umschaltvorgängen der Halbleiterschaltgeräte 12a bis 12d im zweiten Schaltkreis 10 auf der Primärseite des Hochfrequenztransformators 8 um eine Nullspannungsumschaltung durch die Wirkung der Kondensatoren 13a bis 13d und der zweiten Drosselspule 9. Anzumerken ist, dass es sich bei einigen Umschaltvorgängen im ersten Schaltkreis 4 auf der Sekundärseite um eine Nullspannungsumschaltung handelt.
Als Nächstes werden nachstehend die erste Diagonaleinschaltzeit t1, in der das Halbleiterschaltgerät 5a (die erste Referenzvorrichtung) und das Halbleiterschaltgerät 5d gleichzeitig eingeschaltet sind, und die zweite Diagonaleinschaltzeit t2 beschrieben, in der das Halbleiterschaltgerät 12d (die zweite Referenzvorrichtung) und das Halbleiterschaltgerät 12a gleichzeitig eingeschaltet sind.
Bei der Steuerung zum Laden der Batterie 2 aus der DC-Energieversorgung 1 handelt es sich bei einem Zeitraum, in dem Energie von der ersten Wicklung 8a zur zweiten Wicklung 8b des Hochfrequenztransformators 8 übertragen und Spannung an der zweiten Wicklung 8b erzeugt wird, um den Zeitraum (die erste Diagonaleinschaltzeit t1), in dem die Halbleiterschaltgeräte 5a und 5d gleichzeitig eingeschaltet sind, und den Zeitraum (t1a), in dem die Halbleiterschaltgeräte 5b und 5c gleichzeitig eingeschaltet sind. Wenn dieser Zeitraum soweit wie möglich ausgedehnt wird, kann ein den Zirkulationszeiträumen im ersten Schaltkreis 4 und zweiten Schaltkreis 10 entsprechender Verlust reduziert werden.
Deshalb wird bei der Steuerung zum Übertragen von Energie von der DC-Energieversorgung 1 zur Batterie 2 die erste Diagonaleinschaltzeit t1 so angesetzt, dass der Zeitraum maximiert wird, in dem Spannung an die erste Wicklung 8a des Hochfrequenztransformators 8 angelegt wird. Das heißt, die erste Diagonaleinschaltzeit t1 wird auf eine Höchsteinschaltzeit tmax eingestellt. Die Höchsteinschaltzeit tmax wird auf Grundlage einer Zeit eingestellt, die jedes der Halbleiterschaltgeräte 5a bis 5d des ersten Schaltkreises 4 braucht, um eine Nullspannungsumschaltung durchzuführen. Es ist anzumerken, dass der Zeitraum (t1a), in dem die Halbleiterschaltgeräte 5b und 5c gleichzeitig eingeschaltet sind, gleich der ersten Diagonaleinschaltzeit t1 ist, und deshalb wird auch dieser Zeitraum auf die Höchsteinschaltzeit tmax eingestellt.
Andererseits wird bei der Steuerung zum Übertragen von Energie von der Batterie 2 zur DC-Energieversorgung 1 die zweite Diagonaleinschaltzeit t2, in der die Halbleiterschaltgeräte 12a und 12d gleichzeitig eingeschaltet sind, so angesetzt, dass der Zeitraum maximiert wird, in dem Spannung an die zweite Wicklung 8b des Hochfrequenztransformators 8 angelegt wird. Das heißt, die zweite Diagonaleinschaltzeit t2 wird auf die Höchsteinschaltzeit tmax eingestellt. Dabei wird auch der Zeitraum (t2a), in dem die Halbleiterschaltgeräte 12b und 12c gleichzeitig eingeschaltet sind, auf die Höchsteinschaltzeit tmax eingestellt.
Die Steuerschaltung 15 erzeugt die Ansteuersignal G-5 und G-12 für die Halbleiterschaltgeräte 5a bis 5d und 12a bis 12d so, dass die erste Diagonaleinschaltzeit t1 und die zweite Diagonaleinschaltzeit t2 ein vorbestimmtes Verhältnis erfüllen 12 ist ein Schema, welches das Verhältnis zwischen der ersten Diagonaleinschaltzeit t1 und der zweiten Diagonaleinschaltzeit t2 zeigt. In 12 ist die erste Diagonaleinschaltzeit t1 durch eine durchgezogene Linie angegeben, und die zweite Diagonaleinschaltzeit t2 ist durch eine Strichlinie angegeben. Bei „A” in 12 handelt es sich um einen Referenzpunkt A, an dem die zwischen der DC-Energieversorgung 1 und der Batterie 2 übertragene Energie beispielsweise 0 beträgt. Auf der rechten Seite vom Referenzpunkt A ist eine Energieübertragung von der DC-Energieversorgung 1 zur Batterie 2 gezeigt, und auf der Linken Seite vom Referenzpunkt A ist eine Energieübertragung von der Batterie 2 zur DC-Energieversorgung 1 gezeigt. Auch handelt es sich bei dem Referenzpunkt A um einen Punkt, an dem sowohl die erste Diagonaleinschaltzeit t1 als auch die zweite Diagonaleinschaltzeit t2 zur Höchsteinschaltzeit tmax werden. Wie in 12 gezeigt ist, verändert die Steuerschaltung 15 die erste Diagonaleinschaltzeit t1 und die zweite Diagonaleinschaltzeit t2 in Abhängigkeit vom Steuerbetrag in einer Richtung zum Erhöhen des Energieübertragungsbetrags von der DC-Energieversorgung 1 zur Batterie 2.
Wenn im Fall, in dem Energie von der DC-Energieversorgung 1 zur Batterie 2 übertragen wird, die erste Diagonaleinschaltzeit t1 gleich oder kürzer als die Höchsteinschaltzeit tmax ist, werden beispielsweise im Ansprechen auf ein Ergebnis der in 2 gezeigten Rückkopplungsregelung Phasen zum Ansteuern der Halbleiterschaltgeräte 5c und 5d des ersten Schaltkreises 4 zur Anpassung der ersten Diagonaleinschaltzeit t1 geregelt. Dabei werden im zweiten Schaltkreis 10 Phasen zum Ansteuern der Halbleiterschaltgeräte 12a und 12b so geregelt, dass die zweite Diagonaleinschaltzeit t2 zur Höchsteinschaltzeit tmax wird. Wenn die erste Diagonaleinschaltzeit t1 zur Höchsteinschaltzeit tmax wurde, werden, wenn es notwendig ist, einen Ausgang durch Rückkopplungsregelung wie in 13 gezeigt weiter zu erhöhen, Phasen zum Ansteuern der Halbleiterschaltgeräte 12a und 12b des zweiten Schaltkreises 10 angepasst, um die zweite Diagonaleinschaltzeit t2 zu verkürzen, während t1 = tmax beibehalten bleibt.
Wenn ähnlich auch im Fall, in dem Energie von der Batterie 2 zur DC-Energieversorgung 1 übertragen wird, die zweite Diagonaleinschaltzeit t2 gleich oder kürzer als die Höchsteinschaltzeit ist, werden beispielsweise im Ansprechen auf ein Ergebnis der in 10 gezeigten Rückkopplungsregelung Phasen zum Ansteuern der Halbleiterschaltgeräte 12a und 12b des zweiten Schaltkreises 4 zur Anpassung der zweiten Diagonaleinschaltzeit t2 geregelt. Dabei werden im ersten Schaltkreis 4 Phasen zum Ansteuern der Halbleiterschaltgeräte 5c und 5d so geregelt, dass die erste Diagonaleinschaltzeit t1 zur Höchsteinschaltzeit tmax wird. Wenn die zweite Diagonaleinschaltzeit t2 zur Höchsteinschaltzeit tmax wurde, werden, wenn es notwendig ist, einen Ausgang durch Rückkopplungsregelung wie in 14 gezeigt weiter zu erhöhen, Phasen zum Ansteuern der Halbleiterschaltgeräte 5c und 5d des ersten Schaltkreises 4 angepasst, um die erste Diagonaleinschaltzeit t1 zu verkürzen, während t2 = tmax beibehalten bleibt.
Somit steuert die Steuerschaltung 15 das Halbleiterschaltgerät 5a des ersten Schaltkreises 4 und das Halbleiterschaltgerät 12d des zweiten Schaltkreises 10 durch die Ansteuersignale G-5a und G-12d mit denselben Phasen an. Im Falle einer Veränderung der ersten Diagonaleinschaltzeit t1, steuert die Steuerschaltung 15 Phasen zum Ansteuern der Halbleiterschaltgeräte 5c und 5d, und im Falle einer Veränderung der zweiten Diagonaleinschaltzeit t2 steuert die Steuerschaltung 15 Phasen zum Ansteuern der Halbleiterschaltgeräte 12a und 12b.
Ungeachtet der Energieübertragungsrichtung werden in Abhängigkeit vom Steuerbetrag in einer Richtung der Erhöhung des Energieübertragungsbetrags von der DC-Energieversorgung 1 zur Batterie 2 die erste Diagonaleinschaltzeit t1 und die zweite Diagonaleinschaltzeit t2 so verändert, dass sie das Sollverhältnis (das in 12 gezeigte Verhältnis) erfüllen. Somit wird es möglich, eine bidirektionale Energieumwandlung durchzuführen, indem die DC/DC-Wandlerschaltung 100 ungeachtet der Energieübertragungsrichtung durch dasselbe Antriebssteuerungsverfahren gesteuert wird. Somit wird es möglich, eine bidirektionale Energieumwandlung durch einfache Steuerung zu bewerkstelligen.
Zusätzlich sind der erste und zweite Schaltkreis 4 und 10 so aufgebaut, dass sie die Halbleiterschaltgeräte 5a bis 5d und 12a bis 12d eine Nullspannungsumschaltung durchführen lassen, und werden so gesteuert, dass, wenn jeder Schaltkreis zur Primärseite des Hochfrequenztransformators 8 wird, darin eine Nullspannungsumschaltung erfolgt. Die erste bzw. zweite Drosselspule 7 bzw. 9, die jeweils Wirkungen für die Nullspannungsumschaltung entfaltet haben, wird als Spannungserhöhungsdrossel betrieben, wenn sie sich auf der Sekundärseite des Hochfrequenztransformators 8 befindet. Somit ist es möglich, eine Spannung durch einen Spannungserhöhungsvorgang des sekundärseitigen Schaltkreises zu erhöhen, ohne separat eine Spannungserhöhungsschaltung vorzusehen.
Beispielweise kann auf eine Energieübertragung von der DC-Energieversorgung 1 zur Batterie 2 hin durch eine durch die zweite Drosselspule 9, den zweiten Schaltkreis 10 und den zweiten Glättungskondensator 11 gebildete Spannungserhöhungsschaltung eine an der zweiten Wicklung 8b des Hochfrequenztransformators 8 erzeugte Spannung die Batterie 2 laden, selbst wenn die Spannung der Batterie 2 höher ist als die an der zweiten Wicklung 8b erzeugte Spannung.
Deshalb ist es möglich, eine bidirektionale Energieübertragung in einem weiten Spannungsbereich mit einem einfachen Schaltungsaufbau durchzuführen. Zusätzlich kann eine Nullspannungsumschaltung ungeachtet der Energieübertragungsrichtung erfolgen, und ein Verlust kann reduziert werden, weil die Anzahl an Komponenten gesenkt ist.
Anzumerken ist, dass das Wicklungsverhältnis des Hochfrequenztransformators 8 und die erste und zweite Drosselspule 7 und 9 jeweils in Übereinstimmung mit jedem Spannungsbereich der DC-Energieversorgung 1 und der Batterie 2 optimal ausgelegt werden kann bzw. können.
Auf eine Energieübertragung von der Batterie 2 zur DC-Energieversorgung 1 hin, kann, obwohl eine Rückkopplungsregelung so erfolgt, dass die Ausgangsspannung v zur DC-Energieversorgung 1 in der vorstehenden Ausführungsform den Ausgangsspannungsbefehlswert v* nachvollzieht, eine nachstehend gezeigte Steuerung durchgeführt werden. Wie in 15 gezeigt ist, wird die Differenz zwischen dem Ausgangsspannungsbefehlswert v* und der Ausgangsspannung v rückgekoppelt, um einen Entladestrombefehlswert (–i)* für die Batterie 2 zu generieren. Dann wird die Ausgangseinschaltung des ersten und zweiten Schaltkreises durch Rückkopplungsregelung so bestimmt, dass ein Entladestrom (–i), der erhalten wird, indem das Vorzeichen des durch den Stromsensor 14 erfassten Ladestroms i der Batterie 2 umgekehrt wird, mit dem Entladestrombefehlswert (–i)* übereinstimmt.
Speziell wird, wenn die Differenz positiv ist, die durch Subtrahieren der Ausgangsspannung v vom Ausgangsspannungsbefehlswert v* erhalten wird, der Entladestrombefehlswert (–i)* mit einer positiven Polarität generiert. Der Zustand, in dem der Entladestrombefehlswert positiv ist, gibt den Zustand an, in dem die Energieübertragungsrichtung in der Richtung von der Batterie 2 zur DC-Energieversorgung 1 beibehalten wird. Dann wird die erste Diagonaleinschaltzeit t1 des ersten Schaltkreises 4 so angepasst, dass der Entladestrom (–i) von der Batterie 2 zur DC-Energieversorgung 1 mit dem Entladestrombefehlswert (–i)* übereinstimmt. Dabei wird die zweite Diagonaleinschaltzeit t2 des zweiten Schaltkreises 10 auf der Höchsteinschaltzeit tmax gehalten.
Wenn die Differenz negativ ist, die durch Subtrahieren der Ausgangsspannung v vom Ausgangsspannungsbefehlswert v* erhalten wird, wird der Entladestrombefehlswert (–i)* mit einer negativen Polarität generiert. Der Zustand, in dem der Entladestrombefehlswert negativ ist, gibt den Zustand an, in dem die Energieübertragungsrichtung auf die Richtung von der DC-Energieversorgung 1 zur Batterie 2 umgestellt wurde. Dann wird die zweite Diagonaleinschaltzeit t2 des zweiten Schaltkreises 10 so angepasst, dass der Entladestrom (–i) mit dem Entladestrombefehlswert (–i)* übereinstimmt. Dabei wird die erste Diagonaleinschaltzeit t1 des ersten Schaltkreises 4 auf der Höchsteinschaltzeit tmax gehalten.
So kann die Steuerschaltung 15 die in 12 gezeigte bidirektionale Steuerung auf Grundlage nur des Lade-/Entladestroms ±i bewerkstelligen, der zwischen der DC-Energieversorgung 1 und der Batterie 2 fließt. Anzumerken ist, dass in 12 der Steuerbetrag in einer Richtung der Erhöhung des Energieübertragungsbetrags von der DC-Energieversorgung 1 zur Batterie 2 der Ladestrom i ist.
Somit bietet die nur auf dem Lade-/Entladestrom ±i basierende Steuerung die folgenden Wirkungen. Beispielsweise nimmt, während Energie von der Batterie 2 zur Seite der DC-Energieversorgung 1 geliefert wird, wenn eine an die DC-Energieversorgung 1 angeschlossene Last plötzlich abnimmt, die Ausgangsspannung auf der Seite der DC-Energieversorgung 1 zu. Dabei wird die Differenz zwischen dem Ausgangsspannungsbefehlswert v* und der Ausgangsspannung v zu minus, so dass auch der Entladestrombefehlswert (–i)* für die Batterie 2 zu minus wird, und zwar, sich in einen Befehlswert zum Laden der Batterie 2, d. h. einen Strombefehlswert zum Laden der Batterie 2 mit Energie verändert, die der Überspannung der DC-Energieversorgung 1 entspricht. Dann wird der Strom so geregelt, dass er den Strombefehlswert nachvollzieht, wodurch der Vorgang durch konsistente Steuerung ohne das Steuerverfahren zu verändern selbst in dem Fall, in dem die Strom-(Energie)-Übertragungsrichtung umgekehrt ist, fortgesetzt werden kann. Somit wird es möglich, den Vorgang selbst im Falle einer plötzlichen Veränderung der Last stabil fortzusetzen.
Zusätzlich wird in dem Fall, in dem eine Steuerung unter Verwendung des in 12 gezeigten Verhältnisses zwischen der ersten Diagonaleinschaltzeit t1 und der zweiten Diagonaleinschaltzeit t2 ausgeführt wird, beispielsweise, wenn Energie von der DC-Energieversorgung 1 zur Batterie 2 übertragen wird, wenn der Energieübertragungsbetrag den Referenzpunkt A erreicht und dann weiter gesenkt wird, die erste Diagonaleinschaltzeit t1 so gesteuert, dass sie verkürzt wird, wodurch der erste Schaltkreis 4 so gesteuert wird, dass er einen Spannungsabsenkungsvorgang durchführt. Wenn Energie von der Batterie 2 zur DC-Energieversorgung 1 übertragen wird, wird, wenn der Energieübertragungsbetrag den Referenzpunkt A erreicht und dann weiter gesenkt wird, die zweite Diagonaleinschaltzeit t2 so gesteuert, dass sie verkürzt wird, wodurch der zweite Schaltkreis 10 so gesteuert wird, dass er einen Spannungsabsenkungsvorgang durchführt.
Somit kann der Vorgang ungeachtet der Strom-(Energie)-Übertragungsrichtung und darüber hinaus, ob es sich nun um einen Spannungserhöhungsvorgang oder einen Spannungsabsenkungsvorgang handelt, durch konsistente Steuerung fortgesetzt werden, ohne das Steuerverfahren zu verändern.
In der vorstehenden Beschreibung werden das Halbleiterschaltgerät 5a des ersten Schaltkreises 4 und das Halbleiterschaltgerät 12d des zweiten Schaltkreises 10 durch die Ansteuersignale G-5a und G-12d mit derselben Phase angesteuert. Dies ist äquivalent zum Ansteuern des Halbleiterschaltgeräts 5b und des Halbleiterschaltgeräts 12c durch die Ansteuersignale G-5b und G-12c mit derselben Phasen. Bei der Kombination aus der ersten Referenzvorrichtung und der zweiten Referenzvorrichtung, die durch die Ansteuersignale mit derselben Phase angesteuert werden sollen, kann es sich um eine andere Kombination handeln. Beispielweise kann eine Kombination aus dem Halbleiterschaltgerät 5c und dem Halbleiterschaltgerät 12b oder eine Kombination aus dem Halbleiterschaltgerät 5d und dem Halbleiterschaltgerät 12a eingesetzt werden, wodurch dieselbe Wirkung erzielt werden kann.
Ausführungsform 2
In der vorstehenden Ausführungsform 1 werden das Halbleiterschaltgerät 5a des ersten Schaltkreises 4 und das Halbleiterschaltgerät 12d des zweiten Schaltkreises 10 durch die Ansteuersignale mit derselben Phase gesteuert. Nachstehend wird eine andere Steuerung als diese beschrieben. Anzumerken ist, dass der Schaltungsaufbau der Batterielade-/-entladevorrichtung derselbe ist wie in der vorstehenden Ausführungsform 1.
16 zeigt Wellenformen der Ansteuersignale G-5 (G-5a bis G-5d) und G-12 (G-12a bis G-12d) für die Halbleiterschaltgeräte 5a bis 5d und 12a bis 12d des ersten Schaltkreises 4 und des zweiten Schaltkreises 10 nach Ausführungsform 2.
Wie in der vorstehenden Ausführungsform 1 werden, wenn eine Kurzschlussverhinderungszeit ignoriert wird, die positivseitigen Halbleiterschaltgeräte und die negativseitigen Halbleiterschaltgeräte, welche die Brückenschaltungen des ersten und zweiten Schaltkreises 4 und 10 bilden, jeweils mit einem Einschaltzeitverhältnis von 50% gesteuert. Zusätzlich ist, damit die Halbleiterschaltgeräte 5a bis 5d und 12a bis 12d eine Nullspannungsumschaltung durchführen, der Aufbau so ausgelegt, dass während der Kurzschlussverhinderungszeit Spannungen der jeweils mit den Halbleiterschaltgeräten 5a bis 5d und 12a bis 12d parallelgeschalteten Kondensatoren 6a bis 6d und 13a bis 13d auf Spannungen des ersten und zweiten Glättungskondensators 3 und 11 ansteigen oder auf den Nullspannungsnahbereich absinken.
In dem Fall, in dem die Spannung der DC-Energieversorgung auf V1 eingestellt ist, gibt der erste Schaltkreis 4 einen positiven Impuls mit einer Spannung V1 während des Zeitraums (der ersten Diagonaleinschaltzeit) t1 aus, in dem die Halbleiterschaltgeräte 5a und 5d gleichzeitig eingeschaltet sind, und einen negativen Impuls mit einer Spannung (–V1) während eines Zeitraums t1a aus, in dem die Halbleiterschaltgeräte 5b und 5c gleichzeitig eingeschaltet sind, um jeden Impuls an die erste Wicklung 8a des Hochspannungstransformators 8 anzulegen. In dem Fall, in dem das Wicklungsverhältnis zwischen der ersten Wicklung 8a und der zweiten Wicklung 8b des Hochspannungstransformators 8 auf N1:N2 eingestellt ist, wird dabei eine Spannung von (±V1) × N2/N1 an die zweite Wicklung 8b des Hochfrequenztransformators 8 angelegt. Bei einer in 16 gezeigten Ausgangsspannungswellenform des ersten Schaltkreises 4 handelt es sich um die Wellenform einer an die erste Wicklung 8a angelegten Spannung, und wenn die Magnitude ignoriert wird, ist diese Wellenform dieselbe wie diejenige einer an der zweiten Wicklung 8b erzeugten Spannung.
Auf eine Energieübertragung von der DC-Energieversorgung 1 zur Batterie 2 hin vergleicht die Steuerschaltung 15 wie in dem in 2 in der vorstehenden Ausführungsform 1 gezeigten Fall den eingegebenen Ladestrom i mit einem Ladestrombefehlswert i* und koppelt die Differenz zurück, wodurch die Ausgangseinschaltung des ersten Schaltkreises 4 und des zweiten Schaltkreises 10 bestimmt wird und die Ansteuersignale G-5 und G-12 für die Halbleiterschaltgeräte 5a bis 5d und 12a bis 12d bestimmt werden.
Ein Betrieb der DC/DC-Wandlerschaltung 100 in einem Zyklus wird nachstehend beschrieben. Anzumerken ist, dass davon ausgegangen wird, dass die Spannung der Batterie 2 höher ist als die an der zweiten Wicklung 8b erzeugte Spannung.
Zu einem Zeitpunkt b1 wird durch dieselbe Steuerung wie diejenige zum Zeitpunkt a1 in der vorstehenden Ausführungsform 1 im ersten Schaltkreis 4 das Halbleiterschaltgerät 5a eingeschaltet und das Halbleiterschaltgerät 5c ausgeschaltet. Dann wird das Halbleiterschaltgerät 5d eingeschaltet, wodurch die Halbleiterschaltgeräte 5a und 5d gleichzeitig eingeschaltet sind. Im zweiten Schaltkreis 10 werden die Halbleiterschaltgeräte 12b und 12d gleichzeitig eingeschaltet. Im Ergebnis fließt Strom durch die in 4 gezeigte Stromstrecke, so dass eine positive Spannung an die erste Wicklung 8a des Hochfrequenztransformators 8 angelegt wird, eine positive Spannung an der zweiten Wicklung 8b erzeugt wird, und die zweite Drosselspule 9 angeregt wird.
Zu einem Zeitpunkt b2 wird durch dieselbe Steuerung diejenige zum Zeitpunkt a2 in der vorstehenden Ausführungsform 1 im zweiten Schaltkreis 10 das Halbleiterschaltgerät 12b ausgeschaltet und dann das Halbleiterschaltgerät 12a eingeschaltet. Im Ergebnis fließt Strom durch die in 5 gezeigte Stromstrecke, so dass Anregungsenergie der zweiten Drosselspule 9 an den zweiten Glättungskondensator 11 angelegt wird.
Zu einem Zeitpunkt b3 wird im ersten Schaltkreis das Halbleiterschaltgerät 5a ausgeschaltet und dann das Halbleiterschaltgerät 5b eingeschaltet. Im Ergebnis fließt Strom durch eine in 17 gezeigte Stromstrecke, das heißt, im ersten Schaltkreis 4 zirkuliert auf der Seite der ersten Wicklung 8a des Hochfrequenztransformator 8 Strom durch eine Strecke, die durch die erste Drosselspule 7, die erste Wicklung 8a, das Halbleiterschaltgerät 5d, das Halbleiterschaltgerät 5b und dann durch die erste Drosselspule 7 verläuft, so dass keine Spannung an die erste Wicklung 8a angelegt wird.
Zu einem Zeitpunkt b4 wird im zweiten Schaltkreis 4 das Halbleiterschaltgerät 12d ausgeschaltet und dann das Halbleiterschaltgerät 12 eingeschaltet. Im Ergebnis fließt Strom durch die in 6 gezeigte Stromstrecke, das heißt, im zweiten Schaltkreis 10 zirkuliert auf der Seite der zweiten Wicklung 8b Strom, der in die zweite Drosselspule 9 fließt, um auch in die zweite Wicklung 8b zu fließen, und zwar durch eine Strecke, die durch die zweite Drosselspule 9, das Halbleiterschaltgerät 12a, das Halbleiterschaltgerät 12c, die zweite Wicklung 8b und dann durch die zweite Drosselspule 9 verläuft.
Zu einem Zeitpunkt b5 wird durch dieselbe Steuerung wie diejenige zum Zeitpunkt a4 in der vorstehenden Ausführungsform 1 im ersten Schaltkreis 4 das Halbleiterschaltgerät 5d ausgeschaltet und dann das Halbleiterschaltgerät 5c eingeschaltet, wodurch die Halbleiterschaltgeräte 5b und 5c gleichzeitig eingeschaltet sind. Im zweiten Schaltkreis 10 werden die Halbleiterschaltgeräte 12a und 12c gleichzeitig eingeschaltet. Im Ergebnis fließt Strom durch die in 7 gezeigte Stromstrecke, so dass eine negative Spannung an die erste Wicklung 8a des Hochfrequenztransformators 8 angelegt wird, eine negative Spannung an der zweiten Wicklung 8b erzeugt wird, und die zweite Drosselspule 9 mit einer entgegengesetzten Polarität angeregt wird.
Zu einem Zeitpunkt b6 wird durch dieselbe Steuerung wie diejenige zum Zeitpunkt a5 in der vorstehenden Ausführungsform 1 im zweiten Schaltkreis 10 das Halbleiterschaltgerät 12a ausgeschaltet und dann das Halbleiterschaltgerät 12b eingeschaltet. Im Ergebnis fließt Strom durch die in 8 gezeigte Stromstrecke, so dass dem zweiten Glättungskondensator 11 Anregungsenergie der zweiten Drosselspule 9 zugeführt wird.
Zu einem Zeitpunkt b7 wird im ersten Schaltkreis 4 das Halbleiterschaltgerät 5b ausgeschaltet und dann das Halbleiterschaltgerät 5a eingeschaltet. Im Ergebnis fließt Strom durch eine in 18 gezeigte Stromstrecke, das heißt, im ersten Schaltkreis 4 zirkuliert auf der Seite der ersten Wicklung 8a des Hochfrequenztransformators 8 Strom durch eine Strecke, die durch die erste Drosselspule 7, das Halbleiterschaltgerät 5a, das Halbleiterschaltgerät 5c, die erste Wicklung 8a und dann durch die erste Drosselspule 7 verläuft, so dass keine Spannung an die erste Wicklung 8a angelegt wird.
Zu einem Zeitpunkt b8 wird im zweiten Schaltkreis 10 das Halbleiterschaltgerät 12c ausgeschaltet und dann das Halbleiterschaltgerät 12d eingeschaltet. Im Ergebnis fließt Strom durch die in 9 gezeigte Stromstrecke, das heißt, im zweiten Schaltkreis 10 zirkuliert auf der Seite der zweiten Wicklung 8b Strom, der in die zweite Drosselspule 9 fließt, um auch in die zweite Wicklung 8b zu fließen, und zwar durch eine Strecke, die durch die zweite Drosselspule 9, die zweite Wicklung 8b, das Halbleiterschaltgerät 12d, das Halbleiterschaltgerät 12b und dann durch die zweite Drosselspule 9 verläuft.
Danach kehrt die Steuerung zur Zeit b1 (= a9) zurück.
Indem eine solche Reihe von Steuerungen (b1 bis b8) wiederholt wird, wird an der zweiten Wicklung 8b des Hochfrequenztransformators 8 erzeugte Spannung schrittweise erhöht, um der Batterie 2 Energie zuzuführen. Beim Bestimmen einer Ausgangseinschaltung des ersten und zweiten Schaltkreises 4 und 19 und beim Durchführen der Steuerung bestimmt die Steuerschaltung 15 die Diagonaleinschaltzeit t1 (= t1a), in der zwei im ersten Schaltkreis 4 diagonal angeordnete Halbleiterschaltgeräte gleichzeitig eingeschaltet sind, und die Diagonaleinschaltzeit t2, in der zwei im zweiten Schaltkreis 10 diagonal angeordnete Halbleiterschaltgeräte gleichzeitig eingeschaltet sind, und führt darüber hinaus eine Steuerung durch, um Zeiträume (Zeiten b1 and b2 und Zeiten b5 und b6), in denen die zweite Drosselspule 9 angeregt wird, in den Zeiträumen (t1 und T1a) vorzusehen, in denen Spannung an den Hochfrequenztransformator 8 angelegt wird. Somit führt der zweite Schaltkreis 10 einen Spannungserhöhungsvorgang unter Verwendung der zweiten Drosselspule 9 als Spannungserhöhungsdrossel durch.
Zusätzlich handelt es sich auch in Ausführungsform 2 wie in der vorstehenden Ausführungsform 1 bei sämtlichen Umschaltvorgängen der Halbleiterschaltgeräte 5a bis 5d im ersten Schaltkreis 4 auf der Primärseite des Hochfrequenztransformators 8 um eine Nullspannungsumschaltung durch die Wirkung der Kondensatoren 6a bis 6d und der ersten Drosselspule 7, und bei einigen Umschaltvorgängen im zweiten Schaltkreis 10 auf der Sekundärseite um eine Nullspannungsumschaltung.
Als Nächstes wird der Fall beschrieben, Energie von der Batterie 2 zur DC-Energieversorgung 1 zu übertragen. Wie in dem in 10 in der vorstehenden Ausführungsform 1 beschriebenen Fall vergleicht die Steuerschaltung 15 die eingegebene Ausgangsspannung v mit einem Ausgangsspannungsbefehlswert v* und koppelt die Differenz zurück, wodurch die Ausgangseinschaltung des ersten Schaltkreises 4 und des zweiten Schaltkreises 10 bestimmt wird und die Ansteuersignale G-5 und G-12 für die Halbleiterschaltgeräte 5a bis 5d und 12a bis 12d bestimmt werden.
Die DC/DC-Wandlerschaltung 100 ist so aufgebaut, dass der erste und zweite Schaltkreis 4 und 10 im Hinblick auf den Hochfrequenztransformator 8 symmetrisch sind. Deshalb wird in dem Fall, in dem Energie von der Batterie 2 zur DC-Energieversorgung 1 übertragen wird, eine Steuerung unter Verwendung der Ansteuersignale G-5 und G-12 für den ersten und zweiten Schaltkreis 4 und 10 in einem Muster durchgeführt, das zu dem Fall entgegengesetzt ist, in dem Energie von der DC-Energieversorgung 1 zur Batterie 2 übertragen wird, wodurch eine Energieübertragung auf dieselbe Weise erfolgen kann. Dann wird eine an der ersten Wicklung 8a des Hochfrequenztransformators 8 erzeugte Spannung schrittweise erhöht, um der DC-Energieversorgung 1 Energie zuzuführen.
Dann wird im ersten Schaltkreis 4 ein Zeitraum, in dem die erste Drosselspule 7 angeregt wird, in den Zeiträumen vorgesehen, in denen Spannung an den Hochfrequenztransformator 8 angelegt, das heißt ein Spannungserhöhungsvorgang unter Verwendung der ersten Drosselspule 7 als Spannungserhöhungsdrossel durchgeführt wird.
Zusätzlich handelt es sich bei sämtlichen Umschaltvorgängen der Halbleiterschaltgeräte 12a bis 12d im zweiten Schaltkreis 10 auf der Primärseite des Hochfrequenztransformators 8 um eine Nullspannungsumschaltung durch die Wirkung der Kondensatoren 13a bis 13d und der zweiten Drosselspule 9, und bei einigen Umschaltvorgängen im ersten Schaltkreis 4 auf der Sekundärseite um eine Nullspannungsumschaltung.
Auch in der vorliegenden Ausführungsform wird ein Zeitraum, in dem Energie von der primärseitigen Wicklung an die sekundärseitige Wicklung des Hochfrequenztransformators 8 übertragen wird, so weit wie möglich ausgedehnt, wodurch ein den Zirkulationszeiträumen im ersten Schaltkreis 4 und zweiten Schaltkreis 10 entsprechender Verlust reduziert werden kann.
Deshalb wird bei der Steuerung zum Übertragen von Energie von der DC-Energieversorgung 1 zur Batterie 2 der erste Schaltkreis 4 so gesteuert, dass ein Zeitraum, in dem Spannung an die erste Wicklung 8a des Hochfrequenztransformators 8 angelegt wird, d. h. die Diagonaleinschaltzeit t1 zu einer vorbestimmten Höchstzeit wird. Bei der Steuerung zum Übertragen von Energie von der Batterie 2 zur DC-Energieversorgung 1 wird der zweite Schaltkreis 10 so gesteuert, dass ein Zeitraum, in dem Spannung an die zweite Wicklung 8b des Hochfrequenztransformators 8 angelegt wird, d. h. die Diagonaleinschaltzeit t2 zu einer vorbestimmten Höchstzeit wird.
Die Höchstzeiten der Diagonaleinaschaltzeiten t1 und t2 werden auf Grundlage der Zeiten eingestellt, welche die Halbleiterschaltgeräte 5a bis 5d und 12a bis 12d zum Durchführen einer Nullspannungsumschaltung brauchen.
Wie vorstehend beschrieben, sind der erste und zweite Schaltkreis 4 und 10 so aufgebaut, dass sie die Halbleiterschaltgeräte 5a bis 5d und 12a bis 12d eine Nullspannungsumschaltung durchführen lassen, und werden so gesteuert, dass, wenn jeder Schaltkreis zur Primärseite des Hochfrequenztransformators 8 wird, darin eine Nullspannungsumschaltung erfolgt. Die erste und zweite Drosselspule 7 und 9, die jeweils Wirkungen zur Nullspannungsumschaltung entfaltet haben, werden als Spannungserhöhungsdrossel betrieben, wenn sie sich auf der Sekundärseite des Hochfrequenztransformators 8 befindet. Somit ist es möglich, eine Spannung durch einen Spannungserhöhungsvorgang des sekundärseitigen Schaltkreises zu erhöhen, ohne separat eine Spannungserhöhungsschaltung vorzusehen.
Beispielweise kann auf eine Energieübertragung von der DC-Energieversorgung 1 zur Batterie 2 hin durch eine durch die zweite Drosselspule 9, den zweiten Schaltkreis 10 und den zweiten Glättungskondensator 11 gebildete Spannungserhöhungsschaltung eine an der zweiten Wicklung 8b des Hochfrequenztransformators 8 erzeugte Spannung die Batterie 2 laden, selbst wenn die Spannung der Batterie 2 höher ist als die an der zweiten Wicklung 8b erzeugte Spannung.
Deshalb ist es möglich, eine bidirektionale Energieübertragung in einem weiten Spannungsbereich mit einem einfachen Schaltungsaufbau durchzuführen. Zusätzlich kann eine Nullspannungsumschaltung ungeachtet der Energieübertragungsrichtung erfolgen, und ein Verlust kann reduziert werden, weil die Anzahl an Komponenten gesenkt ist.
Ausführungsform 3
In der vorstehenden Ausführungsform 2 wurde der Fall beschrieben, in dem die Batterielade-/-entladevorrichtung eine Spannung ausgibt, die höher ist als eine an der Wicklung des Hochfrequenztransformators 8 erzeugte Spannung. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Fall beschrieben, in dem die Ausgangsspannung niedriger ist als eine an der Wicklung des Hochfrequenztransformators 8 erzeugte Spannung.
Zuerst werden im Falle einer Energieübertragung von der DC-Energieversorgung 1 zur Batterie 2 die Halbleiterschaltgeräte 12a bis 12d im zweiten Schaltkreis 10 allesamt ausgeschaltet. Dabei fließt, wenn die Halbleiterschaltgeräte 5a bis 5d des ersten Schaltkreises 4 wie in dem in 5 gezeigten Fall gleichzeitig eingeschaltet wurden, an der ersten Wicklung 8a des Hochfrequenztransformators 8 Strom durch eine Strecke, die über den ersten Glättungskondensator 3, das Halbleiterschaltgerät 5a, die erste Drosselspule 7, die erste Wicklung 8a, das Halbleiterschaltgerät 5d und dann durch den ersten Glättungskondensator 3 verläuft, wodurch Energie übertragen wird. Dabei fließt auf der Seite der zweiten Wicklung 8b des Hochfrequenztransformators 8 Strom durch eine Strecke, die durch die zweite Wicklung 8b, die zweite Drosselspule 9, die antiparallele Diode des Halbleiterschaltgeräts 12a, den zweiten Glättungskondensator 11, die antiparallele Diode des Halbleiterschaltgeräts 12d und dann durch die zweite Wicklung 8b verläuft.
Als Nächstes wird im ersten Schaltkreis 4 das Halbleiterschaltgerät 5a ausgeschaltet und dann das Halbleiterschaltgerät 5b eingeschaltet, so dass, wie in dem in 17 gezeigten Fall, auf der Seite der ersten Wicklung 8a des Hochfrequenztransformators 8 Strom durch eine Strecke fließt, die durch die erste Drosselspule 7, die erste Wicklung 8a, das Halbleiterschaltgerät 5d, das Halbleiterschaltgerät 5b und dann durch die erste Drosselspule 7 verläuft. Dabei fließt auf der Seite der der zweiten Wicklung 8b des Hochfrequenztransformators 8 Strom durch eine Strecke, die durch die zweite Drosselspule 9, die antiparallele Diode des Halbleiterschaltgeräts 12a, den zweiten Glättungskondensator 11, die antiparallele Diode des Halbleiterschaltgeräts 12d, die zweite Wicklung 8b und dann durch die zweite Drosselspule 9 verläuft. Dann, wenn der in der zweiten Drosselspule 9 fließende Strom zu Null geworden ist, verschwindet der Strom auf der Seite der zweiten Wicklung 8b des Hochfrequenztransformators 8.
Als Nächstes wird im ersten Schaltkreis 4 das Halbleiterschaltgerät 5d ausgeschaltet und dann das Halbleiterschaltgerät 5c eingeschaltet, so dass, wie in dem in 8 gezeigten Fall, auf der Seite der ersten Wicklung 8a des Hochfrequenztransformators 8 Strom durch eine Strecke fließt, die durch den ersten Glättungskondensator 3, das Halbleiterschaltgerät 5c, die erste Wicklung 8a, die erste Drosselspule 7, das Halbleiterschaltgerät 5b und dann durch den ersten Glättungstransformator 3 verläuft, wodurch Energie übertragen wird. Dabei fließt auf der Seite der zweiten Wicklung 8b des Hochfrequenztransformators 8 Strom durch eine Strecke, die durch die zweite Wicklung 8b, die antiparallele Diode des Halbleiterschaltgeräts 12c, den ersten Glättungskondensator 11, die antiparallele Diode des Halbleiterschaltgeräts 12b, die zweite Drosselspule 9 und dann durch die zweite Wicklung 8b verläuft.
Als Nächstes wird im ersten Schaltkreis 4 das Halbleiterschaltgerät 5b ausgeschaltet und dann das Halbleiterschaltgerät 5a eingeschaltet, so dass, wie in dem in 18 gezeigten Fall, auf der Seite der ersten Wicklung 8a des Hochfrequenztransformators 8 Strom durch eine Strecke fließt, die durch die erste Drosselspule 7, das Halbleiterschaltgerät 5a, das Halbleiterschaltgerät 5c, die erste Wicklung 8a und dann durch die erste Drosselspule 7 verläuft. Dabei verändert sich auf der Seite der zweiten Wicklung 8b des Hochfrequenztransformators die Stromstrecke nicht, und wenn der in der zweiten Drosselspule 9 fließende Strom zu Null geworden ist, verschwindet der Strom auf der Seite der zweiten Wicklung 8b.
Indem eine Reihe der vorstehend beschriebenen Vorgänge wiederholt werden, führt der zweite Schaltkreis 10 einen Gleichrichtungsvorgang durch und Energie wird von der DC-Energieversorgung 1 zur Batterie 2 übertragen. Eine Steuerung für den Ladestrom i der Batterie 2 wird durch ein Steuern der Einschaltung der Diagonaleinschaltzeit bewerkstelligt, in der die zwei im ersten Schaltkreis 4 diagonal angeordneten Halbleiterschaltgeräte 5a und 5d (5b und 5c) gleichzeitig eingeschaltet sind.
Andererseits erfolgt im Falle einer Energieübertragung von der Batterie 2 zur DC-Energieversorgung 1 ein Vorgang in der zum vorstehenden Vorgang entgegengesetzten Richtung. Der Vorgang wird durch ein Steuern der Einschaltung der Diagonaleinschaltzeit bewerkstelligt, in der die zwei im zweiten Schaltkreis 10 diagonal angeordneten Halbleiterschaltgeräte 12a und 12d (12b und 12c) gleichzeitig eingeschaltet sind, und indem der erste Schaltkreis 4 einen Gleichrichtungsvorgang durchführt.
Indem die DC/DC-Wandlerschaltung 100 so arbeitet, können im Falle einer Energieübertragung mit einer Spannung, die niedriger ist als eine an der sekundärseitigen Wicklung 8b (8a) des Hochfrequenztransformators 8 erzeugte Spannung, die Ansteuersignale für die Halbleiterschaltgeräte 12a bis 12d (5a bis 5d) im sekundärseitigen Schaltkreis 10 (4) gestoppt werden, wodurch eine Steuerungsvereinfachung bewerkstelligt werden kann.
Zusätzlich sind auch in der vorliegenden Ausführungsform der erste und zweite Schaltkreis 4 und 10 so aufgebaut, dass sie die Halbleiterschaltgeräte 5a bis 5d und 12a bis 12d eine Nullspannungsumschaltung durchführen lassen, und werden so gesteuert, dass, wenn jeder Schaltkreis zur Primärseite des Hochfrequenztransformators 8 wird, darin eine Nullspannungsumschaltung erfolgt.
Zusätzlich kann, wenn die Steuerung der vorstehenden Ausführungsform 2 in dem Fall verwendet wird, in dem eine Energieübertragung mit einer Spannung gewünscht wird, die höher ist als eine an der sekundärseitigen Wicklung 8b (8a) erzeugte Spannung, und die Steuerung der vorstehenden Ausführungsform in dem Fall verwendet wird, in dem eine Energieübertragung mit einer Spannung gewünscht wird, die niedriger ist als eine an der sekundärseitigen Wicklung 8b (8a) erzeugte Spannung, eine bidirektionale Energieübertragung in einem weiten Spannungsbereich mit einem einfachen Schaltungsaufbau durchgeführt werden. Zusätzlich kann eine Nullspannungsumschaltung ungeachtet der Energieübertragungsrichtung erfolgen, und ein Verlust kann reduziert werden, weil die Anzahl an Komponenten gesenkt ist.
Ausführungsform 4
In der vorstehenden Ausführungsform 3 erfolgt im Schaltkreis 10 (4) auf der Sekundärseite des Hochfrequenztransformators 8 ein Gleichrichtungsvorgang in dem Zustand, in dem die Halbleiterschaltgeräte 12a bis 12d (5a bis 5d) allesamt ausgeschaltet sind. Jedoch können in Übereinstimmung mit der am Hochfrequenztransformator 8 erzeugten Wicklungsspannung die Halbleiterschaltgeräte 12a bis 12d (5a bis 5d) des sekundärseitigen Schaltkreises 10 (4) eingeschaltet sein. In diesem Falle werden Vorrichtungen, die einen bidirektionalen Durchlass zulassen, wie etwa ein MOSFET für die Halbleiterschaltgeräte 5a bis 5d (12a bis 12d) verwendet.
Auf eine Energieübertragung von der DC-Energieversorgung 1 zur Batterie 2 hin werden die Halbleiterschaltgeräte 12a bis 12d im zweiten Schaltkreis 10 in Synchronisation mit einer Zeitvorgabe gesteuert, mit der Spannung an die erste Wicklung 8a des Hochfrequenztransformators 8 angelegt wird, wodurch der zweite Schaltkreis 10 einen Gleichrichtungsvorgang durchführt. Auf eine Energieübertragung von der Batterie 2 zur DC-Energieversorgung 1 hin werden die Halbleiterschaltgeräte 5a bis 5d im ersten Schaltkreis 4 in Synchronisation mit einer Zeitvorgabe gesteuert, mit der Spannung an die zweite Wicklung 8b des Hochfrequenztransformators 8 angelegt wird, wodurch der erste Schaltkreis 4 einen Gleichrichtungsvorgang durchführt.
In dem Fall, in dem die Halbleiterschaltgeräte 5a bis 5d und 12a bis 12d beispielsweise aus einem MOSFET bestehen, ist jede Spannung an beiden Enden in einem leitfähigen Zustand niedriger als eine Einschaltspannung der antiparallelen Diode. Deshalb kann, da Strom auf der MOSFET-Seite durch den wie vorstehend beschriebenen synchronen Gleichrichtungsvorgang fließt, ein Durchlassverlust reduziert werden.
Ausführungsform 5
In der vorstehenden Ausführungsform 1 wird die Batterie 2 für die zweite DC-Energieversorgung verwendet, und eine Spannungsregelung für die DC-Energieversorgung 1 erfolgt nur, wenn Energie von der Batterie 2 zur DC-Energieversorgung 1 übertragen wird. Dabei kann die Steuerung angewendet werden, bei der die Polarität des Entladestrombefehlswerts für die Batterie 2 in Übereinstimmung mit der Polarität der Differenz umgeschaltet wird, die erhalten wird, indem die Ausgangsspannung vom Ausgangsspannungsbefehlswert für die DC-Energieversorgung 1 subtrahiert wird. Eine solche Steuerung lässt sich auch auf die Energieübertragung von der DC-Energieversorgung 1 zur zweiten DC-Energieversorgung anwenden. In der vorliegenden Ausführungsform 5 erfolgt eine Spannungsregelung für eine DC-Energieversorgung auf einer Energieaufnahmeseite in einer bidirektionalen Energieübertragung.
19 ist ein Schema, das den Schaltungsaufbau einer DC-Energieversorgungslade/-entladevorrichtung als DC/DC-Wandler nach Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 19 gezeigt ist, führt die DC-Energieversorgungslade/-entladevorrichtung eine Energieübertragung durch bidirektionale Energieumwandlung zwischen der DC-Energieversorgung 1 als erste DC-Energieversorgung und einer zweiten DC-Energieversorgung 2a durch und umfasst die DC/DC-Wandlerschaltung 100 als Hauptschaltung und eine Steuerschaltung 15a. Der Aufbau der DC/DC-Wandlerschaltung 100 ist derselbe wie in Ausführungsform 1.
Zusätzlich ist zwischen dem zweiten Glättungskondensator 11 und der zweiten DC-Energieversorgung 2a der Stromsensor 14 zum Erfassen des Ladestroms i (ein Pfeil gibt die positive Richtung an) für die zweite DC-Energieversorgung 2a vorgesehen, und Spannungssensoren 16 und 17 zum jeweiligen Erfassen von Spannungen V1 und V2 des ersten und zweiten Glättungskondensators 3 und 11 sind vorgesehen. Die abgefühlten Ausgänge der Sensoren 14, 16 und 17 werden in die Steuerschaltung 15a eingegeben. Auf Grundlage des eingegebenen Stroms i und der eingegebenen Spannungen V1 und V2 erzeugt die Steuerschaltung 15a Ansteuersignale G-5 und G-12 zum Durchführen einer Umschaltregelung der Halbleiterschaltgeräte 5a bis 5d und 12a bis 12d des ersten und zweiten Schaltkreises 4 und 10, wodurch eine Antriebssteuerung des ersten und zweiten Schaltkreises 4 und 10 erfolgt.
Es ist anzumerken, dass eine Spannung des ersten Glättungskondensators 3 gleich einer Spannung der DC-Energieversorgung 1 ist, und eine Spannung des zweiten Glättungskondensators 11 gleich einer Spannung der zweiten DC-Energieversorgung 2a ist.
20 ist ein Steuerblockschema der DC-Energieversorgungslade-/-entladevorrichtung. Speziell zeigt 20(a) eine Steuerung zum Übertragen von Energie von der zweiten DC-Energieversorgung 2a zur DC-Energieversorgung 1, und 20(b) zeigt eine Steuerung zum Übertragen von Energie von der DC-Energieversorgung 1 zur zweiten DC-Energieversorgung 2a.
Es ist anzumerken, dass sich nur eine Rückkopplungsregelungsweise von derjenigen in der vorstehenden Ausführungsform 1 unterscheidet und die zyklische Grundsteuerung für den ersten und zweiten Schaltkreis 4 und 10 dieselbe ist wie diejenige in der vorstehenden Ausführungsform 1, die in 3 bis 14 gezeigt ist.
Bei der Steuerung zum Übertragen von Energie von der zweiten DC-Energieversorgung 2a zur DC-Energieversorgung 1 wird, wie in 20(a) gezeigt, unter Verwendung der Spannung V1 der DC-Energieversorgung 1 als Ausgangsspannung die Ausgangspannung V1 von einem Ausgangsspannungsbefehlswert V1* subtrahiert. Wenn die sich ergebende Differenz positiv ist, wird ein Entladestrombefehlswert (–i)* für die zweite DC-Energieversorgung 2a so erzeugt, dass er eine positive Polarität hat. Der Zustand, in dem der Entladestrombefehlswert positiv ist, gibt den Zustand an, in dem die Energieübertragungsrichtung in der Richtung von der zweiten DC-Energieversorgung 2a zur DC-Energieversorgung 1 beibehalten wird. Dann wird die erste Diagonaleinschaltzeit t1 des ersten Schaltkreises 4 so angepasst, dass der Entladestrom (–i) von der zweiten DC-Energieversorgung 2a zur DC-Energieversorgung 1 mit dem Entladestrombefehlswert (–i)* übereinstimmt. Dabei wird die zweite Diagonaleinschaltzeit t2 des zweiten Schaltkreises 10 auf der Höchsteinschaltzeit tmax gehalten.
Wenn die Differenz, die durch Subtrahieren der Ausgangsspannung V1 vom Ausgangsspannungsbefehlswert V1* erhalten wird, negativ ist, wird der Entladestrombefehlswert (–i)* mit einer negativen Polarität erzeugt. Der Zustand, in dem der Entladestrombefehlswert negativ ist, gibt den Zustand an, in dem die Energieübertragungsrichtung zu der Richtung von der DC-Energieversorgung 1 zur zweiten DC-Energieversorgung 2a umgeschaltet wurde. Dann wird die zweite Diagonaleinschaltzeit t2 des zweiten Schaltkreises 10 so angepasst, dass der Entladestrom (–i) mit dem Entladestrombefehlswert (–i)* übereinstimmt. Dabei wird die erste Diagonaleinschaltzeit t1 des ersten Schaltkreises 4 auf der Höchsteinschaltzeit tmax gehalten.
So kann die Steuerschaltung 15a die in 12 gezeigte bidirektionale Steuerung auf Grundlage nur des Lade-/Entladestroms ±i bewerkstelligen, der zwischen der DC-Energieversorgung 1 und der zweiten DC-Energieversorgung 2a fließt.
Als Nächstes wird bei der Steuerung zum Übertragen von Energie von der DC-Energieversorgung 1 zur zweiten DC-Energieversorgung 2a, wie in 20(b) gezeigt, unter Verwendung der Spannung V2 der zweiten DC-Energieversorgung 2a als Ausgangsspannung die Ausgangsspannung V2 von einem Ausgangsspannungsbefehlswert V2* subtrahiert. Wenn die sich ergebende Differenz positiv ist, wird ein Ladestrombefehlswert i* für die zweite DC-Energieversorgung 2a so erzeugt, dass er eine positive Polarität hat. Der Zustand, in dem der Ladestrombefehlswert positiv ist, gibt den Zustand an, in dem die Energieübertragungsrichtung in der Richtung von der DC-Energieversorgung 1 zur zweiten DC-Energieversorgung 2a beibehalten wird. Dann wird die zweite Diagonaleinschaltzeit t2 des zweiten Schaltkreises 10 so angepasst, dass der Ladestrom i zur zweiten DC-Energieversorgung 2a mit dem Ladestrombefehlswert i* übereinstimmt. Dabei wird die erste Diagonaleinschaltzeit t1 des ersten Schaltkreises 4 auf der Höchsteinschaltzeit tmax gehalten.
Wenn die Differenz, die durch Subtrahieren der Ausgangsspannung V2 vom Ausgangsspannungsbefehlswert V2* erhalten wird, negativ ist, wird der Ladestrombefehlswert i* mit einer negativen Polarität erzeugt. Der Zustand, in dem der Ladestrombefehlswert negativ ist, gibt den Zustand an, in dem die Energieübertragungsrichtung zu der Richtung von der zweiten DC-Energieversorgung 2a zur DC-Energieversorgung 1 umgeschaltet wurde. Dann wird die erste Diagonaleinschaltzeit t1 des ersten Schaltkreises 4 so angepasst, dass der Ladestrom i mit dem Ladestrombefehlswert i* übereinstimmt. Dabei wird die zweite Diagonaleinschaltzeit t2 des zweiten Schaltkreises 10 auf der Höchsteinschaltzeit tmax gehalten.
So kann die Steuerschaltung 15a die in 12 gezeigte bidirektionale Steuerung auf Grundlage nur des Lade-/Entladestroms ±i bewerkstelligen, der zwischen der DC-Energieversorgung 1 und der zweiten DC-Energieversorgung 2a fließt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist in 12 der Steuerbetrag in einer Richtung der Erhöhung des Energieübertragungsbetrags von der DC-Energieversorgung 1 zur Batterie 2 der Ladestrom i.
In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Funktion zum Durchführen einer Spannungsregelung für sowohl die DC-Energieversorgung 1 als auch die zweite DC-Energieversorgung 2a vorgesehen, und der Vorgang kann durch konsistente Steuerung ungeachtet der Energieübertragungsrichtung fortgesetzt werden. Indem darüber hinaus die Polarität des Strombefehlswerts für den Lade-/Entladestrom ±i umgeschaltet wird, kann ein nahtloses Umschalten der Energieübertragungsrichtung erfolgen. Somit kann selbst im Falle einer plötzlichen Veränderung der Last, der Vorgang durch ein frühzeitiges Ansprechen stabil fortgesetzt werden.
Ausführungsform 6
In den vorstehenden Ausführungsformen 1 bis 5 sind die erste und zweite Drosselspule 7 und 9 einzeln vorgesehen. Jedoch kann eine Streuinduktivität des Hochfrequenztransformators 1 zumindest als eine von diesen dienen. Auch in diesem Fall kann dieselbe Wirkung erzielt werden. Somit kann die Anzahl an Komponenten reduziert und der bidirektionale Betrieb mit einem einfachen Aufbau bewerkstelligt werden.
In den vorstehenden Ausführungsformen 1 bis 4 wird die Batterie 2 für eine (zweite DC-Energieversorgung) der DC-Energieversorgungen verwendet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Sowohl bei der ersten als auch zweiten DC-Energieversorgung kann es sich um Batterien handeln.
Anzumerken ist, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung die vorstehen Ausführungsformen frei miteinander kombiniert werden können, oder jede der vorstehenden Ausführungsformen wie jeweils angemessen abgewandelt oder abgekürzt werden kann.

Claims

DC/DC-Wandler zur Durchführen einer bidirektionalen Energieübertragung zwischen einer ersten DC-Energieversorgung und einer zweiten DC-Energieversorgung, wobei der DC/DC-Wandler umfasst: einen Transformator; einen ersten Wandlerabschnitt zum Umwandeln von Energie zwischen DC und AC, wobei der erste Wandlerabschnitt mehrere Halbleiterschaltgeräte besitzt und zwischen der ersten DC-Energieversorgung und einer ersten Wicklung des Transformators angeschlossen ist; einen zweiten Wandlerabschnitt zum Umwandeln von Energie zwischen DC und AC, wobei der zweite Wandlerabschnitt mehrere Halbleiterschaltgeräte besitzt und zwischen der zweiten DC-Energieversorgung und einer zweiten Wicklung des Transformators angeschlossen ist; und eine Steuerschaltung zum Durchführen einer Antriebssteuerung jedes Halbleiterschaltgeräts im ersten und zweiten Wandlerabschnitt, wodurch der erste und zweite Wandlerabschnitt gesteuert werden, wobei der erste und zweite Wandlerabschnitt jeweils parallel an die Halbleiterschaltgeräte angeschlossene Kondensatoren und eine erste und zweite Drosselspule besitzen, die an AC-Eingangs-/Ausgangsleitungen angeschlossen sind, und die Steuerschaltung auf eine Energieübertragung von der ersten DC-Energieversorgung zur zweiten DC-Energieversorgung hin jedes Halbleiterschaltgerät im ersten Wandlerabschnitt so steuert, dass es eine Nullspannungsumschaltung unter Verwendung der ersten Drosselspule durchführt, und auf eine Energieübertragung von der zweiten DC-Energieversorgung zur ersten DC-Energieversorgung hin jedes Halbleiterschaltgerät im zweiten Wandlerabschnitt so steuert, dass es eine Nullspannungsumschaltung unter Verwendung der zweiten Drosselspule durchführt.
DC/DC-Wandler nach Anspruch 1, wobei auf eine Energieübertragung von der ersten DC-Energieversorgung zur zweiten DC-Energieversorgung hin, wenn eine Spannung der zweiten DC-Energieversorgung höher ist als eine an der zweiten Wicklung des Transformators erzeugte Spannung, die Steuerschaltung den zweiten Wandlerabschnitt so steuert, dass er einen Spannungserhöhungsvorgang unter Verwendung der zweiten Drosselspule durchführt, und auf eine Energieübertragung von der zweiten DC-Energieversorgung zur ersten DC-Energieversorgung hin, wenn eine Spannung der ersten DC-Energieversorgung höher ist als eine an der ersten Wicklung des Transformators erzeugte Spannung, die Steuerschaltung den ersten Wandlerabschnitt so steuert, dass er einen Spannungserhöhungsvorgang unter Verwendung der ersten Drosselspule durchführt.
DC/DC-Wandler nach Anspruch 2, wobei auf eine Energieübertragung von der ersten DC-Energieversorgung zur zweiten DC-Energieversorgung hin, wenn eine Spannung der zweiten DC-Energieversorgung höher ist als eine an der zweiten Wicklung des Transformators erzeugte Spannung, die Steuerschaltung den ersten Wandlerabschnitt so steuert, dass eine Zeit, in der Spannung an die erste Wicklung des Transformators angelegt wird, zu einer vorbestimmten Höchstzeit wird, und auf eine Energieübertragung von der zweiten DC-Energieversorgung zur ersten DC-Energieversorgung hin, wenn eine Spannung der ersten DC-Energieversorgung höher ist als eine an der ersten Wicklung des Transformators erzeugte Spannung, die Steuerschaltung den zweiten Wandlerabschnitt so steuert, dass eine Zeit, in der Spannung an die zweite Wicklung des Transformators angelegt wird, zu einer vorbestimmten Höchstzeit wird.
DC/DC-Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich der erste und zweite Wandlerabschnitt jeweils aus einer Vollbrückenschaltung mit zwei Brückenschaltungen zusammensetzen.
DC/DC-Wandler nach Anspruch 4, wobei die Steuerschaltung das positivseitige Halbleiterschaltgerät und das negativseitige Halbleiterschaltgerät jeder Brückenschaltung der Vollbrückenschaltung, aus denen sich der erste und zweite Wandlerabschnitt zusammensetzen, mit einem Einschaltzeitverhältnis von 50% in dem Fall steuert, in dem eine Kurzschlussverhinderungszeit ignoriert wird.
DC/DC-Wandler nach Anspruch 5, wobei die Steuerschaltung durch Ansteuersignale mit derselben Phase eine erste Referenzvorrichtung, bei der es sich entweder um das positivseitige Halbleiterschaltgerät oder das negativseitige Halbleiterschaltgerät einer der Brückenschaltungen im ersten Wandlerabschnitt handelt, und eine zweite Referenzvorrichtung steuert, bei der es sich entweder um das positivseitige Halbleiterschaltgerät oder das negativseitige Halbleiterschaltgerät einer der Brückenschaltungen im zweiten Wandlerabschnitt handelt.
DC/DC-Wandler nach Anspruch 6, wobei die Steuerschaltung den ersten und zweiten Wandler so steuert, dass eine erste Diagonaleinschaltzeit, in der das im Hinblick auf die erste Referenzvorrichtung im ersten Wandlerabschnitt diagonal angeordnete Halbleiterschaltgerät gleichzeitig mit der ersten Referenzvorrichtung eingeschaltet ist, und eine zweite Diagonaleinschaltzeit, in der das im Hinblick auf die zweite Referenzvorrichtung im zweiten Wandlerabschnitt diagonal angeordnete Halbleiterschaltgerät gleichzeitig mit der zweiten Referenzvorrichtung eingeschaltet ist, ein Sollverhältnis erfüllen, wodurch eine bidirektionale Energieübertragung durchgeführt wird.
DC/DC-Wandler nach Anspruch 7, wobei die Steuerschaltung den ersten und zweiten Wandler so steuert, dass im Falle, dass ein Punkt, an dem sowohl die erste Diagonaleinschaltzeit als auch die zweite Diagonaleinschaltzeit zu einer festgesetzten Höchsteinschaltzeit werden, als Referenzpunkt definiert wird, wenn ein Energieübertragungssteuerbetrag von der ersten DC-Energieversorgung zur zweiten DC-Energieversorgung im Hinblick auf den Referenzpunkt erhöht werden soll, die erste Diagonaleinschaltzeit auf der Höchsteinschaltzeit gehalten und die zweite Diagonaleinschaltzeit verkürzt wird, und wenn ein Energieübertragungssteuerbetrag von der ersten DC-Energieversorgung zur zweiten DC-Energieversorgung im Hinblick auf den Referenzpunkt gesenkt werden soll, die zweite Diagonaleinschaltzeit auf der Höchsteinschaltzeit gehalten und die erste Diagonaleinschaltzeit verkürzt wird.
DC/DC-Wandler nach Anspruch 8, wobei die Höchsteinschaltzeit auf Grundlage einer Zeit festgesetzt wird, die jedes Halbleiterschaltgerät im ersten und zweiten Wandler zum Durchführen der Nullspannungsumschaltung braucht.
DC/DC-Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei auf eine Energieübertragung von der ersten DC-Energieversorgung zur zweiten DC-Energieversorgung hin, wenn eine Spannung der zweiten DC-Energieversorgung niedriger ist als eine an der zweiten Wicklung des Transformators erzeugte Spannung, die Steuerschaltung den zweiten Wandlerabschnitt so steuert, dass er einen Gleichrichtungsvorgang durchführt, und auf eine Energieübertragung von der zweiten DC-Energieversorgung zur ersten DC-Energieversorgung hin, wenn eine Spannung der ersten DC-Energieversorgung niedriger ist als eine an der ersten Wicklung des Transformators erzeugte Spannung, die Steuerschaltung den ersten Wandlerabschnitt so steuert, dass er einen Gleichrichtungsvorgang durchführt.
DC/DC-Wandler nach Anspruch 10, wobei auf eine Energieübertragung von der ersten DC-Energieversorgung zur zweiten DC-Energieversorgung hin die Steuerschaltung die Halbleiterschaltgeräte im zweiten Wandlerabschnitt in Synchronisation mit einer Zeitvorgabe steuert, bei der eine Spannung an die erste Wicklung des Transformators angelegt wird, wodurch der zweite Wandlerabschnitt dazu veranlasst wird, einen Gleichrichtungsvorgang durchzuführen, und auf eine Energieübertragung von der zweitem DC-Energieversorgung zur ersten DC-Energieversorgung hin die Steuerschaltung die Halbleiterschaltgeräte im ersten Wandlerabschnitt in Synchronisation mit einer Zeitvorgabe steuert, bei der eine Spannung an die zweite Wicklung des Transformators angelegt wird, wodurch der erste Wandlerabschnitt dazu veranlasst wird, einen Gleichrichtungsvorgang durchzuführen.
DC/DC-Wandler nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Steuerschaltung eine Differenz rückkoppelt, die erhalten wird, indem eine Spannung der ersten DC-Energieversorgung oder der zweiten DC-Energieversorgung von einem Spannungsbefehlswert subtrahiert wird, wodurch ein Strombefehlswert für einen zwischen der ersten und zweiten DC-Energieversorgung fließenden Strom generiert wird, und in Übereinstimmung mit einer Polarität des Strombefehlswerts, eine Energieübertragungsrichtung zwischen der ersten und zweiten DC-Energieversorgung umschaltet und die erste Diagonaleinschaltzeit des ersten Wandlerabschnitts oder die zweite Diagonaleinschaltzeit des ersten Wandlerabschnitts anpasst.
DC/DC-Wandler nach Anspruch 12, wobei auf eine Energieübertragung von der ersten DC-Energieversorgung zur zweiten DC-Energieversorgung hin, wenn eine Polarität einer ersten Differenz, die erhalten wird, indem eine Spannung der zweiten DC-Energieversorgung von einem Spannungsbefehlswert subtrahiert wird, positiv ist, die Steuerschaltung eine Energieübertragungsrichtung zur zweiten DC-Energieversorgung beibehält und die zweite Diagonaleinschaltzeit des zweiten Wandlerabschnitts anpasst, und wenn die erste Differenz negativ geworden ist, die Steuerschaltung die Energieübertragungsrichtung auf eine Energieübertragungsrichtung zur ersten DC-Energieversorgung umschaltet und die erste Diagonaleinschaltzeit des ersten Wandlerabschnitts anpasst, und auf eine Energieübertragung von der zweiten DC-Energieversorgung zur ersten DC-Energieversorgung hin, wenn eine Polarität einer zweiten Differenz, die erhalten wird, indem eine Spannung der ersten DC-Energieversorgung von einem Spannungsbefehlswert subtrahiert wird, positiv ist, die Steuerschaltung eine Energieübertragungsrichtung zur ersten DC-Energieversorgung beibehält und die erste Diagonaleinschaltzeit des ersten Wandlerabschnitts anpasst, und wenn die zweite Differenz negativ geworden ist, die Steuerschaltung die Energieübertragungsrichtung auf eine Energieübertragungsrichtung zur zweiten DC-Energieversorgung umschaltet und die zweite Diagonaleinschaltzeit des zweiten Wandlerabschnitts anpasst.
DC/DC-Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste und/oder zweite Drosselspule durch Streuinduktivität des Transformators gebildet ist/sind.
DC/DC-Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste und/oder zweite DC-Energieversorgung durch Batterien gebildet ist/sind und eine Ladung und Entladung der Batterien durch eine bidirektionale Energieübertragung zwischen der ersten DC-Energieversorgung und der zweiten DC-Energieversorgung erfolgt.