JP6651618B2 - 双方向共振変換回路および変換器 - Google Patents

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Description

本出願は、2015年11月12日に中国特許庁に出願された、“BIDIRECTIONAL RESONANT CONVERSION CIRCUIT AND CONVERTER”と題する中国特許出願番号201510772819.4に対して優先権を主張し、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
本発明は電子技術の分野に関し、詳細には、双方向共振変換回路および変換器に関する。
高電力、高効率および高密度の整流器を得るために、多相共振変換器がより頻繁に使用される。光起電インバータ、通信エネルギーおよび電動車両の分野における多相共振変換器に対する適用要求が高まっている。
以下では、図1を参照して、従来技術における三相共振変換器を説明し、三相共振変換器は、3個の一次側ブリッジアーム101、3個の2ポート共振空洞102、3個の変圧器103および3個の二次側ブリッジアーム104を含む。
双方向エネルギー変換は、従来技術において提供される三相共振変換器を使用することによって実施されることができる。しかしながら、図2に示されるように、図1において提供される三相共振変換器の、整流利得曲線201および逆利得曲線202は一致せず、逆利得曲線は単調でなく、それによって、複雑な制御および低い信頼性を引き起こす。
本発明の実施形態は、整流利得曲線および逆利得曲線が一致しないという課題を解決することができる、双方向共振変換回路および変換器を提供する。
本発明の実施形態の第1の態様は、双方向共振変換回路を提供し、双方向共振変換回路は、一次キャパシタ、3個の一次側ブリッジアーム、3個の3ポート共振空洞、3個の変圧器、3個の二次側ブリッジアームおよび二次キャパシタを含み、ここで、
各一次側ブリッジアームの両端は、一次キャパシタの両端にそれぞれ接続され、3個の一次側ブリッジアームは、3個の3ポート共振空洞と一対一で対応しており、3個の変圧器の一次側巻線は、3個の3ポート共振空洞と一対一で対応しており、
各3ポート共振空洞は3個のポートを有し、各3ポート共振空洞の第1のポートは、対応する一次側ブリッジアームに接続され、各3ポート共振空洞の第2のポートは、対応する一次側ブリッジアームの接地端子に接続され、各3ポート共振空洞の第3のポートは、対応する変圧器に接続され、
各二次側ブリッジアームの両端は、二次キャパシタの両端にそれぞれ接続され、3個の変圧器の二次側巻線は、3個の二次側ブリッジアームと一対一で対応しており、各変圧器は、対応する二次側ブリッジアームに接続されている。
本発明の実施形態の第1の態様を参照すると、本発明の実施形態の第1の態様の第1の実施方式では、各3ポート共振空洞は、インダクタとキャパシタの第1のグループ、インダクタとキャパシタの第2のグループおよびインダクタとキャパシタの第3のグループを含み、ここで、
インダクタとキャパシタの第1のグループは、直列に接続されている第1のインダクタおよび第1のキャパシタを含み、インダクタとキャパシタの第1のグループの第1の端部は、3ポート共振空洞の第1のポートとして使用され、インダクタとキャパシタの第1のグループの第1の端部は、第1のキャパシタの第1の端部または第1のインダクタの第1の端部であり、
インダクタとキャパシタの第2のグループは、直列に接続されている第2のインダクタおよび第2のキャパシタを含み、インダクタとキャパシタの第2のグループの第1の端部は、3ポート共振空洞の第2のポートとして使用され、インダクタとキャパシタの第2のグループの第1の端部は、第2のキャパシタの第1の端部または第2のインダクタの第1の端部であり、
インダクタとキャパシタの第3のグループは、直列に接続されている第3のインダクタおよび第3のキャパシタを含み、インダクタとキャパシタの第3のグループの第1の端部は、3ポート共振空洞の第3のポートとして使用され、インダクタとキャパシタの第3のグループの第1の端部は、第3のキャパシタの第1の端部または第3のインダクタの第1の端部であり、
インダクタとキャパシタの第1のグループの第2の端部、インダクタとキャパシタの第2のグループの第2の端部およびインダクタとキャパシタの第3のグループの第2の端部は、互いに接続されている。
本発明の実施形態の第1の態様または本発明の実施形態の第1の態様の第1の実施方式を参照すると、本発明の実施形態の第1の態様の第2の実施方式では、各一次側ブリッジアームは、同じ方向に直列に接続されている2つの半導体スイッチングトランジスタを含み、一次側ブリッジアーム側にあり、同じ方向に直列に接続されている2つの半導体スイッチングトランジスタ間のノードは、第1のノードであり、各3ポート共振空洞の第1のポートは、対応する一次側ブリッジアームの第1のノードに接続されている。
本発明の実施形態の第1の態様乃至本発明の実施形態の第1の態様の第2の実施方式のいずれか1つに記載される双方向共振変換回路を参照すると、本発明の実施形態の第1の態様の第3の実施方式では、各二次側ブリッジアームは、同じ方向に直列に接続されている2つの半導体スイッチングトランジスタを含み、二次側ブリッジアーム側にあり、同じ方向に直列に接続されている2つの半導体スイッチングトランジスタ間のノードは、第2のノードであり、各変圧器の二次側巻線は、対応する二次側ブリッジアームの第2のノードに接続されている。
本発明の実施形態の第1の態様の第2の実施方式または本発明の実施形態の第1の態様の第3の実施方式に記載される双方向共振変換回路を参照すると、本発明の実施形態の第1の態様の第4の実施方式では、半導体スイッチングトランジスタは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタMOSFETまたは絶縁ゲートバイポーラトランジスタIGBTである。
本発明の実施形態の第1の態様乃至本発明の実施形態の第1の態様の第4の実施方式のいずれか1つに記載される双方向共振変換回路を参照すると、本発明の実施形態の第1の態様の第5の実施方式では、各変圧器は、1つの一次側巻線および1つの二次側巻線を含み、各3ポート共振空洞の第3のポートは、対応する変圧器の一次側巻線に接続され、3個の変圧器の一次側巻線の点が付いていない端子は、互いに接続され、3個の変圧器の二次側巻線の点が付いていない端子は、互いに接続される。
本発明の実施形態の第1の態様乃至本発明の実施形態の第1の態様の第4の実施方式のいずれか1つに記載される双方向共振変換回路を参照すると、本発明の実施形態の第1の態様の第6の実施方式では、各変圧器は、1つの一次側巻線および1つの二次側巻線を含み、各3ポート共振空洞の第3のポートは、対応する変圧器の一次側巻線に接続され、3個の変圧器の一次側巻線の点が付いていない端子は、互いに接続され、3個の変圧器の二次側巻線の点が付いている端子は、互いに接続される。
本発明の実施形態の第1の態様乃至本発明の実施形態の第1の態様の第4の実施方式のいずれか1つに記載される双方向共振変換回路を参照すると、本発明の実施形態の第1の態様の第7の実施方式では、各変圧器は、1つの一次側巻線および1つの二次側巻線を含み、各3ポート共振空洞の第3のポートは、対応する変圧器の一次側巻線に接続され、3個の変圧器の一次側巻線の点が付いている端子は、互いに接続され、3個の変圧器の二次側巻線の点が付いていない端子は、互いに接続される。
本発明の実施形態の第1の態様乃至本発明の実施形態の第1の態様の第4の実施方式のいずれか1つに記載される双方向共振変換回路を参照すると、本発明の実施形態の第1の態様の第8の実施方式では、各変圧器は、1つの一次側巻線および1つの二次側巻線を含み、各3ポート共振空洞の第3のポートは、対応する変圧器の一次側巻線に接続され、3個の変圧器の一次側巻線の点が付いている端子は、互いに接続され、3個の変圧器の二次側巻線の点が付いている端子は、互いに接続される。
本発明の実施形態の第2の態様は、変換器を提供し、変換器は、力率補正PFC回路および双方向共振変換回路を含み、ここで、力率補正PFC回路および双方向共振変換回路は、直列に接続され、
双方向共振変換回路は、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の双方向共振変換回路であり、
力率補正PFC回路は、電源モジュールおよび電力モジュールを含み、ここで、
電源モジュールは電力モジュールに接続され、電源モジュールは、電力モジュールに電気エネルギーを提供するように構成され、電力モジュールは少なくとも1つのPFC回路を含み、各PFC回路は、1つのインダクタおよび一対の第1の半導体スイッチングトランジスタを含み、ここで、インダクタの第1の端部は、電源モジュールに接続され、インダクタの第2の端部は、第1の半導体スイッチングトランジスタを使用することによって、一次キャパシタの両端に別々に接続され、一次キャパシタの両端は、双方向共振変換回路の各一次側ブリッジアームの両端にさらに接続され、
電源モジュールは、交流電源および2つの第2の半導体スイッチングトランジスタを含み、ここで、各第2の半導体スイッチングトランジスタの第1の端部は、交流電源に接続され、各第2の半導体スイッチングトランジスタの第2の端部は、電力モジュールの一対の第1の半導体スイッチングトランジスタのうちの1つに接続される。
本発明の実施形態は、双方向共振変換回路および変換器を提供する。双方向共振変換回路は、一次キャパシタ、3個の一次側ブリッジアーム、3個の3ポート共振空洞、3個の変圧器、3個の二次側ブリッジアームおよび二次キャパシタを含む。各3ポート共振空洞の第1のポートは、対応する一次側ブリッジアームに接続され、各3ポート共振空洞の第2のポートは、対応する一次側ブリッジアームの接地端子に接続され、各3ポート共振空洞の第3のポートは、対応する変圧器に接続される。各二次側ブリッジアームの両端は、二次キャパシタの両端にそれぞれ接続され、各変圧器は、対応する二次側ブリッジアームに接続される。実施形態で提供される双方向共振変換回路を使用することによって、双方向変換が便利に実施されることができる。加えて、整流利得曲線および逆利得曲線はほぼ一致し、制御は容易であり、信頼性は高く、自然電流の共有もまた実施されることができる。このことは、追加の電流共有回路を加えることを回避し、それによって、コストを低減する。
図1は、従来技術において提供される三相共振変換器の回路構成の概略図である。 図2は、図1に示される三相共振変換器の、整流利得曲線および逆利得曲線の概略図である。 図3は、本発明の実施形態に係る、双方向共振変換回路の回路構成の概略図である。 図4は、本発明の実施形態に係る、双方向共振変換回路の別の回路構成の概略図である。 図5は、本発明の実施形態に係る、双方向共振変換回路のさらに別の回路構成の概略図である。 図6は、本発明の実施形態に係る、双方向共振変換回路の、整流利得曲線および逆利得曲線の概略図である。 図7は、本発明の実施形態に係る、双方向共振変換回路による電流出力の波形図である。 図8は、本発明の実施形態に係る、変換器の回路構成の概略図である。
最初に、実施形態において提供される双方向共振変換回路の適用シナリオが例示的に説明される。
実施形態で提供される双方向共振変換回路は、通信電源、車両搭載型電源、光起電インバータ等のDC/DC部分で使用されることができる。
加えて、実施形態で提供される双方向共振変換回路によると、双方向共振変換回路の両端における電圧の変換は、回路構成が変更されない場合に実施されることができる。
最初に、本発明の実施形態で提供される双方向共振変換回路が図3を参照して説明される。
双方向共振変換回路は、一次キャパシタ31、3個の一次側ブリッジアーム、3個の3ポート共振空洞、3個の変圧器、3個の二次側ブリッジアームおよび二次キャパシタ36を含む。
具体的には、双方向共振変換回路に含まれる3個の一次側ブリッジアームは、第1の一次側ブリッジアーム321、第2の一次側ブリッジアーム322および第3の一次側ブリッジアーム323である。
双方向共振変換回路に含まれる3個の3ポート共振空洞は、第1の3ポート共振空洞331、第2の3ポート共振空洞332および第3の3ポート共振空洞333である。
双方向共振変換回路に含まれる3個の変圧器は、第1の変圧器341、第2の変圧器342および第3の変圧器343である。
双方向共振変換回路に含まれる3個の二次側ブリッジアームは、第1の二次側ブリッジアーム351、第2の二次側ブリッジアーム352および第3の二次側ブリッジアーム353である。
各一次側ブリッジアームの両端は、一次キャパシタ31の両端にそれぞれ接続される。
すなわち、第1の一次側ブリッジアーム321の両端、第2の一次側ブリッジアーム322の両端および第3の一次側ブリッジアーム323の両端は、一次キャパシタ31の両端に別々に接続される。
3個の一次側ブリッジアームは、3個の3ポート共振空洞と一対一で対応しており、3個の変圧器の一次側巻線は、3個の3ポート共振空洞と一対一で対応している。
具体的には、第1の3ポート共振空洞331は、第1の一次側ブリッジアーム321および第1の変圧器341と別々に対応しており、
第2の3ポート共振空洞332は、第2の一次側ブリッジアーム322および第2の変圧器342と別々に対応しており、
第3の3ポート共振空洞333は、第3の一次側ブリッジアーム323および第3の変圧器343と別々に対応している。
各3ポート共振空洞は、インダクタとキャパシタの少なくとも1つのグループを含む。
3ポート共振空洞に含まれるインダクタとキャパシタは、3ポート共振空洞の共振周波数を決定することができる。
各3ポート共振空洞は3個のポートを有する。
以下では、3ポート共振空洞の電気接続構成を説明する。
各3ポート共振空洞の第1のポートは、対応する一次側ブリッジアームに接続される。
各3ポート共振空洞の第2のポートは、対応する一次側ブリッジアームの接地端子に接続される。
各3ポート共振空洞の第3のポートは、対応する変圧器に接続される。
具体的には、第1の3ポート共振空洞331の第1のポートは、第1の一次側ブリッジアーム321に接続され、第1の3ポート共振空洞331の第2のポートは、第1の一次側ブリッジアーム321の接地端子に接続され、第1の3ポート共振空洞331の第3のポートは、第1の変圧器341に接続され、
第2の3ポート共振空洞332の第1のポートは、第2の一次側ブリッジアーム322に接続され、第2の3ポート共振空洞332の第2のポートは、第2の一次側ブリッジアーム322の接地端子に接続され、第2の3ポート共振空洞332の第3のポートは、第2の変圧器342に接続され、
第3の3ポート共振空洞333の第1のポートは、第3の一次側ブリッジアーム323に接続され、第3の3ポート共振空洞333の第2のポートは、第3の一次側ブリッジアーム323の接地端子に接続され、第3の3ポート共振空洞333の第3のポートは、第3の変圧器343に接続される。
各二次側ブリッジアームの両端は、二次キャパシタ36の両端にそれぞれ接続される。
3個の変圧器の二次側巻線は、3個の二次側ブリッジアームと一対一で対応しており、各変圧器は、対応する二次側ブリッジアームに接続される。
具体的には、第1の変圧器341は、第1の二次側ブリッジアーム351に接続され、第2の変圧器342は、第2の二次側ブリッジアーム352に接続され、第3の変圧器343は、第3の二次側ブリッジアーム353に接続される。
より具体的には、第1の二次側ブリッジアーム351の両端、第2の二次側ブリッジアーム352の両端および第3の二次側ブリッジアーム353の両端は、二次キャパシタ36の両端に別々に接続される。
以下では、添付図面を参照して、双方向共振変換回路の内部電気接続構成を詳細に説明することを続ける。
最初に、一次側ブリッジアームの具体的な構成が、図3を参照して詳細に説明される。
図3に示されるように、各一次側ブリッジアームは、同じ方向に直列に接続されている2個の半導体スイッチングトランジスタを含む。
具体的には、第1の一次側ブリッジアーム321は、同じ方向に直列に接続されている半導体スイッチングトランジスタS1および半導体スイッチングトランジスタS2を含み、
第2の一次側ブリッジアーム322は、同じ方向に直列に接続されている半導体スイッチングトランジスタS3および半導体スイッチングトランジスタS4を含み、
第3の一次側ブリッジアーム323は、同じ方向に直列に接続されている半導体スイッチングトランジスタS5および半導体スイッチングトランジスタS6を含む。
より詳細には、各一次側ブリッジアーム上に含まれる半導体スイッチングトランジスタは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）または絶縁ゲートバイポーラトランジスタIGBTであってよい。
図3を参照して、以下では、一次側ブリッジアームが具体的に3ポート共振空洞に接続される方法を詳細に説明することを続ける。
一次側ブリッジアーム側にあり、同じ方向に直列に接続されている2個の半導体スイッチングトランジスタ間のノードは、第1のノードである。
具体的には、第1の一次側ブリッジアーム321側にあり、同じ方向に直列に接続されている半導体スイッチングトランジスタS1および半導体スイッチングトランジスタS2間のノードは、第1のノードであり、
第2の一次側ブリッジアーム322側にあり、同じ方向に直列に接続されている半導体スイッチングトランジスタS3および半導体スイッチングトランジスタS4間のノードは、第1のノードであり、
第3の一次側ブリッジアーム323側にあり、同じ方向に直列に接続されている半導体スイッチングトランジスタS5および半導体スイッチングトランジスタS6間のノードは、第1のノードである。
各3ポート共振空洞の第1のポートは、対応する一次側ブリッジアームの第1のノードに接続される。
具体的には、第1の3ポート共振空洞331の第1のポートは第1の一次側ブリッジアーム321の第1のノードに接続され、
第2の3ポート共振空洞332の第1のポートは第2の一次側ブリッジアーム322の第1のノードに接続され、
第3の3ポート共振空洞333の第1のポートは第3の一次側ブリッジアーム323の第1のノードに接続される。
以下では、図3を参照して、変圧器の具体的な構成を説明することを続ける。
各変圧器は、1つの一次側巻線および1つの二次側巻線を含み、3個の変圧器の一次側巻線の点が付いていない端子は、互いに接続され、または、3個の変圧器の一次側巻線の点が付いている端子は、互いに接続され、且つ、3個の変圧器の二次側巻線の点が付いていない端子は、互いに接続され、または、3個の変圧器の二次側巻線の点が付いている端子は、互いに接続される。
以下では、変圧器が、3ポート共振空洞および二次側ブリッジアームへの電気接続を具体的に実施する方法を説明する。
具体的には、各3ポート共振空洞の第3のポートは、対応する変圧器の一次側巻線に接続される。
より具体的には、第1の3ポート共振空洞331の第3のポートは、第1の変圧器341の一次側巻線に接続され、
第2の3ポート共振空洞332の第3のポートは、第2の変圧器342の一次側巻線に接続され、
第3の3ポート共振空洞333の第3のポートは、第3の変圧器343の一次側巻線に接続される。
変圧器が、二次側ブリッジアームへの電気接続を具体的に実行する方法を説明するために、二次側ブリッジアームの構成が最初に説明される。
各二次側ブリッジアームは、同じ方向に直列に接続されている2個の半導体スイッチングトランジスタを含み、二次側ブリッジアーム側にあり、同じ方向に直列に接続されている2個の半導体スイッチングトランジスタ間のノードは、第2のノードである。
具体的には、第1の二次側ブリッジアーム351は、同じ方向に直列に接続されている2個の半導体スイッチングトランジスタSr1およびSr2を含み、半導体スイッチングトランジスタSr1およびSr2間のノードは第2のノードであり、
第2の二次側ブリッジアーム352は、同じ方向に直列に接続されている2個の半導体スイッチングトランジスタSr3およびSr4を含み、半導体スイッチングトランジスタSr3およびSr4間のノードは第2のノードであり、
第3の二次側ブリッジアーム353は、同じ方向に直列に接続されている2個の半導体スイッチングトランジスタSr5およびSr6を含み、半導体スイッチングトランジスタSr5およびSr6間のノードは第2のノードである。
各二次側ブリッジアーム上に含まれる半導体スイッチングトランジスタは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタMOSFETまたは絶縁ゲートバイポーラトランジスタIGBTであってよい。
変圧器と二次側ブリッジアーム間の電気接続構成は、
各変圧器の二次側巻線が、対応する二次側ブリッジアームの第2のノードに接続されることである。
具体的には、第1の変圧器341の二次側巻線は、第1の二次側ブリッジアーム351の第2のノードに接続され、
第2の変圧器342の二次側巻線は、第2の二次側ブリッジアーム352の第2のノードに接続され、
第3の変圧器343の二次側巻線は、第3の二次側ブリッジアーム353の第2のノードに接続される。
以下では、図4を参照して、3ポート共振空洞の具体的な構成を説明する。
各3ポート共振空洞は、インダクタとキャパシタの第1のグループ、インダクタとキャパシタの第2のグループおよびインダクタとキャパシタの第3のグループを含む。
最初に、第1の3ポート共振空洞331は、説明のための例として使用される。
第1の3ポート共振空洞331は、インダクタとキャパシタの第1のグループ、インダクタとキャパシタの第2のグループおよびインダクタとキャパシタの第3のグループを含む。
具体的には、インダクタとキャパシタの第1のグループは、直列に相互接続されている第1のインダクタL1aおよび第1のキャパシタC1aを含み、インダクタとキャパシタの第2のグループは、直列に相互接続されている第2のインダクタL2aおよび第2のキャパシタC2aを含み、インダクタとキャパシタの第3のグループは、直列に相互接続されている第3のインダクタL3aおよび第3のキャパシタC3aを含む。
より詳細には、インダクタとキャパシタの第1のグループの第1の端部は、3ポート共振空洞の第1のポートとして使用され、その結果、第1の3ポート共振空洞331は、第1のポートを使用することによって、第1のノードに接続される。
本実施形態では、図4は例として使用され、すなわち、インダクタとキャパシタの第1のグループの第1の端部は、第1のキャパシタC1aの第1の端部であり、すなわち、第1のキャパシタC1aの第1の端部は、第1のノードに接続される。
インダクタとキャパシタの第1のグループの第1の端部が第1のキャパシタC1aの第1の端部である場合、第1のキャパシタC1aの第2の端部は、第1のインダクタL1aの第1の端部に接続される。
第1のインダクタL1aの第2の端部は、インダクタとキャパシタの第1のグループの第2の端部として使用される。
本実施形態では、インダクタとキャパシタの第1のグループの第1の端部が、第1のキャパシタC1aの第1の端部である例は、例示的な説明のために使用され、限定のために意図されるものではないことは留意されるべきである。別の例では、インダクタとキャパシタの第1のグループの第1の端部は、第1のインダクタL1aの第1の端部であり、この場合、第1のインダクタL1aの第2の端部は、第1のキャパシタC1aの第1の端部に接続され、第1のキャパシタC1aの第2の端部は、インダクタとキャパシタの第1のグループの第2の端部として使用される。
インダクタとキャパシタの第2のグループは、直列に接続されている第2のインダクタL2aおよび第2のキャパシタC2aを含む。
インダクタとキャパシタの第2のグループの第1の端部は、3ポート共振空洞の第2のポートとして使用され、その結果、第1の3ポート共振空洞331は、第2のポートを使用することによって、第１の一次側ブリッジアーム321の接地端子に接続される。
本実施形態では、図4は例として使用され、インダクタとキャパシタの第2のグループの第1の端部は、第２のインダクタL2aの第1の端部であり、すなわち、第2のインダクタL2aの第1の端部は、第１の一次側ブリッジアーム321の接地端子に接続される。
インダクタとキャパシタの第2のグループの第1の端部が、第2のインダクタL2aの第1の端部である場合、第2のインダクタL2aの第2の端部は、第2のキャパシタC2aの第1の端部に接続される。
第2のキャパシタC2aの第2の端部は、インダクタとキャパシタの第2のグループの第2の端部として使用される。
本実施形態では、インダクタとキャパシタの第2のグループの第1の端部が、第2のインダクタL2aの第1の端部である例は、例示的な説明のために使用され、限定のために意図されるものではないことは留意されるべきである。別の例では、インダクタとキャパシタの第2のグループの第1の端部は、第２のキャパシタC2aの第1の端部であり、この場合、第2のキャパシタC2aの第1の端部は、第1の一次側ブリッジアーム321の接地端子に接続され、第2のキャパシタC2aの第2の端部は、第2のインダクタL2aの第1の端部に接続され、第2のインダクタL2aの第2の端部は、インダクタとキャパシタの第2のグループの第2の端部として使用される。
インダクタとキャパシタの第3のグループは、直列に相互接続されている第3のインダクタL3aと第3のキャパシタC3aを含む。
インダクタとキャパシタの第3のグループの第1の端部は、3ポート共振空洞の第3のポートとして使用され、その結果、第1の3ポート共振空洞331は、第3のポートを使用することによって、第1の変圧器341に接続される。
本実施形態では、図4は例として使用され、インダクタとキャパシタの第3のグループの第1の端部は、第3のキャパシタC3aの第1の端部であり、すなわち、第3のキャパシタC3aの第1の端部は、第1の変圧器341に接続される。
インダクタとキャパシタの第3のグループの第1の端部が第3のキャパシタC3aの第1の端部である場合、第3のキャパシタC3aの第2の端部は、第3のインダクタL3aの第1の端部に接続される。
第3のインダクタL3aの第2の端部は、インダクタとキャパシタの第3のグループの第2の端部として使用される。
本実施形態では、インダクタとキャパシタの第3のグループの第1の端部が、第3のキャパシタC3aの第1の端部である例は、例示的な説明のために使用され、限定のために意図されるものではないことは留意されるべきである。別の例では、インダクタとキャパシタの第3のグループの第1の端部は、第3のインダクタの第1の端部であり、この場合、第3のインダクタの第2の端部は、第3のキャパシタC3aの第1の端部に接続され、第3のキャパシタC3aの第2の端部は、インダクタとキャパシタの第3のグループの第2の端部として使用される。
図4に示されるように、インダクタとキャパシタの第1のグループの第2の端部、インダクタとキャパシタの第2のグループの第2の端部およびインダクタとキャパシタの第3のグループの第2の端部は、互いに接続される。
この例では、第2の3ポート共振空洞332および第3の3ポート共振空洞333の具体的な説明については、第1の3ポート共振空洞331の具体的な説明を参照されたく、ここでは詳細に説明されない。
図4を参照して、以下では、本実施形態で提供される双方向共振変換回路の電流方向を説明する。
図4に示されるように、入力される直流電圧は、一次側ブリッジアームに入力される。
一次側ブリッジアーム上に含まれる2個のスイッチングトランジスタは、交互に接続または切断され、その結果、入力される直流電圧は方形波に変換され、方形波は、3ポート共振空洞において供給される。
次いで、3ポート共振空洞は、変圧器を使用することによって、二次側ブリッジアームに電圧を送信する。
二次側ブリッジアーム上に含まれる2個のスイッチングトランジスタは、交互に接続または切断され、その結果、周期的に出力される電圧波形が整流され、ユーザによって必要とされる直流電圧が出力される。
図5に示されるように、図4と図5に示される双方向共振変換回路間の差は、図4に示される双方向共振変換回路では、入力される直流電圧は、一次側ブリッジアームに入力され、図5に示される双方向共振変換回路では、入力される直流電圧は、二次側ブリッジアームに入力されることにある。
図5に示される双方向共振変換回路の具体的な回路構成については、図4の説明を参照されたく、ここでは詳細は説明されない。
図5に示されるように、入力される直流電圧は、二次側ブリッジアームに入力される。
一次側ブリッジアーム上に含まれる2個のスイッチングトランジスタは、交互に接続または切断され、その結果、入力される直流電圧は方形波に変換される。
二次側ブリッジアームは、変圧器を使用することによって、3ポート共振空洞に方形波を供給する。
次いで、3ポート共振空洞は、一次側ブリッジアームに電圧を送信する。
一次側ブリッジアーム上に含まれる2個のスイッチングトランジスタは、交互に接続または切断され、その結果、周期的に出力される電圧波形が整流され、ユーザによって必要とされる直流電圧が出力される。
本発明の本実施形態を使用する利点は、
第1に、図6を参照すると、本実施形態で提供される双方向共振変換回路が使用される場合、整流利得曲線601および逆利得曲線602はほぼ一致し、且つ、双方向変換は容易に実施されることができることがわかり、双方向共振変換回路の、整流利得曲線601および逆利得曲線602はほぼ一致し、従って、制御は容易であり、信頼性が高く、
加えて、本実施形態で提供される双方向共振変換回路の変圧器の点が付いている端子または点が付いていない端子は接続され、その結果、本実施形態で提供される双方向共振変換回路に従って、自然電流の共有が実施されることができ、それによって、追加の電流共有回路を加えることを回避し、コストを低減し、信頼性を高めることにある。
本実施形態で提供される双方向共振変換回路によって出力される電流の波形図については、図7を参照されたい。
本実施形態で提供される双方向共振変換回路によると、出力されるリプル電流は大幅に低減されることができ、出力フィルタキャパシタの数は減少し、コストは低減され、モジュールサイズは縮小される。
加えて、本実施形態で提供される双方向共振変換回路を使用することによって、双方向変換器の変換効率は改善され、それによって、製品競争力を高める。
本発明の実施形態は変換器をさらに提供する。図8に示されるように、変換器は、力率補正PFC回路および双方向共振変換回路801を含む。
力率補正PFC回路および双方向共振変換回路801は直列に接続される。
以下では、図8を参照して、力率補正PFC回路の具体的構成を説明する。
図8に示されるように、力率補正PFC回路は、電源モジュール802および電力モジュール803を含む。
具体的には、電源モジュール802は電力モジュール803に接続され、電源モジュール802は、電力モジュール803に電気エネルギーを提供するように構成される。
具体的には、電力モジュール803は少なくとも1つのPFC回路を含み、各PFC回路は、1つのインダクタおよび一対の第1の半導体スイッチングトランジスタを含み、インダクタの第1の端部は、電源モジュール802に接続され、インダクタの第2の端部は、第1の半導体スイッチングトランジスタを使用することによって、一次キャパシタの両端に別々に接続される。
より具体的には、図8が例として使用される。本実施形態では、電力モジュール803が2個のPFC回路を含む例が、例示的な説明のための例として使用される。すなわち、本実施形態では、電力モジュール803は、第1のPFC回路および第2のPFC回路を含む。
第1のPFC回路は、インダクタLaおよび一対の第1の半導体スイッチングトランジスタを含み、ここで、第1の半導体スイッチングトランジスタは、S7およびS8である。
インダクタLaの第1の端部は、電源モジュール802に接続され、インダクタLaの第2の端部は、S7およびS8を使用することによって、一次キャパシタCpの両端に別々に接続される。
第2のPFC回路は、インダクタLbおよび一対の第1の半導体スイッチングトランジスタを含み、ここで、第1の半導体スイッチングトランジスタは、S9およびS10である。
インダクタLbの第1の端部は、電源モジュール802に接続され、インダクタLbの第2の端部は、S9およびS10を使用することによって、一次キャパシタCpの両端に別々に接続される。
電源モジュール802は、交流電源および2つの第2の半導体スイッチングトランジスタを含む。
具体的には、各第2の半導体スイッチングトランジスタの第1の端部は、交流電源に接続され、各第2の半導体スイッチングトランジスタの第2の端部は、電力モジュールの一対の第1の半導体スイッチングトランジスタのうちの1つに接続される。
より具体的には、図8に示されるように、本実施形態で説明される2個の第2の半導体スイッチングトランジスタは、S11およびS12であり、ここで、S11の第1の端部は、交流電源Vacに接続され、S11の第2の端部は、第1の半導体スイッチングトランジスタS7およびS8のうちの1つに接続され、
S12の第1の端部は、交流電源Vacに接続され、S12の第2の端部は、第1の半導体スイッチングトランジスタS9およびS10のうちの1つに接続される。
双方向共振変換回路801の具体的な回路構成については、図3乃至図5を参照されたく、詳細は本実施形態では説明されない。
交流（ac）電圧および直流（dc）電圧間の双方向変換の完全なセットの解決手段は、本実施形態で提供される変換器を使用することによって実施されることができる。
交流（ac）電圧および直流（dc）電圧間の双方向変換の完全なセットが、変換器を使用することによって実施されることができる限り、変換器が具体的に適用される分野は、本実施形態においては限定されない。例えば、本実施形態で提供される変換器は、車両搭載型充電システムにおいて使用されることができ、通信エネルギー、光起電インバータ等の分野において使用されることもまたできる。
便利且つ簡潔な説明を目的として、前述のシステム、装置およびユニットの詳細な動作プロセスについては、前述の方法の実施形態における対応するプロセスに対して参照が行われてよく、詳細はここでは説明されないことは、当業者によって明確に理解されることができる。
前述の実施形態は、本発明の技術的解決手段を説明するためにのみ意図されるものであって、本発明を限定するためには意図されない。本発明は、前述の実施形態を参照して詳細に説明されるが、本発明の実施形態の技術的解決手段の精神および範囲から逸脱することなく、前述の実施形態で説明される技術的解決手段に対してさらに修正をすることができ、または、その一部の技術的特徴に対してさらに均等置換を行うことができることを、当業者は理解すべきである。
331 第1の3ポート共振空洞
332 第2の3ポート共振空洞
333 第3の3ポート共振空洞

Claims (10)

  1. 双方向共振変換回路であって、一次キャパシタ、3個の一次側ブリッジアーム、3個の3ポート共振空洞、3個の変圧器、3個の二次側ブリッジアームおよび二次キャパシタを含み、
    各一次側ブリッジアームの両端は、前記一次キャパシタの両端にそれぞれ接続され、前記3個の一次側ブリッジアームは、前記3個の3ポート共振空洞と一対一で対応しており、前記3個の変圧器の一次側巻線は、前記3個の3ポート共振空洞と一対一で対応しており、
    各3ポート共振空洞は3個のポートを有し、各3ポート共振空洞の第1のポートは、対応する一次側ブリッジアームに接続され、各3ポート共振空洞の第2のポートは、対応する一次側ブリッジアームの接地端子に接続され、各3ポート共振空洞の第3のポートは、対応する変圧器に接続され、
    各二次側ブリッジアームの両端は、前記二次キャパシタの両端にそれぞれ接続され、前記3個の変圧器の二次側巻線は、前記3個の二次側ブリッジアームと一対一で対応しており、各変圧器は、対応する二次側ブリッジアームに接続されている、双方向共振変換回路。
  2. 各3ポート共振空洞は、インダクタとキャパシタの第1のグループ、インダクタとキャパシタの第2のグループおよびインダクタとキャパシタの第3のグループを含み、
    インダクタとキャパシタの前記第1のグループは、直列に接続されている第1のインダクタおよび第1のキャパシタを含み、インダクタとキャパシタの前記第1のグループの第1の端部は、前記3ポート共振空洞の前記第1のポートとして使用され、インダクタとキャパシタの前記第1のグループの前記第1の端部は、前記第1のキャパシタの第1の端部または前記第1のインダクタの第1の端部であり、
    インダクタとキャパシタの前記第2のグループは、直列に接続されている第2のインダクタおよび第2のキャパシタを含み、インダクタとキャパシタの前記第2のグループの第1の端部は、前記3ポート共振空洞の前記第2のポートとして使用され、インダクタとキャパシタの前記第2のグループの前記第1の端部は、前記第2のキャパシタの第1の端部または前記第2のインダクタの第1の端部であり、
    インダクタとキャパシタの前記第3のグループは、直列に接続されている第3のインダクタおよび第3のキャパシタを含み、インダクタとキャパシタの前記第3のグループの第1の端部は、前記3ポート共振空洞の前記第3のポートとして使用され、インダクタとキャパシタの前記第3のグループの前記第1の端部は、前記第3のキャパシタの第1の端部または前記第3のインダクタの第1の端部であり、
    インダクタとキャパシタの前記第1のグループの第2の端部、インダクタとキャパシタの前記第2のグループの第2の端部およびインダクタとキャパシタの前記第3のグループの第2の端部は、互いに接続されている、請求項1に記載の双方向共振変換回路。
  3. 各一次側ブリッジアームは、同じ方向に直列に接続されている2つの半導体スイッチングトランジスタを含み、前記一次側ブリッジアーム側にあり、同じ方向に直列に接続されている前記2つの半導体スイッチングトランジスタ間のノードは、第1のノードであり、各3ポート共振空洞の第1のポートは、対応する一次側ブリッジアームの第1のノードに接続されている、請求項1または2に記載の双方向共振変換回路。
  4. 各二次側ブリッジアームは、同じ方向に直列に接続されている2つの半導体スイッチングトランジスタを含み、前記二次側ブリッジアーム側にあり、同じ方向に直列に接続されている前記2つの半導体スイッチングトランジスタ間のノードは、第2のノードであり、各変圧器の二次側巻線は、対応する二次側ブリッジアームの第2のノードに接続されている、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の双方向共振変換回路。
  5. 前記半導体スイッチングトランジスタは、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）または絶縁ゲートバイポーラトランジスタIGBTである、請求項3または4に記載の双方向共振変換回路。
  6. 各変圧器は、1つの一次側巻線および1つの二次側巻線を含み、各3ポート共振空洞の第3のポートは、対応する変圧器の一次側巻線に接続され、前記3個の変圧器の前記一次側巻線の第1の側の端子は、互いに接続され、前記3個の変圧器の前記二次側巻線の前記第1の側の端子は、互いに接続される、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の双方向共振変換回路。
  7. 各変圧器は、1つの一次側巻線および1つの二次側巻線を含み、各3ポート共振空洞の第3のポートは、対応する変圧器の一次側巻線に接続され、前記3個の変圧器の前記一次側巻線の第1の側の端子は、互いに接続され、前記3個の変圧器の前記二次側巻線の第2の側の端子は、互いに接続される、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の双方向共振変換回路。
  8. 各変圧器は、1つの一次側巻線および1つの二次側巻線を含み、各3ポート共振空洞の第3のポートは、対応する変圧器の一次側巻線に接続され、前記3個の変圧器の前記一次側巻線の第2の側の端子は、互いに接続され、前記3個の変圧器の前記二次側巻線の第1の側の端子は、互いに接続される、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の双方向共振変換回路。
  9. 各変圧器は、1つの一次側巻線および1つの二次側巻線を含み、各3ポート共振空洞の第3のポートは、対応する変圧器の一次側巻線に接続され、前記3個の変圧器の前記一次側巻線の第2の側の端子は、互いに接続され、前記3個の変圧器の前記二次側巻線の前記第2の側の端子は、互いに接続される、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の双方向共振変換回路。
  10. 変換器であって、力率補正PFC回路および双方向共振変換回路を含み、前記力率補正PFC回路および前記双方向共振変換回路は、直列に接続され、
    前記双方向共振変換回路は、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の前記双方向共振変換回路であり、
    前記力率補正PFC回路は、電源モジュールおよび電力モジュールを含み、
    前記電源モジュールは前記電力モジュールに接続され、前記電源モジュールは、前記電力モジュールに電気エネルギーを提供するように構成され、前記電力モジュールは少なくとも1つのPFC回路を含み、各PFC回路は、1つのインダクタおよび一対の第1の半導体スイッチングトランジスタを含み、前記インダクタの第1の端部は、前記電源モジュールに接続され、前記インダクタの第2の端部は、前記第1の半導体スイッチングトランジスタを使用することによって、一次キャパシタの両端に別々に接続され、前記一次キャパシタの前記両端は、前記双方向共振変換回路の各一次側ブリッジアームの両端にさらに接続され、
    前記電源モジュールは、交流電源および2つの第2の半導体スイッチングトランジスタを含み、各第2の半導体スイッチングトランジスタの第1の端部は、前記交流電源に接続され、各第2の半導体スイッチングトランジスタの第2の端部は、前記電力モジュールの前記一対の第1の半導体スイッチングトランジスタのうちの1つに接続される、変換器。
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