專利名稱：包括要并聯(lián)或串聯(lián)連接的dc電源的dc-dc變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種供電系統(tǒng)，更具體而言，涉及用于在兩個DC電源和負(fù)載之間交換電カ的供電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
日本專利公開N0.2000-295715 (以下稱為PTL1)描述了ー種用于電動車輛的供電系統(tǒng)，其中從兩個DC電源向負(fù)載(車輛的驅(qū)動電動機)供電。在PTLl中，將兩個電雙層電容器用作DC電源。描述了提供了ー種操作模式，其中將兩個電雙層電容器并聯(lián)連接，向負(fù)載供應(yīng)電力。日本專利公開N0.2008-54477 (以下簡稱PTL2)描述了ー種電壓變換裝置，具有多個DC電壓作為輸入，并輸出多個DC電壓。在PTL2中描述的電壓變換裝置中，通過切換儲能模塊(線圈)的端子和多個輸入電勢以及多個輸出電勢之間的連接，切換操作模式。操作模式包括并聯(lián)連接兩個DC電源以向負(fù)載供應(yīng)電カ的模式。此外，日本專利公開N0.2010-57288 (以下簡稱PTL3)描述了電カ供應(yīng)裝置的ー種配置，包括第一和第二電カ存儲單元，設(shè)有用于切換電カ存儲單元之間的串聯(lián)連接和并聯(lián)連接的開關(guān)。引用列表專利文獻PTLl:日本專利公開 N0.2000-295715PTL2:日本專利公開 N0.2008-54477PTL3:日本專利公開 N0.2010-57288

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題在PTLl和2的配置中，能夠?qū)蓚€DC電源并聯(lián)連接以向負(fù)載供電。不過，未考慮兩個DC電源串聯(lián)連接。在PTL3的配置中，切換第一和第二電カ存儲單元的串聯(lián)連接和并聯(lián)連接，以改變要施加到控制電動機發(fā)電機的驅(qū)動的逆變器的電壓。具體而言，專利文獻3未考慮相對于來自串聯(lián)連接或并聯(lián)連接的電カ存儲單元的輸出電壓的DC電壓變換功能。因此，在根據(jù)電壓命令值控制到負(fù)載的輸出功率的供電系統(tǒng)中，可能無法有效使用PTLl到3中所述配置中的兩個DC電源。做出本發(fā)明是為了解決上述問題，其目的是提供ー種包括兩個DC電源的供電系統(tǒng)的配置，能夠在控制向負(fù)載輸出的電壓的同時有效利用兩個DC電源。問題的解決方案根據(jù)一方面，本發(fā)明提供了ー種供電系統(tǒng)，包括:第一 DC電源；第二 DC電源；以及配置成包括多個開關(guān)元件的電カ變換器。該電カ變換器在第一和第二 DC電源與電連接到負(fù)載的電カ線之間執(zhí)行DC電壓變換，以便控制電カ線上的輸出電壓。所述電カ變換器被配置成可以通過控制所述多個開關(guān)元件在第一工作模式和第二工作模式之間切換，在所述第一工作模式中，在所述第一和第二 DC電源與所述電カ線并聯(lián)電連接的情況下執(zhí)行所述DC電壓變換，在所述第二工作模式中，在所述第一和第二 DC電源與所述電カ線串聯(lián)電連接的情況下執(zhí)行所述DC電壓變換。優(yōu)選地，所述多個開關(guān)元件包括第一到第四開關(guān)元件，所述電壓變換器包括第一和第二電抗器。第一開關(guān)元件電連接于電カ線和第一節(jié)點之間。第二開關(guān)元件電連接于第ニ節(jié)點和第一節(jié)點之間。第三開關(guān)元件電連接于第三節(jié)點和第二節(jié)點之間，第三節(jié)點電連接到第二DC電源的正端子。第四開關(guān)元件電連接于第二DC電源的負(fù)端子和第三節(jié)點之間。第一電抗器電連接于第二節(jié)點和第一 DC電源的正端子之間。第二電抗器電連接于第一節(jié)點和第二 DC電源的正端子之間。更優(yōu)選地，在第一工作模式中，電カ變換器根據(jù)用于第一 DC電源和電カ線之間的DC電壓變換的第一控制信號和用于第二DC電源和電カ線之間的DC電壓變換的第二控制信號的邏輯和，控制第一到第四開關(guān)元件的導(dǎo)通/關(guān)斷，使得第一和第三開關(guān)元件互補地導(dǎo)通/關(guān)斷，第二和第四開關(guān)元件互補地導(dǎo)通/關(guān)斷。優(yōu)選地，在所述第一工作模式中，所述電カ變換器控制所述第一和第二 DC電源之一和所述電カ線之間的所述DC電壓變換，使得所述輸出電壓變得等于命令電壓，并控制所述第一和第二 DC電源中的另ー個與所述電カ線之間的所述DC電壓變換，使得所述DC電源中的所述另ー個的電流變得等于命令電流。更優(yōu)選地，在第二工作模式中，所述電カ變換器根據(jù)用于串聯(lián)連接的第一和第二DC電源與電カ線之間的DC電壓變換的控制信號，控制第一到第四開關(guān)元件的導(dǎo)通/關(guān)斷，使得第三開關(guān)元件固定為導(dǎo)通，而第二和第四開關(guān)元件與第一開關(guān)元件互補地導(dǎo)通/關(guān)斷。優(yōu)選地，在所述第二工作模式中，所述電カ變換器控制串聯(lián)連接的第一和第二 DC電源與所述電カ線之間的所述DC電壓變換，使得所述輸出電壓變得等于命令電壓。優(yōu)選地，根據(jù)用于將所述第一和第二 DC電源與所述電カ線并聯(lián)或串聯(lián)連接的控制信號與用于所述第一或第二工作模式中的所述DC電壓變換的控制信號的邏輯和，控制所述多個開關(guān)元件中的每個。優(yōu)選地，多個開關(guān)元件包括這樣的開關(guān)元件，該開關(guān)元件在所述第二工作模式中固定為導(dǎo)通以串聯(lián)連接所述第一和第二 DC電源，并且在所述第一工作模式中根據(jù)用于控制所述輸出電壓的DC電壓變換的占空比而導(dǎo)通/關(guān)斷。優(yōu)選地，多個開關(guān)元件中的至少一部分布置成包括在第一工作模式中形成于第一DC電源和電カ線之間的第一電カ變換路徑以及第一工作模式中形成于第二 DC電源和電カ線之間的第二電カ變換路徑中。更優(yōu)選地，在第一工作模式中，根據(jù)用于第一 DC電源和電カ線之間的DC電壓變換的第一控制信號和用于第二 DC電源和電カ線之間的DC電壓變換的第二控制信號的邏輯和，導(dǎo)通/關(guān)斷所述開關(guān)元件中的至少一部分。在第二工作模式中所述開關(guān)元件中的至少一部分被分類為:固定為導(dǎo)通以串聯(lián)連接所述第一和第二 DC電源的開關(guān)元件；以及根據(jù)用于控制所述輸出電壓的DC電壓變換的占空比導(dǎo)通/關(guān)斷的開關(guān)元件。
優(yōu)選地，所述第一和第二 DC電源具有彼此不同的額定輸出電壓?；蛘撸龅谝缓偷诙?DC電源具有彼此不同的輸出能量密度和彼此不同的輸出功率密度。發(fā)明的有利效果根據(jù)本發(fā)明，通過控制多個開關(guān)元件，能夠在DC電壓變換在兩個串聯(lián)連接的DC電源和負(fù)載之間執(zhí)行的工作模式(串聯(lián)連接模式)和DC電壓變換在兩個并聯(lián)連接的DC電源和負(fù)載之間執(zhí)行的工作模式(并聯(lián)連接模式)之間切換。通過在串聯(lián)連接模式和并聯(lián)連接模式之間切換，能夠控制輸出給負(fù)載的電壓的同時，考慮到供電系統(tǒng)的效率和輸出電カ的安全性而有效利用兩個DC電源。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的供電系統(tǒng)的示例性配置的電路圖。圖2示出了普通升壓斷路器電路的配置。圖3包括示出了圖2所示升壓斷路器電路的工作的電路圖。圖4包括示出了并聯(lián)連接模式中的第一電路操作的電路圖。圖5包括示出了并聯(lián)連接模式中的第二電路操作的電路圖。圖6包括電路圖，示出了在圖4所示的電路操作時用于電抗器的再循環(huán)路徑。圖7包括電路圖，示出了在圖5所示的電路操作時用于電抗器的再循環(huán)路徑。圖8包括電路圖，示出了串聯(lián)連接模式中的電路操作。圖9包括電路圖，示出了在圖8所示的電路操作時用于電抗器的再循環(huán)路徑。圖10包括電路圖，示出了在并聯(lián)連接模式中用于第一 DC電源的DC電壓變換(升壓操作)。圖11包括電路圖，示出了在并聯(lián)連接模式中用于第二 DC電源的DC電壓變換(升壓操作)。圖12包括電路圖，示出了在串聯(lián)連接模式中的DC電壓變換(升壓操作)。圖13是方框圖，示出了在并聯(lián)連接模式中從負(fù)載側(cè)看到的等效電路。圖14是表示用于控制第一電源的示例性操作的波形圖。圖15是表示用于控制第二電源的示例性操作的波形圖。圖16示出了使電源用作電壓源的控制塊的示例性配置。圖17示出了使電源用作電流源的控制塊的示例性配置。圖18是示出了并聯(lián)連接模式中各種控制數(shù)據(jù)的設(shè)置的表格。圖19是方框圖，示出了在串聯(lián)連接模式中從負(fù)載側(cè)看到的等效電路。圖20是表示串聯(lián)連接模式中示例性控制操作的波形圖。圖21示出了串聯(lián)連接模式中電源控制塊的示例性配置。圖22是示出了串聯(lián)連接模式中各種控制數(shù)據(jù)的設(shè)置的表格。圖23是電路圖，示出了應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明實施例的供電系統(tǒng)的供電系統(tǒng)的示例性配置。圖24是示出了圖23所示供電系統(tǒng)中并聯(lián)連接模式下示例性控制操作的波形圖。圖25是示出了圖23所示供電系統(tǒng)中串聯(lián)連接模式下示例性控制操作的波形圖。圖26是電路圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的修改的供電系統(tǒng)的示例性配置。
圖27是電路圖，示出了圖26所示供電系統(tǒng)中結(jié)合的橋式變換器的配置。圖28是示出了橋式變換器的直接電壓升/降模式中切換操作的表格。圖29是示出了橋式變換器的間接電壓升/降模式中切換操作的表格。圖30是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的修改的供電系統(tǒng)中工作狀態(tài)控制(dutycontrol)的波形圖。圖31是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的修改的供電系統(tǒng)的直接電壓升/降模式中并聯(lián)連接模式下開關(guān)元件的導(dǎo)通/關(guān)斷控制的表格。圖32是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的修改的供電系統(tǒng)的直接電壓升/降模式中串聯(lián)連接模式下開關(guān)元件的導(dǎo)通/關(guān)斷控制的表格。圖33是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的修改的供電系統(tǒng)的間接電壓升/降模式中并聯(lián)連接模式下開關(guān)元件的導(dǎo)通/關(guān)斷控制的表格。圖34是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的修改的供電系統(tǒng)的間接電壓升/降模式中串聯(lián)連接模式下開關(guān)元件的導(dǎo)通/關(guān)斷控制的表格。
具體實施例方式在下文中將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例。在附圖中，用相同的附圖標(biāo)記表示相同或?qū)?yīng)部分，基本不會重復(fù)其描述。(電路配置)圖1是電路圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的供電系統(tǒng)的示例性配置。參考圖1，供電系統(tǒng)5包括DC電源10和20、負(fù)載30和電力變換器50。在本實施例中，例如，由諸如鋰離子二次電池或鎳氫電池的二次電池形成DC電源10。另一方面，由輸出特性優(yōu)異的DC電壓源元件，例如電雙層電容器或鋰離子電容器，形成DC電源20。DC電源10和20分別對應(yīng)于“第一 DC電源”和“第二 DC電源”。電力變換器50連接在DC電源10和20與負(fù)載30之間。電力變換器50被配置成根據(jù)電壓命令值，控制連接到負(fù)載30的電力線PL上的DC電壓(在下文中也稱為輸出電壓Vo)。負(fù)載30用于接收電力變換器50的輸出電壓Vo。將輸出電壓Vo的電壓命令值設(shè)置為適于負(fù)載30工作的值?？梢愿鶕?jù)負(fù)載30的狀態(tài)，可變地設(shè)置電壓命令值。負(fù)載30可以被配置成能夠產(chǎn)生充電電力，對DC電源10和20充電。電力變換器50包括功率半導(dǎo)體開關(guān)元件SI到S4，以及電抗器LI和L2。在本實施例中，作為功率半導(dǎo)體開關(guān)元件(這里以后也簡稱為“開關(guān)元件”)，可以使用IGBT (絕緣柵雙極性晶體管)、功率MOS (金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管或功率雙極性晶體管。對于開關(guān)元件SI到S4，布置反平行的二極管Dl到D4。此外，可以響應(yīng)于未示出的控制信號對開關(guān)元件SI到S4進行導(dǎo)通/關(guān)斷控制。開關(guān)元件SI電連接于電力線PL和節(jié)點NI之間。電抗器L2連接于節(jié)點NI和DC電源20的正端子之間。開關(guān)元件S2電連接于節(jié)點NI和N2之間。電抗器LI連接于節(jié)點N2和DC電源10的正端子之間。開關(guān)元件S3電連接于節(jié)點N2和N3之間。開關(guān)元件S4電連接于節(jié)點N3和地線GL之間。地線GL電連接到負(fù)載30和DC電源10的負(fù)端子。圖1中所示的電力變換器50被配置成包括針對DC電源10和20的每個的升壓斷路器電路。圖2示出了普通升壓斷路器電路的配置。參考圖2，升壓斷路器電路CHP具有上臂開關(guān)元件Su(在下文中也稱為上臂元件)、下臂開關(guān)元件SI (在下文中也稱為下臂元件)和電抗器L。電抗器L電連接到上臂元件Su和下臂元件SI之間的節(jié)點以及DC電源PS的正端子。上臂元件Su和下臂元件SI串聯(lián)連接在電力線PL和地線GL之間。在升壓斷路器電路CHP中，交替提供上臂元件Su的導(dǎo)通周期(下臂元件SI關(guān)斷)和下臂元件SI的導(dǎo)通周期(上臂元件Su關(guān)斷)。如圖3的(a)所示，在下臂元件SI的導(dǎo)通周期中，形成通過DC電源PS-電抗器L-開關(guān)元件SI的電流路徑101。于是，在電抗器L中存儲了能量。另一方面，如圖3的(b)所示，在下臂元件SI關(guān)斷的上臂元件Su的導(dǎo)通周期中，形成通過DC電源PS-電抗器L-上臂元件Su-負(fù)載LD的電流路徑102。因此，向負(fù)載LD供應(yīng)下臂元件SI導(dǎo)通周期期間在電抗器L中存儲的能量和來自DC電源PS的能量。因此，使得向負(fù)載LD輸出的電壓高于DC電源PS的輸出電壓。此外，由于在下臂元件SI的關(guān)斷周期中上臂元件Su導(dǎo)通，可以與負(fù)載LD雙向交換電力。具體而言，有可能從負(fù)載LD接收再生電流，同時控制輸出電壓No，而不需要相對于電力變換器50和負(fù)載LD之間電流方向進行控制切換。已知由下面的等式(I )，利用DC電源PS的電壓V1、對負(fù)載LD的輸出電壓VH和下臂元件的占空比DT，表達升壓斷路器電路CHP的電壓變換比(升壓比)。在這里，由下臂元件的導(dǎo)通周期與切換周期的比值定義占空比DT，在所述切換周期中交替導(dǎo)通/關(guān)斷上臂元件和下臂元件。VH=I/(1-DT) X V1...(I)電力變換器50的特征在于，通過開關(guān)元件SI到S4的控制，在并聯(lián)連接模式和串聯(lián)連接模式之間切換它，在并聯(lián)連接模式中，并聯(lián)連接的DC電源10和20向/從負(fù)載30交換電力，在串聯(lián)連接模式中，串聯(lián)連接的DC電源10和20向/從負(fù)載30交換電力。 在并聯(lián)連接模式中，在DC電源10和20并聯(lián)連接的情況下執(zhí)行用于控制電力線PL的輸出電壓Vo的DC電壓變換。在串聯(lián)連接模式中，在DC電源10和20串聯(lián)連接的情況下執(zhí)行用于控制電力線PL的輸出電壓Vo的DC電壓變換。并聯(lián)連接模式對應(yīng)于“第一操作模式”，串聯(lián)連接模式對應(yīng)于“第二連接模式”。(每種操作模式中的基本電路操作)將描述電力變換器50的每種操作模式中的基本電路操作。首先，將描述電力變換器50并聯(lián)連接模式中的操作。再次參考圖1，在DC電源10和電力線PL之間，提供第一升壓斷路器電路，其具有由開關(guān)元件SI和S2形成的圖2的上臂元件Su和由開關(guān)元件S3和S4形成的圖2的下臂元件SI。類似地，在DC電源20和電力線PL之間，提供第二升壓斷路器電路，其具有由開關(guān)元件S2和S3形成的圖2的下臂元件SI和由開關(guān)元件SI和S4形成的圖2的上臂元件Su。通過這種方式，第一和第二升壓斷路器電路都是由開關(guān)元件SI到S4形成的。換言之，能夠理解，開關(guān)元件SI到S4中的每個都設(shè)置成包含在由第一升壓斷路器電路實現(xiàn)的電源10和電力線PL的電力轉(zhuǎn)換路徑中，和由第二斷路器電路實現(xiàn)的DC電源20和電力線PL之間的電力轉(zhuǎn)換路徑中。如圖4和5所示，通過導(dǎo)通開關(guān)元件S4或S2，能夠?qū)C電源10和20與電力線PL并聯(lián)連接。在這里，在并聯(lián)連接模式中，等效電路將根據(jù)DC電源10的電壓V[I]和DC電源20的電壓V [2]哪個更高而不同。如在圖4的(a)所示，在V[2]>V[1]時，通過導(dǎo)通開關(guān)元件S4，DC電源10和20通過開關(guān)元件S2和S3并聯(lián)連接。此時等效電路如圖4的(b)處所示。參考圖4的(b)，在DC電源10和電力線PL之間，通過開關(guān)元件S3的導(dǎo)通/關(guān)斷控制，可以交替形成圖3 (a)和(b)所示的下臂元件導(dǎo)通周期和上臂元件導(dǎo)通周期。類似地，在DC電源20和電力線PL之間，通過開關(guān)元件S2和S3的共同導(dǎo)通/關(guān)斷控制，可以交替形成圖3的(a)和(b)所示的下臂元件導(dǎo)通周期和上臂元件導(dǎo)通周期。開關(guān)元件SI用作控制從負(fù)載30的再生的開關(guān)。另一方面，如在圖5的(a)所示，在V[l] >V[2]時，通過導(dǎo)通開關(guān)元件S2，DC電源10和20通過開關(guān)元件S3和S4并聯(lián)連接。此時等效電路如圖5的(b)所示。參考圖5的(b)，在DC電源20和電力線PL之間，通過開關(guān)元件S3的導(dǎo)通/關(guān)斷控制，可以交替形成圖3 (a)和(b)所示的下臂元件導(dǎo)通周期和上臂元件導(dǎo)通周期。類似地，在DC電源10和電力線PL之間，通過開關(guān)元件S3和S4的共同導(dǎo)通/關(guān)斷控制，可以交替形成圖3的(a)和(b)所示的下臂元件導(dǎo)通周期和上臂元件導(dǎo)通周期。開關(guān)元件SI用作控制從負(fù)載30的再生的開關(guān)。在圖4和5所示的電路操作中，在任何情況下都必須提供用于釋放電抗器LI和L2中所存能量的路徑。這樣做的理由是，在通過開關(guān)元件串聯(lián)連接不同電流流經(jīng)的電抗器時，存儲的能量和電流之間的關(guān)系發(fā)生矛盾，可能導(dǎo)致產(chǎn)生火花，最終導(dǎo)致電路損壞。因此，必須要始終提供再循環(huán)路徑，用于釋放電路中電抗器LI和L2中存儲的能量。圖6示出了在圖4所示電路操作時用于電抗器的再循環(huán)路徑(并聯(lián)連接模式，V[2]>V[1])。圖6 (a)示出了用于電抗器LI的再循環(huán)路徑和圖6 (b)示出了用于電抗器L2的再循環(huán)路徑。參考圖6的(a)，在圖4的(b)所示的等效電路中，可以通過電流路徑102對電力運轉(zhuǎn)狀態(tài)中電抗器LI的電流再循環(huán)，電流路徑102通過二極管D2和Dl、電力線PL、負(fù)載30和地線GL。此外，再生狀態(tài)中電抗器LI的電流可以通過經(jīng)二極管D3的電流路徑103再循環(huán)。通過電流路徑102和103，可以釋放電抗器LI中存儲的能量。參考圖6的(b)，在圖4的(b)所示的等效電路中，可以通過電流路徑104對電力運轉(zhuǎn)狀態(tài)中電抗器L2的電流再循環(huán)，電流路徑104通過二極管D1、電力線PL、負(fù)載30和地線GL。此外，再生狀態(tài)中電抗器L2的電流可以通過經(jīng)二極管D3和D2的電流路徑105再循環(huán)。通過電流路徑104和105，可以釋放電抗器L2中存儲的能量。圖7示出了在圖5所示電路操作時用于電抗器的再循環(huán)路徑(并聯(lián)連接模式，V[l]>V[2])。圖7 (a)示出了用于電抗器LI的再循環(huán)路徑和圖7 (b)示出了用于電抗器L2的再循環(huán)路徑。參考圖7的(b)，在圖5的(b)所示的等效電路中，可以通過電流路徑106對電力運轉(zhuǎn)狀態(tài)中電抗器LI的電流再循環(huán)，電流路徑106通過二極管Dl、電力線PL、負(fù)載30和地線GL。此外，再生狀態(tài)中電抗器LI的電流可以通過經(jīng)二極管D4和D3的電流路徑107再循環(huán)。通過電流路徑106和107，可以釋放電抗器LI中存儲的能量。參考圖7的(b)，在圖5的(b)處所示的等效電路中，可以通過電流路徑108對電力運轉(zhuǎn)狀態(tài)中電抗器L2的電流再循環(huán)，電流路徑108通過二極管D1、電力線PL、負(fù)載30、地線GL和二極管D4。此外，再生狀態(tài)中電抗器L2的電流可以通過經(jīng)二極管D3的電流路徑109再循環(huán)。通過電流路徑108和109，可以釋放電抗器L2中存儲的能量。如上所述，在電壓變換器50中，在并聯(lián)連接模式操作期間的任何工作狀態(tài)下，確保了釋放電抗器LI和L2中存儲能量的再循環(huán)路徑。接下來，參考圖8和9，將描述串聯(lián)連接模式中電力變換器50的工作。如圖8的(a)所示，通過固定為導(dǎo)通開關(guān)元件S3，可以將DC電源10和20串聯(lián)連接到電力線PL。此時等效電路如圖8的(b)所示。參考圖8的(b)，在串聯(lián)連接模式中，在串聯(lián)連接的DC電源10和20和負(fù)載30之間，通過開關(guān)元件S2和S3的共同導(dǎo)通/關(guān)斷控制，可以交替形成圖3的(a)和(b)所示的下臂元件導(dǎo)通周期和上臂元件導(dǎo)通周期。開關(guān)元件SI在開關(guān)元件S2和S3的關(guān)斷周期中被導(dǎo)通，用作控制來自負(fù)載30的再生的開關(guān)。此外，通過固定為導(dǎo)通的開關(guān)元件S3，等效地形成連接電抗器LI到開關(guān)元件S4的線15。在圖8所示的電路操作中，也必須提供用于釋放電抗器LI和L2中所存能量的再循環(huán)路徑，如參考圖6和7所述。圖9示出了在圖8所示的電路操作時(串聯(lián)連接模式)電抗器的再循環(huán)路徑。圖9Ca)示出了在電力運行狀態(tài)下的再循環(huán)路徑，圖9 (b)示出在再生狀態(tài)下的再循環(huán)路徑。參考圖9的(a)，在圖8的(b)處所示的等效電路中，可以通過電流路徑111對電力運轉(zhuǎn)狀態(tài)中電抗器LI的電流再循環(huán)，電流路徑111通過線15、二極管D2和D1、電力線PL、負(fù)載30和地線GL。此外，電力運行狀態(tài)中電抗器L2的電流可以通過經(jīng)二極管Dl、電力線PL、負(fù)載30、二極管D4和線路15的電流路徑112再循環(huán)。在同時導(dǎo)通/關(guān)斷開關(guān)元件S2和S4時，同樣的電流流經(jīng)電抗器LI和L2，因此，沒有電流流經(jīng)線路15。結(jié)果，沒有電流流經(jīng)二極管D2和D4。參考圖9的(b)，在圖8的(b)所示的等效電路中，再生狀態(tài)中的電抗器LI的電流可以通過經(jīng)二極管D4和線路15的電流路徑113而再循環(huán)。類似地，再生狀態(tài)中電抗器L2的電流可以通過經(jīng)二極管D2和線路15的電流路徑114再循環(huán)。在同時導(dǎo)通/關(guān)斷開關(guān)元件S2和S4時，同樣的電流流經(jīng)電抗器LI和L2，因此，同樣的電流流經(jīng)二極管D2和D4。結(jié)果，沒有電流流經(jīng)線路15。如上所述，在電壓變換器50中，在串聯(lián)連接模式操作期間的電力運行狀態(tài)和再生狀態(tài)下，都確保了釋放電抗器LI和L2中存儲的能量的再循環(huán)路徑。在下文中，將詳細(xì)描述電力變換器50進行的具體DC電壓變換操作。首先，參考圖10和11,將描述并聯(lián)連接模式中的電壓升聞(升壓)操作。圖10示出了并聯(lián)連接模式中DC電源10的DC電壓變換(升壓操作)。參考圖10的(a)，通過導(dǎo)通一對開關(guān)元件S3和S4并關(guān)斷一對開關(guān)元件SI和S2，形成用于在電抗器LI中存儲能量的電流路徑120。于是，如在圖3的(a)那樣，實現(xiàn)了升壓斷路器電路的下臂元件導(dǎo)通的狀態(tài)。
相反，參考圖10的(b)，通過導(dǎo)通一對開關(guān)元件SI和S2并關(guān)斷一對開關(guān)元件S3和S4，形成了電流路徑121，用于與DC電源10的能量一起輸出電抗器LI中存儲的能量。于是，如在圖3的(b)那樣，實現(xiàn)了升壓斷路器電路的上臂元件導(dǎo)通的狀態(tài)。通過交替重復(fù)第一周期和第二周期，交替形成圖10 Ca)的電流路徑120和圖10(b)的電流路徑121，在第一周期中，一對開關(guān)元件S3和S4導(dǎo)通，開關(guān)元件SI和S2中的至少一個關(guān)斷，在第二周期中，一對開關(guān)元件SI和S2導(dǎo)通，開關(guān)元件S3和S4中的至少一個關(guān)斷。結(jié)果，為DC電源10形成了這樣的升壓斷路器電路，其具有一對開關(guān)元件SI和S2作為上臂元件的等價物，一對開關(guān)元件S3和S4作為下臂元件的等價物。在圖10中所示的DC電壓變換操作中，沒有通往DC電源20的電流循環(huán)路徑，因此，DC電源10和20彼此不干擾。具體而言，可以獨立地控制向DC電源10和20的電力輸入/從DC電源10和20的電力輸出。在這樣的DC電壓變換中，下面的等式(2)表示的關(guān)系在DC電源10的電壓V[I]和電力線PL的輸出電壓Vo·之間成立。在等式(2)中，Da表示一對開關(guān)元件S3和S4導(dǎo)通的第一周期的占空比。Vo=I/(1-Da)X V[l]...(2)圖11示出了并聯(lián)連接模式中DC電源20的DC電壓變換(升壓操作)。參考圖11的(a)，通過導(dǎo)通一對開關(guān)元件S2和S3并關(guān)斷一對開關(guān)元件SI和S4，形成用于在電抗器L2中存儲能量的電流路徑130。于是，如在圖3的(a)那樣，實現(xiàn)了升壓斷路器電路的下臂元件導(dǎo)通的狀態(tài)。相反，參考圖11的(b)，通過導(dǎo)通一對開關(guān)元件SI和S4并關(guān)斷一對開關(guān)元件S2和S3，形成了電流路徑131，用于與DC電源20的能量一起輸出電抗器L2中存儲的能量。于是，如在圖3的(b)處那樣，實現(xiàn)了升壓斷路器電路的上臂元件導(dǎo)通的狀態(tài)。通過交替重復(fù)第一周期和第二周期，交替形成圖11 Ca)的電流路徑130和圖11(b)的電流路徑131，在第一周期中，一對開關(guān)元件S2和S3導(dǎo)通，開關(guān)元件SI和S4中的至少一個關(guān)斷，在第二周期中，一對開關(guān)元件SI和S4導(dǎo)通，開關(guān)元件S2和S3中的至少一個關(guān)斷。結(jié)果，為DC電源20形成了這樣的升壓斷路器電路，其具有一對開關(guān)元件SI和S4作為上臂元件的等價物，一對開關(guān)元件S2和S3作為下臂元件的等價物。在圖11中所示的DC電壓變換操作中，沒有通往DC電源10的電流循環(huán)路徑，因此，DC電源10和20彼此不干擾。具體而言，可以獨立地控制向DC電源10和20的電力輸入/從DC電源10和20的電力輸出。在這樣的DC電壓變換中，下面的等式(3)表示的關(guān)系在DC電源20的電壓V [2]和電力線PL的輸出電壓Vo之間成立。在等式(3)中，Db表示一對開關(guān)元件S2和S3導(dǎo)通的第一周期的占空比。Vo=I/(1-Db) X V [2] (3)接下來，參考圖12，將描述串聯(lián)連接模式中的DC電壓變換(升壓操作)。參考圖12的(a)，開關(guān)元件S3固定導(dǎo)通，用于串聯(lián)連接DC電源10和20，一對開關(guān)元件S2和S4導(dǎo)通，開關(guān)元件SI關(guān)斷。結(jié)果，形成了用于在電抗器LI和L2中存儲能量的電流路徑140和141。結(jié)果，對于串聯(lián)連接的DC電源10和20，如在圖3 (a)那樣，實現(xiàn)了升壓斷路器電路的下臂元件導(dǎo)通的狀態(tài)。參考圖12的(b)，在開關(guān)元件S3固定導(dǎo)通的同時，與圖12 (a)相反，關(guān)斷一對開關(guān)元件S2和S4并導(dǎo)通開關(guān)元件SI。于是，形成了電流路徑142。通過電流路徑142，向電力線PL輸出來自串聯(lián)連接的DC電源10和20的能量和電抗器LI和L2中存儲的能量之和。結(jié)果，對于串聯(lián)連接的DC電源10和20，如在圖3 (b)那樣，實現(xiàn)了升壓斷路器電路的上臂元件導(dǎo)通的狀態(tài)。在開關(guān)元件S3保持導(dǎo)通的情況下，通過交替重復(fù)第一周期和第二周期，交替形成圖12 Ca)的電流路徑140和141和圖12 (b)的電流路徑142，在第一周期中，一對開關(guān)元件S2和S4導(dǎo)通，開關(guān)元件SI關(guān)斷，在第二周期中，開關(guān)元件SI導(dǎo)通，開關(guān)元件S2和S4中的至少一個關(guān)斷。在串聯(lián)連接模式中的DC電壓變換中，下面的等式(4)表示的關(guān)系在DC電源10的電壓V[1]、DC電源20的電壓V[2和電力線PL的輸出電壓Vo之間成立。在等式(4)中，Dc表示一對開關(guān)元件S2和S4導(dǎo)通的第一周期的占空比。Vo=l/(l-Dc)x(V[l]+V[2])...(4)不過要指出的是，如果V [I ]和V [2 ]是不同的或如果電抗器LI和L2具有不同的感應(yīng)系數(shù)，在圖12 (a)所示的操作結(jié)束時電抗器LI和L2會具有不同的電流值。因此，在剛剛轉(zhuǎn)變到圖12 (b)所示的操作之后，如果電抗器LI的電流更大，差電流流經(jīng)電流路徑143。如果電抗器L2的電流更大，差電流流經(jīng)電流路徑144。(每種操作模式中的特定控制操作)
接下來，將描述電力變換器50的每種操作模式下的具體控制操作。首先，參考圖13到18，將描述并聯(lián)連接模式中的控制操作。圖13示出了并聯(lián)連接模式中從負(fù)載一側(cè)看到的等效電路。參考圖13，在并聯(lián)連接模式中，在DC電源10和負(fù)載30之間進行DC電力變換的電源PSl以及在DC電源20和負(fù)載30之間進行DC電力變換的電源PS2并行地與負(fù)載30交換電力。電源PSl對應(yīng)于執(zhí)行圖10中所示DC電壓變換操作的升壓斷路器電路。類似地，電源PS2對應(yīng)于執(zhí)行圖11中所示DC電壓變換操作的升壓斷路器電路。具體而言，電源PSl具有DC電源10的電壓V[I]和輸出電壓Vo之間的DC電壓變換功能，電壓變換比由等式(2)表示。類似地，電源PS2具有DC電源20的電壓V[2]和輸出電壓Vo之間的DC電壓變換功能，電壓變換比由等式(3)表示。在并聯(lián)連接模式中，如果對兩個電源同時進行共同控制(輸出電壓Vo的電壓控制)，則在負(fù)載一側(cè)上電源PSl和PS2并聯(lián)連接，因此存在電路故障的可能性。因此，電源PSl和PS2之一充當(dāng)控制輸出電壓Vo的電壓源。電源PSl和PS2的另一個充當(dāng)將電源電流調(diào)節(jié)到電流命令值的電流源。控制電源PSl和PS2中每個的電壓變換比，使得該電源充當(dāng)電壓源或電流源。在控制電源使得電源PSl充當(dāng)電流源而電源PS2充當(dāng)電壓源時，以下等式(5)表示的關(guān)系在DC電源10的電功率P[l]、DC電源20的電功率P[2]、負(fù)載30的電功率Po以及電流源的電流命令值Ii*之間成立。P[2] =Po-P[I] =Po-V[I]X Ii*…(5)
通過設(shè)置電流命令值Ii*，使得P*=V[1] XIi*根據(jù)DC電源10的電壓V[l]的檢測值而保持恒定，可以將形成電流源的DC電源10的電功率P[l]調(diào)節(jié)到功率命令值Pi*。相反，在控制電源使得電源PS2充當(dāng)電流源而電源PSl充當(dāng)電壓源時，下面的等式
(6)表示的關(guān)系成立。P [I] =Po-P [2] =Po-V [2] X Ii*...(6)類似地，也可以通過設(shè)置電流命令值Ii*，使得P*=V[2] X Ii*保持恒定，將DC電源20的電功率P[2]調(diào)節(jié)到功率命令值Pi*。圖14是表示用于控制與DC電源10對應(yīng)的電源PSl的具體示例性操作的波形圖。參考圖14，根據(jù)用于充當(dāng)電壓源的電壓反饋控制(圖16)或根據(jù)用于充當(dāng)電流源的電流反饋控制(圖17)計算電源PSl的占空比Da (參見等式(2))。在圖14中，由相同的附圖標(biāo)記Da表不代表占空比Da的電壓信號。基于占空比Da和周期性載波信號25之間的比較，通過脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制產(chǎn)生電源PSl的控制脈沖信號SDa。通常，將三角形波用于載波信號25。載波信號25的周期對應(yīng)于每個開關(guān)元件的切換頻率，載波信號25的幅度設(shè)置成對應(yīng)于Da=L 0的電壓。如果表示占空比Da的電壓高于載波信號25的電壓，將控制脈沖信號SDa設(shè)置成邏輯高電平(在下文中表示為H電平)，如果電壓低于載波信號25的電壓，將其設(shè)置為邏輯低電平(在下文中表不為L電平)?？刂泼}沖信號/SDa是控制脈沖信號SDa的反相信號。在占空比Da變得更高時，控制脈沖信號SDa的H電平周期變得更長。在占空比Da變得更低時，控制脈沖信號SDa的L電平周期變得更長。因此，控制脈沖信號SDa對應(yīng)于用于控制圖10中所示升壓斷路器電路的下臂元件導(dǎo)通/關(guān)斷的信號。具體而言，在控制脈沖信號SDa的H電平周期中導(dǎo)通下臂元件，在L電平周期中關(guān)斷下臂元件。另一方面，控制脈沖信號/SDa對應(yīng)于用于控制圖10中所示升壓斷路器電路的上臂元件導(dǎo)通/關(guān)斷的信號。圖15是表示用于控制與DC電源20對應(yīng)的電源PS2的具體示例性操作的波形圖。參考圖15，在電源PS2中，也是通過類似于電源PSl的脈沖寬度調(diào)制控制，基于占空比Db (參見等式(3))產(chǎn)生控制脈沖信號SDb及其反相信號/SDb。具體而言，在占空比Db變得更高時，控制脈沖信號SDb的H電平周期變得更長。相反，在占空比Db變得更低時，控制脈沖信號SDb的L電平周期變得更長。因此，控制脈沖信號SDb對應(yīng)于用于控制圖11中所示升壓斷路器電路的下臂元件導(dǎo)通/關(guān)斷的信號?？刂泼}沖信號/SDb對應(yīng)于用于控制圖11中所示升壓斷路器電路的上臂元件導(dǎo)通/關(guān)斷的信號。如果電源PSl充當(dāng)電壓源，根據(jù)使電源PS2充當(dāng)電流源的電流反饋控制(圖17)計算占空比Db。相反，如果電源PSl充當(dāng)電流源，根據(jù)使電源PS2充當(dāng)電壓源的電壓反饋控制(圖16)計算占空比Db。圖16示出了使電源充當(dāng)電壓源的控制塊201的示例性配置。參考圖16，控制塊201根據(jù)通過輸出電壓Vo的電壓命令值Vo*和輸出電壓Vo之間的差異的PI (比例積分)運算獲得的反饋控制量和前饋控制量DvFF之和，產(chǎn)生用于電壓控制的占空比命令值Dv。傳遞函數(shù)Hv對應(yīng)于充當(dāng)電壓源的電源PSl或PS2的傳遞函數(shù)。圖17示出了使電源充當(dāng)電流源的控制塊202的示例性配置。
參考圖17，控制塊202根據(jù)通過電流命令值Ii*和電流受控的DC電源10或20的電流Ii之間的差異的PI (比例積分)運算獲得的反饋控制量和前饋控制量DiFF之和，計算用于電流控制的占空比命令值Di。傳遞函數(shù)Hi對應(yīng)于充當(dāng)電流源的電源PS2或PSl的傳遞函數(shù)。圖18示出了并聯(lián)連接模式中各種控制數(shù)據(jù)的設(shè)置。圖18中所示表格的左列示出了將電源PSl (DC電源10)用作電流源，將電源PS2 (DC電源20)用作電壓源時各種控制數(shù)據(jù)的設(shè)置。參考圖18的左側(cè)，將用于電壓控制的占空比命令值Dv用作電源PS2(DC電源20)的占空比Db，將用于電流控制的占空比命令值Di用作電源PSl (DC電源10)的占空比Da。由電流控制控制的電流Ii是DC電源10的電流I [I]。由電壓控制控制的電壓是輸出電壓Vo，無論將哪個電源PSl和PS2用作電壓源。圖16中的傳遞函數(shù)Hv對應(yīng)于與圖11所示DC電源20對應(yīng)的升壓斷路器電路的傳遞函數(shù)。此外，圖17中的傳遞函數(shù)Hi對應(yīng)于與圖10所示DC電源10對應(yīng)的升壓斷路器電路的傳遞函數(shù)。根據(jù)輸出電壓Vo和DC電源20的電壓V[2]之間的電壓差設(shè)置電壓控制中的前饋控制量DvFF，如下面(7)所示。此外，根據(jù)輸出電壓Vo和DC電源10的電壓V[l]之間的電壓差設(shè)置電流控制的前饋控制量DiFF，如下面(8 )所示。DvFF= (Vo-V [2]) /V0.(7)DiFF= (Vo-V[I])/V0...(8)根據(jù)占空比Da (D a=Di),產(chǎn)生圖14中所示的控制脈沖信號SDa和/SDa。類似地，根據(jù)占空比Db (Db=Dv),產(chǎn)生圖15中所示的控制脈沖信號SDb和/SDb。根據(jù)用于電源PSl的電流控制的控制脈沖信號和用于電源PS2的電壓控制的控制脈沖信號的邏輯和，分別設(shè)置用于控制開關(guān)元件SI到S4的導(dǎo)通/關(guān)斷的控制信號SGl到SG4。開關(guān)元件SI形成圖10和11中所示升壓斷路器電路的每個中的上臂元件。因此，通過控制脈沖信號/SDa和/SDb的邏輯和產(chǎn)生控制開關(guān)元件SI導(dǎo)通/關(guān)斷的控制信號SGl。具體而言，在控制脈沖信號/SDa和/SDb中的至少一個處在H電平的周期中，將控制信號SGl設(shè)置為H電平。在控制脈沖信號/SDa和/SDb都在L電平的周期中，將控制信號SGl設(shè)置為L電平。結(jié)果，對開關(guān)元件SI進行導(dǎo)通/關(guān)斷控制，使其實現(xiàn)圖10中所示升壓斷路器電路(DC電源10)的上臂元件的功能以及圖11中所示升壓斷路器電路(DC電源20)上臂元件的功能。 開關(guān)元件S2形成圖10中升壓斷路器電路的上臂元件和圖11的升壓斷路器電路的下臂元件。因此，根據(jù)控制脈沖信號/SDa和SDb的邏輯和產(chǎn)生控制開關(guān)元件S2導(dǎo)通/關(guān)斷的控制信號SG2。具體而言，在控制脈沖信號/SDa和SDb中的至少一個處在H電平的周期中，將控制信號SG2設(shè)置為H電平。在控制脈沖信號/SDa和SDb都在L電平的周期中，將控制信號SG2設(shè)置為L電平。結(jié)果，對開關(guān)元件S2進行導(dǎo)通/關(guān)斷控制，使其實現(xiàn)圖10中所示升壓斷路器電路(DC電源10)的上臂元件的功能以及圖11中所示升壓斷路器電路(DC電源20)的下臂元件的功能。
類似地，根據(jù)控制脈沖信號SDa和SDb的邏輯和產(chǎn)生用于開關(guān)元件S3的控制信號SG3。于是，對開關(guān)元件S3進行導(dǎo)通/關(guān)斷控制，使其實現(xiàn)圖10中所示升壓斷路器電路(DC電源10)的下臂元件的功能以及圖11中所示升壓斷路器電路(DC電源20)的下臂元件的功能。此外，根據(jù)控制脈沖信號SDa和/SDb的邏輯和產(chǎn)生用于開關(guān)元件S4的控制信號SG4。于是，對開關(guān)元件S4進行導(dǎo)通/關(guān)斷控制，使其實現(xiàn)圖10中所示升壓斷路器電路(DC電源10)的下臂元件的功能以及圖11中所示升壓斷路器電路(DC電源20)的上臂元件的功能。圖18中所示表格的右列示出了將電源PSl (DC電源10)用作電壓源，將電源PS2(DC電源20)用作電流源時各種控制數(shù)據(jù)的設(shè)置。參考圖18的右側(cè)，將用于電壓控制的占空比命令值Dv用作電源PS1(DC電源10)的占空比Da，將用于電流控制的占空比命令值Di用作電源PS2 (DC電源20)的占空比Db。由電流控制控制的電流Ii是DC電源20的電流I [2]。由電壓控制控制的電壓是輸出電壓Vo。圖16中的傳遞函數(shù)Hv對應(yīng)于與圖10所示DC電源10對應(yīng)的升壓斷路器電路的傳遞函數(shù)。此外，圖17中的傳遞函數(shù)Hi對應(yīng)于與圖11所示DC電源20對應(yīng)的升壓斷路器電路的傳遞函數(shù)。根據(jù)輸出電壓Vo和DC電源10的電壓V[l]之間的電壓差設(shè)置電壓控制中的前饋控制量DvFF，如下面(9)所示。此外，根據(jù)輸出電壓Vo和DC電源20的電壓V[2]之間的電壓差設(shè)置電流控制中的前饋控制量DiFF。DvFF= (Vo-V[I])/V0...(9)DiFF= (Vo-V [2]) /V0.(10)根據(jù)占空比Da (Da=Dv),產(chǎn)生圖14中所示的控制脈沖信號SDa和/SDa。類似地，根據(jù)占空比Db (Db=Di),產(chǎn)生圖15中所示的控制脈沖信號SDb和/SDb。根據(jù)用于電源PSl的電壓控制的控制脈沖信號和用于電源PS2的電流控制的控制脈沖信號的邏輯和，分別設(shè)置用于控制開關(guān)元件SI到S4的導(dǎo)通/關(guān)斷的控制信號SGl到SG4。因此，以與圖18中左列所示相同的方式產(chǎn)生用于開關(guān)元件SI到S4的控制信號SGl到 SG4。在并聯(lián)連接模式中，將控制信號SG2和SG4設(shè)置成互補電平，因此，以互補方式導(dǎo)通/關(guān)斷開關(guān)元件S2和S4。因此，自然切換了圖4中所示V[2] >V[1]時的操作和圖5中所示V[1]>V[2]時的操作。此外，在每個操作中，互補地切換開關(guān)元件SI和S3，因此，可以分別在電源PSl和PS2中進行根據(jù)占空率Da和Db的DC電壓變換。接下來，使用圖19到22，將描述串聯(lián)連接模式中的控制操作。圖19示出了串聯(lián)連接模式中從負(fù)載一側(cè)看到的等效電路。參考圖19，在串聯(lián)連接模式中，將電源PSl和PS2串聯(lián)連接到負(fù)載30。因此，流經(jīng)電源PSl和PS2的電流是公 共的。因此，為了控制輸出電壓Vo，電源PSl和PS2有必要是共同由電壓控制的。串聯(lián)連接的電源PSl和PS2對應(yīng)于執(zhí)行圖12中所示DC電壓變換操作的升壓斷路器電路。具體而言，電源PSl和PS2具有DC電壓變換功能，DC電源10和20的電壓V[l]和V[2]之和與輸出電壓Vo之間的電壓變換比由等式(4)表示。在串聯(lián)連接模式中，不能直接控制DC電源10的電功率P[l]和DC電源20的電功率P[2]。在DC電源10的電功率P[l]和電壓V[l]與DC電源20的電功率P[2]和電壓V[2]之間，下面的等式(11)表示的關(guān)系成立。要指出的是，如在并聯(lián)連接模式中那樣，電功率P [I ]和P [2]之和構(gòu)成負(fù)載30的電功率Po (Po=P [I]+P [2])。P[l]:P[2]=V[1]:V[2],. (11)參考圖20，通過用于電壓源操作的電壓反饋控制(圖21)計算電源PSI和PS2公共的占空比Dc(參見等式(4))。在圖20中，由相同的附圖標(biāo)記Dc表不代表占空比Dc的電壓信號。由類似于圖14和15所示的脈沖寬度調(diào)制控制，基于占空比Dc (參見等式(4))產(chǎn)生控制脈沖信號SDc?？刂泼}沖信號/SDc是控制脈沖信號SDc的反相信號。在占空比Dc變得更高時，控制脈沖信號SDc的H電平周期變得更長。相反，在占空比Dc變得更低時，控制脈沖信號SDc的L電平周期變得更長。因此，控制脈沖信號SDc對應(yīng)于用于控制圖12中所示升壓斷路器電路的下臂元件導(dǎo)通/關(guān)斷的信號。另一方面，控制脈沖信號/SDc對應(yīng)于用于控制圖12中所示升壓斷路器電路的上臂元件導(dǎo)通/關(guān)斷的信號。圖21示出了串聯(lián)連 接模式中控制塊203的示例性配置。參考圖21，控制塊203根據(jù)通過輸出電壓Vo的電壓命令值Vo*和輸出電壓Vo之間的差異的PI (比例積分)運算獲得的反饋控制量和前饋控制量DvFF之和，產(chǎn)生用于電壓控制的占空比命令值Dv。傳遞函數(shù)Hv對應(yīng)于串聯(lián)連接的電源PSl和PS2的傳遞函數(shù)。圖22示出了串聯(lián)連接模式中各種控制數(shù)據(jù)的設(shè)置。參考圖22，將用于圖21所示電壓控制的占空比命令值Dv用作占空比Dc。由電壓控制控制的電壓是輸出電壓Vo。圖21中的傳遞函數(shù)Hv對應(yīng)于圖12中所示升壓斷路器電路的傳遞函數(shù)。此外，根據(jù)串聯(lián)連接的電源電壓V[l]+V[2]和輸出電壓Vo之間的電壓差設(shè)置前饋控制量DvFF,如下面的等式(12)所示。DvFF=(Vo-(V[2]+V[l]))/V0...(12)根據(jù)占空比Dc (Dc=Dv),產(chǎn)生圖20所示的控制脈沖信號SDc和/SDc。根據(jù)用于控制圖12中所示升壓斷路器電路的控制脈沖信號SDc和/SDc，分別設(shè)置用于控制開關(guān)元件SI到S4的導(dǎo)通/關(guān)斷的控制信號SGl到SG4。在串聯(lián)連接模式中，通過使開關(guān)元件S3固定為導(dǎo)通，將DC電源10和20串聯(lián)連接。因此，控制信號SG3被固定在H電平。開關(guān)元件SI形成圖12中所示升壓斷路器電路中的上臂元件。因此，將控制脈沖信號/SDc用作控制信號SG1。此外，開關(guān)元件S2和S4形成圖12的升壓斷路器電路中的下臂元件。因此，將控制脈沖信號SDc用作控制信號SG2和SG4。接下來，將描述要具體應(yīng)用本實施例的供電系統(tǒng)5的供電系統(tǒng)的示例性配置和操作。圖23是電路圖，示出了要應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明實施例的供電系統(tǒng)的供電系統(tǒng)的示例性配置。參考圖23，將具有多個串聯(lián)連接的電池單元的電池組件用作DC電源10。此外，將多個串聯(lián)連接的電雙層電容器用作DC電源20。此外，在來自電力變換器50的DC電壓輸出到的電力線PL和地線GL之間，提供平滑電容器35。負(fù)載30包括三相逆變器31和電動機發(fā)電機32，逆變器31用于將電力線PL上的DC電壓變換成三相AC電壓，電動機發(fā)電機32從三相逆變器31接收三相AC電壓以工作。例如，電動機發(fā)電機32由例如安裝于電動車輛或混合動力車輛上的牽引電動機形成。具體而言，在電動車輛或混合動力車輛減速時，電動機發(fā)電機32進行電力再生。在電動機發(fā)電機32工作以產(chǎn)生電力時，三相逆變器31將電動機發(fā)電機32產(chǎn)生的三相AC電功率轉(zhuǎn)換成DC電功率并將其輸出到電力線PL。通過DC電功率，可以對DC電源10和/或DC電源20充電。在圖23的示例性配置中，優(yōu)選將二次電池形成的DC電源10用作主電源，將電雙層電容器形成的DC電源20用作子電源。因此，在并聯(lián)連接模式中，為了通過控制DC電源10的電功率而防止二次電池過量充電或過量放電，對DC電源10進行電流控制。對DC電源20進行電壓控制。圖24示出了并聯(lián)連接模式中的示例性控制操作。 參考圖24，在并聯(lián)連接模式中，通過圖16和17所示的電壓控制和電流控制將輸出電壓Vo維持在電壓命令值Vo*。假設(shè)在時間點tl和t2之間，負(fù)載30 (電動機發(fā)電機32)消耗電功率Po。在這里，根據(jù)電流命令值I* (功率命令值)將受到電流控制的DC電源10的電功率P[l]調(diào)節(jié)成基本在恒定值。此外，二次電池形成的DC電源10的電壓V[l]不會在短時間內(nèi)顯著變化。由于DC電源20受到電壓控制，所以從DC電源20供應(yīng)覆蓋DC電源10的電功率P [I ]相對于負(fù)載30的電功率Po短缺的電功率，以便將輸出電壓Vo維持在電壓命令值Vo*。由電雙層電容器形成的DC電源20的電壓V[2]根據(jù)充電/放電而以高靈敏度變化。具體而言，已知在電雙層電容器的電能Ec、該電容器的電容C和該電容器的電壓Vc之間，關(guān)系Ec= (1/2) XCXVcXVc成立。因此，在從DC電源20輸出電功率P[2] (P[2]=Po-P[l])時，DC電源20的電功率P[2]減小。通過這種方式，在并聯(lián)連接模式中，根據(jù)電壓命令值Vo*控制輸出電壓Vo，可以并行地在負(fù)載30與DC電源10和20之間交換電力。因此，即使難以確保來自一個DC電源的輸出(例如，在溫度極低時)，也能夠供應(yīng)負(fù)載30所需的能量。此外，由于可以獨立地控制DC電源10和20的電功率，所以能夠更精確地管理DC電源10和20中每個的電功率。具體而言，可以以更高的安全性使用DC電源10和20中的每個。此外，由于可以獨立地控制DC電源10和20，所以能夠在DC電源10和20之間交換電力。結(jié)果，例如，在開始負(fù)載30的工作之前，能夠通過電力線PL利用DC電源10和20中的一個對DC電源10和20中的另一個預(yù)先充電。盡管未示出，但在負(fù)載30 (電動機發(fā)電機32)產(chǎn)生電力的再生狀態(tài)中，可以利用輸出電壓Vo的控制同時實現(xiàn)配電控制，以通過電流控制將充入DC電源10中的電功率P[l]維持在恒定值，并由DC電源20接收剩余電功率。圖25示出了串聯(lián)連接模式中的示例性控制操作。在圖25中，假設(shè)在時間點tl和t2之間，負(fù)載30 (電動機發(fā)電機32)消耗電功率Po。
參考圖25，在串聯(lián)連接模式中，DC電源10和20的電流是公共的。因此，如等式
(11)所示，在DC電源10和20之間，根據(jù)電壓V[l]和V[2]的比例確定功率P[l]和P[2]之間的比例。在時間點tl和t2之間，在釋放能量的時候，電容器形成的DC電源20的電壓V[2]顯著下降。因此，進行電壓控制，使得在DC電源20的電壓V[2]降低時，DC電源10的電功率P[l]增大。因此，即使在tl和t2之間的時間段內(nèi)，也可以將輸出電壓Vo維持在電壓命令值Vo*。如圖25中所示，由于DC電源10和20是串聯(lián)連接的，所以能夠用盡DC電源之一(DC電源20)中存儲的能量。這種情況的原因在于，由于在串聯(lián)連接模式中根據(jù)電壓V[l]+V[2]與輸出電壓Vo之比設(shè)置占空比Dc，所以即使在DC電源之一的電壓降低時，其值也不
會非常大。相反，在并聯(lián)連接模式中，根據(jù)輸出電壓Vo與電壓V[l]或V[2]之比設(shè)置占空比Da和Db。因此，如果DC電源之一的電壓下降，它將會是接近1.0的值。在升壓斷路器電路的實際控制中，必須提供失效時間以可靠地防止上下臂元件被同時導(dǎo)通。因此，實際可能的占空比Da和Db均具有上限。因此，在僅有并聯(lián)模式的情況下，如果DC電源之一的電壓下降到特定水平，電壓控制失效。具體而言，從用盡DC電源10和20中存儲的能量的角度講，并聯(lián)連接模式有其限制。因此，從用盡DC電源10和20中存儲的能量的角度講，串聯(lián)連接模式比并聯(lián)連接模式更有利。此外，在串聯(lián)連接模式中，假如負(fù)載30的電功率Po是相同的，流經(jīng)電力變換器5中開關(guān)元件SI到S4的電流低于并聯(lián)連接模式。這種情況的原因在于，在串聯(lián)連接模式中，由串聯(lián)連接執(zhí)行電壓V[I]+V[2]的DC電壓變換，而在并聯(lián)連接模式中，電壓V[I]的DC電壓變換獲得的電流和電壓V[2]的DC電壓變換獲得的電流之和流經(jīng)每個開關(guān)元件。因此，在串聯(lián)連接模式中，可以降低開關(guān)元件處的功率損耗，因此可以提高效率。此外，在串聯(lián)連接模式中，可以控制輸出電壓Vo而沒有負(fù)載30與DC電源10和20之間電力交換期間發(fā)生的電壓V [ I ]和V [2 ]波動的任何影響。如上所述，在根據(jù)本實施例的供電系統(tǒng)中，通過控制多個開關(guān)元件SI到S4，可以有選擇地使用兩個DC電源10和20并聯(lián)連接的模式和所述電源串聯(lián)連接的模式。結(jié)果，能夠有選擇地使用對負(fù)載功率(供應(yīng)要消耗的電功率和接收產(chǎn)生的電功率)有改善的響應(yīng)且電功率的可管理性改善的并聯(lián)連接，以及具有更高效率并允許所存儲能量有更高可用性的串聯(lián)連接。因此，可以有效地利用兩個DC電源10和20。(供電系統(tǒng)的修改)圖26是電路圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的修改的供電系統(tǒng)的配置。參考圖26,根據(jù)實施例的修改的供電系統(tǒng)5#與圖1所不供電系統(tǒng)5不同之處在于其包括電力變換器50#，替代了電力變換器50。與圖1所示的電力變換器50不同之處在于，電力變換器50#還包括開關(guān)元件S5到S8。對于開關(guān)元件S5到S8，分別提供了對應(yīng)的反并聯(lián)二極管D5到D8。電力變換器50#是電力變換器50和圖27中所示橋式變換器55#的組合。參考圖27，橋式變換器55#具有開關(guān)元件Sa到Sd，用于形成連接于DC電源和負(fù)載LD之間的全電橋。開關(guān)元件Sa形成功率源側(cè)的上臂元件，開關(guān)元件Sb形成功率源側(cè)的下臂元件。開關(guān)元件Sc形成負(fù)載側(cè)的上臂元件，開關(guān)元件Sd形成負(fù)載側(cè)的下臂元件。在開關(guān)元件Sa和Sb的節(jié)點以及開關(guān)元件Sc和Sd的節(jié)點之間電連接電抗器L。在橋式變換器55#中，能夠有選擇地應(yīng)用直接電壓升/降模式和間接電壓升/降模式，在直接電壓升/降模式中，可以在從電源PS到負(fù)載LD的電壓升高(升壓)操作(￥11>￥1)和電壓下降(降壓)操作(￥11〈￥1)中共同控制切換，在間接電壓升/降模式中，切換操作在升壓操作和降壓操作中改變。參考圖28，在直接電壓升/降模式中，以互補方式交替導(dǎo)通/關(guān)斷一對開關(guān)元件Sa和Sd和一對開關(guān)元件Sb和Sc。因此，如果用D表示該對開關(guān)元件Sa和Sd的導(dǎo)通周期的比例(占空比)，該對開關(guān) 元件Sb和Sc的占空比將是(1-D)。在這里將電壓變換比(VH/Vi)給出為D/ (1-D)，因此，可以由以下等式(13)表示橋式變換器55#進行的電壓變換。VH=D/(1-D) X V1...(13)從等式(13)可以理解，在D〈0.5時，VH〈Vi (電壓下降)，在D>0.5時，VH>Vi (電壓升高)。具體而言，可以將使用占空比D的共同切換控制應(yīng)用于升壓和降壓操作。參考圖29，在間接電壓升/降模式中，在升壓和降壓時改變切換操作。在升壓操作時，在電源側(cè)的臂中，作為上臂元件的開關(guān)元件Sa固定為導(dǎo)通，而作為下臂元件的開關(guān)元件Sb固定為關(guān)斷。相反，在負(fù)載側(cè)的臂中，以互補方式交替導(dǎo)通/關(guān)斷開關(guān)元件Sc和Sd。因此，在用D表示作為下臂元件的開關(guān)元件Sd的占空比時，作為上臂元件的開關(guān)元件Sc的占空比將是(1-D)。因此，橋式變換器55#充當(dāng)升壓斷路器電路，這里，電壓變換比(VH/Vi)將是I/(1-D)0具體而言，由下面的等式(14)給出橋式變換器55#為升壓進行的電壓變換。VH=I/(1-D) X V1...(14)相反，在降壓操作時，在負(fù)載側(cè)的臂中，作為上臂元件的開關(guān)元件Sc固定為導(dǎo)通，而作為下臂元件的開關(guān)元件Sd固定為關(guān)斷。在電源側(cè)的臂中，以互補方式交替導(dǎo)通/關(guān)斷開關(guān)元件Sa和Sb。如果用D表示作為上臂元件的開關(guān)元件Sa的占空比，作為下臂元件的開關(guān)元件Sb的占空比是(1-D)。因此，橋式變換器55#充當(dāng)降壓斷路器電路。因此，此時的電壓變換比(VH/Vi)是D。具體而言，由下面的等式(15)給出橋式變換器55#為降壓進行的電壓變換。VH=D X V1...(15)在根據(jù)實施例的修改的供電系統(tǒng)5#中，同樣在直接電壓升/降模式和間接電壓升/降模式的每個中，可以切換并聯(lián)連接模式和串聯(lián)選擇模式。在并聯(lián)連接模式中，如在供電系統(tǒng)5中那樣，對DC電源10和20之一進行電壓控制，對另一個進行電流控制。再次參考圖26，在并聯(lián)連接模式中，對于DC電源10，等效形成了橋式變換器，其中開關(guān)元件S5充當(dāng)電源側(cè)上的上臂元件(圖27的開關(guān)元件Sa)，開關(guān)元件S6充當(dāng)電源側(cè)上的下臂元件(圖27的開關(guān)元件Sb)，一對開關(guān)元件SI和S2充當(dāng)負(fù)載側(cè)上的上臂元件(圖27的開關(guān)元件Sc)，一對開關(guān)元件S3和S4充當(dāng)負(fù)載側(cè)上的下臂元件(圖27的開關(guān)元件Sd)。類似地，對于DC電源20，等效形成了橋式變換器，其中開關(guān)元件S7充當(dāng)電源側(cè)上的上臂元件(圖27的開關(guān)元件Sa)，開關(guān)元件S8充當(dāng)電源側(cè)上的下臂元件(圖27的開關(guān)元件Sb)，一對開關(guān)元件SI和S4充當(dāng)負(fù)載側(cè)上的上臂元件(圖27的開關(guān)元件Sc)，一對開關(guān)元件S2和S3充當(dāng)負(fù)載側(cè)上的下臂元件(圖27的開關(guān)元件Sd)。參考圖30，在并聯(lián)連接模式中，根據(jù)圖16或17的控制方框圖，對DC電源10進行電壓控制或電流控制，由此計算占空比Da。在對DC電源10進行電壓控制時，占空比Da是用于電壓控制的占空比命令值Dv (圖16)，占空比Db是用于電流控制的占空比命令值Di(圖17)。相反，在對DC電源20進行電壓控制時，占空比Da是用于電流控制的占空比命令值Di (圖17)，占空比Db是用于電壓控制的占空比命令值Dv (圖16)?？梢灶愃朴趨⒖紙D14和15所述那樣，通過PWM控制計算占空比Da和Db。再次參考圖26，在串聯(lián)連接模式中，開關(guān)元件S3固定為導(dǎo)通，使得DC電源10和20串聯(lián)連接。對于串聯(lián)連接的DC電源10和20，等效地形成了橋式變換器，其中開關(guān)元件SI形成負(fù)載側(cè)的上臂元件，開關(guān)元件S2和S4形成負(fù)載側(cè)的下臂元件。至于電源側(cè)的臂，開關(guān)元件S5和S7形成上臂元件，開關(guān)元件S6和S8形成下臂元件。再次參考圖30，在串聯(lián)連接模式中，如在供電系統(tǒng)5中一樣，對串聯(lián)連接的DC電源10和20進行電壓控制。具體而言，通過根據(jù)圖21的控制方框圖對輸出電壓Vo進行電壓控制來計算占空比Dc。占空比Dc對應(yīng)于圖16的占空比命令值Dv?？梢酝ㄟ^參考圖20所述的PWM控制計算占空比Dc。接下來，將參考圖31到34更詳細(xì)地描述在直接電壓升/降模式和間接電壓升/降模式中的每個中的并聯(lián)連接模式和串聯(lián)連接模式中開關(guān)元件的導(dǎo)通/關(guān)斷控制。圖31示出了直接電壓升/降模式中并聯(lián)連接模式中開關(guān)元件的導(dǎo)通/關(guān)斷控制。如上所述，在對應(yīng)于電源側(cè)上的臂的開關(guān)元件S5到S8中，開關(guān)元件S5和S7對應(yīng)于上臂元件，開關(guān)元件S6和S8對應(yīng)于下臂元件。因此，以與圖28的開關(guān)元件Sa的導(dǎo)通/關(guān)斷控制類似的方式控制開關(guān)元件S5和S7。具體而言，用于開關(guān)元件S5的控制信號SG5對應(yīng)于基于DC電源10的占空比Da的控制脈沖信號SDa。類似地，用于開關(guān)元件S7的控制信號SG7對應(yīng)于基于DC電源20的占空比Db的控制脈沖信號SDb。此外，對于對應(yīng)于下臂元件的開關(guān)元件S6和S8而言，用于開關(guān)元件S6的控制信號SG6對應(yīng)于控制信號SG5的反相信號(/SDa),用于開關(guān)兀件S8的控制信號SG8對應(yīng)于控制信號SG7的反相信號(/SDb)。在供電系統(tǒng)5#中，開關(guān)元件SI到S4形成負(fù)載側(cè)的臂。在與DC電源10對應(yīng)的橋式變換器和與DC電源20對應(yīng)的橋式變換器的每個中，開關(guān)元件SI形成負(fù)載側(cè)上的上臂元件。因此，根據(jù)依據(jù)DC電源10—側(cè)占空比(1-Da)的控制信號SG6 (/SDa)和依據(jù)DC電源20—側(cè)占空比(1-Db)的控制信號SG8 (/SDb)的邏輯和，產(chǎn)生用于開關(guān)元件SI的控制信號SGl。結(jié)果，對開關(guān)元件SI進行導(dǎo)通/關(guān)斷控制，使其實現(xiàn)與DC電源10對應(yīng)的橋式變換器負(fù)載側(cè)上臂元件的功能和與DC電源20對應(yīng)的橋式變換器負(fù)載側(cè)上臂元件的功能。開關(guān)元件S2形成與DC電源10對應(yīng)的橋式變換器中的上臂元件，并形成與DC電源20對應(yīng)的橋式變換器中的下臂元件。因此，根據(jù)控制信號SG6 (/SDa)和SG7 (/SDb)的邏輯和，產(chǎn)生用于開關(guān)元件S2的控制信號SG2。結(jié)果，對開關(guān)元件S2進行導(dǎo)通/關(guān)斷控制，使其實現(xiàn)與DC電源10對應(yīng)的橋式變換器負(fù)載側(cè)上臂元件的功能和與DC電源20對應(yīng)的橋式變換器負(fù)載側(cè)下臂元件的功能。開關(guān)元件S3形成分別與DC電源10和20對應(yīng)的橋式變換器的每個中負(fù)載側(cè)的下臂元件。因此，根據(jù)控制信號SG5 (SDa)和SG7 (SDb)的邏輯和，產(chǎn)生用于開關(guān)元件S3的控制信號SG3。結(jié)果，對開關(guān)元件S3進行導(dǎo)通/關(guān)斷控制，使其實現(xiàn)與DC電源10對應(yīng)的橋式變換器負(fù)載側(cè)下臂元件的功能和與DC電源20對應(yīng)的橋式變換器負(fù)載側(cè)下臂元件的功倉泛。開關(guān)元件S4形成與DC電源10對應(yīng)的橋式變換器中的下臂元件并形成與DC電源20對應(yīng)的橋式變換器中的上臂元件。因此，根據(jù)控制信號SG5 (SDa)和SG8 (/SDb)的邏輯和，產(chǎn)生用于開關(guān)元件S4的控制信號SG4。結(jié)果，對開關(guān)元件S4進行導(dǎo)通/關(guān)斷控制，使其實現(xiàn)與DC電源10對應(yīng)的橋式變換器負(fù)載側(cè)下臂元件和與DC電源20對應(yīng)的橋式變換器負(fù)載側(cè)上臂元件的功能。通過圖31中所示的導(dǎo)通/關(guān)斷控制，在供電系統(tǒng)5#的直接電壓升/降模式中，可以實現(xiàn)如電源系統(tǒng)5中那樣允許在負(fù)載30與DC電源10和20之間并行交換電力的并聯(lián)連接模式。圖32示出了直接電壓升/降模式中串聯(lián)連接模式中開關(guān)元件的導(dǎo)通/關(guān)斷控制。參考圖32，在串聯(lián)連接模式中，對于電源側(cè)上的臂，開關(guān)元件S5和S7形成上臂元件，開關(guān)元件S6和S8形成下臂元件。因此，以與圖28所示的控制信號Sa類似的方式設(shè)置控制信號SG5和SG7，用于控制電源側(cè)上的上臂元件。具體而言，控制信號SG5和SG7對應(yīng)于基于占空比Dc的控制信號SDc。以與圖28所示的控制信號Sb類似的方式設(shè)置控制信號SG6和SG8，用于控制電源側(cè)上的上臂元件。具體而言，控制信號SG6和SG8對應(yīng)于基于占空比(1-Dc )的控制信號/SDc。另一方面，對于負(fù)載側(cè)的臂，開關(guān)元件S3固定為導(dǎo)通，用于串聯(lián)連接DC電源10和20。具體而言，控制信號SG3被固定在H電平。此外，對于串聯(lián)連接的DC電源10和20，開關(guān)元件SI形成上臂元件，開關(guān)元件S2和S4形成下臂元件。因此，以與圖28所示的控制信號Sc類似的方式設(shè)置控制信號SG1，用于控制負(fù)載側(cè)的上臂元件。具體而言，控制信號SGl對應(yīng)于基于占空比(1-Dc)的控制信號/SDc。此外，以與圖28所示的控制信號Sd類似的方式設(shè)置控制信號SG2和SG4，用于控制負(fù)載側(cè)上的下臂元件。具體而言，控制信號SG2和SG4對應(yīng)于基于占空比Dc的控制信號SDc。通過圖32中所示的導(dǎo)通/關(guān)斷控制，在供電系統(tǒng)5#的直接電壓升/降模式中，可以實現(xiàn)類似于電源系統(tǒng)5 (電力變換器50)的串聯(lián)連接模式。圖33示出了間接電壓升/降模式中并聯(lián)連接模式中開關(guān)元件的導(dǎo)通/關(guān)斷控制。參考圖33，在間接電壓升/降模式中，在升壓和降壓操作之間必須要改變切換控制。因此，在并聯(lián)連接模式中，必須要根據(jù)DC電源10電壓升/降和DC電源20電壓升/降的組合，基于電壓V[l]和V[2]以及輸出電壓Vo的大小，在切換控制的四種不同模式間切換。根據(jù)對應(yīng)于DC電源10的橋式變換器用于提升還是降低電壓，以與圖29所示的開關(guān)元件Sa和Sb的導(dǎo)通/關(guān)斷控制類似的方式控制與DC電源10 —側(cè)上電源側(cè)的臂對應(yīng)的開關(guān)元件S5和S6。具體而言，在升壓操作時，將控制信號SG5固定在H電平，將控制信號SG6固定在L電平。在降壓操作時，控制信號SG5對應(yīng)于基于DC電源10的占空比Da的控制脈沖信號SDa,控制信號SG6對應(yīng)于控制信號SG5的反相信號(/SDa)。根據(jù)對應(yīng)于DC電源20的橋式變換器用于提升還是降低電壓，以與圖29所示的開關(guān)元件Sa和Sb的導(dǎo)通/關(guān)斷控制類似的方式控制與DC電源20 —側(cè)上電源側(cè)的臂對應(yīng)的開關(guān)元件S7和S8。具體而言，在升壓操作時，將控制信號SG7固定在H電平，將控制信號SG8固定在L電平。在降壓操作時，控制信號SG7對應(yīng)于基于DC電源20的占空比Db的控制脈沖信號SDb，控制信號SG8對應(yīng)于控制信號SG7的反相信號(/SDb)。如上所述，與負(fù)載側(cè)的臂對應(yīng)的開關(guān)元件SI到S4形成與DC電源10對應(yīng)的橋式變換器的上或下臂元件以及與DC電源20對應(yīng)的橋式變換器的上或下臂元件。因此，對這些元件進行導(dǎo)通/關(guān)斷控制，使得如上所述在相應(yīng)變換器中實現(xiàn)上和下臂元件的功能。例如，根據(jù)用于對應(yīng)于DC電源10的橋式變換器的上臂元件(Sc)的控制信號和用于對應(yīng)于DC電源20的橋式變換器的上臂元件(Sc)的控制信號的邏輯和，控制開關(guān)元件SI。具體而言，如果對于DC電源10和20都要升高電壓，則根據(jù)用于根據(jù)開關(guān)元件Sc的占空比(1-Da)、(l-Db)進行控制的控制信號/SDa和/SDb的邏輯和，設(shè)置用于開關(guān)元件SI的控制信號SGl。相反，如果要在DC電源10 —側(cè)升高電壓，在DC電源20 —側(cè)降低電壓，則根據(jù)控制信號/SDa和H電平信號的邏輯和設(shè)置控制信號SG1，以根據(jù)升壓側(cè)上的開關(guān)元件Sc的占空比(1-Da)和降壓側(cè)上的開關(guān)元件Sc的固定導(dǎo)通實現(xiàn)這兩種控制。類似地，如果要在DC電源10 —側(cè)降低電壓，在DC電源20 —側(cè)升高電壓，則根據(jù)H電平信號和控制信號/SDb的邏輯和設(shè)置控制信號SG1，以實現(xiàn)降壓側(cè)上的開關(guān)元件Sc的固定導(dǎo)通和根據(jù)升壓側(cè)上的開關(guān)元件Sc的占空比(1-Db)的控制。此外，如果要對DC電源10和20都降低電壓，則根據(jù)H電平信號的邏輯和控制控制信號SGl,以實現(xiàn)DC電源10和20中每一個一側(cè)上開關(guān)兀件Sc的固定導(dǎo)通。根據(jù)與DC電源10對應(yīng)的橋式變換器的上臂元件(Sc)的控制信號(圖29)和與DC電源20對應(yīng)的橋式變換器的下臂元件(Sd)的控制信號(圖29)的邏輯和，以與結(jié)合切換控制信號SGl所述類似的方式控制用于開關(guān)元件S2的控制信號SG2。類似地，根據(jù)與DC電源10對應(yīng)的橋式變換器的下臂元件(Sd)的控制信號(圖29)和與DC電源20對應(yīng)的橋式變換器的下臂元件(Sd)的控制信號(圖29)的邏輯和，設(shè)置控制信號SG3。根據(jù)與DC電源10對應(yīng)的橋式變換器的下臂元件(Sd)的控制信號(圖29)和與DC電源20對應(yīng)的橋式變換器的上臂元件(Sc)的控制信號(圖29)的邏輯和，設(shè)置控制信號SG4。通過圖33中所示的導(dǎo)通/關(guān)斷控制，在供電系統(tǒng)5#的間接電壓升/降模式中，可以實現(xiàn)如電源系統(tǒng)5中那樣允許在負(fù)載30與DC電源10和20之間并行交換電力的并聯(lián)連接模式。圖34示出了間接電壓升/降模式中串聯(lián)連接模式中開關(guān)元件的導(dǎo)通/關(guān)斷控制。參考圖34，在串聯(lián)連接模式中，必須要基于串聯(lián)連接的DC電源10和20的電壓(V[l]+V[2] =Vi)和輸出電壓Vo的大小，切換升壓(Vi〈Vo) /降壓(Vi>Vo)切換控制。在升壓時，為了使形成電源側(cè)上上臂元件的開關(guān)元件S5和S7固定為導(dǎo)通，根據(jù)圖29將控制信號SG5和SG7固定在H電平。此外，為了將形成電源側(cè)下臂元件的開關(guān)元件S6和S8固定為關(guān)斷，將控制信號SG6和SG8固定為L電平。另一方面，在形成負(fù)載側(cè)上的臂的開關(guān)元件SI到S4中，將開關(guān)元件S3固定為導(dǎo)通以串聯(lián)連接DC電源10和20。如上所述，在與串聯(lián)連接的DC電源10和20對應(yīng)的變換器中，開關(guān)元件SI對應(yīng)于負(fù)載側(cè)的上臂元件，開關(guān)元件S2和S4對應(yīng)于負(fù)載側(cè)上的下臂元件。因此，類似于圖29中所示的控制信號Sc (用于升壓)，根據(jù)占空比(1-Dc)(亦即，控制信號/SDc)設(shè)置用于開關(guān)元件SI的控制信號SG1。此外，類似于圖29所示的控制信號Sd (用于升壓)，根據(jù)占空比Dc (亦即，控制信號SDc)設(shè)置用于開關(guān)元件S2和S4的控制信號SG2和SG4。在降壓時，類似于圖29中所示的開關(guān)元件Sa，根據(jù)占空比Dc控制形成電源側(cè)上上臂元件的開關(guān)元件S5和S7。具體而言，控制信號SG5和SG7對應(yīng)于控制信號SDc。類似地，類似于圖29中所示的開關(guān)元件Sb，根據(jù)占空比(1-Dc)控制形成電源側(cè)上下臂元件的開關(guān)元件S6和S8。具體而言，控制信號SG6和SG8對應(yīng)于控制信號/SDc。在形成負(fù)載側(cè)上的臂的開關(guān)元件SI到S4中，將開關(guān)元件S3固定為導(dǎo)通以串聯(lián)連接DC電源10和20。類似于圖29所示的控制信號Sc (用于降壓)，將用于控制上臂元件導(dǎo)通/關(guān)斷的控制信號SGl固定在H電平。此外，類似于圖29所示的控制信號Sd (用于降壓)，將用于控制下臂元件導(dǎo)通/關(guān)斷的控制信號SG2和SG4固定在L電平。通過圖34中所示的導(dǎo)通/關(guān)斷控制，在供電系統(tǒng)5#的間接電壓升/降模式中，可以實現(xiàn)類似于電源系統(tǒng)5 (電力變換器50)的串聯(lián)連接模式。如上所述，在圖27所示的供電系統(tǒng)5#中，通過控制多個開關(guān)元件SI到S4，如在供電系統(tǒng)5中那樣，可以有選擇地使用兩個DC電源10和20并聯(lián)連接的模式和所述電源串聯(lián)連接的模式。在本實施例及其修改中，已經(jīng)描述了將二次電池和電雙層電容器代表的不同類型DC電源用作DC電源10和20的范例。通過組合不同類型的DC電源，特別是向負(fù)載供應(yīng)電力的能量密度和功率密度(Ragone曲線)不同的源，更容易在寬工作范圍上為負(fù)載確保電力，因為電源互補地在相互良好和不良性能范圍中工作，在并聯(lián)連接模式中尤其是這樣。此夕卜，在組合具有不同輸出電壓的兩個DC電源時，因為在串聯(lián)連接模式和并聯(lián)連接模式之間切換，預(yù)計能夠有效利用DC電源。不過，要指出的是，即使DC電源10和20是具有同樣額定電壓的電源和/或同樣類型電源，本發(fā)明仍然適用。例如，在將同樣類型的DC電源用作主電源和子電源時，可以適當(dāng)適用本發(fā)明的電源系統(tǒng)。此外，要指出的是，可以由利用受控DC電壓Vo工作的任何裝置配置負(fù)載30。具體而言，盡管在以上實施例中描述了負(fù)載30是用于運行的牽引電動機或安裝在電動車輛或混合動力車輛上的逆變器的例子，但本發(fā)明的應(yīng)用不限于這樣的例子。已經(jīng)描述的實施例僅僅是示例，不應(yīng)被解釋為限制性的。本發(fā)明的范圍由每條權(quán)利要求確定，適當(dāng)考慮實施例的書面描述并在權(quán)利要求語言的含義和等價含義中包含修改。工業(yè)實用性本發(fā)明適用于用于在負(fù)載和兩個DC電源之間交換電力的供電系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.ー種供電系統(tǒng),包括: 第一 DC電源(10); 第二 DC電源(20);以及 電カ變換器(50)，用于在所述第一和第二 DC電源與電連接到負(fù)載(30)的電カ線之間執(zhí)行DC電壓變換，以控制所述電カ線(PL)上的輸出電壓(Vo );其中 所述電カ變換器包括多個開關(guān)元件(S1-S4，S1-S8)，并配置成能夠通過控制所述多個開關(guān)元件在第一工作模式和第二工作模式之間切換，在所述第一工作模式中，在所述第一和第二 DC電源與所述電カ線并聯(lián)電連接的條件下執(zhí)行所述DC電壓變換，在所述第二工作模式中，在所述第一和第二 DC電源與所述電カ線串聯(lián)電連接的條件下執(zhí)行所述DC電壓變換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源系統(tǒng)，其中 所述多個開關(guān)元件(S1-S4)包括 電連接于所述電カ線(PU和第一節(jié)點(NI)之間的第一開關(guān)元件(SI)， 電連接于第二節(jié)點(N2)和所述第一節(jié)點(NI)之間的第二開關(guān)元件(S2)， 電連接于第三節(jié)點(N3)和所述第二節(jié)點之間的第三開關(guān)元件(S3)，所述第三節(jié)點電連接到所述第二 DC電源的負(fù)端子，以及 電連接于所述第一 DC電源的負(fù)端子和所述第三節(jié)點之間的第四開關(guān)元件(S4);并且 所述電カ變換器還包括 電連接于所述第二節(jié)點和所述第一 DC電源的正端子之間的第一電抗器(LI)，以及 電連接于所述第一節(jié)點和所述第二 DC電源的正端子之間的第二電抗器(L2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的供電系統(tǒng)，其中 在所述第一工作模式中，所述電カ變換器(50)根據(jù)第一控制信號(SGa, /SGa)和第二控制信號(SGb，/SGb )的邏輯和，控制所述第一到第四開關(guān)元件(S1-S4)的導(dǎo)通/關(guān)斷，所述第一控制信號用于所述第一 DC電源(10)和所述電カ線(PL)之間的所述DC電壓變換，所述第二控制信號用于所述第二 DC電源(20)和所述電カ線之間的所述DC電壓變換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的供電系統(tǒng)，其中 在所述第一工作模式中，所述電カ變換器(50)控制所述第一和第二 DC電源(10，20)之一和所述電カ線(PU之間的所述DC電壓變換，使得所述輸出電壓(Vo)變得等于命令電壓(Vo*)，并控制所述第一和第二 DC電源中的另ー個和所述電カ線之間的所述DC電壓變換，使得所述DC電源中的所述另ー個的電流(Ii)變得等于命令電流(Ii*)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的供電系統(tǒng)，其中 在所述第二工作模式中，所述電カ變換器(50)控制所述第一到第四開關(guān)元件(S1-S4)的導(dǎo)通/關(guān)斷，使得所述第三開關(guān)元件(S3)固定為導(dǎo)通，而所述第二和第四開關(guān)元件(S2，S4)與所述第一開關(guān)元件(SI)根據(jù)用于串聯(lián)連接的第一和第二 DC電源(10，20)與所述電カ線(PU之間的所述DC 電壓變換的控制信號(SGc，/SGc)互補地導(dǎo)通/關(guān)斷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2和5中任一項所述的供電系統(tǒng)，其中 在所述第二工作模式中，所述電カ變換器(50)控制串聯(lián)連接的第一和第二 DC電源(10，20)與所述電カ線(PL)之間的所述DC電壓變換，使得所述輸出電壓(Vo)變得等于命令電壓(Vo*)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電系統(tǒng),其中 根據(jù)用于將所述第一和第二 DC電源(10，20)與所述電カ線(PL)并聯(lián)或串聯(lián)連接的控制信號和用于所述第一或第二工作模式中所述DC電壓變換的控制信號的邏輯和，控制所述多個開關(guān)元件(S1-S8)中的每ー個。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電系統(tǒng)，其中 所述多個開關(guān)元件(S1-S4，S1-S8)包括這樣的開關(guān)元件(S3)，該開關(guān)元件(S3)在所述第二工作模式中固定為導(dǎo)通以串聯(lián)連接所述第一和第二 DC電源，并且在所述第一工作模式中根據(jù)用于控制所述輸出電壓(Vo)的DC電壓變換的占空比而導(dǎo)通/關(guān)斷。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電系統(tǒng)，其中 所述多個開關(guān)元件(S1-S4，S1-S8)的至少一部分被布置成既被包括在第一電カ變換路徑中又被包括在第二電カ變換路徑中，所述第一電カ變換路徑在所述第一工作模式中形成于所述第一 DC電源(10)和所述電カ線(PL)之間，所述第二電カ變換路徑在所述第一工作模式中形成于所述第二 DC電源(20)和所述電カ線之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的供電系統(tǒng)，其中 在所述第一工作模式中，根據(jù)第一控制信號(SGa, /SGa)與第二控制信號(SGb, /SGb)的邏輯和，導(dǎo)通/關(guān)斷所述開關(guān)元件的所述至少一部分，所述第一控制信號用于所述第一DC電源(10)和所述電カ線(PL)之間的所述DC電壓變換，所述第二控制信號用于所述第二DC電源(20)和所述電カ線之間的所述DC電壓變換；并且 在所述第二工作模式中所述開關(guān)元件的所述至少一部分被分類成:固定為導(dǎo)通以串聯(lián)連接所述第一和第二 DC電源的開關(guān)元件(S3);以及根據(jù)用于控制所述輸出電壓的DC電壓變換的占空比導(dǎo)通/關(guān)斷的開關(guān)元件(SI，S2，S4/S1，S2，S4-S8)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1_3、5和7到10中任一項所述的供電系統(tǒng)，其中 所述第一和第二 DC電源(10，20)具有彼此不同的額定輸出電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求1_3、5和7到10中任一項所述的供電系統(tǒng)，其中所述第一和第二DC電源(10，20 )具有彼此不同的輸出能量密度和彼此不同的輸出功率密度。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括要并聯(lián)或串聯(lián)連接的DC電源的DC-DC變換器。供電系統(tǒng)(5)包括第一DC電源(10)、第二DC電源(20)和具有多個開關(guān)元件(S1-S4)和電抗器(L1，L2)的電力變換器(50)。電力變換器(50)被配置成可以通過控制多個開關(guān)元件(S1-S4)而在并聯(lián)連接模式和串聯(lián)連接模式之間切換，在并聯(lián)連接模式中，在DC電源(10，20)與電力線(PL)并聯(lián)連接的情況下進行DC電壓轉(zhuǎn)換，在串聯(lián)連接模式中，在DC電源(10，20)與電力線(PL)串聯(lián)連接的情況下進行DC電壓轉(zhuǎn)換。所述開關(guān)元件(S1-S4)中的每個布置成既包含在第一DC電源(10)和電力線PL之間的電力變換路徑中也包含在第二DC電源(20)和電力線(PL)之間的電力變換路徑中。
文檔編號H02M3/07GK103141019SQ20118004570
公開日2013年6月5日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月22日
發(fā)明者石垣將紀(jì), 戶村修二, 梅野孝治, 岡村賢樹, 野邊大悟, 中村好志 申請人:豐田自動車株式會社