電力轉(zhuǎn)換器的控制裝置和控制方法
【專利摘要】電力轉(zhuǎn)換器(50)具有：第一動作模式，對開關(guān)元件(S1～S4)中的各個開關(guān)元件獨(dú)立地進(jìn)行通斷控制，在直流電源(10)和第二直流電源(20)與負(fù)載(30)之間執(zhí)行電力轉(zhuǎn)換；及第二動作模式，對開關(guān)元件(S1～S4)中的每兩個開關(guān)元件共同地進(jìn)行通斷控制，在第一直流電源(10)或第二直流電源(20)與負(fù)載(30)之間執(zhí)行電力轉(zhuǎn)換。根據(jù)動作模式對開關(guān)元件(S1～S4)中的各個開關(guān)元件的接通時和斷開時的開關(guān)速度進(jìn)行控制。具體來說，第二動作模式下的開關(guān)速度高于第一動作模式下的開關(guān)速度。
【專利說明】電力轉(zhuǎn)換器的控制裝置和控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力轉(zhuǎn)換器的控制裝置和控制方法，更特別地涉及構(gòu)成電力轉(zhuǎn)換器的電力用半導(dǎo)體開關(guān)元件的開關(guān)速度的控制。
【背景技術(shù)】
[0002]一般采用如下的電力轉(zhuǎn)換器:利用多個電力用半導(dǎo)體開關(guān)元件(以下，也簡稱為“開關(guān)元件”)的通斷控制，在直流電源和負(fù)載之間執(zhí)行電力轉(zhuǎn)換。已知在這樣的電力轉(zhuǎn)換器中具有多個動作模式。
[0003]在日本特開2008-54477號公報(專利文獻(xiàn)I)中，記載了以來自多個直流電源的多個電壓作為輸入并輸出多個直流電壓的電壓轉(zhuǎn)換裝置。在專利文獻(xiàn)I記載的電力轉(zhuǎn)換裝置中，通過切換能量蓄積單元(線圈)的端子與多個輸入電位和多個輸出電位的連接來切換動作模式。并且，在動作模式中，包括從兩個直流電源并列地向負(fù)載供給電力的模式。
[0004]在日本特開2010-57288號公報(專利文獻(xiàn)2)中，作為具備第一蓄電單元和第二蓄電單元的電力供給裝置，記載了設(shè)有對該蓄電單元之間的直流連接和并聯(lián)連接進(jìn)行切換的開關(guān)的結(jié)構(gòu)。即，專利文獻(xiàn)2的電力供給裝置具有第一蓄電單元與第二蓄電單元串聯(lián)連接的動作模式和并聯(lián)連接的動作模式。
[0005]而且，作為構(gòu)成電力轉(zhuǎn)換器的開關(guān)元件的驅(qū)動電路，在日本特開2002-125363號公報(專利文獻(xiàn)3)和日本特開2006-222593號公報(專利文獻(xiàn)4)等中記載了通過切換柵極電阻來可變地控制斷開和接通時的控制電極的電壓或電流(代表性的是柵極電壓)的變化速度即開關(guān)速度的結(jié)構(gòu)。
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開2008-54477號公報
[0007]專利文獻(xiàn)2:日本特開2010-57288號公報
[0008]專利文獻(xiàn)3:日本特開2002-125363號公報
[0009]專利文獻(xiàn)4:日本特開2006-222593號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明要解決的課題
[0011]在具有多個動作模式的電力轉(zhuǎn)換器中，開關(guān)元件的控制方式根據(jù)動作模式而變化的情況是可預(yù)料的。特別地，在一部分動作模式中，在對多個開關(guān)元件的一部分共同地進(jìn)行通斷控制的情況下，同時在多個開關(guān)元件發(fā)生電力損失，因此擔(dān)心電力轉(zhuǎn)換器的效率降低。
[0012]本發(fā)明為了解決這樣的問題點(diǎn)而作出，本發(fā)明的目的在于，在包括多個開關(guān)元件而構(gòu)成的電力轉(zhuǎn)換器中，與動作模式的切換對應(yīng)地實(shí)現(xiàn)電涌電壓抑制和開關(guān)損失降低的兼顧。
[0013]用于解決課題的方案
[0014]在本發(fā)明的一個方面中，提供一種電力轉(zhuǎn)換器的控制裝置，該電力轉(zhuǎn)換器包括多個開關(guān)元件，該電力轉(zhuǎn)換器的控制裝置包括與多個開關(guān)元件中的各個開關(guān)元件對應(yīng)設(shè)置的驅(qū)動控制電路和控制電路。驅(qū)動控制電路控制對應(yīng)的開關(guān)元件的控制電極的驅(qū)動速度?？刂齐娐愤x擇對多個開關(guān)元件中的各個開關(guān)元件獨(dú)立地進(jìn)行通斷控制的第一模式和對多個開關(guān)元件中的至少兩個開關(guān)元件共同地進(jìn)行通斷控制的第二模式。驅(qū)動控制電路使第二模式下的驅(qū)動速度高于第一模式下的驅(qū)動速度。
[0015]優(yōu)選的是，電力轉(zhuǎn)換器構(gòu)成為，在第一直流電源和第二直流電源與和負(fù)載電連接的電源配線之間執(zhí)行直流電壓轉(zhuǎn)換，以控制電源配線上的輸出電壓。多個開關(guān)元件具有第一開關(guān)元件至第四開關(guān)元件。第一開關(guān)元件電連接于第一節(jié)點(diǎn)與電源配線之間。第二開關(guān)元件電連接于第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)之間。第三開關(guān)元件電連接于和第二直流電源的負(fù)極端子電連接的第三節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)之間。第四開關(guān)元件電連接于第一直流電源的負(fù)極端子與第三節(jié)點(diǎn)之間。電力轉(zhuǎn)換器包括:第一電抗器，電連接于第二節(jié)點(diǎn)與第一直流電源的正極端子之間；及第二電抗器，電連接于第一節(jié)點(diǎn)與第二直流電源的正極端子之間。
[0016]更為優(yōu)選的是，電力轉(zhuǎn)換器在第一模式下如下進(jìn)行動作，通過第一開關(guān)元件至第四開關(guān)元件的控制，而在第一直流電源和第二直流電源相對于電源配線并聯(lián)地電連接的狀態(tài)下執(zhí)行直流電壓轉(zhuǎn)換。
[0017]而且，更為優(yōu)選的是，電力轉(zhuǎn)換器在第二模式下，通過共同地控制第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件的通斷，并且共同地控制所述第三開關(guān)元件和第四開關(guān)元件的通斷，而在第一直流電源與電源配線之間執(zhí)行直流電壓轉(zhuǎn)換。
[0018]或者，更為優(yōu)選的是，電力轉(zhuǎn)換器在第二模式下，通過共同地控制第一開關(guān)元件和第四開關(guān)元件的通斷，并且共同地控制所述第二開關(guān)元件和第三開關(guān)元件的通斷，而在第二直流電源與電源配線之間執(zhí)行直流電壓轉(zhuǎn)換。
[0019]優(yōu)選的是，在從第一模式向第二模式切換時，控制裝置在切換了多個開關(guān)元件的控制后，使驅(qū)動控制電路的驅(qū)動速度上升。
[0020]或者，優(yōu)選的是，在從第二模式向第一模式切換時，控制裝置在使驅(qū)動控制電路的驅(qū)動速度降低后，切換多個開關(guān)元件的控制。
[0021]在本發(fā)明的另一方面中，提供一種電力轉(zhuǎn)換器的控制方法，該電力轉(zhuǎn)換器包括多個開關(guān)元件，電力轉(zhuǎn)換器具有對多個開關(guān)元件中的各個開關(guān)元件獨(dú)立地進(jìn)行通斷控制的第一模式及對多個開關(guān)元件中的至少兩個開關(guān)元件共同地進(jìn)行通斷控制的第二模式?？刂品椒ò?在第一模式下電力轉(zhuǎn)換器動作時，將與多個開關(guān)元件中的各個開關(guān)元件對應(yīng)地設(shè)置的驅(qū)動控制電路對對應(yīng)的開關(guān)元件的控制電極的驅(qū)動速度控制成第一速度的步驟；及在第二模式下電力轉(zhuǎn)換器動作時，將驅(qū)動控制電路的驅(qū)動速度控制成比第一速度高的第二速度的步驟。
[0022]優(yōu)選的是，控制方法還包括:指示從第一模式向第二模式切換的步驟；在指示了從第一模式向第二模式切換時，切換多個開關(guān)元件的控制的步驟；及在切換了多個開關(guān)元件的控制后，使驅(qū)動控制電路的驅(qū)動速度從第一速度向第二速度上升的步驟。
[0023]而且，優(yōu)選的是，控制方法還包括:指示從第二模式向第一模式切換的步驟；在指示了從第二模式向第一模式切換時，使驅(qū)動控制電路的驅(qū)動速度從第二速度向第一速度降低的步驟；及在使驅(qū)動速度降低后，切換多個開關(guān)元件的控制的步驟。
[0024]發(fā)明效果
[0025]根據(jù)本發(fā)明，在包括多個開關(guān)元件而構(gòu)成的電力轉(zhuǎn)換器中，通過根據(jù)動作模式控制開關(guān)速度，能夠?qū)崿F(xiàn)電涌電壓抑制和開關(guān)損失降低的兼顧。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是表示包括本發(fā)明的實(shí)施方式的電力轉(zhuǎn)換器的控制裝置的電源系統(tǒng)的構(gòu)成例的電路圖。
[0027]圖2是表示圖1所示的負(fù)載的構(gòu)成例的概略圖。
[0028]圖3是用于說明圖1所示的電力轉(zhuǎn)換器的動作模式的圖表。
[0029]圖4是表示直流電源的特性的一例的概念圖。
[0030]圖5是說明并聯(lián)模式下的第一電路動作的電路圖。
[0031]圖6是說明并聯(lián)模式下的第二電路動作的電路圖。
[0032]圖7是說明并聯(lián)模式下的對第一直流電源的DC/DC轉(zhuǎn)換(升壓動作)的電路圖。
[0033]圖8是說明并聯(lián)模式下的對第二直流電源的DC/DC轉(zhuǎn)換(升壓動作)的電路圖。
[0034]圖9是說明串聯(lián)模式下的電路動作的電路圖。
[0035]圖10是說明串聯(lián)模式下的DC/DC轉(zhuǎn)換(升壓動作)的電路圖。
[0036]圖11是表示并聯(lián)模式下的來自負(fù)載側(cè)的等效電路的框圖。
[0037]圖12是用于說明第一電源的控制動作例的波形圖。
[0038]圖13是用于說明第二電源的控制動作例的波形圖。
[0039]圖14是表示作為電壓源動作的電源的控制塊的構(gòu)成例的圖。
[0040]圖15是表示作為電流源動作的電源的控制塊的構(gòu)成例的圖。
[0041]圖16是說明并聯(lián)模式下的各控制數(shù)據(jù)的設(shè)定的圖表。
[0042]圖17是表示串聯(lián)模式下的來自負(fù)載側(cè)的等效電路的框圖。
[0043]圖18是用于說明串聯(lián)模式下的控制動作例的波形圖。
[0044]圖19是表示串聯(lián)模式下的電源的控制塊的構(gòu)成例的圖。
[0045]圖20是說明串聯(lián)模式下的各控制數(shù)據(jù)的設(shè)定的圖表。
[0046]圖21是作為比較例表示的電力轉(zhuǎn)換器的電路圖。
[0047]圖22是用于說明比較例的電力轉(zhuǎn)換器的單獨(dú)電源模式下的動作的第一電路圖。
[0048]圖23是用于說明比較例的電力轉(zhuǎn)換器的單獨(dú)電源模式下的動作的第二電路圖。
[0049]圖24是說明在本發(fā)明的實(shí)施方式的電力轉(zhuǎn)換裝置中針對各開關(guān)元件設(shè)置的驅(qū)動控制電路的構(gòu)成例的電路圖。
[0050]圖25表示用于說明開關(guān)元件的柵極電阻與開關(guān)速度的關(guān)系的動作波形圖。
[0051]圖26是構(gòu)成本實(shí)施方式的電力轉(zhuǎn)換器的開關(guān)元件的單獨(dú)電源模式下的斷開時的動作波形。
[0052]圖27是本實(shí)施方式的電力轉(zhuǎn)換器的動作模式的轉(zhuǎn)換圖。
[0053]圖28是用于說明從并聯(lián)模式向單獨(dú)電源模式切換時的控制處理的流程圖。
[0054]圖29是用于說明從單獨(dú)電源模式向并聯(lián)模式切換時的控制處理的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0055]以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。另外，以下，對圖中的相同或相當(dāng)部分標(biāo)以相同附圖標(biāo)記，其說明在原則上不重復(fù)。[0056](電力轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu))
[0057]圖1是表示包括本發(fā)明的實(shí)施方式的電力轉(zhuǎn)換器的控制裝置的電源系統(tǒng)的構(gòu)成例的電路圖。
[0058]參照圖1，電源系統(tǒng)5具備直流電源10、直流電源20、負(fù)載30和電力轉(zhuǎn)換器50。
[0059]在本實(shí)施方式中，直流電源10和20分別由鋰離子二次電池、鎳氫電池之類的二次電池或者雙電層電容器、鋰離子電容器等輸出特性優(yōu)良的直流電壓源要素構(gòu)成。直流電源10和直流電源20分別對應(yīng)于“第一直流電源”和“第二直流電源”。
[0060]直流電源10和20可以由同種或同容量的直流電源構(gòu)成，也可以由特性和/或容量不同的直流電源構(gòu)成。
[0061]電力轉(zhuǎn)換器50連接于直流電源10和直流電源20與負(fù)載30之間。電力轉(zhuǎn)換器50構(gòu)成為，按照電壓指令值Vo*來控制與負(fù)載30連接的電源配線PL上的直流電壓(以下，也稱為輸出電壓Vo)。
[0062]負(fù)載30接收到電力轉(zhuǎn)換器50的輸出電壓Vo而動作。電壓指令值Vo*被設(shè)定為與負(fù)載30的動作對應(yīng)的電壓。電壓指令值Vo*也可以被設(shè)定為與負(fù)載30的狀態(tài)對應(yīng)地變化。并且，負(fù)載30也可以構(gòu)成為能夠通過再生發(fā)電等產(chǎn)生直流電源10、20的充電電力。
[0063]電力轉(zhuǎn)換器50包括開關(guān)兀件SI?S4和電抗器L1、L2。在本實(shí)施方式中，作為開關(guān)元件，可以采用IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵雙極型晶體管)、電力用M0S(Metal Oxide Semiconductor:金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管或者電力用雙極晶體管等。與開關(guān)元件SI?S4相對地配置有反并聯(lián)二極管Dl?D4。而且，開關(guān)元件SI?S4能夠響應(yīng)未圖示的控制信號來控制通斷。
[0064]開關(guān)元件SI電連接于電源配線PL與節(jié)點(diǎn)NI之間。電抗器L2連接于節(jié)點(diǎn)NI與直流電源20的正極端子之間。開關(guān)元件S2電連接于節(jié)點(diǎn)NI與N2之間。電抗器LI電連接于節(jié)點(diǎn)N2與直流電源10的正極端子之間。
[0065]開關(guān)元件S3電連接于節(jié)點(diǎn)N2與N3之間。節(jié)點(diǎn)N3與直流電源20的負(fù)極端子電連接。開關(guān)元件S4電連接于節(jié)點(diǎn)N3及接地配線GL之間。接地配線GL將負(fù)載30及直流電源10的負(fù)極端子電連接。
[0066]根據(jù)圖1可理解，電力轉(zhuǎn)換器50形成為與直流電源10和直流電源20分別對應(yīng)地具備升壓斬波電路的結(jié)構(gòu)。即，對于直流電源10，構(gòu)成將開關(guān)元件S1、S2作為上臂元件而將開關(guān)元件S3、S4作為下臂元件的電流雙方向的第一升壓斬波電路。同樣地，對于直流電源20，構(gòu)成將開關(guān)元件S1、S4作為上臂元件而將開關(guān)元件S2、S3作為下臂元件的電流雙方向的第二升壓斬波電路。
[0067]并且，通過第一升壓斬波電路在直流電源10及電源配線PL之間所形成的電力轉(zhuǎn)換路徑和通過第二升壓斬波電路在直流電源20及電源配線PL之間所形成的電力轉(zhuǎn)換路徑這兩方包括開關(guān)元件SI?S4。
[0068]控制裝置40為了控制對負(fù)載30的輸出電壓Vo而生成控制開關(guān)元件SI?S4的通斷的控制信號SGl?SG4。另外，在圖1中雖然省略了圖示，但設(shè)有直流電源10的電壓(以下，記做V[l])和電流(以下，記做1[1])、直流電源20的電壓(以下，記做V[2])和電流(以下，記做I [2])及輸出電壓Vo的檢測器(電壓傳感器、電流傳感器)。并且，優(yōu)選還配置有直流電源10和20的溫度(以下，記做T[l]和Τ[2])的檢測器(溫度傳感器)。這些檢測器的輸出提供給控制裝置40。
[0069]圖2是表示負(fù)載30的構(gòu)成例的概略圖。
[0070]參照圖2，負(fù)載30構(gòu)成為包括例如電動車輛的行駛用電動機(jī)。負(fù)載30包括平滑電容器CH、逆變器32、電動發(fā)電機(jī)35、動力傳遞齒輪36、驅(qū)動輪37。
[0071]電動發(fā)電機(jī)35是用于產(chǎn)生車輛驅(qū)動力的行駛用電動機(jī)，例如由多相的永磁型同步電動機(jī)構(gòu)成。電動發(fā)電機(jī)35的輸出轉(zhuǎn)矩經(jīng)過由減速器、動力分配機(jī)構(gòu)構(gòu)成的動力傳遞齒輪36而向驅(qū)動輪37傳遞。電動車輛利用傳遞至驅(qū)動輪37的轉(zhuǎn)矩而行駛。而且，電動發(fā)電機(jī)35在電動車輛的再生制動時利用驅(qū)動輪37的旋轉(zhuǎn)力進(jìn)行發(fā)電。該發(fā)電電力通過逆變器32進(jìn)行AC/DC轉(zhuǎn)換。該直流電力能夠作為電源系統(tǒng)5包含的直流電源10、20的充電電力而使用。
[0072]另外，在除了電動發(fā)電機(jī)之外還搭載有發(fā)動機(jī)(未圖示)的混合動力汽車中，通過使該發(fā)動機(jī)及電動發(fā)電機(jī)35協(xié)調(diào)性地動作，產(chǎn)生電動車輛所需的車輛驅(qū)動力。此時，也可以使用由發(fā)動機(jī)的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的發(fā)電電力對直流電源10、20進(jìn)行充電。
[0073]這樣一來，電動車輛包括性地表不搭載行駛用電動機(jī)的車輛，包括利用發(fā)動機(jī)和電動機(jī)產(chǎn)生車輛驅(qū)動力的混合動力汽車及未搭載發(fā)動機(jī)的電動汽車和燃料電池車雙方。
[0074](動作模式的說明)
[0075]接下來，對電力轉(zhuǎn)換器50的動作模式進(jìn)行說明。
[0076]參照圖3，電力轉(zhuǎn)換器50具有:使用直流電源10和20這雙方的動作模式和僅使用直流電源10或者20中的一方的動作模式(以下，也稱為“單獨(dú)電源模式”)。
[0077]使用兩個電源的模式包括:直流電源10和20相對于負(fù)載30并列地執(zhí)行DC/DC轉(zhuǎn)換的動作模式(以下，也稱為“并聯(lián)模式”)；及直流電源10和20相對于負(fù)載30串聯(lián)連接而執(zhí)行DC/DC轉(zhuǎn)換的動作模式(以下，也稱為“串聯(lián)模式”)。特別地，電力轉(zhuǎn)換器50能夠通過開關(guān)元件SI?S4的控制來切換并聯(lián)模式和串聯(lián)模式而動作。
[0078]單獨(dú)電源模式具有僅使用直流電源10的模式和僅使用直流電源20的模式。
[0079]圖4是表示直流電源10和20的特性的一例的概念圖。在圖4中，示出了橫軸表示能量、縱軸表示電力的所謂Ragone圖。一般來說，由于直流電源的輸出功率與蓄積能量存在著無法同時兼顧的關(guān)系，因此高容量性的蓄電池則難以得到高輸出，高輸出型的蓄電池則難以提高蓄積能量。
[0080]因此，優(yōu)選的是，直流電源10、20中的一方由蓄積能量高的所謂高容量型的電源構(gòu)成，相對于此，另一方由輸出功率高的所謂高輸出型的電源構(gòu)成。這樣的話，能夠平均地長時間使用在高容量型的電源蓄積的能量，另一方面能夠?qū)⒏咻敵鲂偷碾娫醋鳛榫彌_裝置而使用，輸出高容量型電源不足的量。
[0081]在圖4的例子中，直流電源10由高容量型的電源構(gòu)成，另一方面，直流電源20由高輸出型的電源構(gòu)成。因此，直流電源10的動作范圍110與直流電源20的動作范圍120相比，能夠輸出的電力范圍窄。另一方面，動作范圍120與動作范圍110相比，能夠蓄積的
能量范圍窄。
[0082]在負(fù)載30的動作點(diǎn)101，要求短時間高功率。例如，在電動車輛中，動作點(diǎn)101對應(yīng)于用戶的加速操作的急加速時。相對于此，在負(fù)載30的動作點(diǎn)102，要求長時間較低的功率。例如，在電動車輛中，動作點(diǎn)102對應(yīng)于持續(xù)的高速穩(wěn)定行駛。[0083]對于動作點(diǎn)101，主要能夠通過來自高輸出型的直流電源20的輸出而應(yīng)對。另一方面，對于動作點(diǎn)102，主要能夠通過來自高容量型的直流電源10的輸出而應(yīng)對。由此，在電動車輛中，通過長時間地使用在高容量型的蓄電池蓄積的能量，能夠延長由電能產(chǎn)生的行駛距離，并且能夠迅速地確保與用戶的加速操作對應(yīng)的加速性能。
[0084]而且，在直流電源由蓄電池構(gòu)成的情況下，存在低溫時輸出特性降低的可能性、高溫時為了抑制劣化進(jìn)行而限制充放電的可能性。特別地，在電動車輛中，由于搭載位置的差異，也會產(chǎn)生在直流電源10、20之間產(chǎn)生溫度差的情況。然而，在電源系統(tǒng)5中，根據(jù)直流電源10、20的狀態(tài)(特別是溫度)，或者根據(jù)如上所述的負(fù)載30的要求，存在僅使用任一方直流電源的方式更為高效的情況。通過設(shè)置單獨(dú)電源模式，能夠應(yīng)對這些情況。
[0085]即，在本實(shí)施方式的電源系統(tǒng)5中，根據(jù)直流電源10、20和/或負(fù)載30的狀態(tài)，選擇圖3所示的并聯(lián)模式、串聯(lián)模式、單獨(dú)電源模式(直流電源10或20)中的任一動作模式。
[0086]接下來，對各動作模式下的電力轉(zhuǎn)換器50的動作進(jìn)行說明。首先，對電力轉(zhuǎn)換器50的并聯(lián)模式下的電路動作進(jìn)行說明。
[0087](并聯(lián)模式下的電路動作和控制)
[0088]如圖5和圖6所示，通過將開關(guān)元件S4或S2接通，能夠?qū)⒅绷麟娫?0和20相對于電源配線PL并聯(lián)連接。在此，在并聯(lián)連接模式下，等效電路根據(jù)直流電源10的電壓V [ I]和直流電源20的電壓V [2]的高低而不同。
[0089]如圖5(a)所示，當(dāng)V[2]>V[1]時，通過將開關(guān)元件S4接通，經(jīng)由開關(guān)元件S2、S3，直流電源10與20并聯(lián)連接。此時的等效電路如圖5(b)所示。
[0090]參照圖5 (b)，在直流電源10和電源配線PL之間，通過開關(guān)元件S3的通斷控制，能夠交替地形成下臂元件的接通期間和斷開期間。同樣地，在直流電源20和電源配線PL之間，通過對開關(guān)元件S2、S3共同地進(jìn)行通斷控制，能夠交替地形成升壓斬波電路的下臂元件的接通期間和斷開期間。另外，開關(guān)元件SI作為控制來自負(fù)載30的再生的開關(guān)而動作。
[0091]另一方面，如圖6(a)所示，當(dāng)V[1]>V[2]時，通過將開關(guān)元件S2接通，經(jīng)由開關(guān)元件S3、S4，直流電源10與20并聯(lián)連接。此時的等效電路如圖6(b)所示。
[0092]參照圖6 (b)，在直流電源20和電源配線PL之間，通過開關(guān)元件S3的通斷控制，能夠交替地形成下臂元件的接通期間和斷開期間。同樣地，在直流電源10和電源配線PL之間，通過對開關(guān)元件S3、S4共同地進(jìn)行通斷控制，能夠交替地形成升壓斬波電路的下臂元件的接通期間和斷開期間。另外，開關(guān)元件SI作為控制來自負(fù)載30的再生的開關(guān)而動作。
[0093]接下來，使用圖7和圖8，對電力轉(zhuǎn)換器50的并聯(lián)模式下的升壓動作詳細(xì)地進(jìn)行說明。
[0094]在圖7中，表示并聯(lián)模式下的對直流電源10的DC/DC轉(zhuǎn)換(升壓動作)。
[0095]參照圖7(a)，通過將開關(guān)元件S3、S4的對接通，將開關(guān)元件S1、S2的對斷開，形成用于向電抗器LI蓄積能量的電流路徑150。由此，形成將升壓斬波電路的下臂元件設(shè)為接通的狀態(tài)。
[0096]相對于此，參照圖7(b)，通過將開關(guān)元件S3、S4的對斷開，并將開關(guān)元件S1、S2的對接通，形成用于將電抗器LI的蓄積能量與直流電源10的能量一起輸出的電流路徑151。由此，形成將升壓斬波電路的上臂元件設(shè)為接通的狀態(tài)。
[0097]通過使開關(guān)元件S3、S4的對接通而開關(guān)元件S1、S2中的至少一方斷開的第一期間和開關(guān)元件S1、S2的對接通而開關(guān)元件S3、S4中的至少一方斷開的第二期間交替地重復(fù)，來交替地形成圖7(a)的電流路徑150和圖7(b)的電流路徑151。
[0098]其結(jié)果是，相對于直流電源10構(gòu)成將開關(guān)元件S1、S2的對等效地作為上臂元件、將開關(guān)元件S3、S4的對等效地作為下臂元件的升壓斬波電路。在圖7所示的DC/DC轉(zhuǎn)換動作中，由于沒有向直流電源20的電流流通路徑，因此直流電源10與20彼此不干涉。S卩，能夠獨(dú)立地控制電力相對于直流電源10和20的輸入輸出。
[0099]在這樣的DC/DC轉(zhuǎn)換中，在直流電源10的電壓V[l]和電源配線PL的輸出電壓Vo之間，下述(I)式所示的關(guān)系成立。在(I)式中，將開關(guān)元件S3、S4的對接通的期間的占空比設(shè)為Da。
[0100]Vo = 1/(1 — Da).V[l]...(I)
[0101]在圖8中，表示并聯(lián)模式下的對直流電源20的DC/DC轉(zhuǎn)換(升壓動作)。
[0102]參照圖8(a)，通過將開關(guān)元件S2、S3的對接通，將開關(guān)元件S1、S4的對斷開，形成用于向電抗器L2蓄積能量的電流路徑160。由此，形成將升壓斬波電路的下臂元件設(shè)為接通的狀態(tài)。
[0103]相對于此，參照圖8(b)，通過將開關(guān)元件S2、S3的對斷開，并將開關(guān)元件S1、S4的對接通，形成用于將電抗器L2的蓄積能量與直流電源20的能量一起輸出的電流路徑161。由此，形成將升壓斬波電路的上臂元件設(shè)為接通的狀態(tài)。
[0104]通過使開關(guān)元件S2、S3的對接通而開關(guān)元件S1、S4中的至少一方斷開的第一期間和開關(guān)元件S1、S4的對接通而開關(guān)元件S2、S3中的至少一方斷開的第二期間交替地重復(fù)，來交替地形成圖8(a)的電流路徑160和圖8(b)的電流路徑161。
[0105]其結(jié)果是，相對于直流電源20構(gòu)成將開關(guān)元件S1、S4的對等效地作為上臂元件、將開關(guān)元件S2、S3的對等效地作為下臂元件的升壓斬波電路。在圖8所示的DC/DC轉(zhuǎn)換動作中，由于沒有包括直流電源10的電流路徑，因此直流電源10與20彼此不干涉。S卩，能夠獨(dú)立地控制電力相對于直流電源10和20的輸入輸出。
[0106]在這樣的DC/DC轉(zhuǎn)換中，在直流電源20的電壓V [2]和電源配線PL的輸出電壓Vo之間，下述(2)式所示的關(guān)系成立。在(2)式中，將開關(guān)元件S2、S3的對接通的期間的占空比設(shè)為Db。
[0107]Vo = 1/(1 - Db).V[2],..(2)
[0108](單獨(dú)電源模式下的動作)
[0109]圖7和圖8中的電路動作與單獨(dú)電源模式下的動作共通。在使用直流電源10的單獨(dú)電源模式下，通過圖7 (a)、(b)所示的開關(guān)動作，能夠不使用直流電源20而在直流電源10和負(fù)載30之間執(zhí)行雙方向的直流電壓轉(zhuǎn)換。
[0110]同樣地，在使用直流電源20的單獨(dú)電源模式下，通過圖8(a)、(b)所示的開關(guān)動作，能夠不使用直流電源10而在直流電源20和負(fù)載30之間執(zhí)行雙方向的直流電壓轉(zhuǎn)換。
[0111](串聯(lián)模式下的電路動作)
[0112]接下來，使用圖9和圖10，對電力轉(zhuǎn)換器50的串聯(lián)模式下的電路動作進(jìn)行說明。
[0113]如圖9(a)所示，通過將開關(guān)元件S3接通固定，能夠?qū)⒅绷麟娫?0和20相對于電源配線PL串聯(lián)連接。此時的等效電路如圖9(b)所示。
[0114]參照圖9 (b)，在串聯(lián)模式下，在串聯(lián)連接的直流電源10及20和電源配線PL之間，通過對開關(guān)元件S2、S4共同地進(jìn)行通斷控制，交替地形成升壓斬波電路的下臂元件的接通期間和斷開期間。另外，開關(guān)元件SI在開關(guān)元件S2、S4的斷開期間接通從而作為控制來自負(fù)載30的再生的開關(guān)動作。而且，通過接通固定的開關(guān)元件S3，等效地形成將電抗器LI與開關(guān)元件S4連接的配線15。
[0115]接著，使用圖10，說明串聯(lián)模式下的DC/DC轉(zhuǎn)換(升壓動作)。
[0116]參照圖10 (a)，為了將直流電源10、20串聯(lián)連接而將開關(guān)元件S3接通固定，另一方面，將開關(guān)元件S2、S4的對接通，將開關(guān)元件SI斷開。由此，形成用于向電抗器L1、L2蓄積能量的電流路徑170、171。其結(jié)果是，相對于串聯(lián)連接的直流電源10、20，形成將升壓斬波電路的下臂元件設(shè)為接通的狀態(tài)。
[0117]相對于此，參照圖10(b)，在將開關(guān)元件S3接通固定的狀態(tài)下，與圖10(a)相反地，將開關(guān)元件S2、S4的對斷開，將開關(guān)元件SI接通。由此，形成電流路徑172。通過電流路徑172，向電源配線PL輸出來自串聯(lián)連接的直流電源10、20的能量與蓄積于電抗器L1、L2的能量之和。其結(jié)果是，相對于串聯(lián)連接的直流電源10、20，形成將升壓斬波電路的上臂元件設(shè)為接通的狀態(tài)。
[0118]通過在開關(guān)元件S3接通固定的基礎(chǔ)上使開關(guān)元件S2、S4的對接通而開關(guān)元件SI斷開的第一期間和開關(guān)元件SI接通而開關(guān)元件S2、S4斷開的第二期間交替地重復(fù)，來交替地形成圖10(a)的電流路徑170、171和圖10(b)的電流路徑172。
[0119]在串聯(lián)模式的DC/DC轉(zhuǎn)換中，在直流電源10的電壓V [ I]、直流電源20的電壓V [2]和電源配線PL的輸出電壓Vo之間，下述(3)式所示的關(guān)系成立。在(3)式中，將開關(guān)元件S2、S4的對接通的第一期間的占空比設(shè)為Dc。
[0120]Vo = 1/(1 — Dc).(V[l]+V[2])...(3)
[0121]其中，在V[l]與V[2]不同時、電抗器L1、L2的阻抗不同時，圖10(a)的動作結(jié)束時電抗器L1、L2的電流值分別不同。因此，在向圖10(b)的動作轉(zhuǎn)移后，在電抗器LI的電流這一方大時，差量電流經(jīng)由電流路徑173而流動。另一方面，在電抗器L2的電流這一方大時，差量電流經(jīng)由電流路徑174而流動。
[0122]接下來，對電力轉(zhuǎn)換器50的各動作模式下的控制動作進(jìn)行說明。首先，使用圖11?圖16，對并聯(lián)模式下的控制動作進(jìn)行說明。
[0123](并聯(lián)模式下的控制動作)
[0124]圖11表示并聯(lián)模式下的從負(fù)載側(cè)觀察到的等效電路。
[0125]參照圖11，在并聯(lián)模式下，在直流電源10與負(fù)載30之間執(zhí)行直流電力轉(zhuǎn)換的電源PSl與在直流電源20與負(fù)載30之間執(zhí)行直流電力轉(zhuǎn)換的電源PS2相對于負(fù)載30并列地進(jìn)行電力的供給和接收。電源PSl相當(dāng)于圖7所示的執(zhí)行直流電壓轉(zhuǎn)換動作的升壓斬波電路。同樣地，電源PS2相當(dāng)于圖8所示的執(zhí)行直流電壓轉(zhuǎn)換動作的升壓斬波電路。
[0126]S卩，電源PSl在直流電源10的電壓V [I]和輸出電壓Vo之間具有式(I)所示的電壓轉(zhuǎn)換比的直流電壓轉(zhuǎn)換功能。同樣地，電源PS2在直流電源10的電壓V[2]和輸出電壓Vo之間具有式(2)所示的電壓轉(zhuǎn)換比的直流電壓轉(zhuǎn)換功能。
[0127]在并聯(lián)模式下，當(dāng)利用兩個電源同時執(zhí)行共同的控制(輸出電壓Vo的電壓控制)時，在負(fù)載側(cè)成為將電源PSl與PS2并聯(lián)連接的形式，因此存在電路損壞的可能性。因此，電源PSl和電源PS2中的一方的電源作為控制輸出電壓Vo的電壓源而動作。并且，電源PSl和電源PS3中的另一方的電源作為將該電源的電流控制成電流指令值的電流源而動作。各電源PSl、PS2中的電壓轉(zhuǎn)換比以作為電壓源或電流源而動作的方式進(jìn)行控制。
[0128]在電源PSl作為電流源而電源PS2作為電壓源進(jìn)行控制的情況下，在直流電源10的電力P [I]、直流電源20的電力P [2]、負(fù)載30的電力Po和電流源的電流指令值Ii*之間，下述(4)式的關(guān)系成立。
[0129]P[2] = Po — P[l] = Po — V[l].Ii*...(4)
[0130]根據(jù)直流電源10的電壓V[l]的檢測值，若以使P* = V[l].Π*恒定的方式設(shè)定電流指令值Ii*，則能夠?qū)?gòu)成電流源的直流電源10的電力P[l]控制成電力指定值Pi*。
[0131]相對于此，在將電源PS2作為電流源而將電源PSl作為電壓源進(jìn)行控制的情況下，下述(5)式的關(guān)系成立。
[0132]P[l] = Po — P[2] = Po — V[2].Ii*...(5)
[0133]同樣地，對于構(gòu)成電流源的直流電源20的電壓P [2]，若以使P* = V [2].Ι?*恒定的方式設(shè)定電流指令值Ii*，則能夠控制成電力指定值Pi*。
[0134]在圖12中表示用于說明與直流電源10對應(yīng)的電源PSl的具體的控制動作例的波形圖。
[0135]參照圖12，電源PSl的占空比Da(參照式(I))通過用于作為電壓源動作的電壓反饋控制(圖14)或者用于作為電流源動作的電流反饋控制(圖15)而算出。另外，在圖12中，表不占空比Da的電壓信號以相同的附圖標(biāo)記Da來表不。
[0136]電源PSl的控制脈沖信號SDa通過基于占空比Da與周期性的載波信號25的比較的脈寬調(diào)制(PWM)控制而生成。一般`來說，載波信號25采用三角波。載波信號25的周期與各開關(guān)兀件的開關(guān)頻率相當(dāng)，載波信號25的振幅被設(shè)定為與Da = 1.0對應(yīng)的電壓。
[0137]在表不占空比Da的電壓高于載波信號25的電壓時控制脈沖信號SDa被設(shè)定為邏輯高電平(以下，H電平)，另一方面,在表不占空比Da的電壓低于載波信號25的電壓時控制脈沖信號SDa被設(shè)定為邏輯低電平(以下，L電平)。控制脈沖信號/SDa是控制脈沖信號SDa的反轉(zhuǎn)信號。當(dāng)占空比Da變高時，控制脈沖信號SDa的H電平期間變長。相反地，當(dāng)占空比Da變低時，控制脈沖信號SDa的L電平期間變長。
[0138]因此，控制脈沖信號SDa與控制圖7所示的升壓斬波電路的下臂元件的通斷的信號對應(yīng)。即，在控制脈沖信號SDa的H電平期間下臂元件接通，另一方面，在L電平期間下臂元件斷開。另一方面，控制脈沖信號/SDa與控制圖7所示的升壓斬波電路的上臂元件的通斷的信號對應(yīng)。
[0139]在圖13中表示用于說明與直流電源20對應(yīng)的電源PS2的具體的控制動作例的波形圖。
[0140]參照圖13，在電源PS2中，也通過與電源PSl同樣的脈寬調(diào)制控制，基于占空比Db (參照式(2))來生成控制脈沖信號SDb和其反轉(zhuǎn)信號/SDb。因此，控制脈沖信號SDb與控制圖8所示的升壓斬波電路的下臂元件的通斷的信號對應(yīng)?？刂泼}沖信號/SDb與控制圖8所示的升壓斬波電路的上臂元件的通斷的信號對應(yīng)。
[0141]另外，占空比Db在電源PSl作為電壓源動作時，通過用于使電源PS2作為電流源動作的電流反饋控制(圖15)而算出。相反地，占空比Db在電源PSl作為電流源動作時，通過用于使電源PS2作為電壓源動作的電壓反饋控制(圖14)而算出。[0142]圖14表示作為電壓源動作的電源的控制塊201的構(gòu)成例。
[0143]參照圖14，控制塊201按照對電壓指令值Vo*和輸出電壓Vo的偏差進(jìn)行PI (比例積分)運(yùn)算所得的反饋控制量與前饋控制量DvFF之和來生成用于控制電壓的占空比指令值Dv。傳遞函數(shù)Hv相當(dāng)于作為電壓源動作的電源PSl或PS2的傳遞系數(shù)。
[0144]圖15表示作為電流源動作的電源的控制塊202的構(gòu)成例。
[0145]參照圖15，控制塊202按照對電流指令值Ii*和經(jīng)電流控制的直流電源10或20的電流Ii的偏差進(jìn)行PI (比例積分)運(yùn)算所得的反饋控制量與前饋控制量DiFF之和來生成用于控制電流的占空比指令值Di。傳遞函數(shù)Hi相當(dāng)于作為電流源動作的電源PS2或PSl的傳遞系數(shù)。
[0146]圖16表示并聯(lián)模式下的各控制數(shù)據(jù)的設(shè)定。在圖16的左欄表示將電源PSl (直流電源10)作為電流源而將電源PS2(直流電源20)作為電壓源進(jìn)行控制的情況下的各控制數(shù)據(jù)的設(shè)定。
[0147]參照圖16的左欄，用于電壓控制的占空比指令值Dv采用電源PS2(直流電源20)的占空比Db，并且用于電流控制的占空比指令值Di采用電源PSl (直流電源10)的占空比Da。由電流控制所控制的電流Ii成為直流電源10的電流I [I]。另外，由電壓控制所控制的電壓無論將電源PS1、PS2中的哪一個作為電壓源都是輸出電壓Vo。
[0148]圖14中的傳遞函數(shù)Hv相當(dāng)于與圖8所示的直流電源20對應(yīng)的升壓斬波電路的傳遞函數(shù)。而且，圖15中的傳遞函數(shù)Hi相當(dāng)于與圖7所示的直流電源10對應(yīng)的升壓斬波電路的傳遞函數(shù)。
[0149]電壓控制下的前饋控制量DvFF如下述(6)式所示，根據(jù)輸出電力Vo與直流電源20的電壓V[2]的電壓差來設(shè)定。而且，電流控制下的前饋控制量DiFF如下述(7)式所示，根據(jù)輸出電力Vo與直流電源10的電壓V[l]的電壓差來設(shè)定。
[0150]DvFF = (Vo — V [2])/V0...(6)
[0151]DiFF = (Vo — V[l])/V0...(7)
[0152]根據(jù)占空比Da(Da = Di)，生成圖12所示的控制脈沖信號SDa和/SDa。同樣地，根據(jù)占空比Db (Db = Dv)，生成圖13所示的控制脈沖信號SDb和/SDb。
[0153]用于分別控制開關(guān)元件SI?S4的通斷的控制信號SGl?SG4被設(shè)定為采用用于電源PSl的電流控制的控制脈沖信號與用于電源PS2的電壓控制的控制脈沖信號的邏輯和的形態(tài)。
[0154]開關(guān)元件SI在圖7和圖8的升壓斬波電路中的各個升壓斬波電路形成上臂元件。因此，控制開關(guān)元件SI的通斷的控制信號SGl通過控制脈沖信號/SDa與/SDb的邏輯和而生成。即，在控制脈沖信號/SDa和/SDb中的至少一方為H電平的期間將控制信號SGl設(shè)定為H電平。并且，在控制脈沖信號/SDa和/SDb雙方為L電平的期間將控制信號SGl設(shè)定為L電平。
[0155]其結(jié)果是，對開關(guān)元件SI進(jìn)行通斷控制以實(shí)現(xiàn)圖7的升壓斬波電路(直流電源10)的上臂元件和圖8的升壓斬波電路(直流電源20)的上臂元件雙方的功能。
[0156]開關(guān)元件S2在圖7的升壓斬波電路中形成上臂元件，在圖8的升壓斬波電路中形成下臂元件。因此，控制開關(guān)元件S2的通斷的控制信號SG2通過控制脈沖信號/SDa與SDb的邏輯和而生成。由此，對開關(guān)元件S2進(jìn)行通斷控制以實(shí)現(xiàn)圖7的升壓斬波電路(直流電源10)的上臂元件和圖8的升壓斬波電路(直流電源20)的下臂元件雙方的功能。
[0157]同樣地，開關(guān)元件S3的控制信號SG3通過控制脈沖信號SDa與SDb的邏輯和而生成。由此，對開關(guān)元件S3進(jìn)行通斷控制以實(shí)現(xiàn)圖7的升壓斬波電路(直流電源10)的下臂元件和圖8的升壓斬波電路(直流電源20)的下臂元件雙方的功能。
[0158]而且，開關(guān)元件S4的控制信號SG4通過控制脈沖信號SDa與/SDb的邏輯和而生成。由此，對開關(guān)元件S4進(jìn)行通斷控制以實(shí)現(xiàn)圖7的升壓斬波電路(直流電源10)的下臂元件和圖8的升壓斬波電路(直流電源20)的上臂元件雙方的功能。
[0159]在圖16的右欄表示將電源PSl (直流電源10)作為電壓源而將電源PS2(直流電源20)作為電流源進(jìn)行控制的情況下的各控制數(shù)據(jù)的設(shè)定。
[0160]參照圖16的右欄，用于電壓控制的占空比指令值Dv采用電源PSl (直流電源10)的占空比Da，并且用于電流控制的占空比指令值Di采用電源PS2 (直流電源20)的占空比Db。由電流控制所控制的電流Ii成為直流電源20的電流I [2]。由電壓控制所控制的電壓為輸出電壓Vo。
[0161]圖14中的傳遞函數(shù)Hv相當(dāng)于與圖7所示的直流電源10對應(yīng)的升壓斬波電路的傳遞函數(shù)。而且，圖15中的傳遞函數(shù)Hi相當(dāng)于與圖8所示的直流電源20對應(yīng)的升壓斬波電路的傳遞函數(shù)。
[0162]電壓控制下的前饋控制量DvFF如下述⑶式所示，根據(jù)輸出電力Vo與直流電源20的電壓V[l]的電壓差而設(shè)定。而且，電流控制下的前饋控制量DiFF如下述(9)式所示，根據(jù)輸出電力Vo與直流電源10的電壓V [2]的電壓差而設(shè)定。
[0163]DvFF = (Vo — V[l])/V0...(8)
[0164]DiFF = (Vo — V[2])/V0...(9)
[0165]根據(jù)占空比Da(Da = Dv)，生成圖12所示的控制脈沖信號SDa和/SDa。同樣地，根據(jù)占空比Db (Db = Di)，生成圖13所示的控制脈沖信號SDb和/SDb。
[0166]用于分別控制開關(guān)元件SI?S4的通斷的控制信號SGl?SG4被設(shè)定為采用用于電源PSl的電壓控制的控制脈沖信號與用于電源PS2的電流控制的控制脈沖信號的邏輯和的形態(tài)。因此，與圖16的左欄同樣地生成開關(guān)元件SI?S4的控制信號SGl?SG4。
[0167]在并聯(lián)模式下，控制信號SG2和SG4被設(shè)定為互補(bǔ)的電平，因此開關(guān)元件S2和S4互補(bǔ)地通斷。由此，圖5所示的V[2]>V[1]時的動作與圖6所示的V[1]>V[2]的動作被自然地切換。并且，在各動作中，通過使開關(guān)元件S1、S3互補(bǔ)地通斷，能夠在電源PS1、PS2中的各個電源執(zhí)行按照占空比Da、Db的直流電壓轉(zhuǎn)換。
[0168]在并聯(lián)模式下，與輸出電壓Vo的控制一起，能夠通過一方的直流電源的電流控制來控制直流電源10、20的輸出電力。因此，在并聯(lián)模式下，直流電源10、20的電力管理性提高。而且，并列地使用直流電源10、20，因此對來自負(fù)載30的充放電要求的應(yīng)對性也優(yōu)異。
[0169](單獨(dú)電源模式下的控制動作)
[0170]如上所述，在使用直流電源10的單獨(dú)電源模式下，執(zhí)行圖7(a)、(b)所示的開關(guān)動作。因此，通過圖14所示的控制塊201，以將輸出電壓Vo控制成電壓指令值的方式，使用于電壓控制的占空比指令值Dv采用直流電源10的占空比Da。并且，控制信號SGl?SG4按照用于直流電源10的電壓控制的控制脈沖信號SDa、/SDa而控制。具體來說，與上臂元件對應(yīng)的開關(guān)元件S1、S2的控制信號SG1、SG2按照控制脈沖信號/SDa而設(shè)定，與下臂元件對應(yīng)的開關(guān)元件S3、S4的控制信號SG3、SG4按照控制脈沖信號SDa而設(shè)定。
[0171]而且，在使用直流電源20的單獨(dú)電源模式下，執(zhí)行圖8(a)、(b)所示的開關(guān)動作。因此，通過圖14所示的控制塊201，以將輸出電壓Vo控制成電壓指令值的方式，使用于電壓控制的占空比指令值Dv采用直流電源20的占空比Db。并且，控制信號SGl?SG4按照用于直流電源20的電壓控制的控制脈沖信號SDb、/SDb而控制。具體來說，與上臂元件對應(yīng)的開關(guān)元件S1、S4的控制信號SG1、SG4按照控制脈沖信號/SDb而設(shè)定，與下臂元件對應(yīng)的開關(guān)元件S2、S3的控制信號SG2、SG3按照控制脈沖信號SDb而設(shè)定。
[0172]如上所述，通過單獨(dú)電源模式，能夠應(yīng)對僅使用任一方的直流電源的方式更為高效的情況。
[0173](串聯(lián)模式下的控制動作)
[0174]接下來，使用圖17?圖20，對串聯(lián)模式下的控制動作進(jìn)行說明。
[0175]圖17表示串聯(lián)模式下的從負(fù)載側(cè)觀察到的等效電路。
[0176]參照圖17，在串聯(lián)模式下，電源PSl和電源PS2相對于負(fù)載30串聯(lián)連接。因此，在電源PSl與PS2中流動的電流是共同的。因此，為了控制輸出電壓Vo，電源PSl和PS2需要共同地進(jìn)行電壓控制。
[0177]串聯(lián)連接的電源PSl和PS2相當(dāng)于圖10所示的執(zhí)行直流電壓轉(zhuǎn)換動作的升壓斬波電路。即，電源PS1、PS2在直流電源10、20的電壓V[l]與V[2]之和及輸出電壓Vo之間具有式(3)所示的電壓轉(zhuǎn)換比的直流電壓轉(zhuǎn)換功能。
[0178]在串聯(lián)模式下，無法直接控制直流電源10的電力P[l]和直流電源20的電力P[2] O在直流電源10的電力P[l]和電壓V[l]與直流電源20的電力P[2]和電壓V[2]之間，下述(10)式的關(guān)系成立。另外，對于電力P[l]與電力P[2]之和為負(fù)載30的電力Po這一點(diǎn)(Po = P[1]+P[2])，與并聯(lián)模式相同。
[0179]P[l]:P[2] = V[l]:V[2],..(10)
[0180]參照圖18，電源PS1、PS2共同的占空比Dc(參照式(3))通過用于作為電壓源動作的電壓反饋控制(圖19)而算出。另外，在圖18中，表示占空比Dc的電壓信號以相同的附圖標(biāo)記Dc來表示。
[0181]控制脈沖信號SDc通過與圖12和圖13同樣的脈寬調(diào)制控制，基于占空比Dc (參照式(3))而生成?？刂泼}沖信號/SDc是控制脈沖信號SDc的反轉(zhuǎn)信號?？刂泼}沖信號SDc與控制圖10所示的升壓斬波電路的下臂元件的通斷的信號對應(yīng)。另一方面，控制脈沖信號/SDc與控制圖10所示的升壓斬波電路的上臂元件的通斷的信號對應(yīng)。
[0182]圖19表示串聯(lián)模式下的控制塊203的構(gòu)成例。
[0183]參照圖19，控制塊203按照對輸出電壓的電壓指令值Vo*和輸出電壓Vo的偏差進(jìn)行PI (比例積分)運(yùn)算所得的反饋控制量與前饋控制量DvFF之和來生成用于控制電壓的占空比指令值Dv。傳遞函數(shù)Hv相當(dāng)于串聯(lián)連接的電源PS1、PS2的傳遞函數(shù)。
[0184]圖20表示串聯(lián)模式下的各控制數(shù)據(jù)的設(shè)定。
[0185]參照圖20，用于圖19所示的電壓控制的占空比指令值Dv被用作占空比Dc。由電壓控制所控制的電壓為輸出電壓Vo。圖19中的傳遞函數(shù)Hv相當(dāng)于與圖10所示的升壓斬波電路的傳遞函數(shù)。而且，前饋控制量DvFF如下述(11)式所示，根據(jù)串聯(lián)連接的電源電壓V[l]+V[2]與輸出電壓Vo的電壓差而設(shè)定。[0186]DvFF = (Vo — (V[2]+V[l]))/V0...(11)
[0187]根據(jù)占空比Dc (Dc = Dv)，生成圖18所示的控制脈沖信號SDc和/SDc。
[0188]用于分別控制開關(guān)元件SI?S4的通斷的控制信號SGl?SG4被設(shè)定為按照控制脈沖信號SDc和/SDc來控制圖10所示的升壓斬波電路。
[0189]在串聯(lián)模式下，通過將開關(guān)元件S3接通固定，將直流電源10和20串聯(lián)連接。因此，控制信號SG3被固定為H電平。
[0190]開關(guān)元件S1在圖10的升壓斬波電路中形成上臂元件。因此，將控制脈沖信號/SDc作為控制信號SGl而使用。而且，開關(guān)元件S2、S4在圖10的升壓斬波電路中形成下臂元件。因此，將控制脈沖信號SDc作為控制信號SG2、SG4而使用。
[0191]在串聯(lián)模式下，執(zhí)行V[l]+V[2]與輸出電壓Vo之間的直流電壓轉(zhuǎn)換，因此與并聯(lián)模式相比斬波電路的占空比低。因此，直流電源10、20的蓄積能量(SOC =State of Charge:充電狀態(tài))低，即使電壓V[1]、V[2]低也能夠執(zhí)行直流電壓轉(zhuǎn)換。因此，從高效地用盡直流電源10、20的蓄積能量的觀點(diǎn)出發(fā)是有利的。而且，在串聯(lián)模式和并聯(lián)模式之間，輸入輸出相同電力時的電流在串聯(lián)模式下變小。因此，串聯(lián)模式在效率方面是有利的。
[0192](電力轉(zhuǎn)換器的開關(guān)速度控制)
[0193]這樣一來，通過多個開關(guān)元件SI?S4的控制，電力轉(zhuǎn)換器50能夠區(qū)分使用對負(fù)載電力的應(yīng)對性和電力管理性提高的并聯(lián)模式、效率和蓄積能量的利用性優(yōu)異的串聯(lián)模式及用于應(yīng)對僅使用一個直流電源的方式更為高效的情況的單獨(dú)電源模式。
[0194]在單獨(dú)電源模式下，對每兩個開關(guān)元件共同地進(jìn)行通斷控制，因此擔(dān)心開關(guān)元件的電力損失的增大。具體來說，在使用直流電源10的單獨(dú)電源模式下，對開關(guān)元件S1、S2共同地進(jìn)行通斷控制，并且對開關(guān)元件S3、S4共同地進(jìn)行通斷控制(參照圖7)。同樣地，在使用直流電源20的單獨(dú)電源模式下，對開關(guān)元件S1、S4共同地進(jìn)行通斷控制，并且對開關(guān)元件S2、S3共同地進(jìn)行通斷控制(參照圖8)。另一方面，在并聯(lián)模式下，對開關(guān)元件SI?S4中的各個開關(guān)元件獨(dú)立地進(jìn)行通斷控制。即，在電力轉(zhuǎn)換器50中，并聯(lián)模式對應(yīng)于“第一模式”，單獨(dú)電源模式對應(yīng)于“第二模式”。
[0195]圖21表示作為能夠并列使用直流電源10、20的比較例所表示的電力轉(zhuǎn)換器50#的結(jié)構(gòu)。
[0196]參照圖21，比較例的電力轉(zhuǎn)換器50#具有斬波電路6、7。斬波電路6在直流電源10和與負(fù)載30連接的電源配線PL之間執(zhí)行雙方向的DC/DC轉(zhuǎn)換。斬波電路6包括開關(guān)元件S1、S2和電抗器LI。
[0197]斬波電路7在直流電源20和與負(fù)載30連接的電源配線PL之間執(zhí)行雙方向的DC/DC轉(zhuǎn)換。斬波電路7包括開關(guān)元件S3、S4和電抗器L2。
[0198]這樣一來，電力轉(zhuǎn)換器50#與本實(shí)施方式的電力轉(zhuǎn)換器50不同，是相對于直流電源10和直流電源20分別獨(dú)立地設(shè)有斬波電路6、7的結(jié)構(gòu)。斬波電路6和7能夠獨(dú)立地控制。
[0199]例如，與圖14和圖15同樣地，斬波電路6、7以使直流電源10、20的一方作為電壓源動作并且使另一方作為電流源動作的方式進(jìn)行控制。例如，與圖15同樣地，斬波電路6執(zhí)行用于使輸出電壓Vo與電壓指令值Vo* —致的電壓控制。由此，按照用于電壓控制的占空比Da(控制脈沖信號SDa、/SDa)來控制開關(guān)元件S1、S2。相對于此，與圖14同樣地，斬波電路7執(zhí)行用于使電流I [2]與電流指令值Ii* 一致的電流控制。由此，按照用于電流控制的占空比Db (控制脈沖信號SDa、/SDa)來控制開關(guān)元件S3、S4。
[0200]這樣一來，在電力轉(zhuǎn)換器50#中，通過使斬波電路6、7并列地動作，能夠與電力轉(zhuǎn)換器50的并聯(lián)模式同樣地，在直流電源10、20與負(fù)載30之間并列地執(zhí)行DC/DC轉(zhuǎn)換。并且，電力轉(zhuǎn)換器50#通過僅使斬波電路6或7動作，能夠?qū)崿F(xiàn)使用直流電源10或20的單獨(dú)電源模式。
[0201]在圖22和圖23中表示用于說明電力轉(zhuǎn)換器50#的單獨(dú)電源模式下的動作的電路圖。在圖22和圖23中，表示使用直流電源10的單獨(dú)電源模式下的斬波電路6的動作。
[0202]參照圖22，在斬波電路6中，通過使作為上臂元件的開關(guān)元件SI斷開而使作為下臂元件的開關(guān)元件S2接通，形成用于向電抗器LI儲存電磁能量的電流路徑181。
[0203]參照圖23，在斬波電路6中，通過使下臂元件(開關(guān)元件S2)斷開而使上臂元件(開關(guān)元件SI)接通，能夠形成用于向負(fù)載30供給電力的電流路徑182。
[0204]這樣一來，在斬波電路6中，通過使逐個開關(guān)元件交替地通斷，能夠?qū)崿F(xiàn)使用直流電源10的單獨(dú)電源模式。同樣地，在斬波電路7中，通過使開關(guān)元件S3 (上臂元件)和開關(guān)元件S4(下臂元件)交替地通斷，能夠?qū)崿F(xiàn)使用直流電源20的單獨(dú)電源模式。
[0205]因此，當(dāng)對單獨(dú)電源模式的電力轉(zhuǎn)換進(jìn)行比較時，本實(shí)施方式的電力轉(zhuǎn)換器50在電流路徑上各存在兩個開關(guān)元件，與比較例的電力轉(zhuǎn)換器50#相比，擔(dān)心損失增大(約2倍)。因此，在本實(shí)施方式的電力轉(zhuǎn)換器50中，根據(jù)動作模式來控制各開關(guān)元件SI?S4的開關(guān)速度。
[0206]圖24是說明在本發(fā)明的實(shí)施方式的電力轉(zhuǎn)換裝置中針對各開關(guān)元件設(shè)置的驅(qū)動控制電路的構(gòu)成例的電路圖。
[0207]參照圖24，驅(qū)動控制電路300通過驅(qū)動開關(guān)元件400的控制電極的電壓或電流來響應(yīng)控制信號SG而控制開關(guān)元件400的通斷。開關(guān)元件400包括性地表示開關(guān)元件SI?S4，控制信號SG包括性地表示控制信號SGl?SG4。
[0208]開關(guān)兀件400 作為 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵雙極型晶體管)而例示。開關(guān)元件400構(gòu)成為使與“控制電極”即柵極(G)的電壓對應(yīng)的電流I(S)在端子間(集電極(C)和發(fā)射極(E)之間)流動。具體來說，開關(guān)元件400在柵極電壓V(G)比預(yù)定的閾值電壓高時接通，在柵極電壓V(G)比預(yù)定的閾值電壓低時斷開。而且，將開關(guān)元件400的端子間電壓(集電極和發(fā)射極間電壓)記做V (S)。在開關(guān)元件400接通時，V (S)=0，另一方面，在開關(guān)元件400斷開時V(S) >0。當(dāng)V(S)因電涌電壓等而過大時，存在發(fā)生元件故障的危險。
[0209]驅(qū)動控制電路300在控制信號SG為H電平時，為了將開關(guān)元件400接通而將柵極(G)驅(qū)動成電壓Vh，另一方面，在控制信號SG為L電平時，為了將開關(guān)元件400斷開而將柵極(G)驅(qū)動成電壓VI。例如，電壓Vh為12 (V)?15 (V)左右，電壓Vl為接地電壓(GND)?一15 (V)左右。
[0210]驅(qū)動控制電路300具有驅(qū)動開關(guān)305、306、柵極電阻切換開關(guān)307和用于柵極電阻的電阻元件308和309。驅(qū)動開關(guān)305設(shè)于供給電壓Vh的電壓源301和節(jié)點(diǎn)Na之間。驅(qū)動開關(guān)306設(shè)于供給電壓Vl的電壓源302和節(jié)點(diǎn)Na之間。驅(qū)動開關(guān)305在控制信號SG的H電平時接通。驅(qū)動開關(guān)306在控制信號SG的L電平時(即，將SG翻轉(zhuǎn)的信號/SG的H電平時)接通。
[0211]電阻元件308連接于節(jié)點(diǎn)Na和Ng之間。柵極電阻切換開關(guān)307和電阻元件309在節(jié)點(diǎn)Na和Ng之間與電阻元件308并聯(lián)連接。
[0212]在柵極電阻切換開關(guān)307斷開時，僅電阻元件308連接于節(jié)點(diǎn)Na和Ng之間。另一方面，在柵極電阻切換開關(guān)307接通時，電阻元件308和309并聯(lián)連接于節(jié)點(diǎn)Na和Ng之間。因此，柵極電阻切換開關(guān)307接通時的柵極電阻低于柵極電阻切換開關(guān)307斷開時的柵極電阻。
[0213]驅(qū)動控制電路300的節(jié)點(diǎn)Ng和Ne分別與開關(guān)元件400的柵極(G)和發(fā)射極(E)電連接。在開關(guān)元件400的柵極和發(fā)射極之間存在柵極電容Cg。
[0214]當(dāng)控制信號SG為H電平時，通過將驅(qū)動開關(guān)305接通，柵極電容Cg向電壓Vh進(jìn)行充電。由此，與柵極電壓V(G)的上升對應(yīng)地，開關(guān)元件400接通。另一方面，當(dāng)控制信號SG為L電平時，通過將驅(qū)動開關(guān)306接通，柵極電容Cg向電壓Vl進(jìn)行放電。由此，與柵極電壓V(G)的降低對應(yīng)地，開關(guān)元件400斷開。
[0215]開關(guān)元件400的通斷由控制電極的電壓或電流(在IGBT中是柵極電壓)控制。在驅(qū)動控制電路300的控制電極(柵極)的驅(qū)動速度大、柵極電壓V(G)的變化速度大的情況下，開關(guān)元件400在短時間內(nèi)接通或者斷開。即，開關(guān)速度變大。相反地，在驅(qū)動控制電路300的控制電極(柵極)的驅(qū)動速度小、柵極電壓V(G)的變化速度小的情況下，開關(guān)元件400的接通或者斷開需要一定的時間。即，開關(guān)速度變小。
[0216]圖25表示用于說明開關(guān)元件的柵極電阻與開關(guān)速度的關(guān)系的斷開時的動作波形圖。在圖25(a)中，表示柵極電阻切換開關(guān)307斷開時即柵極電阻高時的動作波形。另一方面，在圖25(b)中，表示柵極電阻切換開關(guān)307接通時即柵極電阻低時的動作波形。
[0217]參照圖25的(a)、(b)，在斷開時，從柵極電壓V(G) = Vh的狀態(tài)起，通過驅(qū)動控制電路300使柵極電壓V(G)向電壓Vl而進(jìn)行驅(qū)動。
[0218]對應(yīng)于柵極電壓V(G)低于預(yù)定的閾值電壓Vth，開關(guān)元件400開始斷開。由此，端子間電壓V(S)開始上升，并且電流I(S)減小。在完全斷開的狀態(tài)下，柵極電壓V(G)=VI，并且電流I(S) =O0并且，端子間電壓V(S)達(dá)到開關(guān)元件400截止的電平(最終值)。在斷開的過程中，端子間電壓V(S)因電涌電壓的產(chǎn)生而高于最終值。為了避免元件故障，需要通過降低電涌電壓來抑制V(S)的瞬間最大值。
[0219]如圖25(a)所示，在柵極電阻高的情況下，斷開時的柵極電壓V(S)的變化速度變小。其結(jié)果是，電流I (S)的變化也變得平緩，因此抑制了電涌電壓。另一方面，到電流I (S)=O而完全地斷開為止需要時間，因此開關(guān)損失(Pls的積分值)增大。
[0220]相對于此，如圖25(b)所示，在柵極電阻低的情況下，使斷開時的柵極電壓V(S)的變化速度變大。其結(jié)果是，電流I(S)的變化變得急劇，因此電涌電壓增大。即，與柵極電阻低的情況相比端子間電壓V(S)的最大值也變大。另一方面，到電流I(S) = O而完全地斷開為止的時間縮短，因此開關(guān)損失(PlS的積分值)減小。
[0221]這樣一來，在柵極電阻高、柵極電壓的變化速度(即，開關(guān)速度)小的情況下，抑制了電涌電壓，另一方面開關(guān)損失增大。相對于此，在柵極電阻低、柵極電壓的變化速度(即，開關(guān)速度)大的情況下，電涌電壓增大，另一方面開關(guān)損失減小。驅(qū)動控制電路300根據(jù)柵極電阻切換開關(guān)307的通斷而將開關(guān)元件400的開關(guān)速度控制為可變，從而能夠調(diào)整電涌電壓和開關(guān)損失。
[0222]圖26是構(gòu)成本實(shí)施方式的電力轉(zhuǎn)換器50的開關(guān)元件的單獨(dú)電源模式下的斷開時的動作波形。在圖26中，代表性地表示僅使用直流電源10的單獨(dú)電源模式下的、開關(guān)元件S3和S4的對的斷開時的波形。
[0223]參照圖26，在時刻tl以前，控制信號SG3、SG4被設(shè)定為H電平，開關(guān)元件S3、S4接通。因此，開關(guān)元件S3、S4的端子間電壓V (S3)、V (S4)為零。在該狀態(tài)下，形成圖7 (a)的電流路徑150。
[0224]在時刻tl，通過控制信號SG3、SG4從H電平變?yōu)長電平，對開關(guān)元件S3、S4共同地指示斷開。由此，與通過將驅(qū)動開關(guān)306 (圖24)接通而使柵極電壓降低對應(yīng)地，開關(guān)元件S3、S4開始斷開。與此對應(yīng)，電壓V (S3)和V(S4)均勻地上升。
[0225]在時刻t2，達(dá)到V(S3) = V(S4) = Vo/2。由此，二極管D3、D4接通，因此取代圖7(a)的電流路徑150，形成圖7(b)所示的電流路徑151。與此對應(yīng)，伴隨著開關(guān)元件S3、S4的電流I (S3)、I (S4)減小，在開關(guān)元件S3、S4發(fā)生電涌電壓。其結(jié)果是，電壓V (S3)、V (S4)進(jìn)一步上升。在時刻t3，達(dá)到I (S3) = I(S4) =0。
[0226]在時刻t3?t4，在電抗器L2不產(chǎn)生電位，因此開關(guān)元件S4的電壓V(S4)向Vo-V [2]收斂。因此，開關(guān)元件S3的電壓V (S3)向Vo-(Vo-V[2]) = V[2]收斂。
[0227]在時刻t2?t3的期間產(chǎn)生的電涌電壓與時刻t2的電壓Vo/2重疊。這是因?yàn)?，通過串聯(lián)連接的兩個開關(guān)元件S3、S4而將輸出電壓Vo切斷。
[0228]相對于此，在圖23所示的比較例的電力轉(zhuǎn)換器50#中，通過單一的開關(guān)元件而切斷輸出電壓Vo，因此斷開時的電涌電壓與輸出電壓Vo重疊。因此，在電力轉(zhuǎn)換器50的單獨(dú)電源模式下，斷開時的電涌電壓產(chǎn)生時的開關(guān)元件的端子間電壓被抑制得比比較例的電力轉(zhuǎn)換器50#低。換言之,在電力轉(zhuǎn)換器50的單獨(dú)電源模式下,與電力轉(zhuǎn)換器50#相比，電涌電壓的容許量(電壓)大Vo/2。
[0229]因此，在單獨(dú)電源模式下，提高開關(guān)速度而實(shí)現(xiàn)開關(guān)損失的降低。由此，斷開時的電涌電壓增大，然而由于存在Vo/2的量的余量，因此避免了端子間電壓超過耐壓這一情況。其結(jié)果是，抑制了對兩個開關(guān)元件共同地進(jìn)行通斷所導(dǎo)致的開關(guān)損失的增大。
[0230]相對于此，在并聯(lián)模式下，由于對各開關(guān)元件SI?S4獨(dú)立地進(jìn)行控制，因此需要通過單一的開關(guān)元件來切斷輸出電壓Vo與電涌電壓之和。因此，需要抑制開關(guān)速度。
[0231]因此，在單獨(dú)電源模式下，通過驅(qū)動控制電路300 (圖24)，與兩電源模式(并聯(lián)模式和串聯(lián)模式)相比使各開關(guān)元件SI?S4的開關(guān)速度降低。具體來說，在單獨(dú)電源模式下，通過將柵極電阻切換開關(guān)307接通來降低柵極電阻，另一方面在兩電源模式下，通過將柵極電阻切換開關(guān)307接通來提高柵極電阻。
[0232]另外，如圖20所示，在串聯(lián)模式下，對開關(guān)元件S2、S4共同地進(jìn)行通斷控制，因此對于開關(guān)元件S2、S4，在理論上，與單獨(dú)電源模式同樣地，存在能夠降低開關(guān)速度的可能性。然而，在串聯(lián)模式下，對開關(guān)元件SI單獨(dú)地進(jìn)行通斷控制。因此，難以降低處于以單一的開關(guān)元件切斷輸出電壓Vo與電涌電壓之和這一情況下的開關(guān)元件SI的開關(guān)速度。當(dāng)在開關(guān)元件之間開關(guān)速度不同時，擔(dān)心難以調(diào)整死區(qū)時間等。因此，對于串聯(lián)模式，優(yōu)選各開關(guān)元件SI?S4的開關(guān)速度不降低至與單獨(dú)電源模式同等，而是與并聯(lián)模式同等。
[0233]圖27表示電力轉(zhuǎn)換器50的動作模式的轉(zhuǎn)換圖。[0234]參照圖27，根據(jù)直流電源10、20和/或負(fù)載30的狀態(tài)，在單獨(dú)電源模式、并聯(lián)模式和串聯(lián)模式之間切換動作模式。
[0235]在串聯(lián)模式下，在電壓V[l]+V[2]與輸出電壓Vo之間執(zhí)行直流電壓轉(zhuǎn)換。另一方面，在并聯(lián)模式和單獨(dú)電源模式下，在電壓v[l]、V[2]與輸出電壓No之間執(zhí)行直流電壓轉(zhuǎn)換。因此，在選擇單獨(dú)電源模式的情況下，為了防止占空比的大幅的變化，優(yōu)選避免在單獨(dú)電源模式和串聯(lián)模式之間直接轉(zhuǎn)換動作模式。
[0236]在圖28和圖29中表示這樣的動作模式的切換時的、與驅(qū)動控制電路的開關(guān)速度控制相關(guān)的處理。
[0237]在圖28中表示選擇并聯(lián)模式的期間中的控制處理。圖28所示的控制處理在選擇并聯(lián)模式時每預(yù)定周期地執(zhí)行。
[0238]參照圖28，控制裝置40通過步驟SlOO判定是否指示了從并聯(lián)模式向單獨(dú)電源模式的切換。控制裝置40在無需動作模式的切換而維持并聯(lián)模式的情況下(S100的“否”判定時)，使處理前進(jìn)至步驟S110，將柵極電阻切換開關(guān)307斷開。由此，柵極電阻被設(shè)定得高，因此在對各開關(guān)元件獨(dú)立地進(jìn)行通斷控制的并聯(lián)模式下，開關(guān)元件的控制電極(柵極)的驅(qū)動速度即開關(guān)速度被抑制得低。
[0239]相對于此，控制裝置40在指示了向單獨(dú)電源模式的切換時(S100的“是”判定時)，前進(jìn)至步驟S120的處理，執(zhí)行動作模式的切換。具體來說，將用于開關(guān)元件SI?S4的通斷控制(占空控制)的運(yùn)算處理向單獨(dú)電源模式切換。
[0240]并且，控制裝置40在通過步驟S120切換了開關(guān)元件的占空控制后，通過步驟S130，使驅(qū)動控制電路300的柵極電阻切換開關(guān)307從斷開變化為接通。由此，各開關(guān)元件SI?S4的柵極電阻降低，開關(guān)速度變大。因此，在單獨(dú)電源模式下，能夠抑制每兩個共同地進(jìn)行通斷控制的開關(guān)元件SI?S4的開關(guān)損失。
[0241]當(dāng)在并聯(lián)模式的通斷控制下提高開關(guān)速度時，存在因電涌電壓的增大而使端子間電壓變得過大的危險。因此，在將開關(guān)元件的通斷控制(占空控制)向單獨(dú)電源模式完成切換后，通過驅(qū)動控制電路300使開關(guān)速度上升。由此，能夠更可靠地避免由過電壓的產(chǎn)生所導(dǎo)致的元件故障。
[0242]圖29表示選擇單獨(dú)電源模式的期間中的控制處理。圖29所示的控制處理在單獨(dú)電源模式的選擇時每預(yù)定周期地執(zhí)行。
[0243]參照圖29，控制裝置40通過步驟S200判定是否指示了從單獨(dú)電源模式向并聯(lián)模式的切換。控制裝置40在無需動作模式的切換維持單獨(dú)電源模式的情況下(S200的“否”判定時)，使處理前進(jìn)至步驟S210，將柵極電阻切換開關(guān)307接通。由此，由于柵極電阻被設(shè)定得低，因此在對每多個開關(guān)元件共同地進(jìn)行控制的單獨(dú)電源模式下，為了抑制開關(guān)損失而提高開關(guān)速度。
[0244]相對于此，控制裝置在指示了向并聯(lián)模式的切換時(S200的“是”判定時)，使處理前進(jìn)至步驟S220，在動作模式的切換之前，使驅(qū)動控制電路300內(nèi)的柵極電阻切換開關(guān)307從接通變化至斷開。由此，各開關(guān)元件SI?S4的柵極電阻上升，開關(guān)速度降低。并且，控制裝置40在使開關(guān)速度降低后，通過步驟S230，將用于開關(guān)元件的通斷控制(占空控制)的運(yùn)算處理向并聯(lián)模式切換。
[0245]由此，在開關(guān)速度大的狀態(tài)下，能夠按照并聯(lián)模式，防止對開關(guān)元件SI?S4獨(dú)立地進(jìn)行通斷控制。由此，能夠更可靠地避免由過電壓的產(chǎn)生所導(dǎo)致的元件故障。
[0246]如以上所說明那樣，根據(jù)本實(shí)施方式的電力轉(zhuǎn)換器50，在對多個開關(guān)元件共同地進(jìn)行通斷控制的動作模式(單獨(dú)電源模式)下，能夠利用電涌電壓的容許量增加而使開關(guān)速度上升來實(shí)現(xiàn)開關(guān)損失的抑制。另一方面，在對各開關(guān)元件獨(dú)立地進(jìn)行通斷控制的動作模式(特別是，并聯(lián)模式)下，能夠抑制開關(guān)速度來防止由電涌電壓所導(dǎo)致的過電壓的產(chǎn)生。由此，在包括多個開關(guān)元件而構(gòu)成的電力轉(zhuǎn)換器中，通過根據(jù)動作模式控制開關(guān)速度，能夠?qū)崿F(xiàn)電涌電壓抑制和開關(guān)損失降低的兼顧。
[0247]另外，在本實(shí)施方式中，作為電力轉(zhuǎn)換器(轉(zhuǎn)換器)的結(jié)構(gòu)例示了斬波電路，不過本發(fā)明的應(yīng)用并不限定于斬波電路。即，只要是由任意個數(shù)的多個開關(guān)元件構(gòu)成的電力轉(zhuǎn)換器且具有對多個開關(guān)元件共同地進(jìn)行通斷控制的動作模式，則其電路結(jié)構(gòu)可以是任意的。
[0248]而且，對于用于控制開關(guān)速度的驅(qū)動控制電路，也不限定于圖24例示的電路結(jié)構(gòu)，可以適用用于切換開關(guān)速度的任意的電路結(jié)構(gòu)。
[0249]并且，負(fù)載30只要是利用直流電壓Vo而動作的設(shè)備則可以由任意的設(shè)備構(gòu)成，對于這一點(diǎn)進(jìn)行了確認(rèn)性的記載。即，在本實(shí)施方式中，對以包括電動車輛的行駛用電動機(jī)的方式構(gòu)成負(fù)載30的例子進(jìn)行了說明，但本發(fā)明的應(yīng)用并不限定于這樣的情況。
[0250]應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，本次公開的實(shí)施方式中所有的方面均為例示而非限制。本發(fā)明的范圍并非上述說明而由權(quán)利要求的范圍表示，并旨在包括與權(quán)利要求的范圍等同含義和范圍內(nèi)的所有變更。
[0251]工業(yè)實(shí)用性
[0252]本發(fā)明能夠應(yīng)用于包括多個電力用半導(dǎo)體開關(guān)元件而構(gòu)成的電力轉(zhuǎn)換器的控制。
[0253]附圖標(biāo)記說明
[0254]5:電源系統(tǒng)
[0255]6、7:斬波電路
[0256]10,20:直流電源
[0257]15:配線
[0258]25:載波信號
[0259]30:負(fù)載
[0260]32:逆變器
[0261]35:電動發(fā)電機(jī)
[0262]36:動力傳遞齒輪
[0263]37:驅(qū)動輪
[0264]40:控制裝置
[0265]50:電力轉(zhuǎn)換器
[0266]101、102:動作點(diǎn)
[0267]110、120:動作區(qū)域
[0268]150、151、160、161、170、171、172、173、174:電流路徑 201,202,203:控制塊
[0269]300:驅(qū)動控制電路
[0270]301、302:電壓源[0271]305、306:驅(qū)動開關(guān)
[0272]307:柵極電阻切換開關(guān)
[0273]308、309:電阻元件(柵極電阻)
[0274]400、SI~S4:電力用半導(dǎo)體開關(guān)元件
[0275]Cg:柵極電容
[0276]Dl~D4:反并聯(lián)二極管
[0277]Da、Db、Dc:占空比
[0278]Di, Dv:占空比指令值
[0279]DiFF、DvFF:前饋控制量
[0280]G:柵極
[0281]SG、SGl ~SG4:控制信號
[0282]GL:接地配線
[0283]H1、Hv:傳遞函數(shù)
[0284]I [I]、I [2]:電流
[0285]Ii*:電流指令值
[0286]Vo*:電壓指令值
[0287]L1、L2:電抗器
[0288]Nl、N2、N3、Na、Ng:節(jié)點(diǎn)
[0289]PL:電源配線
[0290]PS1、PS2:電源
[0291]Pls:開關(guān)損失
[0292]Rgl、Rg2:電阻值
[0293]SDa (/SDa)、SDb (/SDb)、SDc (/SDc):控制脈沖信號
[0294]V(G):柵極電壓
[0295]V[1]、V[2]:電壓(直流電源)
[0296]乂11、￥1:電壓(通斷)
[0297]V(S)、V(S3)、V(S4):端子間電壓
[0298]Vo:輸出電壓
[0299]Vth:閾值電壓。
【權(quán)利要求】
1.一種電力轉(zhuǎn)換器的控制裝置，該電力轉(zhuǎn)換器(50)包括多個開關(guān)元件(SI~S4)， 所述電力轉(zhuǎn)換器的控制裝置具備: 驅(qū)動控制電路(300)，與所述多個開關(guān)元件中的各個開關(guān)元件對應(yīng)地設(shè)置，用于控制對應(yīng)的所述開關(guān)元件的控制電極的驅(qū)動速度；及 控制電路(40)，用于選擇對所述多個開關(guān)元件中的各個開關(guān)元件獨(dú)立地進(jìn)行通斷控制的第一模式和對所述多個開關(guān)元件中的至少兩個開關(guān)元件共同地進(jìn)行通斷控制的第二模式， 所述驅(qū)動控制電路使所述第二模式下的所述驅(qū)動速度高于所述第一模式下的所述驅(qū)動速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換器的控制裝置，其中， 所述電力轉(zhuǎn)換器(50)構(gòu)成為，在第一直流電源和第二直流電源(10、20)與和負(fù)載(30)電連接的電源配線(PL)之間執(zhí)行直流電壓轉(zhuǎn)換，以控制所述電源配線上的輸出電壓(Vo)，所述多個開關(guān)元件(SI~S4)包括: 第一開關(guān)元件(SI)，電連接于第一節(jié)點(diǎn)(NI)與所述電源配線之間； 第二開關(guān)元件(S2)，電連接于第二節(jié)點(diǎn)(N2)與所述第一節(jié)點(diǎn)之間； 第三開關(guān)元件(S3)，電連接于和所述第二直流電源(20)的負(fù)極端子電連接的第三節(jié)點(diǎn)(N3)與所述第二節(jié)點(diǎn)之間 '及 第四開關(guān)元件(S4)，電 連接于所述第一直流電源(10)的負(fù)極端子與所述第三節(jié)點(diǎn)之間， 所述電力轉(zhuǎn)換器還包括: 第一電抗器(LI)，電連接于所述第二節(jié)點(diǎn)與所述第一直流電源的正極端子之間；及 第二電抗器(L2)，電連接于所述第一節(jié)點(diǎn)與所述第二直流電源的正極端子之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力轉(zhuǎn)換器的控制裝置，其中， 所述電力轉(zhuǎn)換器(50)在所述第一模式下如下進(jìn)行動作，通過所述第一開關(guān)元件至第四開關(guān)元件(SI~S4)的控制，而在所述第一直流電源及第二直流電源(10、20)與所述電源配線之間并列地執(zhí)行所述直流電壓轉(zhuǎn)換。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力轉(zhuǎn)換器的控制裝置，其中， 所述電力轉(zhuǎn)換器(50)在所述第二模式下，通過共同地控制所述第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件(S1、S2)的通斷，并且共同地控制所述第三開關(guān)元件和第四開關(guān)元件(S3、S4)的通斷，而在所述第一直流電源(10)與所述電源配線(PL)之間執(zhí)行直流電壓轉(zhuǎn)換。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力轉(zhuǎn)換器的控制裝置，其中， 所述電力轉(zhuǎn)換器(50)在所述第二模式下，通過共同地控制所述第一開關(guān)元件和第四開關(guān)元件(S1、S4)的通斷，并且共同地控制所述第二開關(guān)元件和第三開關(guān)元件(S2、S3)的通斷，而在所述第二直流電源(20)與所述電源配線(PL)之間執(zhí)行直流電壓轉(zhuǎn)換。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~5中任一項所述的電力轉(zhuǎn)換器的控制裝置，其中， 在從所述第一模式向所述第二模式切換時，所述控制裝置(40)在切換了所述多個開關(guān)元件(SI~S4)的控制后，使所述驅(qū)動控制電路(300)的所述驅(qū)動速度上升。
7.根據(jù)權(quán)利要求1~5中任一項所述的電力轉(zhuǎn)換器的控制裝置，其中， 在從所述第二模式向所述第一模式切換時，所述控制裝置(40)在使所述驅(qū)動控制電路(300)的所述驅(qū)動速度降低后，切換所述多個開關(guān)元件(SI~S4)的控制。
8.一種電力轉(zhuǎn)換器的控制方法，該電力轉(zhuǎn)換器(50)包括多個開關(guān)元件(SI~S4)， 所述電力轉(zhuǎn)換器具有: 第一模式，對所述多個開關(guān)元件中的各個開關(guān)元件獨(dú)立地進(jìn)行通斷控制；及 第二模式，對所述多個開關(guān)元件中的至少兩個開關(guān)元件共同地進(jìn)行通斷控制， 所述控制方法具備: 在所述第一模式下所述電力轉(zhuǎn)換器動作時，將與所述多個開關(guān)元件中的各個開關(guān)元件對應(yīng)地設(shè)置的驅(qū)動控制電路(300)對對應(yīng)的所述開關(guān)元件的控制電極的驅(qū)動速度控制為第一速度的步驟(SllO);及 在所述第二模式下所述電力轉(zhuǎn)換器動作時，將所述驅(qū)動控制電路的所述驅(qū)動速度控制為比所述第一速度高的第二速度的步驟(S210)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電力轉(zhuǎn)換器的控制方法，還具備: 指示從所述第一模式向所述第二模式切換的步驟(Sioo)； 在指示了從所述第一模式向所述第二模式切換時，切換所述多個開關(guān)元件(SI~S4)的控制的步驟(S120);及 在切換了所述多個開關(guān)元件的控制后，使所述驅(qū)動控制電路(300)的所述驅(qū)動速度從所述第一速度向所述第二速度上升的步驟(S130)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8 所述的電力轉(zhuǎn)換器的控制方法，還具備: 指示從所述第二模式向所述第一模式切換的步驟(S200)； 在指示了從所述第二模式向所述第一模式切換時，使所述驅(qū)動控制電路(300)的所述驅(qū)動速度從所述第二速度向所述第一速度降低的步驟(S220);及 在使所述驅(qū)動速度降低后，切換所述多個開關(guān)元件(SI~S4)的控制的步驟(S230)。
【文檔編號】H02M3/155GK103891117SQ201280052313
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年10月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月24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 申請人:豐田自動車株式會社