電力轉換系統(tǒng)和控制電力轉換系統(tǒng)的方法
【專利摘要】本公開涉及電力轉換系統(tǒng)和控制電力轉換系統(tǒng)的方法。根據(jù)本公開的電力轉換系統(tǒng)包括：第一切換直流-直流轉換器電路(101；141)，包括第一切換裝置(211，221；251)；第二切換直流-直流轉換器電路(102；142)，與第一切換直流-直流轉換器電路并聯(lián)連接并且包括第二切換裝置(212，222；252)；以及緩沖電容器(500)，與第一切換裝置和第二切換裝置中的每個并聯(lián)連接。該電力轉換系統(tǒng)被配置成使得驅動第一切換直流-直流轉換器電路的頻率高于驅動第二切換直流-直流轉換器電路的頻率，并且包括第一切換裝置和緩沖電容器的閉合電路的等效串聯(lián)電感小于包括第二切換裝置和緩沖電容器的閉合電路的等效串聯(lián)電感。
【專利說明】電力轉換系統(tǒng)和控制電力轉換系統(tǒng)的方法

【技術領域】
[0001]本公開涉及包括切換直流-直流(DC-DC)轉換器電路的電力轉換系統(tǒng)和控制電力轉換系統(tǒng)的方法。

【背景技術】
[0002]為了增加直流-直流轉換器的容量(或輸出)和減小直流-直流轉換器的尺寸，例如，可以并聯(lián)連接兩個或更多個直流-直流轉換器電路，并且可以執(zhí)行直流-直流轉換器電路的兩個或更多個相的并行驅動(參見例如，日本專利申請公布N0.2002-233151 (JP2002-233151 A))。
[0003]在該情況下，用于抑制浪涌的緩沖電容器等常常位于并聯(lián)連接的切換直流-直流轉換器電路中的每個中，以便抑制當切換裝置斷開時在直流-直流轉換器電路中包括的切換裝置的兩端之間生成的浪涌電壓(參見例如JP 2002-233151 A)。
[0004]如果為并聯(lián)連接的直流-直流轉換器電路中的每個提供緩沖電容器，則元件數(shù)目增加，并且直流-直流轉換器的尺寸增加。因此，可以提出，兩個或更多個直流-直流轉換器電路共享公共的緩沖電容器。
[0005]然而，在直流-直流轉換器電路共享緩沖電容器的情況下，不能針對每個直流-直流轉換器電路使緩沖電容器的電容、位置等最優(yōu)化；因此，由浪涌電壓引起的切換損耗可能增加，并且效率可能降低。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明提供了具有并聯(lián)連接的切換直流-直流轉換器電路的兩個或更多個相的電力轉換系統(tǒng)，當直流-直流轉換器電路共享緩沖電容器時，該系統(tǒng)能夠以提高的效率操作。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一方面的電力轉換系統(tǒng)包括:第一切換直流-直流轉換器電路，包括第一切換裝置；第二切換直流-直流轉換器電路，與第一切換直流-直流轉換器電路并聯(lián)連接并且包括第二切換裝置；以及緩沖電容器，與第一切換裝置和第二切換裝置中的每個并聯(lián)連接。第一切換直流-直流轉換器電路、第二切換直流-直流轉換器電路以及緩沖電容器被配置成使得驅動第一切換直流-直流轉換器電路的頻率高于驅動第二切換直流-直流轉換器電路的頻率，并且包括第一切換裝置和緩沖電容器的閉合電路的等效串聯(lián)電感小于包括第二切換裝置和緩沖電容器的閉合電路的等效串聯(lián)電感。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第一方面的的電力轉換系統(tǒng)可以進一步包括控制器，其執(zhí)行第一切換直流-直流轉換器電路和第二切換直流-直流轉換器電路的驅動控制?？刂破骺梢员慌渲贸?，當驅動第一切換直流-直流轉換器電路和第二切換直流-直流轉換器電路中的至少之一時，優(yōu)先驅動第一切換直流-直流轉換器電路。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第一方面的的電力轉換系統(tǒng)可以安裝在移動體上，并且可以向驅動移動體的裝置供給電力。
[0010]在根據(jù)本發(fā)明的第一方面的的電力轉換系統(tǒng)中,第一切換直流-直流轉換器電路和第二切換直流-直流轉換器電路可以被設置成使得第一切換直流-直流轉換器電路具有高于第二切換直流-直流轉換器電路的冷卻效率。在根據(jù)本發(fā)明的第一方面的的電力轉換系統(tǒng)中，第一切換直流-直流轉換器電路可以位于電力轉換系統(tǒng)的端部。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的第二方面的控制電力轉換系統(tǒng)的方法是控制如下電力轉換系統(tǒng)的方法，該電力轉換系統(tǒng)包括:第一切換直流-直流轉換器電路包括第一切換裝置；第二切換直流-直流轉換器電路，與第一切換直流-直流轉換器電路并聯(lián)連接并且包括第二切換裝置；以及緩沖電容器，與第一切換裝置和第二切換裝置中的每個并聯(lián)連接。根據(jù)該方法，當驅動第一切換直流-直流轉換器電路和第二切換直流-直流轉換器電路中的至少之一時，優(yōu)先驅動第一切換直流-直流轉換器電路和第二切換直流-直流轉換器電路中的、包括作為其一部分的具有較小等效串聯(lián)電感的閉合電路的切換直流-直流轉換器電路，閉合電路選自包括第一切換裝置和緩沖電容器的閉合電路以及包括第二切換裝置和緩沖電容器的閉合電路。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的第三方面的電力轉換系統(tǒng)包括:第一切換直流-直流轉換器電路，包括第一切換裝置；第二切換直流-直流轉換器電路，與第一切換直流-直流轉換器電路并聯(lián)連接并且包括第二切換裝置；以及緩沖電容器，與第一切換裝置和第二切換裝置中的每個并聯(lián)連接。第一切換直流-直流轉換器電路、第二切換直流-直流轉換器電路以及緩沖電容器被配置成使得包括第一切換裝置和緩沖電容器的閉合電路的等效串聯(lián)電感基本上等于包括第二切換裝置和緩沖電容器的閉合電路的等效串聯(lián)電感。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的第一、第二和第三方面，可以提供具有并聯(lián)連接的切換直流-直流轉換器電路的兩個或更多個相的電力轉換系統(tǒng)，當直流-直流轉換器電路共享緩沖電容器時，該系統(tǒng)能夠以提高的效率操作；并且還提供了控制電力轉換系統(tǒng)的方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下文將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實施例的特征、優(yōu)點以及技術和工業(yè)意義，在附圖中相同的附圖標記表示相同的元件，并且其中:
[0015]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的直流-直流轉換器的電路圖；
[0016]圖2A和2B是均示出了根據(jù)第一實施例的直流-直流轉換器中包括的直流-直流轉換器電路(對應于一個相)的配置的電路圖；
[0017]圖3A、3B和3C是用于說明在直流-直流轉換器電路中包括的切換裝置中生成的浪涌電壓的視圖；
[0018]圖4是指示根據(jù)第一實施例的直流-直流轉換器電路和緩沖電容器之間的位置關系的不意圖；
[0019]圖5是指示根據(jù)第一實施例的直流-直流轉換器電路的效率的視圖；
[0020]圖6是指示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的直流-直流轉換器電路和緩沖電容器之間的位置關系的示意圖；以及
[0021]圖7是根據(jù)修改示例的直流-直流轉換器的電路圖。

【具體實施方式】
[0022]將參照附圖描述本發(fā)明的一些實施例。
[0023]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的直流-直流轉換器100的電路圖。例如，直流-直流轉換器100可以安裝在電動車輛上，諸如混合動力汽車或者電動汽車。
[0024]直流-直流轉換器100設置在電池700和逆變器800之間。直流-直流轉換器100使從電池700供給的電力的電壓升高，并且經(jīng)由逆變器800向驅動電動車輛的電機900供給電力。當電動車輛處于釋放(OFF)加速器踏板的條件時，利用從輪子接收的能量驅動電機900，因而執(zhí)行再生電力生成，并且這樣生成的再生電力經(jīng)由逆變器800被供給直流-直流轉換器100。在該情況下，直流-直流轉換器100使再生電力的電壓下降，并且將得到的電力供給電池700。結果，利用從直流-直流轉換器100接收到的電力對電池700充電。在下面的描述中，直流-直流轉換器100使電壓升高的操作模式可以被稱為“升壓模式”，并且直流-直流轉換器100使電壓下降的操作模式可以被稱為“降壓模式”。
[0025]直流-直流轉換器100包括一對輸入端子Tla、Tlb, 一對輸出端子T2a、T2b，并聯(lián)連接在輸入端子對Tla、Tlb和輸出端子對T2a、T2b之間的三個直流-直流轉換器電路101、102、103，緩沖電容器500、控制器600、平滑電容器650等。
[0026]直流-直流轉換器電路101、102、103具有相同的配置，并且彼此并聯(lián)連接。直流-直流轉換器電路101、102、103中的每個是被稱為“升壓斷路器”(在操作于升壓模式的情況下)或“降壓斷路器”(在操作于降壓模式的情況下)的非隔離直流-直流轉換器電路。
[0027]直流-直流轉換器電路101包括兩個切換裝置211、221，電抗器111，兩個二極管311、321，等等。直流-直流轉換器電路102包括兩個切換裝置212、222，電抗器112，兩個二極管312、322，等等。直流-直流轉換器電路103包括兩個切換裝置213、223，電抗器113，兩個二極管313、323，等等。
[0028]電抗器111、112、113中的每個是能夠使用流過其的電流生成磁場并且存儲磁能的無源裝置。再者，電抗器111、112、113中的每個具有籍其趨于使電流保持恒定的特性(恒流特性)。例如，當某個切換裝置斷開，并且電流流經(jīng)的通路被切斷時，電抗器保持流過另一通路的電流。如后面將描述的，直流-直流轉換器電路101、102、103利用上述功能以便使經(jīng)由輸入端子對Tla、Tlb從電池700供給的電力的電壓升高，并且使經(jīng)由輸出端子對T2a、T2b供給的再生電力的電壓下降。
[0029]切換裝置211、221、212、222、213、223是控制器600對其執(zhí)行開/關(0N/0FF)控制的切換部件。例如，諸如功率MOSFET (金屬氧化物半導體場效應晶體管)和IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)的功率切換裝置可以被用作切換裝置211、221、212、222、213、223。
[0030]二極管311、321、312、322、313、323是整流裝置，并且續(xù)流二極管等可以用作二極管 311、321、312、322、313、323。
[0031]直流-直流轉換器電路101中包括的構成元件按下述方式連接。直流-直流轉換器電路102、103具有與直流-直流轉換器電路101相同的配置，并且因此，這里將不再描述。
[0032]電抗器111在其一端(一個端子)處經(jīng)由輸入端子Tla連接到電池700的正電極。電抗器111在其另一端(另一端子)處經(jīng)由連接點Pla連接到切換裝置211的集電極端子和切換裝置221的發(fā)射極端子。
[0033]切換裝置221的集電極端子經(jīng)由連接點Pc連接到緩沖電容器500的一個端子和輸出端子T2a。輸出端子T2a連接到逆變器800的一個端子。
[0034]連接到逆變器800的另一端子的輸出端子T2b經(jīng)由連接點Plb連接到切換裝置211的發(fā)射極端子和輸入端子Tib。輸入端子Tlb連接到電池700的負電極。
[0035]二極管311的陽極連接到切換裝置211的發(fā)射極端子。二極管311的陰極連接到切換裝置211的集電極端子。就是說，二極管311與切換裝置211并聯(lián)布置，使得二極管311在從發(fā)射極端子朝向集電極端子的方向(正向偏置方向)上傳遞電流。
[0036]二極管321的陽極連接到切換裝置221的發(fā)射極端子。二極管321的陰極連接到切換裝置221的集電極端子。就是說，二極管321與切換裝置221并聯(lián)布置，使得二極管321在從發(fā)射極端子朝向集電極端子的方向(正向偏置方向)上傳遞電流。
[0037]后面將描述直流-直流轉換器電路101、102、103中的諸如電流的具體流動的操作。
[0038]緩沖電容器500被設置用于在切換裝置被斷開時抑制跨越直流-直流轉換器電路101、102、103中的每個中包括的每個切換裝置的兩端的浪涌電壓。當切換裝置處于接通(ON)狀態(tài)時，由于電流流經(jīng)的電流通路的導線走線等中包括的電感分量，在切換裝置被斷開之后，電感分量中存儲的能量無處釋放，并且作為浪涌電壓施加在切換裝置的兩端之間，如將更詳細描述的那樣。當切換裝置斷開時，緩沖電容器500能夠使電感分量中存儲的能量再循環(huán)以便抑制浪涌電壓。緩沖電容器500與直流-直流轉換器電路101、102、103(各個直流-直流轉換器電路101、102、103中包括的切換裝置211、221、212、222、213、223)并聯(lián)連接，并且在直流-直流轉換器電路101、102、103之間共享用于抑制浪涌電壓。緩沖電容器500在其一個端子處連接到輸出端子T2a，并且在另一端子處連接到輸出端子T2b。
[0039]控制器600是對直流-直流轉換器100執(zhí)行驅動控制的控制裝置。當直流-直流轉換器100操作于升壓模式時，控制器600對直流-直流轉換器電路101、102、103的切換裝置211、212、213中的每個執(zhí)行開/關控制，以便控制輸出端子T2a、T2b之間的電壓。當直流-直流轉換器100操作于降壓模式時，控制器600對直流-直流轉換器電路101、102、103的切換裝置221、222、223中的每個執(zhí)行開/關控制，以便控制輸入端子Tla、Tlb之間的電壓。更具體地，控制器600具有生成針對每個切換裝置的柵極端子的柵極驅動電壓的柵極驅動電路，并且通過從柵極驅動電路向每個切換裝置傳送開/關驅動信號來執(zhí)行開/關控制。再者，控制器600從電壓傳感器(未示出)等接收輸出端子T2a、T2b之間的電壓值以及輸入端子Tla、Tlb之間的電壓值，并且基于每個電壓值通過反饋控制來控制上述開/關驅動/[目號的占空比等。
[0040]控制器600還根據(jù)電機900的負載(包括輸出負載和再生負載)執(zhí)行用于改變要驅動的直流-直流轉換器電路的數(shù)目的控制。例如，當該實施例的電動車輛在穩(wěn)定狀態(tài)模式下運行時，驅動電機900所需的電力相對??；因此，控制器600使得驅動三個直流-直流轉換器電路101、102、103中的一個或兩個。當電動車輛開始加速時(當處于瞬變狀態(tài)時)，驅動電機900所需的電力變得相對大；因此，控制器600使得驅動所有三個直流-直流轉換器電路101、102、103。當電動車輛以相對小的速率減速時，從電機900接收到的再生電力相對??；因此，控制器600使得驅動三個直流-直流轉換器電路101、102、103中的一個或兩個。當電動車輛以相對大的速率減速時，從電機900接收到的再生電力相對大；因此，控制器600使得驅動所有三個直流-直流轉換器電路101、102、103。在直流-直流轉換器電路
101、102、103中的未被驅動的直流-直流轉換器電路中，控制器600不執(zhí)行切換裝置的開/關控制(即，切換裝置恒處于斷開(OFF)狀態(tài))；因此，未被驅動的直流-直流轉換器電路對升壓或降壓的任何電力轉換操作沒有貢獻。
[0041]再者，對各個直流-直流轉換器電路設定優(yōu)先級。當控制器600改變要驅動的直流-直流轉換器電路的數(shù)目時，優(yōu)先驅動具有較高優(yōu)先級的直流-直流轉換器電路。在該實施例中，對直流-直流轉換器電路101給出第一優(yōu)先級，并且對直流-直流轉換器電路102給出第二優(yōu)先級，而對直流-直流轉換器電路103給出第三優(yōu)先級。例如，當要驅動的轉換器電路的數(shù)目是一時，控制器600驅動具有最高優(yōu)先級的直流-直流轉換器電路101。當要驅動的轉換器電路的數(shù)目是二時，控制器600驅動具有第一優(yōu)先級的直流-直流轉換器電路101和具有第二優(yōu)先級的直流-直流轉換器電路102。就是說，在直流-直流轉換器電路101、102、103中，以最高頻率驅動直流-直流轉換器電路101，并且以最低頻率驅動直流-直流轉換器電路103。
[0042]平滑電容器650被設置用于使電池700的電流平滑。平滑電容器650在其一個端子處連接到輸入端子Tla，并且在另一端子處連接到輸出端子T2b。因此，平滑電容器650與電池700并聯(lián)布置。
[0043]接下來，將描述直流-直流轉換器100升壓或降壓的具體操作。
[0044]圖2A和2B是均示出了直流-直流轉換器100中包括的直流-直流轉換器電路的一個相(直流-直流轉換器電路101)的配置的電路圖。圖2A用于說明直流-直流轉換器電路101操作于升壓模式時的操作。圖2B用于說明直流-直流轉換器電路101操作于降壓模式時的操作。由于如上文所述并聯(lián)連接的直流-直流轉換器電路101、102、103具有相同的配置，因此，將使用直流-直流轉換器電路101描述直流-直流轉換器100升壓或降壓的具體操作。
[0045]在最初時，將說明直流-直流轉換器電路101操作于升壓模式的情況。在該情況下，切換裝置221恒處于斷開狀態(tài)。
[0046]參照圖2A，當切換裝置211接通時，電流沿實線箭頭指示的通路流動。電池700的電壓被施加到電抗器111，并且在電抗器111中流動的電流根據(jù)所施加的電壓增加。電流增加速率由關系Vl = LlX di Ι/dt確定，其中LI表示電抗器111的電感，i I表示在電抗器111中流動的電流，并且Vl表示電池電壓。此時，由l/2XLlXil2給出的能量存儲在電抗器111中。當切換裝置211隨后斷開(或切換到OFF)時，電流沿圖2A中的虛線箭頭指示的通路流動。由于當切換裝置211斷開時電流不能沿實線箭頭的通路流動，因此由于電抗器111趨于保持電流流動的特性允許二極管321傳遞電流，并且電流沿圖2A中的虛線箭頭指示的通路流動，同時存儲在電抗器111中的能量被釋放。此時，電抗器111中存儲的能量疊加在電池700的電力上，以便使電池700的電壓升高，并且得到的電力被提供給負載750。
[0047]接下來，將說明直流-直流轉換器電路101操作于降壓模式的情況。在該情況下，切換裝置211恒處于斷開狀態(tài)。
[0048]參照圖2B，當切換裝置221接通時，電流沿實線箭頭指示的通路流動。與直流-直流轉換器100的輸出端子T2a、T2b之間的電壓(再生電力的電壓)和輸入端子Tla、Tlb之間的電壓(電池700的電壓)之間的差對應的電壓被施加到電抗器111。在電抗器111中流動的電流根據(jù)施加給其的電壓增加。此時，由1/2XL1XH2給出的能量存儲在電抗器111中。當切換裝置221隨后斷開(或切換到OFF)時，電流通過圖2B中的虛線箭頭指示的通路流動。由于當切換裝置221斷開時電流不能沿實線箭頭的通路流動，因此由于電抗器111趨于保持電流流動的特性允許二極管311傳遞電流，并且電流沿圖2B中的虛線箭頭指示的通路流動，同時存儲在電抗器111中的能量被釋放。就是說，基于切換裝置221的開/關控制的占空比使再生電力的電壓減少，并且通過得到的再生電力對電池700充電。
[0049]在升壓模式的情況和降壓模式的情況下，當切換裝置211、221中的每個斷開時，生成了與導線走線等中包括的電感分量對應的浪涌電壓。在下文中，將說明在切換裝置斷開時生成的浪涌電壓。
[0050]在圖2A中所示的升壓模式的情況下，當切換裝置211接通時，電流沿實線箭頭指示的通路流動，并且與該電流對應的能量存儲在連接點Pla、Plb之間的導線走線等中包括的電感分量中。當切換裝置211斷開時，如上文所述過渡到虛線箭頭指示的通路不是立即完成的，并且瞬時存儲在電感分量中的能量被釋放，作為在包括切換裝置211和緩沖電容器500的閉合電路中流動的電流。再者，在如圖2 B中所示的降壓模式的情況下，當切換裝置221接通時，電流沿實線箭頭指示的通路流動，并且與該電流對應的能量存儲在連接點Pla、Plc之間的導線走線等中包括的電感分量中。當切換裝置221斷開時，如上文所述過渡到虛線箭頭指示的通路不是立即完成的，并且瞬時存儲在電感分量中的能量被釋放，作為在包括切換裝置221和緩沖電容器500的閉合電路中流動的電流。因此，通過經(jīng)由包括緩沖電容器500的閉合電路釋放導線走線等的電感器分量中存儲的能量，可以在某種程度上抑制在切換裝置211、221中生成的浪涌電壓。然而，由于在包括切換裝置211、221和緩沖電容器500的閉合電路中也包括電感分量，因此由于該電感分量生成了浪涌電壓。直流-直流轉換器電路102、103也按上文所述的相同的方式操作，并且浪涌電壓以相同的方式生成。
[0051]圖3A至3C用于說明在直流-直流轉換器電路中包括的特定切換裝置中生成的浪涌電壓。圖3A指示切換裝置的驅動信號。圖3B指示與驅動信號對應的柵極電壓。圖3C指示響應于圖3A和3B的驅動信號和柵極電壓的、切換裝置的兩端之間的電壓以及流過切換裝置的電流。包括緩沖電容器500和切換裝置的閉合電路的電感分量的電感將被稱為閉合電路的等效串聯(lián)電感(ESL)。在下文的使用圖3A至3C的描述中，從切換裝置211、221、212、222、213、223中選擇的任何切換裝置將被簡單地稱為“切換裝置”。
[0052]當切換裝置的驅動信號從接通(ON)切換到斷開(OFF)時，如圖3A中所示，圖3B中指示的柵極電壓不會立即減小到斷開電壓，而是需要特定的時間段(切換時間)將柵極電壓減小到斷開電壓。因此，圖3C中指示的切換裝置的電流Is也不會立即減小到零。而是需要切換時間將電流Is減小到零。在切換時間期間，除了穩(wěn)定電壓E以外的浪涌電壓Λ V(在升壓模式的情況下是電池700的電壓VI，在降壓模式的情況下是等于輸出端子T2a、T2b(逆變器800)之間的電壓V2與Vl之間的差的電壓)被疊加在切換裝置的兩端之間的電壓Vs上。浪涌電壓AV由-LpX dls/dt表示，其中Lp表示包括緩沖電容器500和切換裝置的閉合電路的ESL(等效串聯(lián)電感)，而dls/dt表示切換裝置的電流的改變速率。通過使浪涌電壓△ V與穩(wěn)定電壓E相加而獲得的電壓在升壓模式的情況下被施加到切換裝置211、212、213，并且在降壓模式的情況下被施加到切換裝置221、222、223。
[0053]如上文所述，需要切換時間將切換裝置從接通切換到斷開，這引起了切換損耗。更具體地，切換損耗(電力損耗)由isXvs表示，其中^表示在給定時間點流過切換裝置的電流，而Vs表示在給定時間點在切換裝置的兩端之間的電壓。通過在切換時間內對分獲得在切換裝置斷開時呈現(xiàn)的切換損耗。因此，當浪涌電壓AV小時，切換損耗減少。由于如上文所述浪涌電壓Λ V與包括緩沖電容器500和切換裝置的閉合電路的ESL成比例，因此在ESL較小時切換損耗減少。
[0054]因此，在該實施例中，緩沖電容器500的設置與包括直流-直流轉換器電路101、102、103中的每個中包括的切換裝置以及緩沖電容器500的每個閉合電路的ESL相關聯(lián)。更具體地，緩沖電容器500被設置成使得包括控制器600較優(yōu)先驅動的直流-直流轉換器電路(即以較高頻率驅動的直流-直流轉換器電路)中包括的切換裝置以及緩沖電容器500的閉合電路的ESL變得較小。
[0055]如上文所述，對直流-直流轉換器電路101給出第一優(yōu)先級，對直流-直流轉換器電路102給出第二優(yōu)先級，而對直流-直流轉換器電路103給出第三優(yōu)先級。因此，緩沖電容器500被設置成使得包括直流-直流轉換器電路101中包括的切換裝置211、221和緩沖電容器500的閉合電路的ESL最小。再者，緩沖電容器500被設置成使得包括直流-直流轉換器電路103中包括的切換裝置213、223和緩沖電容器500的閉合電路的ESL最大。
[0056]圖4是示出根據(jù)該實施例的直流-直流轉換器電路101、102、103和緩沖電容器500之間的位直關系的不意圖。
[0057]通常，在導線走線等的長度較大時，閉合電路的ESL變得較大；因此，如圖4中所示，緩沖電容器500可以優(yōu)選地位于距以最高頻率驅動的直流-直流轉換器電路101最近的位置。再者，緩沖電容器500可以優(yōu)選地位于距以最低頻率驅動的直流-直流轉換器電路103最遠的位置。在該連接中，通過例如彼此平行地布置導線(總線排)的正(+)線路和負(_)線路，可以消除導線走線等的電感分量；因此，ESL并非僅基于緩沖電容器500和直流-直流轉換器電路之間的位置關系簡單地確定。因此，例如，如果緩沖電容器500不能位于距以最高頻率驅動的直流-直流轉換器電路101最近的位置，則可以通過例如平行地并且彼此接近地安放導線(總線排)的正線路和負線路，來使包括切換裝置211、221和緩沖電容器500的閉合電路的ESL最小。
[0058]接下來，將描述直流-直流轉換器電路101、102、103的效率。
[0059]圖5是示出直流-直流轉換器電路101、102、103中的每個的效率的一個示例的曲線圖。
[0060]參照圖5，由于包括以最高頻率驅動的直流-直流轉換器電路101中包括的切換裝置211、221和緩沖電容器500的閉合電路具有最小的ESL，因此切換損耗是小的。因此，以最高頻率驅動的直流-直流轉換器電路101具有最高的效率。由于包括以最低頻率驅動的直流-直流轉換器電路103中包括的切換裝置213、223和緩沖電容器500的閉合電路具有最大的ESL，因此切換損耗最大。因此，以最低頻率驅動的直流-直流轉換器電路103具有最低的效率。
[0061]如上文所述，控制器600根據(jù)電機900的負載，執(zhí)行用于改變要驅動的直流-直流轉換器電路的數(shù)目的控制，并且當改變數(shù)目時優(yōu)先驅動具有較高優(yōu)先級的直流-直流轉換器電路。就是說，以較高的頻率驅動具有較高優(yōu)先級的直流-直流轉換器電路。因此，通過將緩沖電容器500設置成使得包括以較高頻率驅動的直流-直流轉換器電路中包括的切換裝置和緩沖電容器500的閉合電路或回路的ESL變得較小，可以提高直流-直流轉換器100的實際效率。實際上，在本實施例的直流-直流轉換器100常用在其中輸出負載或再生負載(如供給和接收電力的電動車輛的電機900)相對小的穩(wěn)定狀態(tài)中的情況下，可以進一步提高直流-直流轉換器100的實際效率。
[0062]在以上描述中，緩沖電容器500被設置成對應于直流-直流轉換器電路101、102、103的驅動頻率，從而提高直流-直流轉換器100的實際效率。然而，各個直流-直流轉換器電路101、102、103可以相對于緩沖電容器500設置，使得包括以較高頻率驅動的直流-直流轉換器電路中包括的切換裝置和緩沖電容器500的閉合電路的ESL變得較小。例如，在對緩沖電容器500的位置有布局限制的情況下，以最高頻率驅動的直流-直流轉換器電路101可以距緩沖電容器500最近。就是說，可以使包括以最高頻率驅動的直流-直流轉換器電路101中包括的切換裝置211、221和緩沖電容器500的閉合電路的ESL小于包括其他直流-直流轉換器電路中包括的切換裝置和緩沖電容器500的閉合電路的ESL。
[0063]再者，控制器600可以執(zhí)行直流-直流轉換器電路101、102、103的驅動控制，以便提供相同的效果(提高直流-直流轉換器100的實際效率)。就是說，控制器600可以執(zhí)行直流-直流轉換器電路101、102、103的驅動控制，以便優(yōu)先驅動包括具有較小ESL的閉合電路的一部分的直流-直流轉換器電路，該閉合電路選自包括切換裝置211、221、212、222、213,223以及緩沖電容器500的閉合電路。例如，當在直流-直流轉換器電路101、102、103，緩沖電容器500等中沒有布局自由度時，控制器600執(zhí)行上述驅動控制，以便提高直流-直流轉換器100的實際效率。
[0064]再者，各個直流-直流轉換器電路101、102、103可以被設置成使得以較高頻率驅動的直流-直流轉換器電路具有較高的冷卻效率。就是說，直流-直流轉換器電路101、
102、103可以被設置成使得具有最高優(yōu)先級的直流-直流轉換器電路101具有最高冷卻效率，而具有最低優(yōu)先級的直流-直流轉換器電路103具有最低冷卻效率。例如，直流-直流轉換器電路101可以位于能夠增強冷卻效率的位置，如接近直流-直流轉換器100的端部的位置或者用于冷卻空氣或冷卻水的入口。通過該布置，優(yōu)先驅動具有較高冷卻效率的直流-直流轉換器電路。由于在直流-直流轉換器電路的冷卻效率較高時提高其效率，因此以較高頻率驅動具有較高效率的直流-直流轉換器電路，并且可以進一步提高直流-直流轉換器100的實際效率。
[0065]接下來，將描述本發(fā)明的第二實施例。
[0066]如第一實施例中那樣，根據(jù)該實施例的緩沖電容器500的設置與包括直流-直流轉換器電路101、102、103中的每個中包括的切換裝置以及緩沖電容器500的每個閉合電路的ESL相關聯(lián)。
[0067]第二實施例與第一實施例的不同之處主要在于緩沖電容器500被設置成使得每個閉合電路基本上具有相同的ESL。在下面的描述中，相同的附圖標記被分配給與第一實施例相同的構成兀件，并且主要將描述第一和第二實施例之間的差異。
[0068]不同于第一實施例，控制器600不改變要驅動的直流-直流轉換器電路的數(shù)目，而是恒定地驅動三個直流-直流轉換器電路101、102、103。然而，如第一實施例中的那樣，控制器600可以執(zhí)行用于改變要驅動的直流-直流轉換器電路的數(shù)目的控制。
[0069]如上文所述，緩沖電容器500被設置成使得包括直流-直流轉換器電路101、102、103中的每個中包括的切換裝置以及緩沖電容器500的每個閉合電路具有基本上相同的ESL0就是說，包括直流-直流轉換器電路101中包括的切換裝置211、221和緩沖電容器500的閉合電路具有與包括直流-直流轉換器電路102中包括的切換裝置212、222和緩沖電容器500的閉合電路基本上相同的ESL。再者，包括直流-直流轉換器電路103中包括的切換裝置213、223和緩沖電容器500的閉合電路具有與上述閉合電路基本上相同的ESL。緩沖電容器500可以優(yōu)選地被設置成使得進一步減小如上文所述的每個閉合電路的ESL。
[0070]圖6是示出根據(jù)該實施例的直流-直流轉換器電路101、102、103和緩沖電容器500之間的位直關系的不意圖。
[0071]通常，在導線走線等的長度較大時，閉合電路的ESL變得較大。因此，如圖6中所示，緩沖電容器500可以優(yōu)選地被設置為使得直流-直流轉換器電路101、102、103中的每個和緩沖電容器500之間的距離變得基本上相等。再者，直流-直流轉換器電路101、102、103中的每個和緩沖電容器500可以優(yōu)選地彼此接近。由于通過例如彼此平行地布置導線(總線排)的正(+)線路和負(_)線路，可以消除導線走線等的電感分量，因此ESL并非僅基于緩沖電容器500和直流-直流轉換器電路之間的位置關系簡單地確定。因此，當每個直流-直流轉換器電路和緩沖電容器500安裝在電路板上時，在不能使它們之間的距離相等的情況下，例如，可以彼此平行地布置導線(總線排)的正⑴線路和負㈠線路，使得上述閉合電路具有基本上相同的ESL。
[0072]因此，使每個上述閉合電路的ESL基本上相等，使得可以整體提高直流-直流轉換器電路101、102、103的效率。具體地，在其中恒定地驅動所有三個直流-直流轉換器電路101、102、103的直流-直流轉換器100中，優(yōu)選地根據(jù)該實施例設置緩沖電容器500，用于提高整體效率。通過這樣使每個ESL相等，針對直流-直流轉換器電路101、102、103中的每個和緩沖電容器500之間的浪涌設計使用相同的先決條件，因此使得可以極大地減少浪涌調整所需的工作量(諸如緩沖電容器500的電容的最優(yōu)化)。例如，對于直流-直流轉換器電路101、102、103僅需要執(zhí)行一次(而非三次)調整任務；因此，浪涌調整所需的工作量可以減少到約三分之一(1/3)。
[0073]盡管在上述實施例中直流-直流轉換器100中包括的每個直流-直流轉換器電路是非隔離直流-直流轉換器電路，但是其可以是諸如隔離直流-直流轉換器電路的任何切換直流-直流轉換器電路。
[0074]圖7是示出根據(jù)上述實施例的直流-直流轉換器100的修改示例的電路圖。根據(jù)修改示例的直流-直流轉換器140使從電池700接收到的電力的電壓上升，并且向負載750供給電力。
[0075]如第一和第二實施例中那樣，根據(jù)修改示例的直流-直流轉換器140包括一對輸入端子Tla、Tlb, 一對輸出端子T2a、T2b，并聯(lián)連接在輸入端子對Tla、Tlb和輸出端子對T2a、T2b之間的三個直流-直流轉換器電路141、142、143，緩沖電容器500、控制器600等。圖7中未示出控制器600。
[0076]直流-直流轉換器電路141、142、143具有相同的配置，并且直流-直流轉換器電路141、142、143中的每個是被稱為反激變換器的隔離直流-直流轉換器電路。
[0077]直流-直流轉換器電路141包括切換裝置251、變壓器151、二極管351、電容器451等。直流-直流轉換器電路142包括切換裝置252、變壓器152、二極管352、電容器452等。直流-直流轉換器電路143包括切換裝置253、變壓器153、二極管353、電容器453等。
[0078]變壓器151、152、153中的每個包括初級線圈151a、152a、153a和次級線圈151b、152b、153b。
[0079]在直流-直流轉換器電路141中，當切換裝置251接通時，電流在從輸入端子Tla朝向初級線圈151a的方向上流動，使得電磁能被存儲在變壓器151中。此時，由于次級線圈151b和二極管351的正向偏置方向之間的關系，沒有電流在次級線圈151b側的電路中流動。當切換裝置251斷開時，允許通過二極管351傳遞電流，并且變壓器151中存儲的能量經(jīng)由輸出端子T2a供給負載750?？刂破?00執(zhí)行切換裝置251的開/關控制，以便使電池700的電力的電壓上升并且向負載750供給得到的電力。直流-直流轉換器電路142、143也以相同的方式操作以使電壓上升。
[0080]在根據(jù)修改示例的直流-直流轉換器140中，如第一和第二實施例中那樣，緩沖電容器500抑制在直流-直流轉換器電路141、142、143中包括的切換裝置251、252、253中生成的浪涌電壓。在直流-直流轉換器電路141、142、143中包括的切換裝置251、252、253中的每個斷開時生成的浪涌電壓與包括切換裝置251、252、253和緩沖電容器500的每個閉合電路的ESL(等效串聯(lián)電感)Lp成比例。因此，在根據(jù)修改示例的直流-直流轉換器140中，如第一實施例中那樣，緩沖電容器500也可以被設置為使得包括以較高頻率驅動的直流-直流轉換器電路中包括的切換裝置和緩沖電容器500的閉合電路的ESL變得較小。就是說，可以使包括直流-直流轉換器電路141中的切換裝置251和緩沖電容器500的閉合電路的ESL小于包括其他直流-直流轉換器電路中包括的切換裝置和緩沖電容器500的閉合電路的ESL。如第一實施例中那樣，控制器600優(yōu)先驅動具有較高優(yōu)先級的直流-直流轉換器電路，并且以最高頻率驅動具有最高優(yōu)先級的直流-直流轉換器電路141。通過該布置，以增加的頻率驅動具有較高效率的直流-直流轉換器電路，使得可以提高直流-直流轉換器140的實際效率。
[0081]再者，如第一實施例中那樣，控制器600可以執(zhí)行直流-直流轉換器電路141、142、143的驅動控制以便優(yōu)先驅動包括具有較小ESL的閉合電路的一部分的直流-直流轉換器電路，該閉合電路選自包括切換裝置251、252、253以及緩沖電容器500的閉合電路。例如，當在直流-直流轉換器電路141、142、143，緩沖電容器500等中沒有布局自由度時，控制器600執(zhí)行上述驅動控制，以便提高直流-直流轉換器140的實際效率。
[0082]在根據(jù)修改示例的直流-直流轉換器140中，如第二實施例中那樣，包括直流-直流轉換器電路141、142、143中的每個中包括的切換裝置以及緩沖電容器500的每個閉合電路具有基本上相同的ESL。就是說，包括直流-直流轉換器電路141中包括的切換裝置251以及緩沖電容器500的閉合電路，以及包括直流-直流轉換器電路142中包括的切換裝置252以及緩沖電容器500的閉合電路具有基本上相同的ESL。再者，包括直流-直流轉換器電路143中包括的切換裝置253以及緩沖電容器500的閉合電路具有與上述閉合電路相同的ESL。再者，緩沖電容器500可以優(yōu)選地被設置成使得進一步減少上述閉合電路的基本上相同的ESL。通過該布置，直流-直流轉換器電路141、142、143的效率可以整體提高。通過這樣使每個ESL相等，針對直流-直流轉換器電路141、142、143中的每個和緩沖電容器500之間的浪涌設計使用相同的先決條件，因此使得可以極大地減少浪涌調整所需的工作量(諸如緩沖電容器500的電容的最優(yōu)化)。
[0083]盡管詳細描述了本發(fā)明的一些實施例，但是本發(fā)明不限于任何特定實施例，而是可以在所附權利要求中描述的本發(fā)明的范圍內，通過各種修改或改變來進行實施。
[0084]盡管在圖示實施例中并聯(lián)連接三個直流-直流轉換器電路，但是可以并聯(lián)連接多于三個直流-直流轉換器電路，或者可以并聯(lián)連接兩個直流-直流轉換器電路。
[0085]在圖示實施例中，在并聯(lián)連接的所有直流-直流轉換器電路中共享緩沖電容器500。然而，緩沖電容器500可以由至少兩個直流-直流轉換器電路共享。就是說，在并聯(lián)連接的兩個或更多個直流-直流轉換器電路中，緩沖電容器500可以與至少兩個直流-直流轉換器電路中包括的切換裝置并聯(lián)連接。
[0086]盡管在圖示實施例中直流-直流轉換器100或140中包括的直流-直流轉換器電路連接到公共電源(電池700)，但是直流-直流轉換器電路可以連接到不同的電源。
[0087]在圖示實施例中，并聯(lián)連接的兩個或更多個直流-直流轉換器電路以及由直流-直流轉換器電路共享的緩沖電容器500的布局或配置被應用于直流-直流轉換器100或140。然而，以上布局或配置可以應用于任何電力轉換系統(tǒng)，諸如例如交流-直流(AC-DC)轉換器。
【權利要求】
1.一種電力轉換系統(tǒng),其特征在于,包括: 第一切換直流-直流轉換器電路(101 ;141)，所述第一切換直流-直流轉換器電路包括第一切換裝置(211，221 ；251)； 第二切換直流-直流轉換器電路(102 ; 142)，所述第二切換直流-直流轉換器電路與所述第一切換直流-直流轉換器電路并聯(lián)連接，所述第二切換直流-直流轉換器電路包括第二切換裝置(212，222 ;252);以及 緩沖電容器(500)，所述緩沖電容器與所述第一切換裝置和所述第二切換裝置中的每個并聯(lián)連接， 其中所述第一切換直流-直流轉換器電路、所述第二切換直流-直流轉換器電路以及所述緩沖電容器被配置成使得驅動所述第一切換直流-直流轉換器電路的頻率高于驅動所述第二切換直流-直流轉換器電路的頻率，并且包括所述第一切換裝置和所述緩沖電容器的閉合電路的等效串聯(lián)電感小于包括所述第二切換裝置和所述緩沖電容器的閉合電路的等效串聯(lián)電感。
2.根據(jù)權利要求1所述的電力轉換系統(tǒng)，其特征在于，進一步包括控制器￠00)，所述控制器執(zhí)行所述第一切換直流-直流轉換器電路和所述第二切換直流-直流轉換器電路的驅動控制， 其中所述控制器被配置成，當驅動所述第一切換直流-直流轉換器電路和所述第二切換直流-直流轉換器電路中的至少之一時，優(yōu)先驅動所述第一切換直流-直流轉換器電路。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的電力轉換系統(tǒng)，其中，所述電力轉換系統(tǒng)安裝在移動體上，并且向驅動所述移動體的裝置供給電力。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的電力轉換系統(tǒng)，其中，所述第一切換直流-直流轉換器電路和所述第二切換直流-直流轉換器電路被設置成使得所述第一切換直流-直流轉換器電路具有高于所述第二切換直流-直流轉換器電路的冷卻效率。
5.根據(jù)權利要求4所述的電力轉換系統(tǒng)，其中，所述第一切換直流-直流轉換器電路位于所述電力轉換系統(tǒng)的端部。
6.一種控制電力轉換系統(tǒng)的方法，所述電力轉換系統(tǒng)包括:第一切換直流-直流轉換器電路(101 ; 141)，所述第一切換直流-直流轉換器電路包括第一切換裝置(211，221 ；251);第二切換直流-直流轉換器電路(102 ; 142)，所述第二切換直流-直流轉換器電路與所述第一切換直流-直流轉換器電路并聯(lián)連接并且包括第二切換裝置(212，222 ;252);以及緩沖電容器，所述緩沖電容器與所述第一切換裝置和所述第二切換裝置中的每個并聯(lián)連接，所述方法包括: 當驅動所述第一切換直流-直流轉換器電路和所述第二切換直流-直流轉換器電路中的至少之一時，優(yōu)先驅動所述第一切換直流-直流轉換器電路和所述第二切換直流-直流轉換器電路中的、包括作為其一部分的具有較小等效串聯(lián)電感的閉合電路的切換直流-直流轉換器電路，所述閉合電路選自包括所述第一切換裝置和所述緩沖電容器的閉合電路以及包括所述第二切換裝置和所述緩沖電容器的閉合電路。
7.—種電力轉換系統(tǒng),其特征在于,包括: 第一切換直流-直流轉換器電路(101 ;141)，所述第一切換直流-直流轉換器電路包括第一切換裝置(211，221 ；251)； 第二切換直流-直流轉換器電路(102 ; 142)，所述第二切換直流-直流轉換器電路與所述第一切換直流-直流轉換器電路并聯(lián)連接，所述第二切換直流-直流轉換器電路包括第二切換裝置(212，222 ；252);以及 緩沖電容器(500)，所述緩沖電容器與所述第一切換裝置和所述第二切換裝置中的每個并聯(lián)連接， 其中所述第一切換直流-直流轉換器電路、所述第二切換直流-直流轉換器電路以及所述緩沖電容器被配置成使得包括所述第一切換裝置和所述緩沖電容器的閉合電路的等效串聯(lián)電感基本上等于包括所述第二切換裝置和所述緩沖電容器的閉合電路的等效串聯(lián)電感。
【文檔編號】H02M3/00GK104348354SQ201410379793
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年8月4日 優(yōu)先權日:2013年8月7日
【發(fā)明者】長谷川貴彥 申請人:豐田自動車株式會社