本發(fā)明涉及在多個輸入輸出端口之中任意的輸入輸出端口間進行電力變換的電力變換裝置。

背景技術(shù)：

專利文獻1中公開了一種在4個輸入輸出端口之中任意的2個輸入輸出端口之間進行電力變換的電力變換電路。該電力變換電路具備：具有2個輸入輸出端口的初級側(cè)變換電路、以及與該初級側(cè)變換電路進行磁耦合并具有其他的2個輸入輸出端口的次級側(cè)變換電路。并且，初級側(cè)變換電路與次級側(cè)變換電路通過中心抽頭式的變壓器進行磁耦合。

初級側(cè)變換電路具有初級側(cè)全橋電路。初級側(cè)全橋電路具有使連接于變壓器的初級側(cè)線圈的兩端的2個電感器磁耦合而構(gòu)成的耦合電感器。此外，次級側(cè)變換電路具有次級側(cè)全橋電路。次級側(cè)全橋電路具有使連接于變壓器的次級側(cè)線圈的兩端的2個電感器磁耦合而構(gòu)成的耦合電感器。并且，通過改變開關(guān)周期的導(dǎo)通時間，從而處于初級側(cè)(或者次級側(cè))的2個輸入輸出端口間(非絕緣方向)的電力變換比例被變更。此外，初級側(cè)以及次級側(cè)之間(絕緣方向)的電力傳輸量通過開關(guān)周期的相位差而被控制。

耦合電感器的極性被連接為相對于初級側(cè)以及次級側(cè)間(絕緣方向)的電力傳輸時流過的電流而磁通削弱。這是因為：在絕緣方向的電力傳輸中電感較小的情況下能夠傳輸較大的電力。此外，被連接為相對于處在初級側(cè)(或者次級側(cè))的2個輸入輸出端口間(非絕緣方向)的電力傳輸時流過的電流而磁通增強。這是因為：電感較大的情況下能夠減小電流紋波。

在初級側(cè)以及次級側(cè)間(絕緣方向)的電力傳輸時，變壓器作為磁性部件而發(fā)揮作用，但是，在處于初級側(cè)(或者次級側(cè))的2個輸入輸出端口間(非絕緣方向)的電力傳輸時，由于在夾著中心抽頭而對稱的變壓器的繞組中流過同相的電流，因此變壓器不作為磁性部件發(fā)揮作用從而對于非絕緣方向的電力傳輸動作沒有影響。

在先技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2011-193713號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

-發(fā)明要解決的課題-

專利文獻1所記載的電力變換電路中，如上述那樣，盡管在初級側(cè)以及次級側(cè)之間(絕緣方向)的電力傳輸時，通過削弱磁通而等效地減小了電感，但是流過的電流在對于絕緣方向的電力傳輸沒有貢獻的不必要的元件(2個電感器)中流過。因此，存在產(chǎn)生導(dǎo)體損耗的這種問題。同樣，在非絕緣方向的電力傳輸時流過的電流在對于非絕緣方向的電力傳輸沒有貢獻的不必要的元件(變壓器的線圈)中流過，從而存在產(chǎn)生導(dǎo)體損耗的這種問題。

此外，存在如下問題：對于為了分別設(shè)計絕緣方向的電力傳輸和非絕緣方向的電力傳輸而成為重要參數(shù)的耦合電感器的耦合率，難以進行高精度的設(shè)計。此外，由于變壓器中需要中心抽頭，因此存在變壓器的大型化、形狀的復(fù)雜化的這種問題。

為此，本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠抑制電力傳輸時產(chǎn)生的導(dǎo)體損耗、并且設(shè)計容易且小型化的電力變換裝置。

-解決課題的手段-

本發(fā)明的特征在于，具備：第1輸入輸出端口以及第2輸入輸出端口；第1全橋電路，連接于所述第1輸入輸出端口；第2全橋電路，連接于所述第2輸入輸出端口；變壓器，具有進行磁耦合的第1線圈以及第2線圈，所述第1線圈連接于所述第1全橋電路的第1中點以及第2中點，所述第2線圈連接于所述第2全橋電路的第1中點以及第2中點；電感成分，設(shè)置在所述第1線圈以及所述第1全橋電路之間、或者所述第2線圈以及所述第2全橋電路之間的至少一方；第1電感器，其第1端連接于所述第1全橋電路的所述第1中點、或者所述第2全橋電路的所述第1中點；第2電感器，其第1端連接于所述第1全橋電路的所述第2中點、或者所述第2全橋電路的所述第2中點；和第3輸入輸出端口，連接于所述第1電感器以及所述第2電感器的第2端。

在該構(gòu)成中，能夠設(shè)定第1輸入輸出端口以及第2輸入輸出端口間(絕緣方向)的電力傳輸時的電流路徑、和第1輸入輸出端口以及第3輸入輸出端口間(非絕緣方向)的電力傳輸時的電流路徑，以使得電流通過絕緣方向以及非絕緣方向各自所需的元件。由此，因為絕緣方向以及非絕緣方向的電力傳輸時流過電流不會流過不必要的元件，所以能夠抑制導(dǎo)體損耗的產(chǎn)生。此外，由于能夠分別獨立地設(shè)計與絕緣方向的電力傳輸相關(guān)的電感器和與非絕緣方向的電力傳輸相關(guān)的電感器，因此設(shè)計上變得容易。此外，由于變壓器中不需要中心抽頭，因此能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器的構(gòu)造的簡易化、小型化。

優(yōu)選地，在本發(fā)明所涉及的電力變換裝置中，所述第1電感器與所述第2電感器極性相反地進行耦合。

在該構(gòu)成中，由于通過磁耦合而紋波電流被消除，因此能夠使得電感器小型化。

優(yōu)選地，本發(fā)明所涉及的電力變換裝置中，所述第1電感器的所述第1端連接于所述第1全橋電路的所述第1中點，所述第2電感器的所述第1端連接于所述第1全橋電路的所述第2中點，還具備：第3電感器，其第1端連接于所述第2全橋電路的所述第1中點；第4電感器，其第1端連接于所述第2全橋電路的所述第2中點；和第4輸入輸出端口，連接于所述第3電感器以及所述第4電感器的第2端。

在該構(gòu)成中，能夠設(shè)定第2輸入輸出端口以及第1輸入輸出端口間(絕緣方向)的電力傳輸時的電流路徑、和第2輸入輸出端口以及第4輸入輸出端口間(非絕緣方向)的電力傳輸時的電流路徑，以使得電流通過絕緣方向以及非絕緣方向各自所需的元件。由此，因為絕緣方向以及非絕緣方向的電力傳輸時流過電流不會流過不必要的元件，所以能夠抑制導(dǎo)體損耗的產(chǎn)生。此外，由于絕緣方向和非絕緣方向的電流路徑不同，因此能夠在各路徑中獨立地設(shè)計磁性部件。此外，由于變壓器中不需要中心抽頭，因此能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器的構(gòu)造的簡易化、小型化。

優(yōu)選地，在本發(fā)明所涉及的電力變換裝置中，所述第3電感器與所述第4電感器極性相反地進行耦合。

在該構(gòu)成中，由于通過磁耦合而紋波電流被消除，因此能夠使得電感器小型化。

優(yōu)選地，本發(fā)明所涉及的電力變換裝置具備：電容器，連接在所述第1全橋電路或者所述第2全橋電路的至少一方與所述變壓器之間。

在該構(gòu)成中，通過設(shè)置電容器，能夠防止變壓器中的偏磁的產(chǎn)生。

-發(fā)明效果-

根據(jù)本發(fā)明，由于在絕緣方向以及非絕緣方向的電力傳輸時流過的電流沒有流過不必要的元件，因此能夠抑制導(dǎo)體損耗的產(chǎn)生。此外，由于能夠分別獨立地設(shè)計與絕緣方向的電力傳輸有關(guān)的電感器、與非絕緣方向的電力傳輸有關(guān)的電感器，因此設(shè)計上變得容易。此外，由于變壓器中不需要中心抽頭，因此能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器的構(gòu)造的簡易化、小型化。

附圖說明

圖1是實施方式1所涉及的電力變換裝置的電路圖。

圖2是表示控制部的功能的框圖。

圖3是表示電力變換裝置的初級側(cè)變換電路各部的電壓波形以及電流波形的圖。

圖4是用于說明電力變換裝置作為降壓電路而發(fā)揮作用的情況下的電流路徑的圖。

圖5是用于說明電力變換裝置作為dab變換器電路而發(fā)揮作用的情況下的電流路徑的圖。

圖6是用于說明電力變換裝置作為dab變換器電路而發(fā)揮作用的情況下的電流路徑的圖。

圖7是用于說明電力變換裝置作為dab變換器電路而發(fā)揮作用的情況下的電流路徑的圖。

圖8是實施方式2所涉及的電力變換裝置的電路圖。

圖9是實施方式3所涉及的電力變換裝置的電路圖。

圖10是實施方式4所涉及的電力變換裝置的電路圖。

具體實施方式

(實施方式1)

圖1是實施方式1所涉及的電力變換裝置1的電路圖。

電力變換裝置1具備變壓器30，該變壓器30具有進行磁耦合的初級線圈31(本發(fā)明所涉及的“第1線圈”)和次級線圈32(本發(fā)明所涉及的“第2線圈”)。在變壓器30的初級側(cè)，設(shè)有具備輸入輸出端子io1、io2的第1輸入輸出端口p1、和具備輸入輸出端子io2、io3的第3輸入輸出端口p3。在次級側(cè)，設(shè)有具備輸入輸出端子io4、io5的第2輸入輸出端口p2、和具備輸入輸出端子io5、io6的第4輸入輸出端口p4。電力變換裝置1在4個輸入輸出端口p1～p4之中任意的2個端口間進行電力變換。

以下，將在變壓器30的初級側(cè)所形成的電路稱為初級側(cè)變換電路10，將在次級側(cè)所形成的電路稱為次級側(cè)變換電路20。初級側(cè)變換電路10包括變壓器30的初級線圈31。次級側(cè)變換電路20包括變壓器30的次級線圈32。也就是說，初級側(cè)變換電路10和次級側(cè)變換電路20通過初級線圈31與次級線圈32進行磁耦合。

將從初級側(cè)變換電路10向次級側(cè)變換電路20(或者相反)的電力傳輸稱為“絕緣方向的電力傳輸”。此外，初級側(cè)變換電路10(或者次級側(cè)變換電路20)內(nèi)的電力傳輸、例如第1輸入輸出端口p1至第3輸入輸出端口間的電力傳輸稱為“非絕緣方向的電力傳輸”。

首先，說明初級側(cè)變換電路10。

初級側(cè)變換電路10具備初級側(cè)全橋電路。初級側(cè)全橋電路相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“第1全橋電路”。以下，初級側(cè)全橋電路僅稱為全橋電路。全橋電路具有開關(guān)元件q11、q12、q13、q14。開關(guān)元件q11、q12、q13、q14是n型mos-fet。從初級側(cè)驅(qū)動器33向開關(guān)元件q11、q12、q13、q14的柵極輸入柵極信號。由此，各開關(guān)元件q11、q12、q13、q14被導(dǎo)通、斷開。

開關(guān)元件q11、q12被串聯(lián)連接而得到的第1臂對、與開關(guān)元件q13、q14被串聯(lián)連接而得到的第2臂對進行并聯(lián)連接，并連接于輸入輸出端子io1、io2。開關(guān)元件q11、q12的連接點(本發(fā)明所涉及的“第1中點”)經(jīng)由電感器l1而連接于變壓器30的初級線圈31的第1端。開關(guān)元件q13、q14的連接點(本發(fā)明所涉及的“第2中點”)連接于變壓器30的初級線圈31的第2端。

電感器l1是用于調(diào)整絕緣方向的電力傳輸時的變壓的元件，相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“電感成分”。該電感器l1既可以是實際的元件，也可以是變壓器30的漏電感。

此外，開關(guān)元件q11、q12的連接點經(jīng)由電感器lu1也連接于輸入輸出端子io3。開關(guān)元件q13、q14的連接點經(jīng)由電感器lv1也連接于輸入輸出端子io3。電感器lu1相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“第1電感器”。電感器lv1相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“第2電感器”。

通過開關(guān)元件q11～q14和電感器lu1，lv1，在第1輸入輸出端口p1與第3輸入輸出端口p3之間形成升降壓電路。詳細而言，在著眼于從第1輸入輸出端口p1至第3輸入輸出端口p3的路徑的情況下，在第1輸入輸出端口p1與第3輸入輸出端口p3之間形成降壓電路。此外，在著眼于從第3輸入輸出端口p3至第1輸入輸出端口p1的路徑的情況下，在第3輸入輸出端口p3與第1輸入輸出端口p1之間形成升壓電路。因此，從第1輸入輸出端口p1輸入的電壓被降壓并從第3輸入輸出端口p3輸出。此外，從第3輸入輸出端口p3輸入的電壓被升壓并從第1輸入輸出端口p1輸出。

通過經(jīng)由電感器lu1、lv1將橋電路與第3輸入輸出端口p3連接，在非絕緣方向的電力傳輸時從第1輸入輸出端口p1向第3輸入輸出端口p3(或者相反)流過電流不通過初級線圈31。因此，能夠抑制在非絕緣方向的電力傳輸時初級線圈31中流過電流所產(chǎn)生的導(dǎo)體損耗。

接下來，說明次級側(cè)變換電路20。

次級側(cè)變換電路20具備次級側(cè)全橋電路。次級側(cè)全橋電路相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“第2全橋電路”。以下，次級側(cè)全橋電路僅稱為全橋電路。該全橋電路具有開關(guān)元件q21、q22、q23、q24。開關(guān)元件q21、q22、q23、q24是n型mos-fet。從次級側(cè)驅(qū)動器34向開關(guān)元件q21、q22、q23、q24的柵極輸入柵極信號。由此，各開關(guān)元件q21、q22、q23、q24被導(dǎo)通、斷開。

開關(guān)元件q21、q22被串聯(lián)連接而得到的第3臂對、與開關(guān)元件q23、q24被串聯(lián)連接而得到的第4臂對進行并聯(lián)連接，并連接于輸入輸出端子io4、io5。開關(guān)元件q21、q22的連接點(本發(fā)明所涉及的“第1中點”)經(jīng)由電感器l2而連接于變壓器30的次級線圈32的第1端。開關(guān)元件q23、q24的連接點(本發(fā)明所涉及的“第2中點”)連接于變壓器30的次級線圈32的第2端。

電感器l2是用于調(diào)整絕緣方向的電力傳輸時的變壓的元件，相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“電感成分”。該電感器l2既可以是實際的元件，也可以是變壓器30的漏電感。

此外，開關(guān)元件q21、q22的連接點經(jīng)由電感器lu2也連接于輸入輸出端子io6。開關(guān)元件q23、q24的連接點經(jīng)由電感器lv2也連接于輸入輸出端子io6。電感器lu2相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“第3電感器”。電感器lv2相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“第4電感器”。

通過開關(guān)元件q21～q24與電感器lu2、lv2，在第2輸入輸出端口p2與第4輸入輸出端口p4之間形成升降壓電路。詳細而言，在著眼于從第2輸入輸出端口p2至第4輸入輸出端口p4的路徑的情況下，在第2輸入輸出端口p2與第4輸入輸出端口p4之間形成降壓電路。此外，在著眼于從第4輸入輸出端口p4至第2輸入輸出端口p2的路徑的情況下，在第4輸入輸出端口p4與第2輸入輸出端口p2之間形成升壓電路。因此，從第2輸入輸出端口p2輸入的電壓被降壓并從第4輸入輸出端口p4輸出。此外，從第4輸入輸出端口p4輸入的電壓被升壓并從第2輸入輸出端口p2輸出。

通過經(jīng)由電感器lu2、lv2將橋電路與第4輸入輸出端口p4連接，在非絕緣方向的電力傳輸時從第2輸入輸出端口p2向第4輸入輸出端口p4(或者相反)流過的電流不通過次級線圈32。因此，能夠抑制在非絕緣方向的電力傳輸時次級線圈32中流過電流所產(chǎn)生的導(dǎo)體損耗。

電力變換裝置1具備控制部35?？刂撇?5向初級側(cè)驅(qū)動器33以及次級側(cè)驅(qū)動器34分別輸出控制信號。被輸入該控制信號的初級側(cè)驅(qū)動器33以及次級側(cè)驅(qū)動器34向各開關(guān)元件輸出柵極信號。

再有，在實施方式中，將初級側(cè)變換電路10的全橋電路設(shè)為本發(fā)明所涉及的“第1全橋電路”，將次級側(cè)變換電路20的全橋電路設(shè)為本發(fā)明所涉及的“第2全橋電路”，但也可以相反。也就是說，也可以將初級側(cè)變換電路10的全橋電路設(shè)為本發(fā)明所涉及的“第2全橋電路”，將次級側(cè)變換電路20的全橋電路設(shè)為本發(fā)明所涉及的“第1全橋電路”。該情況下，電感器lu2相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“第1電感器”，電感器lv2相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“第2電感器”。此外，電感器lu1相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“第3電感器”，電感器lv1相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“第4電感器”。進而，初級線圈31相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“第2線圈”，次級線圈32相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“第1線圈”。

此外，電力變換裝置1具備電感器l1、l2，但是只要僅具備電感器l1、l2的至少任意一個即可。

圖2是表示控制部35的功能的框圖?？刂撇?5具備電力變換模式?jīng)Q定部351、相位差決定部352、占空比決定部353、初級側(cè)輸出部354、以及次級側(cè)輸出部355。

電力變換模式?jīng)Q定部351例如基于輸入至控制部35的外部信號，來決定電力變換裝置1的電力變換模式。電力變換模式中存在第1模式～第12模式。

第1模式是對從第1輸入輸出端口p1輸入的電力進行變換并輸出至第3輸入輸出端口p3的模式。第2模式是對從第1輸入輸出端口p1輸入的電力進行變換并輸出至第2輸入輸出端口p2的模式。第3模式是對從第1輸入輸出端口p1輸入的電力進行變換并輸出至第4輸入輸出端口p4的模式。再有，第3模式中，具體而言，按第1輸入輸出端口p1→第2輸入輸出端口p2→第4輸入輸出端口p4的順序進行電力傳輸。

第4模式是對從第3輸入輸出端口p3輸入的電力進行變換并輸出至第1輸入輸出端口p1的模式。第5模式是對從第3輸入輸出端口p3輸入的電力進行變換并輸出至第2輸入輸出端口p2的模式。第6模式是對從第3輸入輸出端口p3輸入的電力進行變換并輸出至第4輸入輸出端口p4的模式。再有，在第5模式中，具體而言按第3輸入輸出端口p3→第1輸入輸出端口p1→第2輸入輸出端口p2的順序進行電力傳輸。在第6模式中，具體而言按第3輸入輸出端口p3→第1輸入輸出端口p1→第2輸入輸出端口p2→第4輸入輸出端口p4的順序進行電力傳輸。

第7模式是對從第2輸入輸出端口p2輸入的電力進行變換并輸出至第1輸入輸出端口p1的模式。第8模式是對從第2輸入輸出端口p2輸入的電力進行變換并輸出至第3輸入輸出端口p3的模式。第9模式是對從第2輸入輸出端口p2輸入的電力進行變換并輸出至第4輸入輸出端口p4的模式。再有，在第8模式中，具體而言按第2輸入輸出端口p2→第1輸入輸出端口p1→第3輸入輸出端口p3的順序進行電力傳輸。

第10模式是對從第4輸入輸出端口p4輸入的電力進行變換并輸出至第1輸入輸出端口p1的模式。第11模式是對從第4輸入輸出端口p4輸入的電力進行變換并輸出至第3輸入輸出端口p3的模式。第12模式是對從第4輸入輸出端口p4輸入的電力進行變換并輸出至第2輸入輸出端口p2的模式。再有，在第10模式中，具體而言按第4輸入輸出端口p4→第2輸入輸出端口p2→第1輸入輸出端口p1的順序進行電力傳輸。此外，在第11模式中，具體而言按第4輸入輸出端口p4→第2輸入輸出端口p2→第1輸入輸出端口p1→第3輸入輸出端口p3的順序進行電力傳輸。

相位差決定部352根據(jù)電力變換模式?jīng)Q定部351所決定的模式，來決定初級側(cè)變換電路10以及次級側(cè)變換電路20各自具有的開關(guān)元件的開關(guān)周期的相位差通過所決定的相位差向絕緣方向傳輸電力。

占空比決定部353根據(jù)所決定的模式，來決定初級側(cè)變換電路10以及次級側(cè)變換電路20各自具有的開關(guān)元件的占空比。通過所決定的占空比，在初級側(cè)變換電路10以及次級側(cè)變換電路20中分別對電壓進行控制(升壓或者降壓)。

初級側(cè)輸出部354輸出與相位差決定部352以及占空比決定部353所決定的相位差以及占空比相應(yīng)的柵極信號。

次級側(cè)輸出部355基于電力變換模式?jīng)Q定部351所決定的模式，從次級側(cè)驅(qū)動器34向次級側(cè)變換電路20的各開關(guān)元件q21、q22、q23、q24的柵極輸出柵極信號。由此，各開關(guān)元件q21、q22、q23、q24進行導(dǎo)通、斷開。此外，次級側(cè)輸出部355輸出與相位差決定部352以及占空比決定部353所決定的相位差以及占空比相應(yīng)的柵極信號。

以下，詳細闡述電力變換裝置1的動作。該例子中，說明在第1輸入輸出端口p1連接輸入電源、在另一端口連接負載，從第1輸入輸出端口p1向第2輸入輸出端口p2、第3輸入輸出端口p3進行電力傳輸?shù)那闆r。

圖3是表示電力變換裝置1的初級側(cè)變換電路10各部的電壓波形以及電流波形的圖。vu1是開關(guān)元件q12的漏極·源極間電壓、vv1是開關(guān)元件q14的漏極·源極間電壓、vu2是開關(guān)元件q22的漏極·源極間電壓、vv2是開關(guān)元件q24的漏極·源極間電壓(參照圖1)。vul、vv1、vu2、vv2都是導(dǎo)通時間δ(各臂對的高側(cè)開關(guān)元件的導(dǎo)通時間都為δ)。此外，vu1與vvl的相位差、vu2與vv2的相位差都為180度(π)。ilu是電感器lu1中流過的電流，ilv是電感器lv1中流過的電流，il是電感器l1中流過的電流。再有，該例子中，δ、以及都小于π。

首先，說明從第1輸入輸出端口p1向第3輸入輸出端口p3進行電力傳輸?shù)那闆r。

圖4是用于說明電力變換裝置1作為降壓電路而發(fā)揮作用的情況下的電流路徑的圖。

在圖3所示的狀態(tài)(1)以及狀態(tài)(2)中，vul為高電平(h)，vv1為低電平(l)。此時，開關(guān)元件q11、q14導(dǎo)通，開關(guān)元件q12、q13斷開。該情況下，如圖4(a)所示，按輸入輸出端子io1→開關(guān)元件q11→電感器lu1→輸入輸出端子io3的順序流過電流ilu。此外，按輸入輸出端子io2→開關(guān)元件q14→電感器lv1→輸入輸出端子io3的順序流過電流ilv。在該期間，電感器lu1被第1輸入輸出端口p1與第3輸入輸出端口p3的差值的電壓進行勵磁而積蓄能量，電流ilu增加。此外，電感器lv1釋放所積蓄的能量，電流ilv減少。

在圖3所示的狀態(tài)(3)以及狀態(tài)(4)中，vu1、vv1為低電平(l)。此時，開關(guān)元件q11、q13斷開，開關(guān)元件q12、q14導(dǎo)通。該情況下，如圖4(b)所示，按輸入輸出端子io2→開關(guān)元件q12、q14→電感器lu1，lv1→輸入輸出端子io3的順序流過電流ilu、ilv。在該期間，電感器lu1以及電感器lv1釋放所積蓄的能量，電流ilu以及電流ilv減少。

在圖3に示す?fàn)顟B(tài)(5)以及狀態(tài)(6)中，vu1為低電平(l)，vvl為高電平(h)。此時，開關(guān)元件q11、q14斷開，開關(guān)元件q12、q13導(dǎo)通。該情況下，如圖4(c)所示，按輸入輸出端子io2→開關(guān)元件q12→電感器lul→輸入輸出端子io3的順序流過電流ilu。此外，按輸入輸出端子io1→開關(guān)元件q13→電感器lv1→輸入輸出端子io3的順序流過電流ilv。在該期間，電感器lu1釋放所積蓄的能量，電流ilu減少。此外，電感器lv1被第1輸入輸出端口p1與第3輸入輸出端口p3的差值的電壓進行勵磁而積蓄能量，電流ilv增加。

圖3所示的狀態(tài)(7)以及狀態(tài)(8)與狀態(tài)(3)以及狀態(tài)(4)相同。之后，成為狀態(tài)(1)以及狀態(tài)(2)。

這樣，vu1以及vv1的高電平/低電平被反復(fù)，從第1輸入輸出端口p1輸入的電壓被降壓，并輸出至第3輸入輸出端口p3。此時的電壓的降壓比能夠由導(dǎo)通時間δ來確定。

再有，對于從第3輸入輸出端口p3向第1輸入輸出端口p1的電力變換，也是vu1以及vv1的高電平/低電平被反復(fù)，對從第3輸入輸出端口p3輸入的電壓進行升壓，并輸出至第1輸入輸出端口p1。并且，升壓比能夠由導(dǎo)通時間δ來確定。此外，關(guān)于次級側(cè)變換電路20側(cè)，也能夠與初級側(cè)變換電路10側(cè)同樣地進行說明。

這樣，在非絕緣方向的電力傳輸中，電感器l1以及次級線圈32沒有電流流過。由此，能夠抑制非絕緣方向的電力傳輸時所產(chǎn)生的導(dǎo)體損耗。

接下來，說明從第1輸入輸出端口p1向第2輸入輸出端口p2進行電力傳輸?shù)那闆r。

圖5、圖6以及圖7是用于說明電力變換裝置1作為雙有源橋(dualactivebridge，以下稱為dab)變換器電路而發(fā)揮作用的情況下的電流路徑的圖。

在圖3所示的狀態(tài)(1)中，vu1為高電平(h)，vv1、vu2、vv2為低電平(l)。此時，開關(guān)元件q11、q14、q22、q24導(dǎo)通，開關(guān)元件q12、q13、q21、q23斷開。該情況下，如圖5(a)所示，在初級側(cè)變換電路10側(cè)，按輸入輸出端子io1→開關(guān)元件q11→電感器l1→初級線圈31→開關(guān)元件q14→輸入輸出端子io2的順序流過電流i1。此時，輸入輸出端子io1的電壓施加于電感器l1和初級線圈31，電流i1增加(參照圖3)。通過對初級線圈31施加電壓，在變壓器30的次級線圈32感應(yīng)出電壓。并且，在次級側(cè)變換電路20側(cè)，在次級線圈32→電感器l2→開關(guān)元件q22→開關(guān)元件q24→次級線圈32的路徑流過電流。

在圖3所示的狀態(tài)(2)中，vu1、vu2為高電平(h)，vv1、vv2為低電平(l)。此時，開關(guān)元件q11、q14、q21、q24導(dǎo)通，開關(guān)元件q12、q13、q22、q23斷開。該情況下，如圖5(b)所示，在初級側(cè)變換電路10側(cè)，在與狀態(tài)(1)相同的路徑流過電流i1。在次級側(cè)變換電路20側(cè)，在輸入輸出端子io5→開關(guān)元件q24→次級線圈32→電感器l2→開關(guān)元件q21→輸入輸出端子io4的路徑流過電流。在該期間，電感器l1以及電感器l2被施加輸入輸出端子io1的電壓、輸入輸出端子io4的電壓、以及與變壓器30的線圈的匝數(shù)相應(yīng)的電壓，進行能量的積蓄或者釋放。圖3中記載了進行能量的積蓄、電流增加的例子。

在圖3所示的狀態(tài)(3)中，vu2為高電平(h)，vu1、vv1、vv2為低電平(l)。此時，開關(guān)元件q12、q14、q21、q24導(dǎo)通，開關(guān)元件q11、q13、q22、q23斷開。該情況下，通過電感器l1中積蓄的能量，如圖5(c)所示那樣，在電感器l1→初級線圈31→開關(guān)元件q14→開關(guān)元件q12→電感器l1的路徑流過電流i1。此時，電流i1減少(參照圖3)。在次級側(cè)變換電路20側(cè)，通過電感器l2中積蓄的能量，在與狀態(tài)(2)相同的路徑流過電流。

在圖3所示的狀態(tài)(4)中，vul、vv1、vu2、vv2為低電平(l)。此時，開關(guān)元件q12、q14、q22、q24導(dǎo)通，開關(guān)元件q11、q13、q21、q23斷開。該情況下，如圖6(a)所示，在初級側(cè)變換電路10側(cè)，在與狀態(tài)(3)相同的路徑流過電流i1。在次級側(cè)變換電路20側(cè)，在與狀態(tài)(1)相同的路徑流過電流。在該期間，電感器l1以及電感器l2處于短路狀態(tài)，電流i1以及電流i2為恒定。

在圖3所示的狀態(tài)(5)中，vv1為高電平(h)，vul、vu2、vv2為低電平(l)。此時，開關(guān)元件q12、q13、q22、q24導(dǎo)通，開關(guān)元件q11、q14、q21、q23斷開。該情況下，如圖6(b)所示，在初級側(cè)變換電路10側(cè)，在輸入輸出端子io1→開關(guān)元件q13→初級線圈31→電感器l1→開關(guān)元件q12→輸入輸出端子io2的路徑流過電流i1。此時，輸入輸出端子io1的電壓與狀態(tài)(1)相反地被施加于電感器l1和初級線圈31，電流i1與狀態(tài)(1)～(4)反向地流過。因此，在變壓器30的次級線圈32，感應(yīng)出正負與狀態(tài)(1)～(4)相反的電壓。并且，在次級側(cè)變換電路20側(cè)，在次級線圈32→開關(guān)元件q24→開關(guān)元件q22→電感器l2→次級線圈32的路徑流過電流。

在圖3所示的狀態(tài)(6)中，vvl、vv2為高電平(h)，vul、vu2為低電平(l)。此時，開關(guān)元件q12、q13、q22、q23導(dǎo)通，開關(guān)元件q11、q14、q21、q24斷開。該情況下，如圖6(c)所示，在初級側(cè)變換電路10側(cè)，在與狀態(tài)(5)相同的路徑流過電流i1。在次級側(cè)變換電路20側(cè)，在輸入輸出端子io5→開關(guān)元件q22→電感器l2→次級線圈32→開關(guān)元件q23→輸入輸出端子io4的路徑流過電流。在該期間，也與狀態(tài)(2)同樣地，對電感器l1以及電感器l2施加輸入輸出端子io1的電壓、輸入輸出端子io4的電壓、以及與變壓器30的線圈的匝數(shù)相應(yīng)的電壓，進行能量的積蓄或者釋放。

在圖3所示的狀態(tài)(7)中，vv2為高電平(h)，vvl、vu1、vu2為低電平(l)。此時，開關(guān)元件q12、q14、q22、q23導(dǎo)通，開關(guān)元件q11、q13、q21、q24斷開。該情況下，通過電感器l1中積蓄的能量，如圖7(a)所示那樣，在初級側(cè)變換電路10側(cè)，在電感器l1→開關(guān)元件q12→開關(guān)元件q14→初級線圈31→電感器l1的路徑流過電流i1。在次級側(cè)變換電路20側(cè)，通過電感器l2中積蓄的能量，在與狀態(tài)(6)相同的路徑流過電流。

在圖3所示的狀態(tài)(8)中，vv1、vul、vv2、vu2為低電平(l)。此時，開關(guān)元件q12、q14、q22、q24導(dǎo)通，開關(guān)元件q11、q13、q21、q23斷開。該情況下，如圖7(b)所示，在初級側(cè)變換電路10側(cè)，在與狀態(tài)(7)相同的路徑流過電流i1。在次級側(cè)變換電路20側(cè)，在與狀態(tài)(5)相同的路徑流過電流。在該期間，電感器l1以及電感器l2處于短路狀態(tài)，電流i1以及電流i2為恒定。

這樣，在初級側(cè)變換電路10側(cè)，使第1臂對和第2臂對以180度(π)相位差進行開關(guān)動作，在次級側(cè)變換電路20側(cè)，使第3臂對和第4臂對以180度(π)相位差進行開關(guān)動作。并且，通過調(diào)整初級側(cè)變換電路10側(cè)與次級側(cè)變換電路20側(cè)的開關(guān)元件的開關(guān)周期的相位差，能夠?qū)斎胫恋?輸入輸出端口p1的電力進行變換并輸出至第2輸入輸出端口p2。

并且，由于在絕緣方向的電力傳輸時，在非絕緣方向的電力傳輸所需的電感器lu1、lvl等中沒有電流流過，因此能夠抑制絕緣方向的電力傳輸時所產(chǎn)生的導(dǎo)體損耗。

再有，關(guān)于從第3輸入輸出端口p3向第1輸入輸出端口p1的電力傳輸，也能夠同樣地進行說明。

如以上那樣，由于電力變換裝置1在絕緣方向和非絕緣方向的電力傳輸時流過的電流在經(jīng)由各自所需的元件的路徑中流過，因此能夠抑制導(dǎo)體損耗的發(fā)生，能夠高效地進行電力傳輸。此外，在絕緣方向和非絕緣方向，由于所經(jīng)由的磁性部件不同，因此在各路徑中能夠獨立地設(shè)計磁性部件。例如，電感器lu1、lv1的電感能夠不考慮絕緣方向的電力傳輸來進行設(shè)計。此外，由于變壓器30中不需要中心抽頭，因此能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器的構(gòu)造的簡易化和小型化。

(實施方式2)

圖8是實施方式2所涉及的電力變換裝置2的電路圖。

在該例子中，在電力變換裝置2的變壓器30的初級側(cè)，設(shè)有第1輸入輸出端口p1和第3輸入輸出端口p3，在次級側(cè)設(shè)有第2輸入輸出端口p2。也就是說，電力變換裝置2在3個輸入輸出端口p1～p3之中任意的2個端口間進行電力變換。

電力變換裝置2所具備的初級側(cè)變換電路10與實施方式1相同。次級側(cè)變換電路21是不具備實施方式1所涉及的次級側(cè)變換電路20的電感器l2、電感器lu2、lv2、以及第4輸入輸出端口p4的構(gòu)成。

再有，作為電力變換裝置具備三個輸入輸出端口的構(gòu)成，也可以是初級側(cè)變換電路具備一個輸入輸出端口、次級側(cè)變換電路具備兩個輸入輸出端口的構(gòu)成。該情況下，成為初級側(cè)變換電路不具備電感器lul、lv1、次級側(cè)變換電路具備電感器lu2、lv2(參照圖1)的構(gòu)成。

即便在電力變換裝置2具備三個輸入輸出端口p1、p2、p3的情況下，由于在絕緣方向和非絕緣方向的電力傳輸時所流過的電流分別在不同的路徑中流過，因此能夠抑制導(dǎo)體損耗的產(chǎn)生，能夠高效地進行電力傳輸。

(實施方式3)

圖9是實施方式3所涉及的電力變換裝置3的電路圖。

在該例子中，初級側(cè)變換電路13是將實施方式1所涉及的初級側(cè)變換電路10所具備的電感器lu1、lv1設(shè)為極性相反地進行磁耦合的耦合電感器的構(gòu)成。此外，次級側(cè)變換電路23是將實施方式1所涉及的次級側(cè)變換電路20所具備的電感器lu2、lv2設(shè)為極性相反地進行磁耦合的耦合電感器的構(gòu)成。電感器lu1、lv1通過極性相反地進行磁耦合，能夠消除流過電感器的紋波電流，因此，能夠使電感器lu1、lv1小型化。同樣，能夠使電感器lu2、lv2小型化。

再有，也可以形成為僅電感器lul、lv1或者電感器lu2、lv2的一方進行磁耦合的耦合電感器。

(實施方式4)

圖10是實施方式4所涉及的電力變換裝置4的電路圖。

在該例子中，在初級側(cè)變換電路14中，在初級線圈31串聯(lián)連接電容器c1。通過插入該電容器c1，能夠防止變壓器30中的偏磁的發(fā)生。本實施方式中，在絕緣方向的電力傳輸時和非絕緣方向的電力傳輸時，電流路徑不同。因此，能夠設(shè)置電容器c1。

再有、電容器c1也可以用于防止偏磁發(fā)生以外。例如，可以與電感器l1構(gòu)成lc諧振電路，也可以與電感器l1以及初級線圈31構(gòu)成llc諧振電路。

假如絕緣方向和非絕緣方向的電力傳輸?shù)碾娏髀窂较嗤那闆r下，在設(shè)置了偏磁防止用的電容器時，對于非絕緣方向的電力傳輸(升壓或者降壓)會帶來影響。但是，在本實施方式所涉及的電力變換裝置4中，如實施方式1中所說明的那樣，由于絕緣方向與非絕緣方向的電力傳輸?shù)碾娏髀窂讲煌?，因此能夠僅在絕緣方向的電力傳輸?shù)碾娏髀窂皆O(shè)置電容器c1。

符號說明

c1...電容器

io1、io2、io3、io4、io5、io6...輸入輸出端子

l1、l2...電感器(電感元件)

lu1...電感器(第1電感器)

lv1...電感器(第2電感器)

lu2...電感器(第3電感器)

lv2...電感器(第4電感器)

p1...第1輸入輸出端口

p2...第2輸入輸出端口

p3...第3輸入輸出端口

p4...第4輸入輸出端口

q11、q12、q13、q14...開關(guān)元件

q21、q22、q23、q24...開關(guān)元件

1，2，3，4...電力變換裝置

10、13、14...初級側(cè)變換電路

20、21、23...次級側(cè)變換電路

30...變壓器

31...初級線圈

32...次級線圈

33...初級側(cè)驅(qū)動器

34...次級側(cè)驅(qū)動器

35...控制部

351...電力變換模式?jīng)Q定部

352...相位差決定部

353...占空比決定部

354...初級側(cè)輸出部

355...次級側(cè)輸出部