電力轉(zhuǎn)換裝置以及電力轉(zhuǎn)換方法
【專利說明】電力轉(zhuǎn)換裝置以及電力轉(zhuǎn)換方法
[0001]對于2014年4月9日提出的日本專利申請2014 — 080486號所包括的說明書、附圖、以及摘要的公開內(nèi)容，在此將其全部引入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及電力轉(zhuǎn)換裝置以及電力轉(zhuǎn)換方法。
【背景技術(shù)】
[0003]已知有一種將在初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路和次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路之間傳輸?shù)膫鬏旊娏Ω鶕?jù)相位差Φ來進行調(diào)整的電力轉(zhuǎn)換裝置，其中，初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路包括多個初級側(cè)端口，次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路包括多個次級側(cè)端口，且通過變壓器與初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路磁耦合(例如，參照日本特開 2011 — 193713)。
[0004]然而，當電力轉(zhuǎn)換裝置停止時，在不與電池連接的初級側(cè)端口沒有貯留電荷，初級側(cè)端口的電壓與和電池連接的次級側(cè)端口的電壓比較，變得極低。由于初級側(cè)端口的電壓與次級側(cè)端口的電壓的不平衡，有可能當電力轉(zhuǎn)換裝置啟動時，在初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生過電流，導致電路內(nèi)的開關(guān)元件、電容器等發(fā)生故障。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]鑒于此，本發(fā)明的一個方式提供防止在初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路中產(chǎn)生的過電流的技術(shù)。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)一個方式，提供一種電力轉(zhuǎn)換裝置的電力轉(zhuǎn)換方法，上述電力轉(zhuǎn)換裝置具備構(gòu)成于初級側(cè)電路的初級側(cè)端口、以及構(gòu)成于通過變壓器與上述初級側(cè)電路磁耦合的次級側(cè)電路的次級側(cè)端口，并變更上述初級側(cè)電路的開關(guān)與上述次級側(cè)電路的開關(guān)的相位差，來調(diào)整在上述初級側(cè)電路與上述次級側(cè)電路之間傳輸?shù)膫鬏旊娏?，所述電力轉(zhuǎn)換裝置的電力轉(zhuǎn)換方法具有:判定上述電力轉(zhuǎn)換裝置是否啟動的判定步驟；判定上述初級側(cè)端口的電壓是否比將上述次級側(cè)端口的電壓除以上述變壓器的匝數(shù)比而得到的值小的判定步驟；在上述初級側(cè)端口的電壓比將上述次級側(cè)端口的電壓除以上述變壓器的匝數(shù)比而得到的值小的情況下，將上述初級側(cè)端口的目標電壓設(shè)定為將上述次級側(cè)端口的電壓除以上述變壓器的匝數(shù)比而得到的值的設(shè)定步驟；判定上述初級側(cè)端口的電壓是否與將上述次級側(cè)端口的電壓除以上述變壓器的匝數(shù)比而得到的值相等的判定步驟；以及在上述初級側(cè)端口的電壓與將上述次級側(cè)端口的電壓除以上述變壓器的匝數(shù)比而得到的值相等的情況下，將上述初級側(cè)端口的目標電壓設(shè)定為規(guī)定值的設(shè)定步驟。
[0007]根據(jù)一個方式，能夠防止在初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路中產(chǎn)生的過電流。
【附圖說明】
[0008]下面，參照附圖來描述本發(fā)明的示例性實施方式的特征、優(yōu)點、以及技術(shù)和工業(yè)意義，其中，相同符號表示相同部件，并且，其中:
[0009]圖1是表示電力轉(zhuǎn)換裝置的構(gòu)成例的圖。
[0010]圖2是表示控制部的構(gòu)成例的框圖。
[0011]圖3是表示初級側(cè)電路以及次級側(cè)電路的開關(guān)例的時序圖。
[0012]圖4是表示控制部的構(gòu)成例的框圖。
[0013]圖5是表示電力轉(zhuǎn)換方法的一個例子的圖。
【具體實施方式】
[0014]<電源裝置101的構(gòu)成>
[0015]圖1是表示作為電力轉(zhuǎn)換裝置的實施方式的電源裝置101的構(gòu)成例的框圖。電源裝置101例如是具備電源電路10、控制部50、以及傳感器部70的電源系統(tǒng)。電源裝置101例如是被搭載于汽車等車輛，且向車載的各負荷配電的系統(tǒng)。作為這樣的車輛的具體例，可列舉混合動力車、插電式混合動力車、電動汽車等。
[0016]電源裝置101例如具有連接初級側(cè)高電壓級負荷(例如，電動轉(zhuǎn)向裝置(EPS)等)61a的第I輸入輸出端口 60a、和連接初級側(cè)低電壓級負荷(例如，電子控制裝置(ECU)、電子控制制動系統(tǒng)(ECB)等)61c以及初級側(cè)低電壓級電源(例如，輔機電池)62c的第2輸入輸出端口 60c作為初級側(cè)端口。初級側(cè)低電壓級電源62c向以與初級側(cè)低電壓級電源62c相同的電壓級(例如，12V級)動作的初級側(cè)低電壓級負荷61c供給電力。另外，初級側(cè)低電壓級電源62c向以與初級側(cè)低電壓級電源62c不同的電壓級(例如，比12V級高的48V級)動作的初級側(cè)高電壓級負荷61a供給被構(gòu)成于電源電路10的初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路20升壓后的電力。作為初級側(cè)低電壓級電源62c的具體例，可列舉鉛蓄電池等二次電池。
[0017]電源裝置101例如具有連接次級側(cè)高電壓級負荷61b以及次級側(cè)高電壓級電源(例如，主機電池)62b的第3輸入輸出端口 60b、和連接次級側(cè)低電壓級負荷61d的第4輸入輸出端口 60d作為次級側(cè)端口。次級側(cè)高電壓級電源62b向以與次級側(cè)高電壓級電源62b相同的電壓級(例如，比12V級以及48V級高的288V級)動作的次級側(cè)高電壓級負荷61b供給電力。另外，次級側(cè)高電壓級電源62b向以與次級側(cè)高電壓級電源62b不同的電壓級(例如，比288V級低的72V級)動作的次級側(cè)低電壓級負荷61d供給被構(gòu)成于電源電路10的次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路30降壓后的電力。作為次級側(cè)高電壓級電源62b的具體例，可列舉鋰離子電池等二次電池。
[0018]電源電路10是具有上述4個輸入輸出端口，且具有從這4個輸入輸出端口中選擇任意2個輸入輸出端口來在這2個輸入輸出端口之間進行電力轉(zhuǎn)換的功能的電力轉(zhuǎn)換電路。此外，具備電源電路10的電源裝置101也可以是具有至少3個以上的多個輸入輸出端口，且在至少3個以上的多個輸入輸出端口中的某2個輸入輸出端口間都能夠轉(zhuǎn)換電力的裝置。例如，電源電路10也可以是沒有第4輸入輸出端口 60d的具有3個輸入輸出端口的電路。
[0019]端口電力Pa、Pc、Pb、Pd分別為第I輸入輸出端口 60a、第2輸入輸出端口 60c、第3輸入輸出端口 60b、第4輸入輸出端口 60d中的輸入輸出電力(輸入電力或者輸出電力)。端口電壓Va、Vc、Vb、Vd分別是第I輸入輸出端口 60a、第2輸入輸出端口 60c、第3輸入輸出端口 60b、第4輸入輸出端口 60d中的輸入輸出電壓(輸入電壓或者輸出電壓)。端口電流Ia、Ic、Ib、Id分別是第I輸入輸出端口 60a、第2輸入輸出端口 60c、第3輸入輸出端口60b、第4輸入輸出端口 60d中的輸入輸出電流(輸入電流或者輸出電流)。
[0020]電源電路10具備設(shè)置于第I輸入輸出端口 60a的電容器Cl、設(shè)置于第2輸入輸出端口 60c的電容器C3、設(shè)置于第3輸入輸出端口 60b的電容器C2、以及設(shè)置于第4輸入輸出端口 60d的電容器C4。作為電容器C1、C2、C3、C4的具體例，可列舉薄膜電容器、鋁電解電容器、陶瓷電容器、固體高分子電容器等。
[0021]電容器Cl被插入在第I輸入輸出端口 60a的高電位側(cè)的端子613與第I輸入輸出端口 60a以及第2輸入輸出端口 60c的低電位側(cè)的端子614之間。電容器C3被插入在第2輸入輸出端口 60c的高電位側(cè)的端子616與第I輸入輸出端口 60a以及第2輸入輸出端口 60c的低電位側(cè)的端子614之間。電容器C2被插入在第3輸入輸出端口 60b的高電位側(cè)的端子618與第3輸入輸出端口 60b以及第4輸入輸出端口 60d的低電位側(cè)的端子620之間。電容器C4被插入在第4輸入輸出端口 60d的高電位側(cè)的端子622與第3輸入輸出端口 60b以及第4輸入輸出端口 60d的低電位側(cè)的端子620之間。
[0022]電容器(:1、02、〇3、(:4可以設(shè)置在電源電路10的內(nèi)部，也可以設(shè)置在電源電路10的外部。
[0023]電源電路10是包含初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路20和次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路30而構(gòu)成的電力轉(zhuǎn)換電路。其中，初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路20和次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路30經(jīng)由初級側(cè)磁耦合電抗器204以及次級側(cè)磁耦合電抗器304連接，并且，通過變壓器400 (中央抽頭式變壓器)磁耦合。由第I輸入輸出端口 60a以及第2輸入輸出端口 60c構(gòu)成的初級側(cè)端口、和由第3輸入輸出端口60b以及第4輸入輸出端口 60d構(gòu)成的次級側(cè)端口經(jīng)由變壓器400連接。
[0024]初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路20是包含初級側(cè)全橋電路200、第I輸入輸出端口 60a、和第2輸入輸出端口 60c而構(gòu)成的初級側(cè)電路。初級側(cè)全橋電路200是包含變壓器400的初級側(cè)線圈202、初級側(cè)磁耦合電抗器204、初級側(cè)第I上臂U1、初級側(cè)第I下臂/U1、初級側(cè)第2上臂V1、以及初級側(cè)第2下臂/Vl而構(gòu)成的初級側(cè)電力轉(zhuǎn)換部。這里，初級側(cè)第I上臂U1、初級側(cè)第I下臂/U1、初級側(cè)第2上臂V1、以及初級側(cè)第2下臂/Vl分別是例如包含N溝道型的MOSFET、和作為該MOSFET的寄生元件的體二極管(寄生二極管)而構(gòu)成的開關(guān)元件。也可以與該MOSFET以并聯(lián)方式追加連接二極管。
[0025]初級側(cè)全橋電路200具有與第I輸入輸出端口 60a的高電位側(cè)的端子613連接的初級側(cè)正極母線298、和與第I輸入輸出端口 60a以及第2輸入輸出端口 60c的低電位側(cè)的端子614連接的初級側(cè)負極母線299。
[0026]在初級側(cè)正極母線298與初級側(cè)負極母線299之間，安裝有將初級側(cè)第I上臂Ul和初級側(cè)第I下臂/Ul串聯(lián)連接而成的初級側(cè)第I臂電路207。初級側(cè)第I臂電路207是能夠通過初級側(cè)第I上臂Ul以及初級側(cè)第I下臂/Ul的接通斷開的開關(guān)動作進行電力轉(zhuǎn)換動作的初級側(cè)第I電力轉(zhuǎn)換電路部(初級側(cè)U相電力轉(zhuǎn)換電路部)。并且，在初級側(cè)正極母線298與初級側(cè)負極母線299之間，與初級側(cè)第I臂電路207并聯(lián)安裝有將初級側(cè)第2上臂Vl和初級側(cè)第2下臂/Vl串聯(lián)連接而成的初級側(cè)第2臂電路211。初級側(cè)第2臂電路211是能夠通過初級側(cè)第2上臂Vl以及初級側(cè)第2下臂/Vl的接通斷開的開關(guān)動作進行電力轉(zhuǎn)換動作的初級側(cè)第2電力轉(zhuǎn)換電路部(初級側(cè)V相電力轉(zhuǎn)換電路部)。
[0027]在將初級側(cè)第I臂電路207的中點207m與初級側(cè)第2臂電路211的中點21 Im連接的橋接部分，設(shè)置有初級側(cè)線圈202和初級側(cè)磁耦合電抗器204。若對橋接部分更詳細地說明連接關(guān)系，則初級側(cè)第I臂電路207的中點207m與初級側(cè)磁耦合電抗器204的初級側(cè)第I電抗器204a的一端連接。而且，初級側(cè)第I電抗器204a的另一端與初級側(cè)線圈202的一端連接。并且，初級側(cè)線圈202的另一端與初級側(cè)磁耦合電抗器204的初級側(cè)第2電抗器204b的一端連接。然后，初級側(cè)第2電抗器204b的另一端與初級側(cè)第2臂電路211的中點211m連接。其中，初級側(cè)磁耦合電抗器204包含初級側(cè)第I電抗器204a、和以耦合系數(shù)kl與初級側(cè)第I電抗器204