Dc-dc转换器及其控制方法、以及二次电池充放电系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及将直流电源的电力供给到直流负载、直流电源的DC-DC转换器、以及具备该DC-DC转换器的二次电池充放电系统、以及DC-DC转换器的控制方法。
【背景技术】
[0002]近年来，由于对地球环境保护的意识的提高，正在开发具备了蓄电池、太阳能电池、燃料电池等直流电源的系统。在这些系统中，需要从直流电源对负载、其他直流电源进行电力供给的DC-DC转换器。
[0003]在专利文献I的说明书的解决手段中，记载了 “在直流电源12与变压器13之间配设半导体开关元件Ql?Q4，在变压器13与负载14之间设置整流电路15与输出平滑电路16。在整流电路15与输出平滑电路16之间设置RCD缓冲器(snubber)电路17，整流电路15的输出侧电压Vl中包含的电涌电压经由缓冲器二极管Ds被缓冲器电容器Cs吸收，经由缓冲器电阻Rs对缓冲器电容器Cs的电荷进行放电，作为电力供给到负载14。”
[0004]然而，在该专利文献I所记载了的转换器中，在将被充电到对电涌电压进行钳位的缓冲器电容器的电荷作为电力供给到负载时，通过缓冲器电阻，所以在缓冲器电阻处能量被消耗。
[0005]另一方面，在专利文献2的说明书的解决手段中，记载了 “双向DC-DC转换器5具备变压器30，该变压器30对与第I电源连接了的电压型全桥电路、和与第2电源连接了的电流型开关电路进行连接。在这里，具备了控制电路100，该控制电路100将由开关元件203、204与钳位电容器48构成了的电压钳位电路连接到电流型开关电路，使开关元件101?104、201?204协同动作，以便操纵谐振电抗器20中流过的电流。”非专利文献I也公开了与专利文献2相同的结构。
[0006]这些DC-DC转换器进行从电压型电路向电流型电路供给电力的降压动作、以及从电流型电路向电压型电路供给电力的升压动作。另外，这些DC-DC转换器在对被充电到钳位电容器中的电荷进行放电时，不经由缓冲器电阻，而是经由导通状态的钳位开关元件来进行放电，所以能够将由缓冲器电阻所致的能量损失防止于未然。
[0007]下面，在本说明书中，降压动作是指从电压型电路向电流型电路供给电力。升压动作是指从电流型电路向电压型电路供给电力。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1:特开2008-79403号公报
[0011]专利文献2:特开2009-55747号公报
[0012]非专利文献
[0013]非专利文献1:K.Wang, C.Y.Lin, L.Zhu, D.Qu, F.C.Lee andJ.S.Laij “B1-direct1nal DC to DC Converters for Fuel Cell Systems，，，IEEE powerelectronics in transportat1n, IEEE, 1998, pp.47-51
【发明内容】
[0014]一般来说，在DC-DC转换器中，在开始电力变换动作的情况下，为了使电路中不流过过大的电流，以缩小了输出的状态开始动作，其后逐渐增加输出的情况较多。在专利文献2、非专利文献I所记载了的DC-DC转换器中，在以缩小了输出的状态开始升压动作的情况下，成为电流型电路所具备的开关元件的导通时间比率低、钳位开关元件的导通时间比率高的状态。
[0015]然而，在这些DC-DC转换器中，钳位电容器在降压动作时，被充电到比其动作时的输出电压更高的电压。进一步地，钳位电容器在升压动作时，被充电到比其输入电压更高的电压。钳位电容器在这些降压动作、升压动作停止后，也在规定时间内保持该电压。因此，如果在钳位电容器被充电到高的电压状态下开始升压动作，则钳位开关元件的导通时间的比率高，所以有在钳位开关元件、平滑电感器中流过过大的电流的担忧。
[0016]为了抑制该过电流，存在钳位电容器的电荷经由电阻分量逐渐放电，在钳位电容器的电压压降了之后开始升压动作的方法。在该方法中，存在从停止降压动作、升压动作起直到接下来开始升压动作为止需要规定的时间这样的问题。
[0017]为了抑制过电流，也考虑了另外附加用于对钳位电容器进行放电的电路，但存在成为成本上升的主要原因的担忧。
[0018]因此，本发明的课题在于，提供一种直到开始升压动作为止所需的时间短、且低成本的DC-DC转换器、以及使用了该DC-DC转换器的二次电池充放电系统、以及DC-DC转换器的控制方法。
[0019]为了达到所述目的，第I发明涉及一种DC-DC转换器，一种DC-DC转换器，其特征在于，具备:第I开关电路，在直流端子之间连接有第I平滑电容器，并且在交流端子之间连接有初级绕组；第2开关电路，在直流端子之间串联连接有平滑电感器与第2平滑电容器，并且在交流端子之间连接有次级绕组；变压器，将所述初级绕组与所述次级绕组磁耦合；电压钳位电路，包括被串联连接了的钳位电容器与钳位开关元件，该电压钳位电路被连接在所述第2开关电路的直流端子之间、或者所述第2开关电路的交流端子与所述第2平滑电容器的一端之间；控制部，能够以第I动作模式或者第2动作模式来进行控制，在与所述第I动作模式之后或者所述第2动作模式中断之后实施的所述第2动作模式之间，以第3动作模式来进行控制，其中，在所述第I动作模式下将输入到所述第I平滑电容器的两端之间即第I端子间的电力，输出到所述第2平滑电容器的两端之间即第2端子间，在所述第2动作模式下将输入到所述第2端子间的电力输出到所述第I端子间，在所述第3动作模式下对所述钳位开关元件进行开关而将所述钳位电容器所放电出的电力输出到所述第I端子间和/或所述第2端子间。
[0020]在第2发明中，涉及一种二次电池充放电系统，其特征在于，具备所述的DC-DC转换器。。
[0021]在第3发明中，涉及一种DC-DC转换器的控制方法，其特征在于，所述DC-DC转换器具备:第I开关电路，在直流端子之间连接有第I平滑电容器，并且在交流端子之间连接有初级绕组；第2开关电路，在直流端子之间串联连接有第2平滑电容器与平滑电感器，并且在交流端子之间连接有次级绕组；变压器，将所述初级绕组与所述次级绕组磁耦合；电压钳位电路，包括被串联连接了的钳位电容器与钳位开关元件，该电压钳位电路被连接在所述第2开关电路的直流端子之间、或者所述第2开关电路的交流端子与所述第2平滑电容器的一端之间；以及控制部，控制所述第I开关电路以及所述第2开关电路。所述控制部执行以下步骤:以将输入到所述第I平滑电容器的两端之间即第I端子间的电力输出到所述第2平滑电容器的两端之间即第2端子间的第I动作模式进行控制，或者，以将输入到所述第2端子间的电力输出到所述第I端子间的第2动作模式进行控制之后进行中断的步骤；以对所述钳位开关元件进行开关而将所述钳位电容器所放电了的电力输出到所述第I端子间和/或所述第2端子间的第3动作模式进行控制的步骤；以及在所述第3动作模式之后，开始所述第2动作模式的控制的步骤。
[0022]根据本发明，能够提供一种直到开始升压动作为止所需的时间短、且低成本的DC-DC转换器、以及使用了该DC-DC转换器的二次电池充放电系统、以及DC-DC转换器的控制方法。
【附图说明】
[0023]图1是第I实施方式中的DC-DC转换器的电路图。
[0024]图2是示出第I实施方式中的DC-DC转换器的降压动作中的模式al的图。
[0025]图3是示出第I实施方式中的DC-DC转换器的降压动作中的模式a2的图。
[0026]图4是示出第I实施方式中的DC-DC转换器的降压动作中的模式a3的图。
[0027]图5是示出第I实施方式中的DC-DC转换器的降压动作中的模式a4的图。
[0028]图6是示出第I实施方式中的DC-DC转换器的降压动作中的模式a5的图。
[0029]图7是示出第I实施方式中的DC-DC转换器的降压动作中的模式a6的图。
[0030]图8是示出第I实施方式中的DC-DC转换器的升压动作中的模式bl的图。
[0031]图9是示出第I实施方式中的DC-DC转换器的升压动作中的模式b2的图。
[0032]图10是示出第I实施方式中的DC-DC转换器的升压动作中的模式b3的图。
[0033]图11是示出第I实施方式中的DC-DC转换器的升压动作中的模式b4的图。
[0034]图12是示出第I实施方式中的DC-DC转换器的升压动作中的模式b5的图。
[0035]图13是示出第I实施方式中的DC-DC转换器的升压动作中的模式b6的图。
[0036]图14是示出第I实施方式中的DC-DC转换器的升压动作中的模式b7的图。
[0037]图15是示出第I实施方式中的DC-DC转换器的升压动作中的模式b8的图。
[0038]图16是示出第I实施方式中的DC-DC转换器的升压动作中的开关动作(其I)的时序图。
[0039]图17是示出第I实施方式中的DC-DC转换器的升压动作中的开关动作(其2)的时序图。
[0040]图18是示出第I实施方式中的DC-DC转换器的升压动作中的开关动作(其3)的时序图。
[0041]图19是示出第I实施方式中的DC-DC转换器的放电动作中的模式Cl的图。
[0042]图20是示出第I实施方式中的DC-DC转换器的放电动作中的模式c2的图。
[0043]图21是示出第I实施方式中的DC-DC转换器的放电动作中的模式c3的图。
[0044]图22是示出第I实施方式中的DC-DC转换器的从降压动作向升压动作的切换的图。
[0045]图23是示出第I实施方式中的DC-DC转换器的变形例的升压动作中的开关动作的时序图。
[0046]图24是示出第I实施方式中的DC-DC转换器的从降压动作向变形例的升压动作的切换的图。
[0047]图25是示出第2实施方式中的DC-DC转换器的电路图。
[0048]图26是示出第3实施方式中的DC-DC转换器的电路图。
[0049]符号说明
[0050]I开关电路(第I开关电路)
[0051]2、21、22开关电路(第2开关电路)
[0052]3、31电压钳位电路
[0053]4直流负载
[0054]5控制部
[0055]10、11、12 电压传感器
[0056]13电流传感器
[0057]Vl直流电源(第I直流电源)
[0058]V2直流电源(第2直流电源)
[0059]Cl平滑电容器(第I平滑电容器)
[0060]C2平滑电容器(第2平滑电容器)
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