电力转换装置和控制该电力转换装置的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及在初级侧全桥电路与次级侧全桥电路之间转换电力的技术。
【背景技术】
[0002] 在【背景技术】中，已知一种在初级侧全桥电路与次级侧全桥电路之间转换电力的电 力转换装置（例如，参见日本特开专利申请第2011-193713号）。
【发明内容】
[0003] 根据一种构思，电力转换装置包括：变压器，具有初级线圈和次级线圈；初级侧全 桥电路，具有并联的第一臂电路和第二臂电路，其中第一臂电路的第一中点和第二臂电路 的第二中点经由初级线圈的绕组相连；次级侧全桥电路，具有并联的第三臂电路和第四臂 电路，其中第三臂电路的第三中点和第四臂电路的第四中点经由次级线圈的绕组相连；切 换电路，被配置成切换在第三中点与第四中点之间的次级线圈的绕组的匝数；以及控制部， 被配置成通过调整第一臂电路中的切换与第三臂电路中的切换之间的第一相位差以及第 二臂电路中的切换与第四臂电路中的切换之间的第二相位差，来控制在初级侧全桥电路与 次级侧全桥电路之间传送的传送电力。
[0004]当结合附图阅读时，从以下详细描述中，本发明的其他目的、特征和优点将变得更 加显而易见。
【附图说明】
[0005] 图1示出电力转换装置的配置的一个示例；
[0006] 图2是示出控制部的配置的一个示例的框图；
[0007] 图3是示出除了切换匝数之外的正常控制的一个示例的时序图；
[0008] 图4示出传送电力、效率与次级侧全桥电路的电压之间的关系的一个示例；
[0009] 图5示出传送电力、效率和次级侧全桥电路的电压与匝数之间的关系的一个示 例；
[0010] 图6是示出切换匝数的方法的一个示例的流程图；
[0011] 图7是示出当切换匝数时控制每个全桥电路的方法的一个示例的流程图；
[0012] 图8是示出切换匝数的一个示例的时序图；
[0013] 图9示出电力转换装置的配置的另一示例；
[0014] 图10示出电力转换装置的配置的另一示例；以及
[0015] 图11示出电力转换装置的配置的又一示例。
【具体实施方式】
[0016] 以下，将使用附图来描述本发明的实施例。
[0017] 在上述【背景技术】中，可能难以根据各个部分中的初级侧与次级侧之间的电压比来 在初级侧全桥电路与次级侧全桥电路之间传送目标电力。例如，当连接到次级侧全桥电路 的电池的电压过度地下降时，可能无法在初级侧全桥电路与次级侧全桥电路之间传送所需 电力。
[0018] 因此，各实施例的目的是提供如下电力转换装置以及控制该电力转换装置的方 法：通过该装置和方法，即使当初级侧和次级侧的各个部分之间的电压比变化时，也可以在 初级侧全桥电路与次级侧全桥电路之间传送足够的电力。
[0019] 〈电源装置101的配置〉
[0020] 图1是示出根据电力转换装置的一个实施例的电源装置101的配置示例的框图。 电源装置101是例如包括电源电路10、控制部50和传感器部70的电源系统。电源装置101 是例如安装在诸如汽车的车辆中的系统，并且将电力分配给安装在车辆中的各个负载。作 为这样的车辆的具体示例，可以举出混合动力车、插入式混合动力车、电动车等。电源装置 101还可以安装在主要由内燃机驱动的车辆中。
[0021] 电源装置101包括例如初级侧高压系统负载61a所连接的第一输入/输出端口 60a以及初级侧低压系统负载61c和辅助电池62c所连接的第二输入/输出端口 60c，以作 为初级侧端口。辅助电池62c是初级侧低压系统电源的一个示例，该初级侧低压系统电源 将电力供给至由与辅助电池62c相同的电压系统（例如，12V系统）驱动的初级侧低压系统 负载61c。辅助电池62c还将经包括在电源电路10中的初级侧转换电路20升压的电力供 给至例如由不同于辅助电池62c的电压系统（例如，电压比12V系统高的48V系统）驱动 的初级侧高压系统负载61a。作为辅助电池62c的具体示例，可以举出诸如铅电池的二次电 池。
[0022] 电源装置101还具有例如次级侧高压系统负载61b和主电池（即，推进电池或牵 引电池）62b所连接的第三输入/输出端口 60b，以作为次级侧端口。主电池62b是次级侧 高压系统电源的一个示例，该次级侧高压系统电源将电力供给至由与主电池62b相同的电 压系统（例如，电压比12V系统和48V系统高的288V系统）驱动的次级侧高压系统负载 61b。作为主电池62b的具体示例，可以举出诸如锂离子电池的二次电池。
[0023] 电源电路10具有上述三个输入/输出端口，并且从这三个输入/输出端口选择任 意两个输入/输出端口。电源电路10是在这样选择的两个输入/输出端口之间执行电力 转换的电力转换装置。应注意，包括电源电路10的电源装置101可以是具有三个或更多个 输入/输出端口并且能够在这些输入/输出端口中的任意两个端口之间转换电力的装置。
[0024] 端口功率Pa、Pc和Pb分别表不至/来自第一输入/输出端口 60a、第二输入/输 出端口 60c和第三输入/输出端口 60b的输入/输出功率（g卩，输入功率或输出功率）。端 口电压Va、Vc和Vb分别表示在第一输入/输出端口 60a、第二输入/输出端口 60c和第三 输入/输出端口 60b处的输入/输出电压（S卩，输入电压或输出电压）。端口电流la、Ic和 lb分别表不至/来自第一输入/输出端口 60a、第二输入/输出端口 60c和第三输入/输 出端口 60b的输入/输出电流（即，输入电流或输出电流）。
[0025] 电源电路10包括与第一输入/输出端口 60a连接的电容器C1、与第二输入/输 出端口 60c连接的电容器C3以及与第三输入/输出端口 60b连接的电容器C2。作为电容 器C1、C2和C3的具体示例，可以举出薄膜电容器、铝电解电容器、陶瓷电容器、固体聚合物 电容器等。
[0026] 电容器Cl插入第一输入/输出端口 60a的高电位侧端子613与第一输入/输出 端口 60a和第二输入/输出端口 60c的低电位侧端子614之间。电容器C3插入第二输入/ 输出端口 60c的高电位侧端子616与第一输入/输出端口 60a和第二输入/输出端口 60c 的低电位侧端子614之间。电容器C2插入第三输入/输出端口 60b的高电位侧端子618 与第三输入/输出端口 60b的低电位侧端子620之间。
[0027] 电容器C1、C2和C3可以安装在电源电路10内部或者电源电路10外部。
[0028] 电源电路10是包括初级侧转换电路20和次级侧转换电路30的电力转换电路。注 意，初级侧转换电路20和次级侧转换电路30经由初级侧磁耦合电抗器204而连接，并且还 由变压器400磁親合。包括第一输入/输出端口 60a和第二输入/输出端口 60c的初级侧 端口以及包括第三输入/输出端口 60b的次级侧端口经由变压器400而连接。
[0029] 初级侧转换电路20是包括初级侧全桥电路200、第一输入/输出端口 60a和第二 输入/输出端口 60c的初级侧电路。初级侧全桥电路200设置在变压器400的初级侧。初 级侧全桥电路200是包括变压器400的初级线圈202、初级侧磁耦合电抗器204、初级侧第 一上臂U1、初级侧第一下臂/U1、初级侧第二上臂VI和初级侧第二下臂/VI的初级侧电力 转换部。初级侧第一上臂U1、初级侧第一下臂/U1、初级侧第二上臂VI和初级侧第二下臂/ VI分别是例如包括N沟道M0SFET和作为M0SFET的寄生元件的体二极管（S卩，寄生二极管） 的开关装置。二极管另外可以并联连接到M0SFET。图1示出了二极管81、82、83和84。
[0030] 初级侧全桥电路200包括与第一输入/输出端口 60a的高电位侧端子613连接的 初级侧正母线298以及与第一输入/输出端口 60a和第二输入/输出端口 60c的低电位侧 端子614连接的初级侧负母线299。
[0031] 在初级侧正母线298与初级侧负母线299之间，初级侧第一上臂U1和初级侧第一 下臂/U1串联连接的初级侧第一臂电路207被连接。初级侧第一臂电路207是能够通过初 级侧第一上臂U1和初级侧第一下臂/U1的接通/关断开关操作来执行电力转换操作的初 级侧第一电力转换电路部（即，初级侧U相电力转换电路部）。此外，在初级侧正母线298 与初级侧负母线299之间，与初级侧第一臂电路207并联地连接初级侧第二臂电路211，其 中初级侧第二上臂VI和初级侧第二下臂/VI串联连接。初级侧第二臂电路211是能够通 过初级侧第二上臂VI和初级侧第二下臂/VI的接通/关断开关操作来执行电力转换操作 的初级侧第二电力转换电路部（即，初级侧V相电力转换电路部）。
[0032] 在连接初级侧第一臂电路207的中点207m和初级侧第二臂电路211的中点21lm 的桥接部（bridgepart)中，设置了初级线圈202和初级侧磁親合电抗器204。在桥接部的 连接关系的更多细节中，初级侧磁親合电抗器204的初级侧第一电抗器204a的一端连接到 初级侧第一臂电路207的中点207m。初级线圈202的一端连接到初级侧第一电抗器204a 的另一端。此外，初级侧磁耦合电抗器204的初级侧第二电抗器204b的一端连接到初级线 圈202的另一端。另外，初级侧第二电抗器204b的另一端连接到初级侧第二臂电路211的 中点211m。注意，初级侧磁耦合电抗器204包括初级侧第一电抗器204和以耦合系数匕磁 连接到初级侧第一电抗器204a的初级侧第二电抗器204b。
[0033] 中点207m是初级侧第一上臂U1与初级侧第一下臂/U1之间的初级侧第一中间节 点。中点211m是初级侧第二上臂VI与初级侧第二下臂/VI之间的初级侧第二中间节点。 中点207m经由初级侧第一电抗器204a、初级线圈202和初级侧第二电抗器204b按所述顺 序连接到中点211m。
[0034] 中点207m和211m经由初级线圈202的绕组而连接。初级线圈202的绕组被中心 抽头202m分离成第一初级绕组202a和第二初级绕组202b。初级线圈202具有从第一初级 绕组202a与第二初级绕组202b之间的中间连接点引出的中心抽头202m。第一初级绕组 202a的匝数等于第二初级绕组202b的匝数。
[0035] 第一输入/输出端口 60a连接到初级侧全桥电路200,并且是设置在初级侧正母线 298与初级侧负母线299之间的端口。第一输入/输出端口 60a包括端子613和614。第 二输入/输出端口 60c连接到在变压器400的初级侧的中心抽头202m，并且是设置在初级 侧负母线299与初级线圈202的中心抽头202m之间的端口。第二输入/输出端口 60c包 括端子614和616。
[0036] 中心抽头202m连接到第二输入/输出端口 60c的高电位侧端子616。中心抽头 202m是初级线圈202的第一初级绕组202a与第二初级绕组202b之间的中间连接点。 [0037] 次级侧转换电路30是包括次级侧全桥电路300和第三输入/输出端口 60b的次 级侧电路。次级侧全桥电路300设置在变压器400的次级侧。次级侧全桥电路300是包括 变压器400的次级线圈302、次级侧第一上臂U2、次级侧第一下臂/U2、次级侧第二上臂V2 和次级侧第二下臂/V2的次级侧电力转换部。次级侧第一上臂U2、次级侧第一下臂/U2、次 级侧第二上臂V2和次级侧第二下臂/V2分别是例如包括N沟道M0SFET和作为M0SFET的 寄生元件的体二极管（即，寄生二极管）的开关装置。二极管另外可以并联连接到M0SFET。 图1示出了二极管85、86、87和88。
[0038] 次级侧全桥电路300包括连接到第三输入/输出端口 60b的高电位侧端子618的 次级侧正母线398和连接到第三输入/输出端口 60b的低电位侧端子620的次级侧负母线 399 〇
[0039] 其中次级侧第一上臂U2和次级侧第一下臂/U2串联连接的次级侧第一臂电路307 连接在次级侧正母线398与次级侧负母线399之间。次级侧第一臂电路307是能够通过次