电力转换装置和控制该电力转换装置的方法_2

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级侧第一上臂U2和次级侧第一下臂/U2的接通/关断开关操作来执行电力转换操作的次 级侧第一电力转换电路部(即,次级侧U相电力转换电路部)。此外,在次级侧正母线398 与次级侧负母线399之间,与次级侧第一臂电路307并联连接次级侧第二臂电路311,其中 次级侧第二上臂V2和次级侧第二下臂/V2串联连接。次级侧第二臂电路311是能够通过 次级侧第二上臂V2和次级侧第二下臂/V2的接通/关断开关操作来执行电力转换操作的 次级侧第二电力转换电路部(即,次级侧V相电力转换电路部)。
[0040] 在连接次级侧第一臂电路307的中点307m和次级侧第二臂电路311的中点31lm 的桥接部中,设置了次级线圈302和开关303。在桥接部中的连接关系的更多细节中,设置 在次级线圈302的一端处的抽头305或设置在该一端与次级线圈302的另一端之间的抽头 306经由开关303选择性地连接到次级侧第一臂电路307的中点307m。另外,设置在次级 线圈302的另一端处的抽头301连接到次级侧第二臂电路311的中点311m。
[0041] 中点307m是次级侧第一上臂U2与次级侧第一下臂/U2之间的次级侧第一中间节 点。中点311m是次级侧第二上臂V2与次级侧第二下臂/V2之间的次级侧第二中间节点。 中点307m经由开关303和次级线圈302的绕组按所述顺序连接到中点311m。
[0042] 中点307m和311m经由开关303和次级线圈302的绕组而连接。次级线圈302的 绕组被抽头306分离成第一次级绕组302a和第二次级绕组302b。次级线圈302具有从第 一次级绕组302a与第二次级绕组302b之间的连接点引出的抽头306。第一次级绕组302a 的匝数优选地小于第二次级绕组302b的匝数,以便防止在开关303将中点307m的连接目 的地切换至抽头306时所获取的效率n下降得太多。然而,第一次级绕组302a的匝数等 于或大于第二次级绕组302b的匝数也是可以的。注意,效率n是初级侧端口与次级侧端 口之间的电力转换效率。
[0043] 第三输入/输出端口 60b连接到次级侧全桥电路300,并且是设置在次级侧正母线 398与次级侧负母线399之间的端口。第三输入/输出端口 60b包括端子618和620。
[0044] 在图1中,电源装置101包括传感器部70。传感器部70是以检测周期检测在第 一至第三输入/输出端口 60a、60c和60b中的至少一个端口处的输入/输出值Y并且将与 这样检测到的输入/输出值Y相对应的检测值Yd输出到控制部50的检测部。检测值Yd 可以是从检测输入/输出电压获取的检测电压、从检测输入/输出电流获取的检测电流、或 者从检测输入/输出功率获取的检测功率。传感器部70可以安装在电源电路10内部或外 部。
[0045] 传感器部70包括例如检测在第一至第三输入/输出端口 60a、60c和60b中的至少 一个处出现的输入/输出电压的电压检测部。传感器部70包括例如初级侧电压检测部和 次级侧电压检测部,初级侧电压检测部检测至少一个端口电压Va作为初级侧电压检测值, 并且次级侧电压检测部检测端口电压Vb作为次级侧电压检测值。
[0046] 传感器部70的电压检测部包括例如电压传感器和电压检测电路,电压传感器监 视至少一个端口的输入/输出电压值,并且电压检测电路将与电压传感器监视的输入/输 出电压值相对应的检测电压输出到控制部50。
[0047] 传感器部70包括例如检测流过第一至第三输入/输出端口 60a、60c和60b中的 至少一个的输入/输出电流的电流检测部。传感器部70包括例如初级侧电流检测部和次 级侧电流检测部,初级侧电流检测部检测至少一个端口电流la作为初级侧电流检测值,并 且次级侧电流检测部检测端口电流lb作为次级侧电流检测值。
[0048] 传感器部70的电流检测部包括例如电流传感器和电流检测电路,电流传感器监 视至少一个端口的输入/输出电流值,并且电流检测电路将与电流传感器监视的输入/输 出电流值相对应的检测电流输出到控制部50。
[0049] 电源装置101包括控制部50。控制部50是例如包括内部具有CPU的微计算机的 电子电路。控制部50可以安装在电源电路10内部或外部。
[0050] 控制部50按照使得第一至第三输入/输出端口 60a、60c和60b中的至少一个的 输入/输出值的检测值Yd将收敛于针对该端口设置的目标值Yo的方式,来执行电源电路 10的电力转换操作的反馈控制。目标值Yo是指示值,其例如是由控制部50或除了控制部 50外的预定装置基于针对连接到每个输入/输出端口的每个负载(例如,初级侧低压系统 负载61c等)规定的驱动条件而设置的。目标值Yo在该端口输出电力时用作输出目标值, 而在电力输入到该端口时用作输入目标值。目标值Yo可以是目标电压值、目标电流值或目 标功率值。
[0051] 控制部50还按照使得在初级侧转换电路20与次级侧转换电路30之间经由变压 器400传送的传送电力P将收敛于设置的目标传送电力Po的方式,来执行电源电路10的 电力转换操作的反馈控制。传送电力也可以称为电力传送量。目标传送电力也可以称为指 示传送电力或所需电力。
[0052] 控制部50可以通过改变预定控制参数X的值来执行电源电路10的电力转换操作 的反馈控制,并且调整电源电路10的第一至第三输入/输出端口 60a、60c和60b中的每个 的输入/输出值Y。作为主要控制参数X,可以举出两类控制变量,即相位差由和占空比 D(接通时间8)。
[0053] 相位差由是在初级侧全桥电路200与次级侧全桥电路300之间相同相位的电力 转换电路之间的开关定时的时滞。占空比D(接通时间S)是初级侧全桥电路200和次级 侧全桥电路300中的各个电力转换电路的切换波形的占空比(接通时间)。
[0054] 可以相互独立地控制这两种类型的控制参数X。控制部50通过使用相位差由和 占空比D(接通时间S)执行初级侧全桥电路200和次级侧全桥电路300的占空比控制和 /或相位控制,改变在电源电路10的每个输入/输出端口处的输入/输出值Y。
[0055] 图2是控制部50的框图。控制部50执行初级侧转换电路20中的诸如初级侧第一 上臂U1的每个开关装置和次级侧转换电路30中的诸如次级侧第一上臂U2的每个开关装 置的开关控制。控制部50包括电力转换模式确定处理部502、相位差确定处理部504、 接通时间S确定处理部506、初级侧切换处理部508和次级侧切换处理部510。控制部50 是例如具有在内部有CPU的微计算机的电子电路。
[0056] 电力转换模式确定处理部502基于例如预定外部信号(例如,指示在任何端口处 检测值Yd与目标值Yo之间的偏差的信号)而从以下将描述的电源电路10的电力转换模 式A、B、D、E、G和H当中确定操作模式。电力转换模式A是对从第一输入/输出端口 60a 输入的电力进行转换并将转换后的电力输出到第二输入/输出端口 60c的模式。电力转换 模式B是对从第一输入/输出端口 60a输入的电力进行转换并将转换后的电力输出到第三 输入/输出端口 60b的模式。
[0057] 电力转换模式D是对从第二输入/输出端口 60c输入的电力进行转换并将转换后 的电力输出到第一输入/输出端口 60a的模式。电力转换模式E是对从第二输入/输出端 口 60c输入的电力进行转换并将转换后的电力输出到第三输入/输出端口 60b的模式。
[0058] 电力转换模式G是对从第三输入/输出端口 60b输入的电力进行转换并将转换后 的电力输出到第一输入/输出端口 60a的模式。电力转换模式H是对从第三输入/输出端 口 60b输入的电力进行转换并将转换后的电力输出到第二输入/输出端口 60c的模式。
[0059] 相位差确定处理部504设置初级侧转换电路20与次级侧转换电路30之间的 开关装置的切换周期性操作的相位差由,以使得电源电路10起到DC-DC转换器电路的作 用。
[0060] 接通时间s确定处理部506设置初级侧转换电路20的接通时间S,以使得初级 侧转换电路20起到升压/降压电路的作用。接通时间S确定处理部506设置次级侧转换 电路30的接通时间8,并且例如将次级侧转换电路30的接通时间S设置为与初级侧转换 电路20的接通时间S相同的值。
[0061] 初级侧切换处理部508基于电力转换模式确定处理部502、相位差(J)确定处理部 504和接通时间S确定处理部506的输出,对初级侧第一上臂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执行切换控制。
[0062] 次级侧切换处理部510基于电力转换模式确定处理部502、相位差确定处理部 504和接通时间S确定处理部506的输出,对次级侧第一上臂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执行切换控制。
[0063] 〈电源装置101的操作〉
[0064] 现在将使用图1和图2来描述电源装置101的操作。例如,当外部信号请求电源 电路10根据电力转换模式E进行操作时,控制部50的电力转换模式确定处理部502将电 源电路10的电力转换模式确定为模式E。此时,通过初级侧转换电路20的升压功能对输入 到第二输入/输出端口 60c的电力进行升压,通过电源电路10的DC-DC转换器的功能将这 样升压的电力传送到第三输入/输出端口 60b。
[0065] 例如,当外部信号请求电源电路10根据电力转换模式H进行操作时,控制部50的 电力转换模式确定处理部502将电源电路10的电力转换模式确定为模式H。此时,通过电 源电路10的DC-DC转换器的功能将输入到第三输入/输出端口 60b的电力传送到第一输 入/输出端口 60a,并且通过初级侧转换电路20的降压功能对这样传送的电力进行降压,并 将这样降压的电力输出到第二输入/输出端口 60c。
[0066] 现在将详细描述初级侧转换电路20的升压/降压功能。关注于第二输入/输出 端口 60c和第一输入/输出端口 60a,第二输入/输出端口 60c的端子616经由初级侧第一 绕组202a和串联连接到第一初级绕组202a的初级侧第一电抗器204a而连接到初级侧第 一臂电路207的中点207m。此外,初级侧第一臂电路207的两端都连接到第一输入/输出 端口 60a。因而,可以认为升压/降压电路连接在第二输入/输出端口 60c的端子616与第 一输入/输出端口 60a之间。
[0067] 此外,第二输入/输出端口 60c的端子616经由第二初级绕组202b和串联连接 到第二初级绕组202b的初级侧第二电抗器204b而连接到初级侧第二臂电路211的中点 211m。另外,初级侧第二臂电路211的两端都连接到第一输入/输出端口 60a。因而,可以 认为升压/降压电路并联连接在第二输入/输出端口 60c的端子616与第一输入/输出端 口 60a之间。
[0068] 接下来,将详细描述作为DC-DC转换器电路的电源电路10的功能。关注于第一输 入/输出端口 60a和第三输入/输出端口 60b,初级侧全桥电路200连接到第一输入/输出 端口 60a以及次级侧全桥电路300连接到第三输入/输出端口 60b。此外,作为在初级侧全 桥电路200的桥接部中设置的初级线圈202和在次级侧全桥电路300的桥接部中设置的次 级线圈302以耦合系数kT彼此磁耦合的结果,变压器400起到具有绕组匝数比1 :N的变压 器的作用。因此,通过调整初级侧全桥电路200和次级侧全桥电路300中的开关装置的切 换周期性操作的相位差由,可以对输入到第一输入/输出端口 60a的电力进行转换并将转 换后的电力传送到第三输入/输出端口 60b,或者对输入到第三输入/输出端口 60b的电力 进行转换并将转换后的电力传送到第一输入/输出端口 60a。
[0069] 图3示出了由于控制部50的控制而出现的、包括在电源电路10中的每个臂的接 通/关断切换波形的时序图。在图3中,U1表示初级侧第一上臂U1的接通/关断波形;VI 表示初级侧第二上臂VI的接通/关断波形;U2表示次级侧第一上臂U2的接通/关断波形; 以及V2表示次级侧第二上臂V2的接通/关断波形。初级侧第一下臂/U1、初级侧第二下臂 /VI
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