电力转换装置以及电力转换方法_4

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上臂U1、初级侧第2上臂VI、次级侧第 1上臂U2、次级侧第2上臂V2的接通断开波形反转后的波形(省略图示)。此外,也可以 在上下臂的两个接通断开波形间设置死区时间,以便通过上下臂双方接通而不流动贯通电 流。另外,在图3中,高电平表示接通状态,低电平表示断开状态。
[0083] 这里,通过变更U1、VI、U2以及V2的各导通时间S,能够变更初级侧转换电路20 与次级侧转换电路30的升降压比。例如,通过使U1、V1、U2以及V2的各导通时间S相互 相等,能够使初级侧转换电路20的升降压比与次级侧转换电路30的升降压比相等。
[0084] 为了初级侧转换电路20与次级侧转换电路30的升降压比相互相等,导通时间S 决定处理部506使U1、V1、U2以及V2的各导通时间S相互相等(各导通时间S=初级侧 导通时间S11 =次级侧导通时间S12 =时间值Y)。
[0085] 初级侧转换电路20的升降压比由占据构成于初级侧全桥电路200的开关元件 (臂)的开关周期T的导通时间S的比例即占空比D来决定。同样,次级侧转换电路30的 升降压比由占据构成于次级侧全桥电路300的开关元件(臂)的开关周期T的导通时间S 的比例即占空比D来决定。初级侧转换电路20的升降压比是第1输入输出端口 60a与第2 输入输出端口 60c之间的变压比,次级侧转换电路30的升降压比是第3输入输出端口 60b 与第4输入输出端口 60d之间的变压比。
[0086] 因此,例如表示为初级侧转换电路20的升降压比=第2输入输出端口 60c的电压 /第1输入输出端口 60a的电压=Sll/T=a/T、次级侧转换电路30的升降压比=第4 输入输出端口 60d的电压/第3输入输出端口 60b的电压=S12/T=y/T。即,初级侧转 换电路20与次级侧转换电路30的升降压比是相互相同的值(=y/T)。
[0087] 其中,图3的导通时间S表示初级侧第1上臂U1以及初级侧第2上臂VI的导通 时间8 11,并且表示次级侧第1上臂U2以及次级侧第2上臂V2的导通时间6 12。另外, 构成于初级侧全桥电路200的臂的开关周期T与构成于次级侧全桥电路300的臂的开关周 期T是相等时间。
[0088] 另外,U1与VI的相位差以180度(JT)动作,U2与V2的相位差也以180度(JT) 动作。并且,通过变更U1与U2的相位差巾,能够调整初级侧转换电路20与次级侧转换电 路30之间的传输电力P,如果相位差巾> 0,则能够从初级侧转换电路20向次级侧转换电 路30传输,如果相位差巾< 0,则能够从次级侧转换电路30向初级侧转换电路20传输。
[0089] 相位差巾是初级侧全桥电路200与次级侧全桥电路300之间相同的相的电力转 换电路部之间的开关定时的偏差(时滞)。例如,相位差巾是初级侧第1臂电路207与次 级侧第1臂电路307之间的切换定时的偏差,是初级侧第2臂电路211与次级侧第2臂电 路311之间的切换定时的偏差。这些偏差被控制为彼此相等。即,U1与U2的相位差小以 及VI与V2的相位差巾被控制为相同的值。
[0090] 因此,例如在被输入了请求使电源电路10的电力转换模式为模式F来进行动作的 外部信号的情况下,电力转换模式决定处理部502决定为选择模式F。而且,导通时间8决 定处理部506设定导通时间8,该导通时间6规定在使初级侧转换电路20作为对输入至 第2输入输出端口 60c的电压进行升压并将其输出至第1输入输出端口 60a的升压电路发 挥作用的情况下的升压比。其中,在次级侧转换电路30中,作为以由导通时间S决定处理 部506设定的导通时间S所规定的降压比对输入至第3输入输出端口 60b的电压进行降 压并将降压后的电压输出至第4输入输出端口 60d的降压电路发挥作用。并且,相位差小 决定处理部504设定用于以所期望的电力传输量P将输入至第1输入输出端口 60a的电力 向第3输入输出端口 60b传输的相位差小。
[0091] 初级侧开关处理部508为了使初级侧转换电路20作为升压电路、并且使初级侧转 换电路20作为DC-DC转换器电路的一部分发挥作用,而对初级侧第1上臂U1、初级侧第 1下臂/U1、初级侧第2上臂VI、以及初级侧第2下臂/VI的各开关元件进行开关控制。
[0092] 次级侧开关处理部510为了使次级侧转换电路30作为降压电路、并且使次级侧转 换电路30作为DC-DC转换器电路的一部分发挥作用,而对次级侧第1上臂U2、次级侧第 1下臂/U2、次级侧第2上臂V2、以及次级侧第2下臂/V2的各开关元件进行开关控制。
[0093] 如上述那样,能够使初级侧转换电路20以及次级侧转换电路30作为升压电路或 者降压电路发挥作用,并且,也能够使电源电路10作为双方向DC-DC转换器电路发挥作 用。因此,能够进行电力转换模式A~L的全部模式的电力转换,换言之,能够在从4个输 入输出端口中选择出的2个输入输出端口间进行电力转换。
[0094] 由控制部50根据相位差巾、等效电感L等来调整的传输电力P(也称为电力传输 量P)是在初级侧转换电路20与次级侧转换电路30中从一方的转换电路经由变压器400 发送至另一方的转换电路的电力,由P=(NXVaXVbVUX?XL)XF(D,巾)…式1来表 不〇
[0095] 其中,N是变压器400的匝数比,Va是第1输入输出端口60a的输入输出电压(初 级侧转换电路20的初级侧正极总线298与初级侧负极总线299之间的电压),Vb是第3输 入输出端口 60b的输入输出电压(次级侧转换电路30的次级侧正极总线398与次级侧负 极总线399之间的电压)。JT是圆周率,《( = 23iXf= 23i/T)是初级侧转换电路20以 及次级侧转换电路30的开关的角频率。f?是初级侧转换电路20以及次级侧转换电路30的 开关频率,T是初级侧转换电路20以及次级侧转换电路30的开关周期,L是与磁耦合电抗 器204、304和变压器400的电力传输相关的等效电感。F(D,巾)是以占空比D和相位差伞 为变量的函数,不取决于占空比D,是随着相位差巾增加而单调增加的变量。占空比D以及 相位差巾是被设计成在被规定的上下限值夹持的范围内变化的控制参数。
[0096] 等效电感L能够在连接了初级侧磁親合电抗器204以及/或者次级侧磁親合电抗 器304的变压器400的简易等效电路上定义。等效电感L是在简易等效电路中将初级侧磁 耦合电抗器204的漏电感以及/或者次级侧磁耦合电抗器的漏电感与变压器400的漏电感 合成后的合成电感。
[0097] 例如,从次级侧转换电路30侧测定的等效电感L(次级侧换算值LEQ2)能够表示为 LEq2= 2Lj(1 -kj)N2+2L2 (1 -k2) +LT2 (1 -kT2)…式 2。
[0098] 1^是初级侧磁耦合电抗器204的自感,k1是初级侧磁耦合电抗器204的耦合系数, N是变压器400的匝数比,1^2是次级侧磁耦合电抗器304的自感,k2是次级侧磁耦合电抗器 304的耦合系数,LT2是变压器400的次级侧的励磁电感,1^是变压器400的耦合系数。其 中,在不使用第2输入输出端口 60c或者第4输入输出端口 60d的情况下,在公式2中,也 可能存在没有由第1项或者第2项表示的漏电感的情况。
[0099] 另外,控制部50通过变更相位差巾以使初级侧端口和次级侧端口中的至少一个 规定的端口中的端口电压Vp收敛于目标端口电压Vo,来调整传输电力P。因此,即使与该 规定的端口连接的负载的消耗电流增加,控制部50也能够通过使相位差巾变化来调整传 输电力P,从而防止端口电压Vp相对于目标端口电压Vo下降。
[0100] 例如,控制部50通过变更相位差(i)以使初级侧端口和次级侧端口中的作为传输 电力P的传输目的地的一方端口中的端口电压Vp收敛于目标端口电压Vo,来调整传输电力 P。因此,即使与传输电力P的传输目的地的端口连接的负载的消耗电流增加,控制部50也 能够通过使相位差巾上升变化来将传输电力P向增加方向调整,从而防止端口电压Vp相 对于目标端口电压Vo下降。
[0101] 图4是表示计算PID计算值的控制部50的构成例的框图。控制部50具有PID控 制部51等。PID计算值例如是相位差巾的指令值巾〇、占空比D的指令值Do。
[0102] PID控制部51具有相位差指令值生成部,该相位差指令值生成部按每个开关周期 T生成用于通过PID控制使初级侧端口和次级侧端口中的至少一个端口的端口电压收敛于 目标电压的相位差巾的指令值巾〇。例如,PID控制部51的相位差指令值生成部按每个开 关周期T生成指令值巾〇,该指令值巾〇用于通过基于端口电压Va的目标电压与由传感器 部70获取到的端口电压Va的检测电压的偏差进行PID控制,来使该偏差收敛于零。
[0103] 控制部50通过按照由PID控制部51生成的指令值巾〇,进行初级侧转换电路20 以及次级侧转换电路30的开关控制,来调整由公式1规定的传输电力P,以使端口电压收敛 于目标电压。
[0104] 另外,PID控制部51具有占空比指令值生成部,该占空比指令值生成部按每个开 关周期T生成用于通过PID控制来使初级侧端口和次级侧端口中的至少一个端口的端口电 压收敛于目标电压的占空比D的指令值Do。例如,PID控制部51的占空比指令值生成部按 每个开关周期T生成指令值Do,该指令值Do用于通过基于端口电压Vc的目标电压与由传 感器部70获取到的端口电压Vc的检测电压之间的偏差进行PID控制,来使该偏差收敛于 零。
[0105] 此外,PID控制部51也可以具有取代占空比D的指令值Do而生成导通时间S的 指令值So的导通时间指令值生成部。
[0106] PID控制部51基于积分增益II、微分增益D1、比例增益P1来调整相位差<i>的指 令值巾〇,基于积分增益12、微分增益D2、比例增益P2来调整占空比D的指令值Do。
[0107] 其中,在端口电压Va、端口电压Vc、占空比D之间,成立端口电压VaX占空比D= 端口电压Vc这一关系。因此,在想要对一定的端口电
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