电功率转换设备和操作电功率转换设备的方法与流程

本发明涉及电功率转换设备，更特别地涉及能够通过根据从双向传输电功率的电功率转换设备输出的电功率应用不同调制方法来输出开关信号的电功率转换设备以及操作电功率转换设备的方法。
背景技术：
：为了将能量供应到需要相对高电压的电子电路或者结合系统在应用领域中使用能量的目的，可能有必要将输入电压升高到高电压。另外，取决于电子电路的种类，可能有必要将电压从高电平降低到低电平。已经实行了针对直流(DC)到DC(DC-DC)转换器的建模和分析，DC-DC转换器是用于这样目的的各种buck转换器和降压转换器中的一种。DC-DC转换器可以粗略地被分类成绝缘类型和非绝缘类型。绝缘类型具有能够通过在输入端与输出端之间的绝缘(即通过经由使用磁芯的变压器来实施绝缘)来确保稳定性以及通过调节匝数比来控制升压和降压比的优点。作为一种DC-DC转换器，buck型转换器包括前向转换器、半桥转换器、全桥转换器等，并且buck-boost型转换器包括反激式转换器等。同时，用于提高电功率转换设备的效率的方法包括软开关技术。电功率转换设备通过电功率半导体的ON/OFF序列控制来对电压进行调制。然而，为了达到电功率转换设备的高效率，需要减小在电功率半导体被接通和断开时发生的开关损耗。为此目的，使用诸如零电压开关和零电流开关的软开关技术。常见的双向电功率转换设备包括变压器以及分别被布置在变压器的初级侧和次级侧处的第一转换器和第二转换器。由于第一转换器和第二转换器具有彼此相同的结构，所以这样的双向电功 率转换设备能够双向地对电功率进行控制。此外，使用在第一转换器与第二转换器之间布置的变压器，可以实施绝缘并且可以改变输入/输出比(电压升压和降压)。在这一点上，第一转换器和第二转换器包括多个开关元件。与各种调制方法中的一个对应的开关信号被供应到多个开关元件。此处，调制方法可以是相移调制(PSM)方法和脉宽调制(PWM)方法，并且PWM方法包括单PWM方法和双PWM方法。PWM方法是通过将0.5设置为分别被布置在变压器的初级侧和次级侧处的第一转换器和第二转换器中的每一个的开关信号的占空比来执行调制的方法。单PWM方法是使用PWM方法来改变第一转换器和第二转换器中的一个的开关信号并且通过将开关信号的占空比固定为0.5来调制其中的另一个的开关信号的方法。双PWM是使用PWM方法来调制第一转换器和第二转换器中的每一个的开关信号的方法。作为其他示例，可以存在使用电压控制器和调制方法作为一个单元而不是将它们彼此分开的方法。在这种情况下，最佳调制值可以通过许多实验来提取，并且映射可以使用最佳调制值根据期望的输入和输出电压来形成和使用。如以上所描述的，在常见电功率转换设备中提供的用于生成开关信号的方法被分类成相位控制方法、PWM方法和最佳调制方法。相位控制方法具有如下缺点：其中可能出现安全性问题，并且系统的操作效率可能被降低，因为循环电流在输出电功率被降低或者输入/输出电压比被增大时被增大。并且，与相位控制方法相比较，PWM方法具有高效率和高性能的优点，但是其还具有其中控制是复杂的缺点。通常，在PWM方法中，主要提出了一种用于分别通过用于电功率转换设备的操作的双PWM方法和信号PWM方法来控制低电功率和高电功率的方法。在这种情况下，由于需要诸如第一开关信号、第二开关信号以及其之间的相位差 的各种控制变量来控制第一转换器和第二转换器，存在控制操作是相当复杂的缺点。此处，双PWM方法具有在操作条件未被适当地满足时不可以以低电功率获得高效率的缺点。最后，最佳调制方法具有如下缺点：其中最佳的调制值的采集是困难的，并且控制操作与双PWM方法的控制操作一样是相当复杂的。技术实现要素：本发明的方面在于提供一种能够在电功率转换设备操作时提供实现在宽操作范围中的高效率的调制方法并且还解决常见复杂的闭环控制方法的问题的电功率转换设备以及操作该电功率转换设备的方法。此外，本发明的另一方面在于提供一种能够在根据输出电功率值的变化来改变调制方法时额外地提供新调制方法的电功率转换设备以及操作该电功率转换设备的方法。要由本文公开的所提出的实施例解决的技术问题不限于上述技术问题，并且以上未提到的另一技术问题将明显地由本领域技术人员理解，包括从下面的公开内容提出的这些实施例。根据本发明的一种电功率转换设备包括：变压器；第一转换器，其连接到变压器的初级侧并且具有第一支路的多个开关元件和第二支路的多个开关元件；第二转换器，其连接到变压器的次级侧并且具有第三支路的多个开关元件和第四支路的多个开关元件；第一电容器，其连接到第一转换器；第二电容器，其连接到第二转换器；以及控制单元，其被配置为对包含在第一转换器和第二转换器中的多个开关元件进行控制，其中，控制单元确定关于多个调制方法的操作范围，在多个调制方法的操作范围之中确定包括电功率转换设备的输出电功率值的调制方法，并且基于所确定的调制方法来输出第一转换器和第二转换器的控制信号，其中，控制信号与指令值对应。此外，第一支路可以包括第一开关元件和第二开关元件，第二支路可以包括第三开关元件和第四开关元件，第三支路可以包括第五开关元件和第六开关 元件，第四支路可以包括第七开关元件和第八开关元件。另外，第一支路可以包括具有彼此并联连接的第一开关元件和第二开关元件的第一开关元件组和具有彼此并联连接的第三开关元件和第四开关元件的第二开关元件组；第二支路可以包括具有彼此并联连接的第五开关元件和第六开关元件的第三开关元件组和具有彼此并联连接的第七开关元件和第八开关元件的第四开关元件组；第三支路可以包括具有彼此并联连接的第九开关元件和第十开关元件的第五开关元件组和具有彼此并联连接的第十一开关元件和第十二开关元件的第六开关元件组；并且第四支路可以包括具有彼此并联连接的第十三开关元件和第十四开关元件的第七开关元件组和具有彼此并联连接的第十五开关元件和第十六开关元件的第八开关元件组。另外，控制单元可以包括：控制器，其被配置为输出与电压指令值对应的控制变量；模式选择器，其被配置为基于输出电功率值来输出多个调制方法中的一个特定调制方法的选择信号；以及控制信号输出单元，其被配置为基于通过控制器输出的控制变量通过应用通过模式选择器选择的调制方法来输出用于控制第一转换器的第一开关信号和用于控制第二转换器的第二开关信号。额外地，控制器可以包括：第一计算器，其被配置为输出在电压指令值与输出电压值之间的差值；比例积分控制器，其被配置为执行在第一计算器的输出值上的比例积分以输出控制变量；以及第二计算器，其被配置为根据输出电压值和输出电流值的积来输出输出电功率值。此外，控制器还可以包括第三计算器，其被配置为接收输入电压值和输出电压值以计算并输出输入/输出电压比，其中，模式选择器可以基于根据通过第三计算器输出的输入/输出电压比的操作条件并且基于输出电功率值来选择调制方法。此外，调制方法可以包括：与双脉宽调制方法对应的第一调制方法；与三角脉宽调制方法对应的第二调制方法；与单脉宽调制方法对应的第三调制方法；以及与相移调制(PSM)方法对应的第四调制方法，其中，模式选择器可以存储与调制方法中的每一个对应的操作范围，基于所存储的操作范围来验证输出电功率被包含在其中的调制方法，并且输出已验证的调制方法的选择信号。另外，在调制方法中的每一个的操作范围中包含的电功率值可以具有如下的幅值条件：第一调制方法<第二调制方法<第三调制方法<第四调制方法。另外，操作条件可以包括：其中输出电压大于输入电压的升压条件；以及其中输出电压等于或小于输入电压的降压条件，其中，模式选择器通过与调制方法中的每一个对应来单独存储升压条件中的操作范围和降压条件中的操作范围。额外地，控制信号输出单元接收电功率转换设备的操作方向信息，并且使用接收到的操作方向信息来输出第一开关信号和第二开关信号，其中，操作方向信息可以包括：其中电压从第一转换器输出到第二转换器的第一方向操作条件；以及其中电压从第二转换器输出到第一转换器的第二方向操作条件。此外，控制信号输出单元可以将当前选择的调制方法与先前应用的调制方法进行比较，并且如果当前调制方法与先前调制方法彼此不同则调节接收到的控制变量。同时，根据实施例的一种操作电功率转换设备的方法包括以下步骤：使用电功率转换设备的输出电压值和输出电流值来计算输出电功率值；使用电功率转换设备的输入电压值和输出电压值来确定电功率转换设备的操作条件是降压条件还是升压条件；基于多个调制方法的操作范围来选择输出电功率值被包含在其中的调制方法，多个调制方法中的每一个根据操作条件来进行分类；执行在电压指令值与输出电压值之间的差值上的比例积分以输出控制变量；且通过应用所选择的调制方法来输出第一转换器的第一开关信号和第二转换器的第二开关信号，第一开关信号和第二开关信号与输出控制变量对应，其中，电功率转换设备包括：变压器；第一转换器，其连接到变压器的初级侧并且具有第一支路的多个开关元件和第二支路的多个开关元件；第二转换器，其连接到变压器的次级侧并且具有第三支路的多个开关元件和第四支路的多个开关元件。此外，调制方法可以包括：与双脉宽调制方法对应的第一调制方法；与三角脉宽调制方法对应的第二调制方法；与单脉宽调制方法对应的第三调制方法；以及与相移调制(PSM)方法对应的第四调制方法，其中，在调制方法中的每一个的操作范围中包含的电功率值可以具有如下的幅值条件：第一调制方法<第二调制方法<第三调制方法<第四调制方法。此外，还可以包括：确定电功率设备的操作方向条件是第一方向操作条件还是第二方向操作方向，其中，第一方向操作条件是其中电压从第一转换器输出到第二转换器的条件，并且第二方向操作条件是其中电压从第二转换器输出到第一转换器的条件，其中，输出第一转换器的第一开关信号和第二转换器的第二开关信号可以包括根据所确定的操作条件来将第一开关信号和第二开关信号输出到第一转换器和第二转换器。额外地，还可以包括：在输出第一开关信号和第二开关信号之前将当前选择的调制方法与先前应用的调制方法进行比较；以及如果当前调制方法与先前调制方法彼此不同则调节接收到的控制变量。根据本发明的实施例的电功率转换设备根据输出电功率值来改变开关信号的调制方法。因此，可以解决常见复杂的闭环控制方法的问题，并且还可以在更宽电压范围中递送电功率。另外，可以在宽电压范围内获得高电功率转换效率。此外，根据本发明的实施例的电功率转换设备根据输出电功率值来改变开关信号的调制方法，并且根据所改变的调制方法来改变控制变量。因此，可以解决其中输出电压和输出电流的值根据调制方法的改变而突变的问题。附图说明图1是根据本发明的实施例的电功率转换设备的电路图。图2是当图1的电功率转换设备在第一方向操作时的时序图。图3到图6是示出根据图2的时序的电功率转换设备的操作的示意图。图7是当图1的电功率转换设备在第二方向操作时的时序图。图8到图11是示出根据图7的时序的电功率转换设备的操作的示意图。图12是示出了对图1中示出的电功率转换设备中的初级侧电路和次级侧电路进行配置的开关元件的另一配置示例的示意图。图13是根据本发明的实施例的用于输出开关信号的控制系统的框图。图14是实施图13的控制器的一个示例的电路图。图15是根据本发明的实施例的用于描述第一调制方法的示意图。图16是根据本发明的实施例的用于描述第二调制方法的示意图。图17是根据本发明的实施例的用于描述第三调制方法的示意图。图18是根据本发明的实施例的用于描述第四调制方法的示意图。图19是用于逐步地描述根据本发明的实施例的电功率转换设备的操作方法的流程图。图20是用于详细描述确定图19中的调制模式的过程的流程图。图21是用于描述根据本发明的实施例的改变调制模式的方法的流程图。具体实施方式本发明的优点和特征和实现其的方法可以更容易地参考示例性实施例和附图的下面的描述来理解。然而，本发明不限于本文阐述的实施例，并且其将以不同的类型来实施。此外，这些实施例被提供以完整地描述本发明，并且通过完整地传达本发明的构思来教导本领域技术人员，并且本发明将仅仅由随附的权利要求限定。说明书中的相同的附图标记指代相同的元件。在本发明的下面的描述中，如果已知功能和配置的详细描述被确定为使对本发明的实施例的理解模糊不清，则将省略其详细描述。并且，下文使用的所有术语通过考虑实施例中的功能来选择，并且其意义可以根据用户和操作者的意图或习惯而是不同的。因此，下面的实施例中使用的术语的意义应当遵循本文公开的详细定义，如果有的话。下面参考根据本发明的实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图图示来描述本发明。将理解，流程图图示的每一个框以及流程图图示中的各框的组合可以由计算机程序指令来实施。这些计算机程序指令可以被提供到通用计算机、专用计算机的处理器、或其他可编程数据处理设备以产生一种机器，使得经由计算机的处理器或其他可编程数据处理设备运行的指令创建用于实施在一个或多个流程图框中指定的功能的模块。这些计算机程序指令还可以被存储在可以指引计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算 机可读存储器中，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生一款制品，其包括实施在一个或多个流程图框中指定的功能的指令模块。计算机程序指令还可以被下载到计算机或其他可编程数据处理设备上以使得一系列操作步骤被执行在计算机或其他可编程数据处理设备上以产生计算机实现的过程，使得在计算机或其他可编程数据处理设备上运行的指令提供用于实施在一个或多个流程图框中指定的功能的步骤。另外，流程图或框图中的每一个框可以表示模块、片段或代码部分，其包括用于实施(一个或多个)指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应当指出，在一些备选实施方案中，框中指出的功能可以以附图中指出的顺序以外的其他顺序进行。例如，连续示出的两个框可以实际上基本上同时地来运行，或者各框可以有时以反向的顺序来运行，取决于所涉及的功能。电功率转换设备的电路图图1是根据本发明的实施例的电功率转换设备的电路图。参考图1，将描述根据本发明的实施例的对电功率转换设备进行配置的电路元件的连接关系。根据本发明的实施例的电功率转换设备包括设置有第一线圈Lp和第二线圈Ls的变压器和在变压器的第一线圈Lp和第二线圈Ls的左侧和右侧处布置的初级电路和次级电路。此处，初级电路和次级电路分别意指第一转换器和第二转换器，并且具有彼此相同的结构。即，初级电路可以包括第一电容器C1、第一电感器L1、对初级侧上的全桥电路进行配置的开关元件Q1到Q4。此外，次级电路可以包括第二电容器C2、第二电感器L2、对次级侧上的全桥电路进行配置的开关元件Q5到Q8。在这一点上，这样的电功率转换设备双向地进行操作。换言之，电功率转换设备可以在其中电功率被输入到初级电路且之后电功率通过变压器T被输出到初级电路的第一方向操作(正向操作)中进行操作。否则，与第一方向操作相反，电功率转换设备可以在其中电功率被输入到次级电路且之后电功率通过变压器T被输出到初级电路的第二方向操作(反向操作) 中进行操作。在初级侧电路中，第一电容器C1连接在第一节点N1与第二节点N2之间，并且第一电感器L1连接到第三节点N3和第一线圈Lp的一端。并且，第一线圈Lp连接在第一电感器L1与第四节点N4之间。此外，初级侧的全桥电路被配置有在第一节点N1与第二节点N2之间的第一支路和第二支路。第一支路被配置有连接在第一节点N1与第三节点N3之间的第一开关元件Q1和连接在第三节点N3与第二节点N2之间的第二开关元件Q2。此外，第二支路被配置有连接在第一节点N1与第四节点N4之间的第三开关元件Q3和连接在第四节点N4与第二节点N2之间的第四开关元件Q4。在次级侧电路中，第二电容器C2连接在第五节点N5与第六节点N6之间，并且第二电感器L2连接到第五节点N5和第七节点N7之间。并且，第二线圈Ls连接在第十节点N10与第九节点N9之间。此外，次级侧的全桥电路被配置有在第七节点N7与第八节点N8之间的第三支路和第四支路。第三支路被配置有连接在第七节点N7与第九节点N9之间的第五开关元件Q5和连接在第九节点N9与第八节点N8之间的第六开关元件Q6。此外，第四支路被配置有连接在第七节点N7与第十节点N10之间的第七开关元件Q7和连接在第十节点N10与第八节点N8之间的第八开关元件Q8。根据本发明的实施例的电功率转换设备是双向转换器。即，在第一方向操作模式(正向操作模式)中，电功率转换设备在第一节点N1处和在第二节点N2处对DC输入电压进行升压或降压以将DC输出电压输出第五节点N5和第六节点N6。并且，在第二方向操作模式(反向操作模式)中，电功率转换设备在第五节点N5处和在第六节点N6处对DC输入电压进行升压或降压以将DC输出电压输出第一节点N1和第二节点N2。在下文，为便于描述，将描述第一方向操作模式根据变压器的初级侧Lp和次级侧Ls中的每一个的匝数来执行降压操作，并且第二方向操作模式根据变压器的初级侧Lp和次级侧Ls中的每一个的匝数来执行升压操作。然而，其仅仅是一个实施例，并且因此可以在第一方向操作模式中根据变压器Lp和Ls的匝数的调节来一起执行降压操作和升压操作，并且另外，可以在第二方向操作模式中 一起执行降压操作和升压操作。下面将描述根据各种调制方法之中的双PWM调制方法的电功率转换设备的第一方向操作模式和第二方向操作模式。第一方向操作模式其后，参考图2到图6，将描述第一方向操作模式。图2是在第一方向操作模式中的时序图，并且图3到图6是示出根据图2的时序的电功率转换设备的操作的示意图。第一支路的第一开关元件Q1和第二开关元件Q2互补地操作，使得如果它们中的一个被接通，其中的另一个就被断开。并且，第二支路的第三开关元件Q3第四开关元件Q4也互补地操作，使得如果它们中的一个被接通，其中的另一个就被断开。备选地，开关元件Q1到Q4可以采用相移开关方法来操作，在相移开关方法中，第三开关元件Q3在第一开关元件Q1已经被接通并且接着预定时间经过之后被接通，并且第四开关元件Q4在第二开关元件Q2已经被接通并且接着预定时间经过之后被接通。另外，第五开关元件Q5和第八开关元件Q8可以同时被接通和断开，并且第六开关元件Q6和第七开关元件Q7同时被接通和断开。第一时间段t1参考图2和图3，在第一时间段t1期间，第一开关元件Q1和第四开关元件Q4被接通，并且第二开关元件Q2和第三开关元件Q3被断开。并且，第五开关元件Q5和第八开关元件Q8被断开，并且第六开关元件Q6和第七开关元件Q7被接通。在这一点上，如初级侧的虚线所示，初级侧电流顺序地沿第一开关元件Q1、第三节点N3、第四节点N4、第四开关元件Q4和第二节点N2流动。在这一点上，第一电感器L1执行电荷操作，并且因此第一电压V1具有正电压。变压器Lp和Ls基于初级侧电流和匝数比来形成次级侧上的次级侧电流。次级侧电流沿第七开关元件Q7、第七节点N7、第二电感器L2、第二电容器 C2和第六开关元件Q6流动。并且，次级侧电流对第二电感器L2进行充电使得第二电感器L2积累能量。第二时间段t2参考图2和图4，在第二时间段t2期间，第一开关元件Q1被维持在接通状态中，然而第四开关元件Q4被断开。并且，在第一时间段t1期间断开的第三开关元件Q3被接通。并且，第二开关元件Q2被维持在断开状态中。另外，次级侧上的开关元件Q5到Q8被接通。在这种情况下，第一开关元件Q1和第三开关元件Q3形成初级侧的电流路径，第三节点和第四节点彼此断开连接，使得第一电压V1变成零。并且，由于次级侧上的开关元件Q5到Q8被接通，第二电压V2也变成零，并且第二电感器L2上的累计能量被递送到输出端N5-N6。第三时间段t3参考图2和图4，在第三时间段t3期间，第一开关元件Q1和第四开关元件Q4被断开，并且第二开关元件Q2和第三开关元件Q3被接通。并且，第五开关元件Q5和第八开关元件Q8被接通，并且第六开关元件Q6和第七开关元件Q7被断开。在这一点上，如初级侧上的虚线所示，初级侧电流顺序地沿第三开关元件Q3、第四节点N4、第三节点N3和第二开关元件Q2流动。即，初级侧电流在相比初级侧电流在第一时间段期间的流动方向的反向流动。并且，第一电感器L1由初级侧电流充电，并且第一电压V1具有负电压。初级侧电流由变压器Lp和Ls递送到次级侧。另外，次级侧电流沿着第五开关元件Q5、第二电感器L2、第二电容器C2和第八开关元件Q8流动。在这一点上，次级侧电流对第二电感器L2进行充电使得第二电感器L2积累能量。第四时间段t4参考图2和图5，在第四时间段t4期间，第二开关元件Q2被维持在接通状态中，然而第三开关元件Q3被断开。并且，在第三时间段t3期间处于断开状态 中的第四开关元件Q4被接通。另外，第一开关元件Q1被维持在断开状态中。并且，次级侧上的开关元件Q5到Q8被接通。在这种情况下，由于第二开关元件Q2和第四开关元件Q4形成初级侧的电流路径，第三节点N3和第四节点N4彼此断开连接，使得第一电压V1变成零。并且，次级侧上的开关元件Q5到Q8被接通，使得第二电压V2也变成零，并且第二电感器L2上的累计能量被递送到输出端N5-N6。利用上述操作的周期性重复，输入端N1-N2上的输入电压HV通过变压器Lp和Ls来降压，并且输出电压LV被输出到输出端N5-N6。同时，变压器Lp和Ls的匝数比是根据输入电压HV、输出电压LV和占空比来确定的，并且第二电感器L2的电感和第二电容器C2的电容是基于输出电流和输出电压的纹波幅值来确定的。第二方向操作模式其后，参考图7到图11，将描述第二方向操作模式。图7是在第二方向操作模式中的时序图，并且图8到图11是示出了根据图7的时序的操作的示意图。第一时间段t1参考图7和图8，在第一时间段t1期间，第一开关元件Q1和第四开关元件Q4被接通，并且第二开关元件Q2和第三开关元件Q3被断开。并且，第五开关元件Q5和第八开关元件Q8被断开，并且第六开关元件Q6和第七开关元件Q7被接通。在这种情况下，次级侧上的来自第二电容器C2的电流沿着第二电感器L2、第七开关元件Q7、第二线圈Ls和第六开关元件Q6流动，使得第二电压V2变成正电压。在这一点上，次级侧的电流根据变压器Lp和Ls的匝数比来形成初级侧的电流，并且来自初级侧的第一线圈Lp的电流沿着第一电感器L1、第一开关元件Q1、第一电容器C1和第四开关元件Q4流动以对第一电容器C1进行充电。第二时间段t2参考图7和图9，在第二时间段t2期间，第一开关元件Q1和第四开关元件Q4被断开，并且第二开关元件Q2和第三开关元件Q3被维持在断开状态中。并且，第五开关元件Q5和第八开关元件Q8被接通，并且第六开关元件Q6和第七开关元件Q7被维持在接通状态中。在这种情况下，由于第五开关元件到第八开关元件Q5,Q6,Q7和Q8被接通，所以第二电压V2变成零，诱发到初级侧的第一线圈Lp的电压变成0伏(V)，并且在第一电感器L1处流动的电流经由第一开关元件到第四开关元件Q1,Q2,Q3和Q4中的每一个的反并联二极管流动到第一电容器C1。并且，在第二线圈Ls处流动的电流被减小为在下一时间段中变成反向电流。第三时间段t3参考图7和图10，在第三时间段t3期间，第一开关元件Q1和第四开关元件Q4被维持在断开状态中，并且第二开关元件Q2和第三开关元件Q3被接通。并且，第五开关元件Q5和第八开关元件Q8被维持在接通状态中，并且第六开关元件Q6和第七开关元件Q7被断开。在这种情况下，来自次级侧上的第二电容器C2的电流沿着第二电感器L2、第五开关元件Q5、第二线圈Ls和第八开关元件Q8流动，并且第二电压V2变成负电压。在这一点上，来自初级侧上的第一线圈Lp的电流通过变压器Lp和Ls流过第一电感器L1、第三开关元件Q3、第一电容器C1和第二开关元件Q2以对第一电容器C1进行充电。第四时间段t4参考图7和图11，在第四时间段t4期间，第一开关元件Q1和第四开关元件Q4被维持在断开状态中，并且第二开关元件Q2和第三开关元件Q3被断开。并且，第五开关元件Q5和第八开关元件Q8被维持在接通状态中，第六开关元件Q6和第七开关元件Q7被断开。在这种情况下，由于第五开关元件到第八开关元件Q5,Q6,Q7和Q8被接通，所以第二电压V2变成零，诱发到初级侧上的第一线圈Lp的电压变成0V，并且在第一电感器L1处流动的电流经由第一开关元件到第四开关元件Q1,Q2,Q3和Q4中的每一个的反并联二极管流到第一电容器 C1。另外，在第二线圈Ls处流动的电流被减小为在下一时间段中变成正向电流。利用上述操作的周期性重复，输入端N5-N6处的输入电压LV通过变压器Lp和Ls来升压，并且输出电压HV被输出到输出端N1-N2。同时，根据图7的箭头，当被接通的第五开关元件Q5和第八开关元件Q8中的每一个的断开时序被调节，即第五开关元件Q5和第八开关元件Q8中的每一个保持处于接通状态中的时间被增大时，初级侧上的第一电容器C1的电荷量可以通过增大在第二线圈Ls处流动的电流量来增大。类似地，当被接通的第六开关元件Q6和第七开关元件Q7中的每一个的断开时序被调节，即第六开关元件Q6和第七开关元件Q7中的每一个保持处于接通状态中的时间被增大时，初级侧上的第一电容器C1的电荷量可以通过增大在第二线圈Ls处流动的电流量来增大。使用这样的原理，高于输入电压LV的输出电压HV可以通过调节输入电压LV的放大量而被输出到输出端N1-N2。图12是示出了对图1中示出的电功率转换设备中的初级侧电路和次级侧电路进行配置的开关元件的另一配置示例的示意图。图12是示出了在图1中的第一侧电路中包含的开关元件的另一配置示例的示意图。首先，图1中示出的初级侧电路被配置有在第一节点N1与第二节点N2之间的第一支路和第二支路。第一支路被配置有连接在第一节点N1与第三节点N3之间的第一开关元件Q1和连接在第三节点N3与第二节点N2之间的第二开关元件Q2。此外，第二支路被配置有连接在第一节点N1与第四节点N4之间的第三开关元件Q3和连接在第四节点N4与第二节点N2之间的第四开关元件Q4。另一方面，图12中示出的初级侧电路的全桥电路被配置有在第一节点N1与第二节点N2之间的第一支路和第二支路。第一支路被配置有连接在第一节点N1与第三节点N3之间的第一开关元件组和连接在第三节点N3与第二节点N2之间的第二开关元件组。此处，第一开关元件组包括在第一节点N1与第三节点N3之间彼此并联连接的1-1开关元件Q11和1-2开关元件Q12。并且，第二开关元件组包括在第三节点N3与第二节点N2之间彼此并联连接的2-1开关元件Q21和3-2开关元件Q22。第二支路被配置有连接在第一节点N1与第四节点N4之间的第三开关元件组和连接在第四节点N4与第二节点N2之间的第四开关元件组。此处，第三开关元件组包括在第一节点N3与第四节点N4之间彼此并联连接的3-1开关元件Q31和1-2开关元件Q32。并且，第四开关元件组包括在第四节点N4与第二节点N4之间彼此并联连接的4-1开关元件Q41和4-2开关元件Q42。另外，尽管以上已经描述了初级侧电路的全桥电路，可以将次级侧电路的全桥电路配置为与初级侧电路的全桥电路相同的配置。控制操作图13是根据本发明的实施例的用于输出开关信号的控制系统的框图，并且图14是实施图13的控制器的一个示例的电路图。参考图13，控制系统包括电压传感器110、电流传感器120以及控制单元130。电压传感器110包括第一电压传感器111和第二电压传感器112。第一电压传感器111被设置在初级侧电路的输入端处以检测第一电压传感器111被设置在其处的位置的电压。即，在第一方向操作模式中，第一电压传感器111可以检测电功率转换设备的输入电压Vi。第二电压传感器112被设置在次级侧电路的输出端处以检测第二电压传感器112被设置在其处的位置处的电压。即，在第二方向操作模式中，第二电压传感器112可以检测电功率转换设备的输出电压。电流传感器120包括第一电流传感器121和第二电流传感器122。第一电流传感器121被设置在初级侧电路的输入端处以检测在第一电流传感器121被设置在其处的位置处的电流。即，在第一方向操作模式中，第一电流传感器121可以检测电功率转换设备的输入电流Ii。第二电流传感器122被设置在次级侧电路的输出端处以检测第二电流传感 器122被设置在其处的位置处的电流。即，在第二方向操作模式中，第二电流传感器122可以检测电功率转换设备的输出电流Io。控制单元130根据各种条件来确定电功率转换设备的操作模式。操作模式包括以上描述的第一方向操作模式和第二方向操作模式。即，电功率转换设备可以被安置在网格连接设备处。因此，在第一方向操作模式中，电能量生成装置(例如，光伏发电装置，风力发电装置、热力发电装置等)连接到初级侧电路的输入端，使得电功率转换设备可以对从连接到其的电能生成装置供应的电功率进行转换并将所转换的电功率供应到连接到次级侧电路的输出端的能量存储装置，由此对能量存储装置进行充电。并且，在第二方向操作模式中，执行对能量存储装置的放电，使得电功率转换设备可以将归因于对能量存储装置的放电从能量存储装置输出的电功率供应到连接到初级侧电路的输入端的网格连接或负载。因此，控制单元130根据各种条件(例如，负载量、能量存储装置的充电量等)来确定电功率转换设备的操作模式(即，电功率转换设备的操作方向)。并且，控制单元130根据从外部侧供应的指令值来生成供应到第一侧电路和第二侧电路中的每一个的开关信号(在下文，供应到初级侧电路的开关信号被称为“第一开关信号”，并且供应到次级侧电路的开关信号被称为“第二开关信号”)。为此，控制单元130根据指令值来计算并输出控制变量Del以生成第一开关信号和第二开关信号。控制变量Del是图14中示出的Φf。控制变量Del是用于获得期望输出电功率的控制条件，并且包括第一开关信号和第二开关信号中的每一个的相位和占空比。换言之，输出电功率值可以通过第一开关信号和第二开关信号根据由控制变量确定的第一开关信号和第二开关信号的相位和占空比来确定。此外，控制单元130确定用于根据控制变量来生成第一开关信号和第二开关信号的电压调制方法。此处，电压调制方法包括第一调制方法、第二调制方法、第三调制方法和第四调制方法。第一调制方法意指双PWM方法。双PWM方法是通过应用PWM方法来对第一开关信号和第二开关信号进行调制的方法。因此，第一开关信号和第二开关信号的占空比要为变化的而不是固定的。第二调制方法意指三角PWM方法。三角PWM方法是其中第一开关信号和第二开关信号中的一个的占空比是变化的并且其中的另一个的占空比被设置为0.5的方法。这是其中当变压器Lp和Ls的电压波形被改变(从正到负，或者从负到正)时电流变成0的调制方法。第三调制方法意指单PWM方法。与三角PWM方法类似，单PWM方法是其中第一开关信号和第二开关信号中的一个的占空比是变化的并且其中的另一个的占空比被设置为0.5的方法。第四调制方法意指相移调制(PSM)方法。PSM方法是其中第一开关信号和第二开关信号的占空比被设置为0.5并且仅仅其相位被移动的方法。同时，将占空比设置为0.5意指ON占空和OFF占空分别为1/2，并且这意味着ON占空和OFF占空在一个周期期间彼此相同。在这一点上，控制单元130基于输出电功率P来选择多个调制方法中的一个，并且然后根据所选择的调制方法来控制输出第一开关信号和第二开关信号。为此，控制单元130首先基于电功率转换设备的输入电压和输出电压来验证电功率转换设备的操作条件(升压条件或降压条件)。换言之，如果输入电压与输出电压之间的比大于1则控制单元130确定电功率转换设备执行升压操作，并且如果输入电压与输出电压之间的比等于或小于1则控制单元130确定电功率转换设备执行降压操作。并且，控制单元130根据操作条件使用当前需要的电功率条件来确定调制方法。当确定了调制方法时，控制单元130根据所确定的调制方法、所确定的控制变量以及电功率转换设备的操作方向来生成第一开关信号和第二开关信号，并且之后分别将第一开关信号和第二开关信号供应到初级侧电路和次级侧电路。在下文，将更详细地描述控制单元130的操作。参考图14，控制单元130包括控制器131、模式选择器132和控制信号输出单元133。控制单元130使用多个不同的调制方法之中的与输出电功率值对应的一个调制方法来生成用于控制第一转换器和第二转换器的第一开关信号和第二开关信号。在图14中，Vi意指输入电压，d意指输入/输出电压比，Φf意指控制器131的输出信号，M意指调制方法选择信号，Sα意指第一开关信号，Sβ意指第二开关信号，Φ意指第一开关信号和第二开关信号的相位延迟信号，并且Dir意指输出电功率流动信号(即，操作方向信号)。如以上所描述的，控制单元130基本上使用比例积分控制器(PI控制器)以输出第一开关信号和第二开关信号。控制器131包括第一计算器1311、第二计算器1312、第三计算器1313和PI控制器。第一计算器1311接收电压指令值Vref和输出电压值Vo以计算并输出其之间的差值。PI控制器执行在电压指令值Vref与输出电压值Vo之间的差值上的比例积分控制以输出控制变量Φf。控制变量Φf用于将输出电压值Vo设置为电压指令值Vref，并且可以根据在第一开关信号与第二开关信号之间的相位差以及第一开关信号与第二开关信号的占空比来确定。第二计算器1312接收输出电压值Vo和输入电压值Vi以计算并输出其之间的比率。即，第二计算器1312计算输出电压值Vo/输入电压值Vi以输入/输出电压比 d。第三计算器1313接收输出电压值Vo和输出电流值Io以计算并输出输出电压值Vo与输出电流值Io的积。即，第三计算器1313计算并输出输出电功率值Po。第二计算器1312的计算值和第三计算器1313的计算值被输入到模式选择器132。模式选择器132接收输入/输出电压比d和输出电功率值Po以确定用于生成第一开关信号和第二开关信号的调制方法。此处，模式选择器132首先根据输入/输出电压比d来验证电功率转换设备在降压条件或升压条件下进行操作。并且，如果根据输入/输出电压比d来验证电功率转换设备的操作条件，则模式选择器132根据已验证的操作条件基于多个调制方法中的每一个的电功率参考值来验证输出电功率值Po被包含在多个调制方法中的哪个的电功率范围中。此处，模式选择器基于多个调制方法中的每一个的电功率参考值来确定调制方法，根据操作条件来将不同的电功率参考值应用到多个调制方法。换言之，电功率参考值包括关于第一调制方法的第一电功率参考值，关于第二调制方法的第二电功率参考值，关于第三调制方法的第三电功率参考值，以及关于第四调制方法的第四电功率参考值。此处，电功率参考值中的每一个可以是特定值，并且另外可以意指由多个调制方法中的每一个覆盖的电功率的范围。在这一点上，作为参考的电功率的值根据输入/输出电压比的变化来改变。因此，调制方法可以根据输入/输出电压比d通过应用不同的电功率范围来进行选择。此处，关于多个调制方法中的每一个的电功率参考值，即，电功率值的范围可以由如下的表1来确定。[表1]调制方法电功率值的范围第一调制方法0到0.7kW第二调制方法0.7到1.8kW第三调制方法1.8到3.3kW第四调制方法超过3.3kW参考表1，多个调制方法中的每一个可以覆盖电功率值的不同范围。第一调制方法可以在电功率值的最低范围中做出最大效率，并且接着第二调制方法、第三调制方法和第四调制方法顺序地随着电功率被增大而做出最大效率。因此，模式选择器132选择多个调制方法中的一个并将关于所选择的调制方法的选择信号M输出到控制信号输出单元133。例如，如果输出电功率值Po为0.5kW，模式选择器132将第一调制方法的选择信号输出到控制信号输出单元133。此外，如果输出电功率值Po为1.5kW，模式选择器132将第二调制方法的选择信号输出到控制信号输出单元133。另外，如果输出电功率值Po为2.5kW，模式选择器132将第三调制方法的选择信号输出到控制信号输出单元133。并且，如果输出电功率值Po为5kW，模式选择器132将第四调制方法的选择信号输出到控制信号输出单元133。同时，尽管已经描述了如表1所示的根据多个调制方法中的每一个的电功率值的单个范围存在，但是其可以仅仅为一个实施例，并且可以存在根据电功率转换设备的操作条件(降压条件或升压条件)的电功率值的不同范围。控制信号输出单元133接收从控制器131输出的控制变量Φf、选择信号M和操作方向信号Dir。并且，使用控制变量Φf、选择信号M和操作方向信号Dir，控制信号输出单元133通过应用与选择信号M对应的调制方法来生成并输出第一开关信号和第二开关信号。在这一点上，通过使用调制方法来生成与调制方法对应的第一开关信号和第二开关信号是相关领域中众所周知的，使得将省略对其的详细描述。如以上所描述的，根据本发明的控制单元130基于输出电功率值Po和输入/输出电压比d来选择用于生成第一开关信号和第二开关信号的调制方法，并且根据所选择的调制方法来生成并输出第一开关信号和第二开关信号。同时，当接收到选择信号M时，控制信号输出单元130验证当前选择的调制方式是否与先前选择的调制方法不同。并且，如果当前调制方法与先前调制方法不同，则控制信号输出单元130改变接收到的控制变量Φf。控制变量Φf可以根据电功率转换设备的操作条件来增大或减小。换言之，多个调制方法中的每一个输出与其他调制方法的输出电流和输出电压不同的输出电流和输出电压(当与其比较时)。因此，如果调制方法突变时，输出电流和输出电压被骤然增大的现象可以出现，使得这可能对电功率转换设备的可靠性具有很大影响。因此，当在没有生成与当前控制变量对应的输出电流和输出电压的情况下改变调制方法时，控制信号输出单元133基于先前控制变量和当前变量的输出电流和输出电压随着用于生成在与先前控制变量对应的输出电流和与当前控制变量对应的输出电流之间包含的输出电流的控制变量或者用于生成在与先前控制变量对应的输出电压和与当前控制变量对应的输出电压之间包含的输出电压的控制变量而改变当前控制变量，并且根据所改变的控制变量来生成并输出第一开关信号和第二开关信号。根据本发明的实施例，根据输出电功率值来改变开关信号的调制方法，使得可以解决由常见复杂的闭环控制方法引起的问题，可以进行在更宽电压范围中的电功率递送，并且可以在宽电压范围内获得高电功率转换效率。此外，根据本发明的实施例，当也根据输出电功率值的变化来改变开关信号的调制方法时，也根据调制方法的改变而改变控制变量，使得可以解决其中输出电压和输出电流的值根据调制方法的改变而突变的问题。调制方法在下文，将描述在本发明中包含的每一个调制方法。图15是根据本发明的实施例的用于描述第一调制方法的示意图，图16是根据本发明的实施例的用于描述第二调制方法的示意图，图17是根据本发明的实施例的用于描述第三调制方法的示意图，并且图18是根据本发明的实施例的用于描述第四调制方法的示意图。在图15到图18中，Vpri意指变压器Lp和Ls的初级侧电压值，Vsec意指变压器Lp和Ls的次级侧电压值，并且IL意指根据初级侧电压值和次级侧电压值的输出电流。并且，在图15到图18中，在左侧处的波形表示在每一个调制方法中在降压条件下的输出波形，而在右侧处的波形表示在每一个调制方法中在升压条件下的输出波形。参考图15到图18，可以看到第一调制方法的输出电流是最低的，并且输出电流按第二调制方法、第三调制方法和第四调制方法的顺序逐渐增大。因此，当输出电功率值Po很低时，可以使用如以上所描述的具有最低输出电流的第一调制方法来执行电压调制以获得最大电功率转换效率。并且，可以看到输出电流随调制方法按第二调制方法、第三调制方法和第四调制方法的顺序被改变而增大，使得可以优选的是当输出电流增大时改变生成与输出电功率值Po对应的输出电流的调制方法。参考图15，第一调制方法意指双PWM方法。双PWM方法是其中通过应用PWM方法来对第一开关信号和第二开关信号进行调制的方法。即，如图15所示，初级侧电压和次级侧电压的占空比彼此相同。因此，第一开关信号和第二开关信号的占空比要为变化的而不是固定的。参考图16，第二调制方法意指三角PWM方法。三角PWM方法是其中第一开关信号和第二开关信号中的一个的占空比是变化的并且其中的另一个的占空比被设置为0.5的方法。这是其中当变压器Lp和Ls的电压波形被改变(从正到负，或者从负到正)时电流变成0的方法。即，如图16所示，可以看到初级侧电压值的占空比是连续变化的，而次级侧电压值的占空比是固定的。并且，在变压器Lp和Ls的电压波形被改变时电流具有值零。参考图17，第三调制方法意指单PWM方法。与三角PWM方法类似，单PWM方法是其中第一开关信号和第二开关信号中的一个的占空比是变化的而其中的另一个的占空比被设置为0.5的方法。参考图18，第四调制方法意指相移调制(PSM)方法。PSM方法是其中第一开关信号和第二开关信号的占空比被设置为0.5并且仅仅其相位被移动的方法。电功率转换设备的操作方法在下文，将描述电功率转换设备的操作方法。图19是用于逐步地描述根据本发明的实施例的电功率转换设备的操作方法的流程图，图20是用于详细描述确定图19中的调制模式的过程的流程图，并且图21是用于描述根据本发明的实施例的改变调制模式的方法的流程图。参考图19，在操作S100中，控制单元130接收指令值。指令值可以是电压指令值Vref或电功率指令值Pref。当接收到指令值时，在操作S110中，控制器130基于指令值来输出控制变量。控制变量是通过执行在电压指令值与实际测得的电压值(输出电压值)之间的差值上的比例积分来获得结果值。其后，在操作S120中，控制单元130计算输入/输出电压比d和输出电功率值Po并且通过使用所计算的输入/输出电压比d和所计算的输出电功率值Po来确定调制模式(调制方法)。稍后将描述确定调制方法的详细过程。并且，在操作S130中，控制单元130根据电功率转换设备的条件来确定电功率转换设备的操作方向。接下来，在操作S140中，控制单元130根据所确定的控制变量和所确定的操作方向使用选择的调制方法来生成开关控制信号。即，控制单元130基于所选择的调制方法来生成第一开关信号和第二开关信号。其后，控制单元130分别将所生成的第一开关信号和所生成的第二开关信号发送到初级侧电路和次级侧电路的开关元件。第一开关信号和第二开关信号是输入到开关元件的门极的门信号。并且，参考图20，在操作S200中，模式选择器132接收控制变量和输出电 功率值Po。其后，在操作S201中，模式选择器132接收输入/输出电压比d并且验证接收到的输入/输出电压比d是等于1还是小于1以确定电功率转换设备在降压条件下操作还是在升压条件下操作。在操作S202中，作为确定结果，如果电功率转换设备在降压条件下进行操作(d≤1)，则模式选择器132确定输出电功率值Po是否等于或小于第三调制方法的电功率值的范围中的电功率值(Psingle)。并且，在操作S203中，如果输出电功率值Po等于或小于第三调制方法的电功率值的范围中的电功率值，则模式选择器132确定输出电功率值Po是否等于或小于第二调制方法的电功率值的范围中的电功率值(Ptriangular)。并且之后，在操作S204中，如果输出电功率值Po等于或小于第二调制方法的电功率值的范围中的电功率值，模式选择器132选择第一调制方法来输出第一调制方法的选择信号。在操作S205中，如果输出电功率值Po大于第二调制方法的电功率值的范围中的电功率值，模式选择器132选择第二调制方法来输出第二调制方法的选择信号。此外，在操作S206中，如果输出电功率值Po大于第三调制方法的电功率值的范围中的电功率值，则模式选择器132确定输出电功率值Po是否等于或小于第四调制方法的电功率值的范围中的电功率值(Ppsm)。并且，在操作S207中，如果输出电功率值Po等于或小于第四调制方法的电功率值的范围中的电功率值，模式选择器132选择第三调制方法来输出第三调制方法的选择信号。另外，在操作S208中，如果输出电功率值Po大于第四调制方法的电功率值的范围中的电功率值，模式选择器132选择第四调制方法来输出第四调制方法的选择信号。此处，第二调制的电功率值的范围中的电功率值Ptriangular意指其范围中的最小值，第三调制的电功率值的范围中的电功率值Psingle意指其范围中的最小值，并且，第四调制的电功率值的范围中的电功率值Ppsm意指其范围中的最小值。同时，在操作S209中，作为确定结果，如果电功率转换设备在升压条件下进行操作(d>1)，则模式选择器132确定输出电功率值Po是否等于或小于第三调制方法的电功率值的范围中的电功率值Psingle。在操作S210中，如果输出电功率值Po等于或小于第三调制方法的电功率值的范围中的电功率值，则模式选择器132确定输出电功率值Po是否等于或小于第二调制方法的电功率值的范围中的电功率值Ptriangular。并且，在操作S211中，如果输出电功率值Po等于或小于第二调制方法的电功率值的范围中的电功率值，则模式选择器132选择第一调制方法来输出第一调制方法的选择信号。之后，在操作S212中，如果输出电功率值Po大于第二调制方法的电功率值的范围中的电功率值，则模式选择器132选择第二调制方法来输出第二调制方法的选择信号。此外，在操作S213中，如果输出电功率值Po大于第三调制方法的电功率值的范围中的电功率值，则模式选择器132确定输出电功率值Po是否等于或小于第四调制方法的电功率值的范围中的电功率值Ppsm。并且，在操作S214中，如果输出电功率值Po等于或小于第四调制方法的电功率值的范围中的电功率值，则模式选择器132选择第三调制方法来输出第三调制方法的选择信号。此外，在操作S215中，如果输出电功率值Po大于第四调制方法的电功率值的范围中的电功率值，模式选择器132选择第四调制方法来输出第四调制方法的选择信号。此处，第二调制的电功率值的范围中的电功率值Ptriangular意指其范围中的最小值，第三调制的电功率值的范围中的电功率值Psingle意指其范围中的最小值，并且，第四调制的电功率值的范围中的电功率值Ppsm意指其范围中的最小值。此外，参考图21，在操作S300中，控制单元130将所确定的调制方法与先前调制方法进行比较。其后，在操作S320中，如果所确定的调制方法与先前调制方法彼此相同，则控制单元130基于所计算的控制变量来输出第一开关信号和第二开关信号。此外，在操作S330中，如果所确定的调制方法与先前调制方法彼此不同，则控制单元130调节所计算的控制变量以便解决输出电流和输出电压的突变并且基于经调节的控制变量来输出第一开关信号和第二开关信号。根据本发明的实施例，通过根据输出电功率值来改变开关信号的调制方法，可以解决由常见复杂的闭环控制方法引起的问题，可能进行在更宽电压范围中的电功率递送，并且还可以在宽电压范围中获得高电功率转换效率。此外，根据本发明的实施例，当根据输出电功率值的变化来改变开关信号的调制方法时，与调制方法的改变对应地改变控制变量，使得可以解决输出电压和输出电流根据调制方法的改变而突变的问题。同时，根据本发明的另一个实施例，根据输出电功率值和操作方向来选择用于生成第一转换器和第二转换器的控制信号的调制模式，使得能被递送的电功率的范围可以更宽，并且可以改善在每一个电功率范围处的电功率转换效率。结合实施例描述的特征、结构、效果、等等可以被包含在本发明的至少一个实施例中，但是这些不限于一个实施例。另外，每一个实施例中的说明性特征、结构、效果、等等可以由本领域技术人员在一个或多个实施例中以任何适当的方法被组合或被修改。因此，这些组合和修改应当被理解为将落入实施例的范围内。本发明的各种实施例的描述已经出于说明的目的而被呈现，但是不旨在为穷举的或限于所公开的实施例。在不脱离所描述的实施例的范围和精神的情况下，许多修改和变型对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的。例如，在实施例中示出的每一个部件可以通过修改的形式来实施。与这样的修改和应用相关的差别可以被理解为被包含在随附权利要求中限定的实施例的范围中。当前第1页1 2 3