电力转换装置的制作方法

1.本发明涉及电力转换装置。


背景技术：

2.以往,公知有多单元转换器装置,其包括:多个转换单元,其通过一对输入端子串联连接；以及多个绝缘部件,其相对于各个该多个转换单元进行设置,用于向该多个转换单元中的对应的转换单元传递多个控制信号。多个转换单元分别具有基于通过一个或多个绝缘部件接收的多个控制信号对dc/dc转换部进行控制的驱动电路。通过绝缘部件向转换单元传递控制信号,从而能够向针对各个转换单元在不同的基准电位下动作的各个驱动电路传递彼此电绝缘的控制信号(例如,参照专利文献1)。
3.《现有技术文献》
4.《专利文献》
5.专利文献1:日本国特开2018-64436号公报


技术实现要素：

6.《本发明要解决的问题》
7.在一个绝缘部件传递多个控制信号的情况下,对于一个控制信号的传递分配数字隔离器等的一个绝缘元件,因此在一个绝缘部件中包含多个绝缘元件。因此,在以往的技术中,每一个转换单元所传递的控制信号的数量越增加,则对于每一个转换单元所设置的绝缘元件的数量也增加。因此,在多个转换单元通过一对端子串联连接的电力转换装置中,绝缘元件的总数至少为(转换单元的串联级数
×
每一个转换单元所传递的控制信号的数量),其成为庞大的数量。若绝缘元件的总数变得庞大,则例如小型化、成本削减困难。
8.本发明提供一种电力转换装置,其能够削减相对于每一个转换单元进行设置的绝缘元件的个数。
9.《用于解决问题的手段》
10.在本发明的一个方式中,提供一种电力转换装置,包括:
11.多个转换单元,其分别具有绝缘型dc/dc转换器、以及与上述绝缘型dc/dc转换器的输入侧和输出侧中的任一者连接的一对端子,并且该多个转换单元通过上述一对端子串联连接；以及
12.多个绝缘元件,其相对于上述多个转换单元的每一个转换单元进行设置,用于向上述多个转换单元中的对应的转换单元传递同步信号,
13.上述多个转换单元分别具有:
14.变压器；
15.第一转换电路,其连接于上述变压器和上述一对端子之间；
16.控制信号生成部,其用于生成与上述同步信号同步的多个控制信号；以及
17.第一驱动电路,其基于多个上述控制信号,对上述第一转换电路中包含的多个开
关元件进行驱动。
18.《发明的效果》
19.根据本发明的一个方式,能够削减对于每一个转换单元所设置的绝缘元件的个数。
附图说明
20.图1是示出第一实施方式中的电力转换装置的构成例的图。
21.图2是示出第一实施方式中的电力转换装置的动作波形的一个例子的时间图。
22.图3是示出载波信号生成部生成三角波状的载波信号的情况的动作波形的一个例子的时间图。
23.图4是示出检测三角波状的载波信号的波峰(例如,最大值)和波谷(例如,最小值),并且生成多个控制信号的情况的动作波形的一个例子的时间图。
24.图5是示出生成比同步信号的周期短的锯齿状的载波信号的情况的动作波形的一个例子的时间图。
25.图6是示出第二实施方式中的电力转换装置的构成例的图。
26.图7是示出第三实施方式中的电力转换装置的构成例的图。
27.图8是示出第四实施方式中的电力转换装置的构成例的图。
28.图9是示出第四实施方式中的电力转换装置的第一动作例的时间图。
29.图10是示出第四实施方式中的电力转换装置的第二动作例的时间图。
30.图11是示出第四实施方式中的电力转换装置的第三动作例的时间图。
31.图12是示出被付与了启动/停止信息的同步信号的一个例子的图。
32.图13是示出一个比较方式中的绝缘型dc/dc转换器的构成例的图。
33.图14是示出一个比较方式中的绝缘型dc/dc转换器的动作例的时间图。
34.图15是示出一个比较方式中的电力转换装置的构成例的图。
35.图16是示出第五实施方式中的电力转换装置的构成例的图。
36.图17是示出第五实施方式中的电力转换装置的动作波形的一个例子的时间图。
37.图18是示出第六实施方式中的电力转换装置的构成例的图。
38.图19是示出第六实施方式中的电力转换装置的动作例的时间图。
具体实施方式
39.以下,参照附图对本发明的多个实施方式进行说明。需要说明的是,“dc”、“ac”分别是“direct current”、“alternative current”的缩写。
40.图1是示出第一实施方式中的电力转换装置的构成例的图。图1举例示出了电力转换装置1包括在dc输出侧串联连接的三个转换单元211、212、213的情况下,对于各个转换单元211、212、213独立供给一个同步信号和多个控制信号、以及驱动用的电源的构成。需要说明的是,在图1中,虽然未明确示出用于供给驱动用的电源的路径,但是电源电圧自未图示的电源部供给至驱动电路204a、204b、控制信号生成部208以及载波信号生成部207等的后述的构成。
41.图1所示电力转换装置1是包括多个(在该例子中为三个)转换单元211、212、213、
以及用于控制转换单元211、212、213各自的电力转换动作的控制装置206的多单元转换器。多个转换单元211、212、213分别是对自共用的直流路径输入的直流电圧进行升压或降圧,从而输出规定的直流电圧的单元转换器。多个转换单元211、212、213分别具有绝缘型dc/dc转换器200以及一对端子p、q。
42.在图1所示例子中,一对端子p、q是与绝缘型dc/dc转换器200的输出侧连接的输出端子。一对端子p、q中的第一端子p是高电位侧的端子,第二端子q是低电位侧的端子。
43.多个转换单元211、212、213分别具有一对端子p、q,并且通过一对端子p、q串联连接。多个转换单元211、212、213分别为其自身的第一端子p和与自身相邻的一个转换单元的第二端子q连接,并且其自身的第二端子q和与自身相邻的另一个转换单元的第一端子p连接。通过一对端子p、q串联连接的多个单元转换器中的、位于最高电位侧的转换单元(在该例子中为转换单元211)的第一端子p与未图示的负载的高电位侧的端部电连接。另一方面,通过一对端子p、q串联连接的多个单元转换器中的、最低电位侧的转换单元(在该例子中为转换单元213)的第二端子q与未图示的负载的低电位侧的端部电连接。
44.绝缘型dc/dc转换器200在多个转换单元211、212、213中对自共用的直流路径输入的直流电圧进行升压或降圧,从而将规定的直流电圧自一对端子p、q输出。绝缘型dc/dc转换器200包括变压器202、初级侧电路210a、以及次级侧电路210b。初级侧电路210a和次级侧电路210b通过变压器202磁耦合。
45.变压器202是具有初级侧线圈和次级侧线圈,并且初级侧线圈和次级侧线圈磁耦合的变圧器。
46.初级侧电路210a具有电容元件203a、初级侧全桥电路220a以及驱动电路204a。初级侧电路210a还可以具有与变压器202的初级侧线圈串联连接的电抗器207a。
47.初级侧全桥电路220a具有初级侧第一上桥臂201a和初级侧第一下桥臂201b串联连接的初级侧第一半桥电路、以及初级侧第二上桥臂201c和初级侧第二下桥臂201d串联连接的初级侧第二半桥电路。变压器202的初级侧线圈(或者,初级侧线圈和电抗器207a的串联电路)连接于初级侧第一上桥臂201a与初级侧第一下桥臂201b的中间连接点和初级侧第二上桥臂201c与初级侧第二下桥臂201d的中间连接点之间。
48.次级侧电路210b具有电容元件203b、次级侧全桥电路220b以及驱动电路204a。次级侧电路210b还可以具有与变压器202的次级侧线圈串联连接的电抗器207b。
49.次级侧全桥电路220b具有次级侧第一上桥臂201e和次级侧第一下桥臂201f串联连接的次级侧第一半桥电路、以及次级侧第二上桥臂201g和次级侧第二下桥臂201h串联连接的次级侧第二半桥电路。变压器202的次级侧线圈(或者,次级侧线圈和电抗器207b的串联电路)连接于次级侧第一上桥臂201e与次级侧第一下桥臂201f的中间连接点和次级侧第二上桥臂201g与次级侧第二下桥臂201h的中间连接点之间。
50.次级侧全桥电路220b是在变压器202的次级侧线圈和一对端子p、q之间连接的第一转换电路的一个例子。另一方面,初级侧全桥电路220a是通过变压器202与次级侧全桥电路220b连接的第二转换电路的一个例子,其连接于变压器202的初级侧线圈和在多个转换单元211、212、213中共用的直流路径之间。
51.初级侧第一上桥臂201a、初级侧第一下桥臂201b、初级侧第二上桥臂201c以及初级侧第二下桥臂201d等的多个初级侧开关元件通过初级侧的驱动电路204a进行驱动。次级
侧第一上桥臂201e、次级侧第一下桥臂201f、次级侧第二上桥臂201g以及次级侧第二下桥臂201h等的多个次级侧开关元件通过次级侧的驱动电路204b进行驱动。
52.作为初级侧开关元件以及次级侧开关元件的具体例子,可以举出mosfet(metal oxide semiconductor field effect transistor)、igbt(insulated gate bipolar transistor)等的半导体开关元件。驱动电路204a、204b也称为gdu(gate driver unit)。
53.绝缘型dc/dc转换器200是具有设于变压器202的初级侧的初级侧全桥电路220a和设于变压器202的次级侧的次级侧全桥电路220b的被称为dab(dual active bridge)转换器的电力转换电路。dab转换器通过对与变压器202的漏电感或变压器102串联连接的外置电抗器207a、207b施加电圧,从而在初级侧和次级侧之间传递电力。传递的电力通过自初级侧的逆变器电路(初级侧全桥电路220a)的两个中间连接点输出的输出电圧v1和自次级侧的逆变器电路(次级侧全桥电路220b)的两个中间连接点输出的输出电圧v2的相位差进行控制。自次级侧向初级侧的传递电力由简化的下述式1表示。
54.(数学式1)
[0055][0056]
p表示传递电力,v1表示初级侧输出电圧的振幅,v2表示次级侧输出电圧的振幅、l表示漏电感或外置电抗器的电感、φ表示v1和v2的相位差、π表示圆周率,ω(＝2πf)表示各开关元件的开关的角频率。f表示各开关元件的开关频率。需要说明的是,上述式1是各开关元件的开关的占空比为50％时(v1、v2为占空比50％的方形波(包括大致方形波)时)的式子。
[0057]
需要说明的是,由于dab转换器的电路构成为对称构造,因此输出电圧的相位差的基准相位可以为高电圧侧的次级侧,也可以为低电圧侧的初级侧。
[0058]
多个转换单元211、212、213的高电圧侧的次级侧电路210b分别具有载波信号生成部207、控制信号生成部208以及驱动电路204b。另外,电力转换装置1包括多个绝缘元件205,其相对于多个转换单元211、212、213的每一个转换单元设置,用于向多个转换单元211、212、213中的对应的转换单元传递同步信号。由此,能够向各个针对每个转换单元以不同的基准电位动作的内部电路(载波信号生成部207、控制信号生成部208以及驱动电路204b)传递彼此电绝缘的同步信号。
[0059]
同步信号是指,用于将两个以上的周期性变动的信号(电圧)的相位差控制为恒定值(可以为零,也可以为零之外的值)的信号。同步是指,使其时间性相关联,并不限于必须将两个以上的周期性变动的信号(电圧)的相位差控制为零。
[0060]
控制装置206通过对应的多个绝缘元件205,将用于取得输出电圧v2的波形的重复开始时刻的同步的一个同步信号供给至多个转换单元211、212、213的高电圧侧的次级侧电路210b的各个转换单元。另一方面,控制装置206将规定了输出电圧v1的波形的重复开始时刻的多个控制信号供给至多个转换单元211、212、213的低电圧侧的各个初级侧电路210a。由此,各个转换单元211、212、213在输出电圧v1、v2的波形的占空比为50％等的恒定值的情况下,由于输出电圧v1、v2的频率(周期)以及输出电圧v1、v2的波形的重复开始时刻确定,因此能够生成预期的输出电圧。
[0061]
对于向多个转换单元211、212、213的高电圧侧的各个次级侧电路210b供给的多个
同步信号,其相位可以彼此相同也可以不同。
[0062]
控制装置206例如具有存储器和处理器(例如,cpu(central processing unit)),控制装置206的功能处理器根据在存储器中储存的程序进行动作而实现。控制装置206可以由fpga(field programmable gate array)构成。
[0063]
各个绝缘元件205可以由一个绝缘元件构成,也可以由级联连接的多个绝缘元件构成。作为绝缘元件205的具体例,可以举出绝缘变压器、脉冲变压器、数字隔离器、隔离放大器等。绝缘元件205也可以为光耦合器等的光隔离器。
[0064]
载波信号生成部207生成与通过对应的绝缘元件205传递的同步信号同步的载波信号。载波信号为例如相位与同步信号同步的相同周期的锯齿状的周期信号。
[0065]
控制信号生成部208基于由载波信号生成部207生成的载波信号,生成与该载波信号同步的多个控制信号。多个控制信号为例如相位与载波信号同步的矩形波状的信号。在该例子中,控制信号生成部208生成用于控制多个次级侧的开关元件201e、201f、201g、201h的各自的开关的四个控制信号。
[0066]
驱动电路204b依据由控制信号生成部208生成的多个控制信号,驱动多个次级侧开关元件201e、201f、201g、201h使其进行开关。另一方面,驱动电路204a依据由生成同步信号的控制装置206生成的多个控制信号,驱动多个初级侧开关元件201a、201b、201c、201d使其进行开关。控制装置206生成用于控制多个初级侧的开关元件201a、201b、201c、201d的各个开关的四个控制信号。
[0067]
图2是示出第一实施方式中的电力转换装置的动作波形的一个例子的时间图。控制装置206通过与各个转换单元211、212、213对应的绝缘元件205,将同步信号输出至各个转换单元211、212、213的载波信号生成部207。控制装置206通过脉冲宽度调制输出以一定周期包含事先决定的具有第一规定值以上的脉冲宽度的第一脉冲的同步信号。
[0068]
在高电圧侧,载波信号生成部207基于供给的同步信号,对事先决定的具有第一规定值以上的脉冲宽度的第一脉冲进行至少一次检测,并且生成供给至控制信号生成部208的锯齿状的载波信号。作为第一脉冲的误检测对策,载波信号生成部207可以以比第一规定值的脉冲宽度短的间隔对同步信号进行多次检测。载波信号生成部207通过每次对第一脉冲进行检测则将载波信号初始化,之后,使载波信号随着时间经过而单调增加或单调减少,从而生成锯齿状的载波信号。图2举例示出了使载波信号随着时间经过而单调增加的情况。
[0069]
需要说明的是,载波信号生成部207为了判定脉冲宽度为第一规定值以上,对同步信号的脉冲的起始(在图2中,脉冲的上升沿)进行检测,并且通过计数器等确认直至与第一规定值相当的时间为止存在同步信号的脉冲(例如,维持在高电平)即可。因此,若确认直至与第一规定值相当的时间为止存在同步信号的脉冲,则载波信号生成部207可以在比同步信号的脉冲的下降沿时刻靠前的时刻使载波信号初始化为零。
[0070]
控制信号生成部208通过检测载波信号的振幅与该载波信号的振幅的中央值的大小关系的反转,生成多个次级侧开关元件201e、201f、201g、201h的开关控制用的多个控制信号。
[0071]
例如,控制信号生成部208通过对载波信号和占空比值50％的阈值(载波信号的振幅的中央值)进行比较,生成脉冲宽度调制信号。控制信号生成部208在载波信号的振幅比占空比值50％的阈值低的情况下,将脉冲宽度调制信号的电平设定为高电平,在载波信号
的振幅比占空比值50％的阈值高的情况下,将脉冲宽度调制信号的电平设定为低电平。控制信号生成部208将脉冲宽度调制信号的非反转信号生成为开关元件201e的开关控制用的控制信号以及开关元件201h的开关控制用的控制信号。另一方面,控制信号生成部208将脉冲宽度调制信号的反转信号生成为开关元件201f的开关控制用的控制信号以及开关元件201g的开关控制用的控制信号。
[0072]
驱动电路204b是依照由控制信号生成部208生成的多个控制信号,生成用于驱动次级侧全桥电路220b中包含的开关元件201e、201f、201g、201h的多个门信号的第一驱动电路的一个例子。在该例子中,多个门信号为与各自对应的控制信号大致相同的相位。驱动电路204b将对应的门信号供给至各个开关元件201e、201f、201g、201h的门极。由此,占空比50％的方形波的输出电圧v2施加于变压器202的次级侧。
[0073]
另一方面,在低电圧侧中,控制装置206基于式1,决定对于供给至高电圧侧的上述同步信号的相位偏移量φ,输出相对于该同步信号延迟或超前了相位偏移量φ的时间量的多个控制信号。也就是说,自控制装置206向低电圧侧输出的多个控制信号和向高电圧侧输出的同步信号同步。另外,自控制装置206供给至低电圧侧的多个控制信号的每个控制信号的相位与由高电圧侧的控制信号生成部208生成的多个控制信号中的对应的控制信号的相位不同。例如,低电圧侧的开关元件201a用的控制信号(或者,门信号)的相位和与开关元件201a对应的高电圧侧的开关元件201e用的控制信号(或者,门信号)的相位不同。
[0074]
控制装置206生成各个开关元件201a、201b、201c、201d的开关控制用的多个控制信号。控制装置206生成供给至多个转换单元211、212、213的各自的驱动电路204a的多个控制信号。
[0075]
驱动电路204a是依据由控制装置206生成的多个控制信号,生成用于驱动初级侧全桥电路220a中包含的开关元件201a、201b、201c、201d的多个门信号的第二驱动电路的一个例子。在该例子中,多个门信号为与各自对应的控制信号大致相同的相位。驱动电路204a将对应的门信号供给至开关元件201a、201b、201c、201d的各自的门极。由此。占空比50％的方形波的输出电圧v1施加于变压器202的初级侧。
[0076]
因此,由于在变压器202的初级侧和次级侧施加具有相位差的方形波的输出电圧v1、v2,因此与输出电圧v1和输出电圧v2的差值的积分值成比例的变压器电流流过,从而在初级侧和次级侧之间传递遵照式1的电力p。
[0077]
如此,在第一实施方式中,将dab转换器的高电圧侧的输出电圧v2的相位设定为dab转换器的相位差的基准,在各个dab转换器中仅用于取得同步的同步信号通过绝缘元件205传递至各dab转换器的高电圧侧。并且,在高电圧侧的次级侧电路210b中,用于控制生成输出电圧v2的次级侧全桥电路220b的多个控制信号基于通过绝缘元件205接收的同步信号生成。另一方面,低电圧侧的初级侧电路210a以及控制装置206的基准电位(接地)是共用的。因此,即使没有绝缘元件205,用于控制生成输出电圧v1的初级侧全桥电路220a的多个控制信号基于同步信号和相位偏移量φ生成。如此,能够削减对于每一个转换单元设置的绝缘元件205的个数。
[0078]
需要说明的是,第一实施方式中的绝缘型dc/dc转换器200的共用电位侧(在该例子中为初级侧)的控制信号的生成不限于上述方法。只要能够正确地对初级侧和次级侧的输出电圧付与相位差即可。例如,在共用电位侧的载波信号的生成和控制信号的生成的处
理不限于在控制装置206内进行的情况,也可以在与高电圧侧相同地设置的载波信号生成部和控制信号生成部中进行。另外,载波信号可以针对每个半桥电路生成。
[0079]
另外,虽然将输出电圧的相位差的基准相位设定为次级侧进行了说明,但是不限于此。只要能够正确地对初级侧和次级侧的输出电圧付与相位差即可,因此即使将基准相位设定为初级侧,也不存在动作上的问题。另外,控制信号生成部208以及控制装置206可以具有无感时间生成部,其用于将用于防止半桥电路的上下桥臂间的短路的无感时间(dead time)付与多个控制信号。
[0080]
图3是示出载波信号生成部207生成三角波状的载波信号的情况的动作波形的一个例子的时间图。在本变形例中,对于与上述动作例相同的动作的说明,通过引用上述说明而进行省略。在载波信号生成部207生成三角波状的载波信号的情况下,也与图2相同地,与载波信号的中央值相比较,生成多个控制信号。与图2相同地,高电圧侧的两个半桥电路输出方形波电圧。
[0081]
例如,载波信号生成部207若检测到第一脉冲,则生成伴随时间经过重复单调增加和单调减少的载波信号。图2举例示出了载波信号生成部207每次检测到第一脉冲则使载波信号自单调减少切换为单调增加,并且在自第一脉冲的检测经过规定时间而在检测到下一个第一脉冲之前,使载波信号自单调增加切换为单调减少的情况。
[0082]
图4是示出对载波信号生成部生成的三角波状的载波信号的波峰(例如,最大值)和波谷(例如,最小值)进行检测,并且生成多个控制信号的情况的动作波形的一个例子的时间图。在本变形例中,对于与上述动作例相同的动作的说明,通过引用上述说明而进行省略。在图4中,控制信号生成部208对载波信号的波峰(例如,最大值)或者波谷(例如,最小值)进行检测,并且在该检测时刻使多个控制信号的电平自一个电平切换为另一电平。与图2相同地,高电圧侧的两个半桥电路输出方形波电圧。
[0083]
图5是示出载波信号生成部生成比同步信号的周期短的锯齿状的载波信号的情况的动作波形的一个例子的时间图。在本变形例中,对于与上述动作例相同的动作的说明,通过引用上述说明而进行省略。在图5中,控制信号生成部208对载波信号的在第一周期的载波信号的波峰(例如,最大值)或者波谷(例如,最小值)进行检测,并且在其检测时刻使多个控制信号的电平自一个电平切换为另一电平。并且,控制信号生成部208对载波信号的在第二周期的载波信号的波峰(例如,最大值)或者波谷(例如,最小值)进行检测,并且在其检测时刻使多个控制信号的电平自另一电平切换为一个电平。与图2相同地,高电圧侧的两个半桥电路输出方形波电圧。
[0084]
图6是示出第二实施方式中的电力转换装置的构成例的图。在第二实施方式中,对于与上述实施方式相同的构成付与相同的附图标记,对于与上述实施方式相同的构成以及动作的说明,通过引用上述说明而进行省略。在图6所示电力转换装置2中,控制装置206在多个转换单元211、212、213分配共用的同步信号并供给至多个绝缘元件205。由于将输出电圧的相位差的基准相位设定为次级侧,因此同步信号可以为在多个转换单元211、212、213共用的信号。由于多个转换单元211、212、213彼此独立控制,并且相位偏移量φ附加于共用电位侧,因此在多个转换单元211、212、213串联连接的高电圧侧中,能够共用同步信号。
[0085]
图7是示出第三实施方式中的电力转换装置的构成例的图。在第三实施方式中,对于与上述实施方式相同的构成付与相同的附图标记,对于与上述实施方式相同的构成以及
动作的说明,通过引用上述说明而进行省略。在图7所示电力转换装置3中,控制装置206将在多个转换单元211、212、213共用的同步信号供给至级联连接的多个绝缘元件205。由于将输出电圧的相位差的基准相位设定为次级侧,因此同步信号为在多个转换单元211、212、213共用的信号即可。在多个转换单元211、212、213共用的同步信号自在多个转换单元211、212、213中的电位较低的转换单元213向电位较高的转换单元211传递。
[0086]
图8是示出第四实施方式中的电力转换装置的构成例的图。图9是示出第四实施方式中的电力转换装置的第一动作例的时间图。在第四实施方式中,对于与上述实施方式相同的构成付与相同的附图标记,对于与上述实施方式相同的构成以及动作的说明,通过引用上述说明而进行省略。在图9所示电力转换装置4中,多个转换单元211、212、213分别具有信号阻断判定部209,其基于同步信号,对次级侧全桥电路220b的停止进行判定。在该例子中,多个转换单元211、212、213的各自的信号阻断判定部209根据在同步信号中包含的脉冲宽度的大小,对自身的转换单元的停止和启动进行判定。
[0087]
在图9中,同步信号设定为包括具有第一规定值以上的脉冲宽度的第一脉冲、以及具有比第一规定值长的第二规定值以上的脉冲宽度的第二脉冲。例如,信号阻断判定部209若检测到自控制装置206供给的同步信号中包含的第二脉冲,则将控制信号生成部208输出的多个控制信号的电平设定为非有效电平(在图9中为低电平)。信号阻断判定部209例如以控制信号生成部208输出的多个控制信号成为非有效电平的方式,将输入控制信号生成部208的输出许可信号设定为非有效电平(在图9中为低电平)。由此,控制装置206能够使次级侧全桥电路220b迅速停止。
[0088]
需要说明的是,信号阻断判定部209可以在检测到脉冲的产生后通过计数器等检测到经过与第二规定值相当的时间的时刻,使输出许可信号切换为非有效电平,并且将全部的门信号设定为关闭(off)。
[0089]
在图9中,同步信号设定为包括具有第一规定值以上的脉冲宽度的第一脉冲、具有比第一规定值长的第二规定值以上的脉冲宽度的第二脉冲、以及比第一规定值长且比第二规定值短的第三规定值以上的脉冲宽度的第三脉冲。例如,信号阻断判定部209若检测到自控制装置206供给的同步信号中包含的第三脉冲,则将基于控制信号生成部208的多个控制信号的生成设定为有效。信号阻断判定部209例如以基于控制信号生成部208的多个控制信号的生成成为有效的方式,将输入控制信号生成部208的输出许可信号设定为有效电平(在图9中为高电平)。由此,信号阻断判定部209迅速许可次级侧全桥电路220b的动作,控制装置206能够迅速启动次级侧全桥电路220b。
[0090]
需要说明的是,作为第二脉冲以及第三脉冲的误检测对策,信号阻断判定部209可以在比第一规定值的脉冲宽度短的间隔内对同步信号进行多次检测。另外,信号阻断判定部209可以对具有第一规定值以上的脉冲宽度的脉冲进行多次检测,并且基于多次检测的脉冲的脉冲宽度,与上述相同地进行启动和停止的判定。
[0091]
在高电圧侧中,可以设置用于自过电压对电容元件203b进行保护的过电圧保护电路,还可以设置用于自过电流对电容元件203b进行保护的过电流保护电路。这些保护电路例如若检测到电容元件203b的过电圧或过电流,则使多个转换单元个别停止。
[0092]
另外,信号阻断判定部209可以至少检测一次同步信号的脉冲,并且在一定时间内没有同步信号的脉冲的情况下,使次级侧全桥电路220b停止。例如,控制装置206能够通过
停止同步信号的供给,使全部的转换单元停止。
[0093]
在图1、6、7的实施方式中,为了方便基于自控制装置206供给的同步信号的脉冲生成载波信号,有时基于控制装置206停止同步信号的供给的转换单元的停止的判定花费时间。在改变载波信号的频率的情况下,虽然变更了同步信号的脉冲间隔,但是难以判断是载波频率的变更还是转换单元的停止。另一方面,在图8的实施方式中,通过基于同步信号的脉冲宽度的宽窄来判定启动和停止,能够即刻执行启动和停止。另外,如图6、7所示,只要在多个转换单元对同步信号进行共有,则能够即刻使对同步信号进行共有的转换单元停止。
[0094]
图10是示出第四实施方式中的电力转换装置的第二动作例的时间图。信号阻断判定部209可以基于事先决定的一定期间中的同步信号的脉冲数,对转换单元的停止和启动进行判定。例如,信号阻断判定部209在自控制装置206供给的同步信号中包含的脉冲数为第四规定值以上的情况下,将控制信号生成部208输出的多个控制信号的电平设定为非有效电平(在图10中为低电平)。图10举例示出了第四规定值为“3”的情况。信号阻断判定部209例如以控制信号生成部208输出的多个控制信号成为非有效电平的方式,将输入控制信号生成部208的输出许可信号设定为非有效电平(在图10中为低电平)。由此,控制装置206能够使次级侧全桥电路220b迅速停止。
[0095]
例如,信号阻断判定部209在自控制装置206供给的同步信号中包含的脉冲数为比第四规定值多的第五规定值以上的情况下,将基于控制信号生成部208的多个控制信号的生成设定为有效。图10举例示出了第五规定值为“4”的情况。信号阻断判定部209例如以基于控制信号生成部208的多个控制信号的生成成为有效的方式,将输入控制信号生成部208的输出许可信号设定为有效电平(在图10中为高电平)。由此,信号阻断判定部209迅速许可次级侧全桥电路220b的动作,从而控制装置206能够迅速启动次级侧全桥电路220b。
[0096]
需要说明的是,基于脉冲宽度对启动还是停止进行判定的条件可以为上述之外的条件。
[0097]
图11是示出第四实施方式中的电力转换装置的第三动作例的时间图。图12示出了被付与了各个转换单元的启动/停止信息的同步信号的一个例子。如图11、12所示,同步信号设定为包括脉冲列，该脉冲列在具有事先决定的第一规定值以上的脉冲宽度的第一脉冲被输出后经过一定的规定时间之后,分别具有比第一规定值短的第六规定值的脉冲宽度。信号阻断判定部209依据脉冲列的罗列模式,对次级侧全桥电路220b的动作的许可与否进行判定。
[0098]
例如,信号阻断判定部209在多个转换单元211、212、213的各自的分离信号的时刻(在图11中,分离信号为高电平时)进行锁存(latch)。由此,信号阻断判定部209自同步信号抽出符合的转换单元的停止和启动的信息,进行启动和停止的判定。上述分离信号在具有同步信号的第一规定值以上的脉冲宽度的第一脉冲的检测后,在针对各个转换单元事先设定的经过时间后,成为有效电平(在图11中为高电平)。分离信号的时刻与同步信号中包含的具有向各个转换单元的启动停止信息的脉冲列的时刻对应。由此,在图11的动作例中,即使在某转换单元仅1台故障,减少转换单元的台数进行运转的情况下,也能够个别地使转换单元即刻停止。
[0099]
图16是示出第五实施方式中的电力转换装置的构成例的图。在第五实施方式中,对与上述实施方式相同的构成付与相同的附图标记,对于与上述实施方式相同的构成以及
动作的说明,通过引用上述说明而进行省略。在图16所示电力转换装置5中,多个转换单元211、212、213的高电圧侧的次级侧电路210b分别具有控制信号生成部238以及驱动电路204b,但是不具有载波信号生成部207。电力转换装置5不生成载波信号而生成用于控制多个次级侧的开关元件的多个控制信号。由于不存在载波信号生成部207,因此能够使次级侧电路210b小型化,进一步能够使电力转换装置5小型化。
[0100]
关于控制信号生成部238的说明,对于与上述实施方式的控制信号生成部208相同的构成以及动作的说明,通过引用上述说明而进行省略。控制信号生成部238生成与通过对应的绝缘元件205传递的同步信号同步的多个控制信号。多个控制信号例如为相位与同步信号同步的矩形波状的信号。在该例子中,控制信号生成部238生成用于控制多个次级侧的开关元件201e、201f、201g、201h的各自的开关的四个控制信号。
[0101]
图17是示出第五实施方式中的电力转换装置的动作波形的一个例子的时间图。控制装置206通过与各个转换单元211、212、213对应的绝缘元件205,向转换单元211、212、213的各自的控制信号生成部238输出同步信号。控制装置206通过脉冲宽度调制输出以一定周期包含事先决定的具有第一规定值以上的脉冲宽度的第一脉冲的同步信号。
[0102]
在高电圧侧,控制信号生成部238若自供给的同步信号检测到具有事先决定的第一规定值以上的脉冲宽度的第一脉冲,则使多个控制信号的各自的电平反转。例如,若控制信号生成部238检测到第一脉冲,则使某个开关元件的控制信号的电平自第一电平(例如,高电平)切换为第二电平(例如,低电平),并且使与该开关相对的开关元件的电平自第二电平切换为第一电平。相反地,控制信号生成部238若检测到第一脉冲,则使某个开关元件的控制信号的电平自第二电平切换为第一电平,并且使与该开关相对的开关元件的电平自第一电平切换为第二电平。由此,能够每次检测到同步信号中包含的第一脉冲则生成重复逻辑电平的反转的控制信号。
[0103]
需要说明的是,控制信号生成部238为了判定脉冲宽度为第一规定值以上,检测同步信号的脉冲的起始(在图17中为脉冲的上升沿),并且通过计数器等确认直至与第一规定值相当的时间为止存在同步信号的脉冲(例如,维持在高电平)即可。因此,若确认直至与第一规定值相当的时间为止存在同步信号的脉冲,则控制信号生成部238可以在比同步信号的脉冲的下降沿时刻靠前的时刻使控制信号的电平反转。
[0104]
驱动电路204b是依据由控制信号生成部238生成的多个控制信号,生成用于驱动次级侧全桥电路220b中包含的开关元件201e、201f、201g、201h的多个门信号的第一驱动电路的一个例子。在该例子中,多个门信号为与各自对应的控制信号大致相同的相位。驱动电路204b向开关元件201e、201f、201g、201h的各个门极供给对应的门信号。由此,占空比50％的方形波的输出电圧v2施加于变压器202的次级侧。
[0105]
图18是示出第六实施方式中的电力转换装置的构成例的图。图19是示出第六实施方式中的电力转换装置的动作例的时间图。在第六实施方式中,对于与上述实施方式相同的构成付与相同的附图标记,对于与上述实施方式相同的构成以及动作的说明,通过引用上述说明而进行省略。在图19所示电力转换装置6中,多个转换单元211、212、213分别具有基于同步信号对次级侧全桥电路220b的停止进行判定的信号阻断判定部239。在该例子中,多个转换单元211、212、213的各自的信号阻断判定部239根据同步信号中包含的脉冲宽度的大小,对自身的转换单元的停止和启动进行判定。
[0106]
需要说明的是,对于信号阻断判定部239,由于其与上述实施方式的信号阻断判定部209的构成以及动作相同,因此对于信号阻断判定部239的说明,通过引用上述说明而进行省略。信号阻断判定部239可以如图10、11、12所示动作例那样进行动作。
[0107]
接下来,对与本发明的多个实施方式进行比较的一个比较方式进行说明。对于一个比较方式的说明,通过引用上述说明进行简略。
[0108]
图13是示出一个比较方式中的绝缘型dc/dc转换器的构成例的图。图14是示出图13所示一个比较方式中的绝缘型dc/dc转换器的动作例的时间图。图15是示出将图13所示一个比较方式中的绝缘型dc/dc转换器在dc输出侧进行串联连接的一个比较方式中的电力转换装置的构成例的图。
[0109]
图15举例示出了在电力转换装置包括在dc输出侧串联连接的三个转换单元111、112、113的情况下,相对于各个转换单元111、112、113,对多个控制信号以及驱动用的电源进行独立供给的构成。需要说明的是,在图15中,虽然对于用于供给驱动用的电源的路径未明确示出,但是电源电圧自未图示的电源部供给至驱动电路104a、104b。
[0110]
图15所示电力转换装置是包括多个(在该例子中为三个)转换单元111、112、113、以及用于对转换单元111、112、113的各自的电力转换动作进行控制的控制装置106的多单元转换器。多个转换单元111、112、113分别是使自共用的直流路径输入的直流电圧升压或降圧,从而输出规定的直流电圧的单元转换器。多个转换单元111、112、113分别具有绝缘型dc/dc转换器100以及一对端子p、q。
[0111]
绝缘型dc/dc转换器100包括变压器102、初级侧电路110a以及次级侧电路110b。初级侧电路110a具有电容元件103a、初级侧全桥电路120a以及驱动电路104a。初级侧电路110a还可以具有与变压器102的初级侧线圈串联连接的电抗器107a。初级侧全桥电路220a包括初级侧开关元件101a、101b、101c、101d。次级侧电路110b具有电容元件103b、次级侧全桥电路120b以及驱动电路104b。次级侧电路110b还可以具有与变压器102的次级侧线圈串联连接的电抗器107b。次级侧全桥电路220b包括次级侧开关元件101e、101f、101g、101h。
[0112]
图15所示电力转换装置包括多个绝缘部件105,其相对于多个转换单元111、112、113的每一个转换单元进行设置,用于将多个控制信号传递至多个转换单元111、112、113中的对应的转换单元。在一个绝缘部件105传递多个控制信号的情况下,对于一个控制信号的传递分配一个绝缘元件,因此在一个绝缘部件105中包含有多个绝缘元件(在该例子中为绝缘元件105a、105b、105c、105d)。
[0113]
驱动电路104b依据自控制装置206通过多个绝缘元件105a、105b、105c、105d供给的多个控制信号,驱动多个次级侧开关元件101e、101f、101g、101h使其进行开关。另一方面,驱动电路104a依据自控制装置206不通过多个绝缘元件供给的多个控制信号,驱动多个初级侧开关元件101a、101b、101c、101d使其进行开关。
[0114]
在图13所示一个比较方式中的绝缘型dc/dc转换器中,由于使用与高电圧侧的开关元件的总数相等的四个控制信号,因此设置与控制信号的数量对应的至少四个绝缘元件。如图15所示多单元转换器那样,在将一个比较方式中的绝缘型dc/dc转换器串联连接的构成中,绝缘元件的总数至少成为(转换单元的串联级数
×
每一个转换单元所设置的绝缘元件的数量),成为庞大的数量。
[0115]
与此相对,在本发明的各实施方式中,用于驱动高电圧侧的开关元件而供给至每
一个转换单元的信号为一个同步信号,从而能够削减绝缘元件的个数。其结果,例如,电力转换装置的小型化、成本削减成为可能。
[0116]
以上,通过实施方式对电力转换装置进行了说明,但是本发明不限于上述实施方式。在本发明的范围内,与另一实施方式的一部分或全部的组合、置换等的各种变形以及改良是可能的。
[0117]
例如,本发明不限于如本发明的第一实施方式那样多个转换单元通过用于输出绝缘型dc/dc转换器的输出电圧的输出侧的一对端子p、q串联连接的构成。例如,可以为在绝缘型dc/dc转换器的输出侧和转换单元的输出侧的一对端子之间追加逆变器,并且使该逆变器的两个中间连接点与输出侧的该一对端子分别连接的构成。在该情况下,在变压器和转换单元的输出侧的一对端子之间连接的第一转换电路可以为该追加的逆变器。
[0118]
另外,本发明可以为多个转换单元通过在绝缘型dc/dc转换器的输入侧连接的一对端子串联连接的构成。例如,可以为在绝缘型dc/dc转换器的输入侧和转换单元的输入侧的一对端子之间追加逆变器,并且使该逆变器的两个中间连接点与输入侧的该一对端子分别连接的构成。在该情况下,在变压器和转换单元的输入侧的一对端子之间连接的第一转换电路可以为该追加的逆变器。
[0119]
例如,在本发明中,绝缘型dc/dc转换器不限于在变压器的初级侧和次级侧各自设置全桥电路的构成,在初级侧和次级侧的至少一者设置的桥电路也可以为半桥电路。另外,绝缘型dc/dc转换器不限于dab转换器,也可以为dab转换器以外的形式(例如,回扫式、前馈式等)的转换器。
[0120]
附图标记说明
[0121]
1、2、3、4、5,6电力转换装置
[0122]
100绝缘型dc/dc转换器
[0123]
101开关元件
[0124]
102变压器
[0125]
103a、103b电容元件
[0126]
104a、104b驱动电路
[0127]
105绝缘部件
[0128]
106控制装置
[0129]
107电抗器
[0130]
109a直流电源
[0131]
200绝缘型dc/dc转换器
[0132]
201a、201b、201c、201d开关元件
[0133]
201e、201f、201g、201h开关元件
[0134]
202变压器
[0135]
203a、203b电容元件
[0136]
204a、204b驱动电路
[0137]
205绝缘元件
[0138]
206控制装置
[0139]
207载波信号生成部
[0140]
208、238控制信号生成部
[0141]
209、239信号阻断判定部
[0142]
210b初级侧电路
[0143]
210a次级侧电路
[0144]
211、212、213转换单元
[0145]
220a初级侧转换电路
[0146]
220b次级侧转换电路