Dc-ac转换装置和控制电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种通过全桥电路的切换控制来将DC电压转换为AC电压的DC-AC (直流-交流)转换装置，以及涉及一种用于控制所述DC-AC转换装置的操作的控制电路。
【背景技术】
[0002]插电式油电混合动力车辆(PHEV)和电动车辆(EV)变得更加流行和普遍，这些车辆中安装了用于将家用商业电源供应的AC电压转换为DC电压的AC-DC转换装置，以通过在AC-DC转换装置中转换获得的DC电压来为电池充电。
[0003]近年来，期望插电式油电混合动力车辆或电动车辆的电池用作用于灾难救援或紧急情况的电源。为了使用电池作为紧急情况电源，有必要双向地执行从AC电压至DC电压以及从DC电压至AC电压的转换。
[0004]专利文献I公开了一种双向AC-DC转换装置，其通过执行双向AC-DC转换来将AC电压转换为DC电压以及进行反向转换。双向AC-DC转换装置包括:转换电路，其在为电池充电时用作功率因数改进电路，并且在电池放电时用作逆变器电路；以及绝缘双向DC-DC转换电路。双向DC-DC转换电路包括位于电压转换器两侧的两个全桥电路，所述全桥电路分别用作逆变器和整流器电路。更具体地说，在为电池充电时，在AC电源侧的全桥电路用作逆变器，而在电池侧的全桥电路用作整流器电路。在电池放电时，电池侧的全桥电路用作逆变器，而AC电源侧的全桥电路用作整流器电路。电池侧的全桥电路还设有在充电时用于平滑或在放电时用于去耦的电容器。
[0005]然而，在根据专利文献I的双向AC-DC转换装置中，当为电池充电时，过量的波纹电流流入电容器，因此会损坏电容器。
[0006]专利文献2公开了一种解决了上述问题的双向AC-DC转换装置。除与专利文献I中的电路构造相似的电路构造以外，根据专利文献2的双向AC-DC转换装置还包括位于电池侧的全桥电路与电容器之间的线圈。继电器与线圈并联，并且双向AC-DC转换装置被构造为通过继电器在充电时与放电时之间切换路线。当电池充电时，其切换为使得电流流入线圈，以防止由于切换导致的过量波纹电流流入电容器。当电池放电时，继电器导通以避免能量在线圈中的积累，以及防止线圈由于切换控制而发生过量的冲击电压，否则可对全桥电路造成损坏。
[0007]而且，专利文献3公开了一种双向AC-DC转换装置，除与专利文献I的电路构造相似的电路构造以外，其还包括在电池侧的全桥电路中布置的线圈。
[0008][现有技术文献]
[0009][专利文献]
[0010]专利文献1:日本专利申请公开N0.2010-178566
[0011]专利文献2:日本专利申请公开N0.2012-70518
[0012]专利文献3:日本专利N0.4670582
【发明内容】
[0013][本发明要解决的技术问题]
[0014]然而，在专利文献2中，需要增加继电器，这使得构造复杂。
[0015]此外，在常规双向DC-DC转换电路中，在其中通过控制占空比不能执行电压转换并且将要输入至双向AC-DC转换装置/将要从双向AC-DC转换装置输出的AC电压和DC电压的电压值被预设的情况下，会产生问题。即使通过脉宽调制(PWM)来控制施加至全桥电路的电压，电荷也被存储在了在PWM控制的ON时段中已被截止的切换元件的寄生电容中，因此由于存储在寄生电容中的电荷而使得即使在电压截止的时段中也保持电流。因此，通过PffM控制不能执行电压转换。虽然理解将被输出的电压值可通过改变构成电压转换器的线圈的匝数比而改变，但是如果可被输出的DC电压的电压值被设为很高，则可被输出的AC电压将很低，很可能无法执行电压转换以满足预设电压值。
[0016]此外，在专利文献3中，通过切换控制在线圈中积累的能量作为冲击电压被施加至全桥电路，这会损坏全桥电路。
[0017]在这种情况下，本发明的发明人构思出的想法是提供一种在双向AC-DC转换装置的DC输入/输出侧上包含通过线圈提供的电容器的全桥电路，并且执行预定切换控制，以防止电容器被波纹电流损坏，从而防止全桥电路被冲击电压损坏，而不用增加诸如继电器的组件，并且还能升高将被输出的AC电压。
[0018]然而，当电容器和线圈设置在双向AC-DC转换装置的DC输入/输出侧上时，随着负载增大，包括在将从电池输出的电流中的波纹电流增大，从而导致功率因数减小的问题。此外，波纹电流的增大会导致电池寿命缩短的问题。在从双向AC-DC转换装置输出的AC电压的频率为60Hz的情况下，产生120Hz的波纹电流。通常，通过增大用于去耦的电容器的电容量来减小波纹电流，然而，这导致成本增大的问题。波纹电流的问题不限于双向AC-DC转换装置，并且在DC电压输入侧上设有上述电容器和线圈的DC-AC转换装置中也发生相似的问题。
[0019]鉴于上述环境提出本发明，并且本发明致力于提供这样一种DC-AC转换装置，其包括通过线圈在DC输入侧上设有电容器的全桥电路，其中可执行预定切换控制以减小从电池输出的波纹电流，而不用增大电容器的电容量，以及提供一种控制电路。
[0020][技术方案]
[0021]本申请中的本发明涉及一种DC-AC转换装置，该DC-AC转换装置包括:DC_DC转换电路，其具有全桥电路并对施加至全桥电路的DC端子对的DC电压进行转换，以输出转换后的DC电压；DC-AC转换电路，其将从DC-DC转换电路输出的DC电压转换为AC电压，并且输出转换后的AC电压；线圈，其一端连接至DC端子对的一个端子；以及电容器，其连接在线圈的另一端与DC端子对的另一端子之间，所述DC-AC转换装置还包括:短路控制部分，其控制全桥电路的切换，以使得全桥电路的桥臂暂时短路；反相控制部分，在短路控制部分使全桥电路的桥臂暂时短路之后，该反相控制部分控制全桥电路的切换，以使得从全桥电路输出的AC电压的相位反向；以及短路持续时间改变部分，其根据从DC-AC转换电路输出的AC电压的周期来以特定周期改变全桥电路的桥臂短路的持续时间。
[0022][有益效果]
[0023]根据本发明，在包括了将电容器通过线圈设在DC输入侧上的全桥电路的构造中，可执行预定切换控制以减小从电池输出的波纹电流，而不用增大电容器的电容量。
【附图说明】
[0024]图1是示出根据本发明的实施例的双向DC-AC转换装置的构造示例的电路图；
[0025]图2是示出控制电路的构造示例的框图；
[0026]图3是示出切换控制的方法的时序图；
[0027]图4是示出第二全桥电路的操作示例的说明性示图；
[0028]图5是示出施加至电压转换器的AC电压的时序图；
[0029]图6是示出从短路状态切换至AC电压的相位反向的状态的方法的操作说明图；
[0030]图7是示出从电池输出的波纹电流的波形；
[0031]图8是示出短路持续时间中的改变的曲线图；
[0032]图9是示出通过短路持续时间的改变而使波纹电流变化的波形；
[0033]图10是示出控制单元关于切换控制执行的处理程序的流程图；
[0034]图11是示出控制单元关于切换控制执行的处理程序的流程图；
[0035]图12是示出控制单元关于短路持续时间的改变而执行的处理程序的流程图；
[0036]图13是示出控制单元关于短路持续时间的改变而执行的另一处理程序的流程图；
[0037]图14是示出第二全桥电路的另一操作示例的说明图；
[0038]图15是示出第二全桥电路的另一操作示例的说明图；以及
[0039]图16是示出双向DC-AC转换装置的电压上升功能的操作说明图。
【具体实施方式】
[0040][本发明的实施例的描述]
[0041]首先，将列出和描述本发明的实施例的细节。
[0042](I)根据当前实施例的DC-AC转换装置是这样一种装置，其包括=DC-DC转换电路，其具有全桥电路并对施加至全桥电路的DC端子对的DC电压进行转换，以输出转换后的DC电压；DC-AC转换电路，其将从DC-DC转换电路输出的DC电压转换为AC电压，并且输出转换后的AC电压；线圈，其一端连接至DC端子对的一个端子；以及电容器，其连接在线圈的另一端与DC端子对的另一端子之间，所述DC-AC转换装置还包括:短路控制部分，其控制全桥电路的切换，以使得全桥电路的桥臂暂时短路；反相控制部分，在短路控制部分将全桥电路的桥臂暂时短路之后，该反相控制部分控制全桥电路的切换，以使得从全桥电路输出的AC电压的相位反向；以及短路持续时间改变部分，其根据从DC-AC转换电路输出的AC电压的周期来使全桥电路的桥臂短路的持续时间以特定周期改变。
[0043]根据当前实施例，控制电路控制全桥电路的切换，以使全桥电路的桥臂暂时短路，以将AC输入/输出部分所输出的AC电压的相位反向。也就是说，全桥电路的切换将不暂时阻挡电流的流动，并且在DC-AC转换时积累在线圈中的能量将不作为冲击电压施加至全桥电路。
[0044]而且，在全桥电路的桥臂短路的预定时段中将能量存储在线圈中，因此，利用线圈的能量可升尚AC电压。
[0045]另外，用于使全桥电路的桥臂短路的持续时间根据从DC-AC转换电路输出的AC电压的周期来以特定周期改变，从而将要从电池输出至全桥电路的DC端子对的波纹电流可减小。在多数情况下，当负载电流增大时波纹电流往往通过增加短路持续时间而减小，并且当负载电流减小时波纹电流往往通过减少短路持续时间而减小。
[0046]更具体地说，就双向DC-AC转换装置而言，由于线圈介于电容器的一端与全桥电路之间，因此在AC-DC转换时过量的波纹电流将不从全桥电路流入电容器。
[0047](2)在根据当前实施例的DC-AC转换装置中，全桥电路包括:第一桥臂，其具有彼此串联的在正电极侧上的第一切换元件和在负电极侧上的第二切换元件；以及第二桥臂，其具有彼此串联的在正电极侧上的第三切换元件和在负电极侧上的第四切换元件，并且第二桥臂与第一桥臂并联连接，并且当在第一切换元件和第四切换元件处于接通状态(即，导通状态)而第二切换元件和第三切换元件处于关断状态(即，截止状态)的一种激励状态与第一切换元件和第四切换元件处于关断状态而第二切换元件和第三切换元件处于接通状态的一种激励状态之间相互切换之前，短路控制部分将第一切换元件和第二切换元件暂时切换为接通状态(或关断状态)，并且将第三切换元件和第四切换元件切换为关断状态(或接通状态)。
[0048]根据当前实施例，在第一切换元件和第四切换元件处于接通状态而第二切换元件和第三切换元件处于关断状态的一种激励状态与第一切换元件和第四切换元件处于关断状态而第二切换元件和第三切换元件处于接通状态的一种激励状态之间相互切换之前，在预定时间段将第一切换元件和第二切换元件切换为接通状态(或关断状态)而将第三切换元件和第四切换元件切换为关断状态(或接通状态)，以实现暂时短路状态。
[0049](3)在根据当前实施例的DC-AC转换装置中，全桥电路的桥臂短路的持续时间A T