專利名稱：電源電路及電力變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混合動(dòng)力汽車或者電動(dòng)汽車的電源電路及電力變換裝置。
背景技術(shù)：
若構(gòu)成逆變器的開(kāi)關(guān)元件的切換速度較快，則切換損耗變小，但開(kāi)關(guān)元件的集電極-發(fā)射極間的電壓容易發(fā)生浪涌(surge)。該情況下，若該電壓超過(guò)額定電壓，則存在開(kāi)關(guān)元件發(fā)生故障的問(wèn)題。另一方面，若切換速度較慢，則雖然難以發(fā)生浪涌，但開(kāi)關(guān)元件的切換損耗增大，能量效率惡化。再有，在切換速度較慢的情況下，結(jié)溫度容易上升，若該溫度超過(guò)額定溫度，則開(kāi)關(guān)元件會(huì)發(fā)生故障。控制極驅(qū)動(dòng)電路中需要進(jìn)行使上述問(wèn)題的權(quán)衡最佳化的設(shè)計(jì)，希望控制極電壓不發(fā)生變動(dòng)，為了將控制極電壓保持恒定，需要使電源電路的輸出電壓不發(fā)生變動(dòng)。在現(xiàn)有的電源電路中，若控制極驅(qū)動(dòng)電路的載波頻率(切換頻率)升高，則開(kāi)關(guān)元件的控制極電容的充放電電流增加，在控制極消耗的電力增加。另一方面，反饋輸出電路如控制極驅(qū)動(dòng)電路那樣，無(wú)法對(duì)載波頻率fc作出響應(yīng)。因此，如圖6所示，即使在電源電路中消耗的電力增加，反饋輸出電路的輸出電壓601也不會(huì)發(fā)生變化，即使載波頻率fc變化，提供給控制極驅(qū)動(dòng)電路的電力也是恒定的。即使提供給控制極驅(qū)動(dòng)電路的電力恒定，在控制極驅(qū)動(dòng)電路中消耗的電力也會(huì)增加，因此如圖6的次級(jí)側(cè)輸出電路的電源電壓Vcc所示，電源電壓下降。由此，存在以下問(wèn)題開(kāi)關(guān)元件的控制極電壓從最佳設(shè)計(jì)的條件開(kāi)始下降，切換損耗增加，能量效率惡化。在專利文獻(xiàn)1公開(kāi)的電源電路中，公開(kāi)了以下發(fā)明在輸出電路的負(fù)載降低的情況下，設(shè)置于輸出電路中的虛擬負(fù)載電路關(guān)閉，使負(fù)載增加，從而抑制輸出電壓的增加。然而，在專利文獻(xiàn)1公開(kāi)的電源電路中，雖然針對(duì)在輸出電路的負(fù)載降低的情況下輸出電路的輸出電壓增加的問(wèn)題采取了對(duì)策，但并未考慮在輸出電路的負(fù)載增加的情況下輸出電路的輸出電壓降低的問(wèn)題。專利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)2005-341695號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種即使載波頻率增加也能夠抑制輸出電壓的降低的電力變換裝置。本發(fā)明涉及的電力變換裝置的特征在于，具有逆變器電路，其將直流電力變換為交流電力，且由構(gòu)成上臂及下臂的多個(gè)開(kāi)關(guān)元件組成；控制所述多個(gè)開(kāi)關(guān)元件的控制電路；基于來(lái)自所述控制電路的信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)所述多個(gè)開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)電路；和向所述驅(qū)動(dòng)電路提供電力的絕緣型電源電路，所述控制電路控制從所述電源電路向所述驅(qū)動(dòng)電路輸出的電源電壓，所述驅(qū)動(dòng)電路基于載波頻率以及所述電源電壓，驅(qū)動(dòng)所述多個(gè)開(kāi)關(guān)元件，所述電源電路具有將輸出到所述驅(qū)動(dòng)電路的電壓向電源控制IC輸出的反饋電路，所述反饋電路具有基于所述載波頻率的變化來(lái)控制輸出到所述電源控制IC的電壓的虛擬電路。(發(fā)明效果)可以提供一種即使載波頻率增加，也可以抑制向控制極輸出的輸出電壓的降低的電力變換裝置。


圖1是本發(fā)明的緩沖電路的電路圖。圖2是本發(fā)明第一實(shí)施方式涉及的電源電路的電路圖。圖3是表示三相電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用逆變器的電路構(gòu)成例的圖。圖4是本發(fā)明第一實(shí)施方式涉及的虛擬負(fù)載電路的電路圖。圖5是表示控制極驅(qū)動(dòng)電路的構(gòu)成例的電路圖。圖6是表示現(xiàn)有例的電源電路中的電源電壓的載波頻率依賴性的圖。圖7是表示本發(fā)明的電源電路中的電源電壓的載波頻率依賴性的圖。圖8是本發(fā)明的第二實(shí)施方式涉及的電源電路的電路圖。圖9是本發(fā)明的第二實(shí)施方式涉及的虛擬負(fù)載電路的電路圖。圖10是本發(fā)明的第三實(shí)施方式涉及的電源電路的電路圖。圖11是本發(fā)明的第三實(shí)施方式涉及的虛擬負(fù)載電路的電路圖。圖12是本發(fā)明的第四實(shí)施方式涉及的電源電路的電路圖。圖13是本發(fā)明的第四實(shí)施方式涉及的虛擬負(fù)載電路的電路圖。圖中101-電源控制IC，102-變壓器驅(qū)動(dòng)M0SFET，103-變壓器，104-整流二極管，105-電容器，106-控制極驅(qū)動(dòng)電路，107-反饋輸出電路，108-分壓電路，109-電池，201-虛擬電路，203-外部輸入信號(hào)端子，220、221_次級(jí)側(cè)線圈，222-初級(jí)側(cè)線圈，308-控制極信號(hào)布線。
具體實(shí)施例方式除了上述發(fā)明所要解決的技術(shù)課題欄或發(fā)明效果欄所記載的內(nèi)容以外，在以下的實(shí)施方式中，在產(chǎn)品化的基礎(chǔ)上可以解決所期望的課題，另外，在產(chǎn)品化的基礎(chǔ)上可以達(dá)到優(yōu)選的效果。在下面描述其中幾點(diǎn)并利用實(shí)施方式的說(shuō)明，對(duì)具體課題的解決或具體效果進(jìn)行說(shuō)明。(第一實(shí)施方式)利用圖2對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。在圖2中示出控制極驅(qū)動(dòng)電路用的電源電路。該電源電路是反饋型電路。電源電路為了對(duì)輸出進(jìn)行絕緣，具有變壓器103。變壓器103具有1個(gè)初級(jí)側(cè)線圈222和7個(gè)次級(jí)側(cè)線圈220、221。次級(jí)側(cè)線圈中的1個(gè)是電源電壓的反饋用的虛擬線圈220，剩下的6個(gè)向控制極驅(qū)動(dòng)電路221提供電源。在變壓器的初級(jí)側(cè)，具有電源控制IC101、變壓器驅(qū)動(dòng)用M0SFET102。初級(jí)側(cè)線圈經(jīng)由電動(dòng)機(jī)控制電路而連接著逆變器外部的電池109。電源控制IClOl向M0SFET102的控制極輸出PWM信號(hào)，對(duì)變壓器103的初級(jí)側(cè)電流進(jìn)行切換。此時(shí)，變壓器103側(cè)初級(jí)側(cè)電流隨著PWM的占空比而變化，可以使從電池109傳送到次級(jí)側(cè)的電力發(fā)生變化。電池109的基準(zhǔn)電位是車輛的車體，與向電動(dòng)機(jī)提供電力的上述高電壓直流電源306的基準(zhǔn)電位有所不同。次級(jí)側(cè)的線圈上具有整流二極管104、電容器105，電容器的端子成為輸出。作為負(fù)載，在輸出上連接著與各自的控制極對(duì)應(yīng)的控制極驅(qū)動(dòng)電路106UP、UN、VP、VN、WP、WN(以下，表示為控制極驅(qū)動(dòng)電路106)。即，三相上下臂共計(jì)6個(gè)電路。在此，圖3所示的電源電路190將電池109作為電源，基準(zhǔn)電位為車輛車體，因此必須與次級(jí)側(cè)的輸出電路的基準(zhǔn)電位絕緣，無(wú)法將該輸出電路電壓反饋。因此，作為反饋用輸出電路107，另外準(zhǔn)備使電池109與基準(zhǔn)電位相等的第七次級(jí)側(cè)輸出電路。反饋用輸出電路107也具有與其他次級(jí)側(cè)輸出電路相同的整流二極管和電容器。再有，反饋用輸出電路的次級(jí)側(cè)線圈也具有與其他次級(jí)側(cè)線圈相同的匝數(shù)，在變壓器的線圈間耦合十分密集的情況下，在反饋用輸出電路107中也會(huì)出現(xiàn)與其他次級(jí)側(cè)電路相同的輸出電壓。反饋用輸出電路107中具有將其輸出電壓分壓為規(guī)定電壓的分壓電路108。在此，分壓電路將輸出電壓信號(hào)反饋到電源控制IClOl。而且，電源控制IClOl檢測(cè)電源電路的反饋用輸出電路的輸出電壓，按照該輸出電壓成為規(guī)定電壓(15V)的方式調(diào)整對(duì)變壓器驅(qū)動(dòng)用M0SFET102進(jìn)行切換的PWM輸出信號(hào)的占空比。反饋用輸出電路107中具備虛擬負(fù)載電路201。虛擬負(fù)載電路201具有外部輸入信號(hào)端子203，并被連接在反饋用輸出電路的輸出202與地線之間。外部輸入信號(hào)端子203連接著U相下臂控制極信號(hào)布線308。在此，雖然作為例子，外部輸入信號(hào)端子203連接著U相下臂控制極信號(hào)布線308，但也可以連接除此以外的控制極信號(hào)布線。(逆變器)混合動(dòng)力汽車的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用逆變器(電力變換裝置)具備將從直流電源提供的直流電力變換為用于向旋轉(zhuǎn)電機(jī)等交流電氣負(fù)載提供的交流電力的功能；或者將由旋轉(zhuǎn)電機(jī)生成的交流電力變換為用于向直流電流提供的直流電力的功能。為了達(dá)到上述變換功能，逆變器具有MOSFET或IGBT等開(kāi)關(guān)元件，上述開(kāi)關(guān)元件通過(guò)重復(fù)進(jìn)行接通/關(guān)閉，從而進(jìn)行從直流電力向交流電力或者從交流電力向直流電力的上述電力變換。利用圖3對(duì)混合動(dòng)力汽車的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用逆變器的電路的構(gòu)成例進(jìn)行說(shuō)明。逆變器301由電動(dòng)機(jī)控制電路302、控制極驅(qū)動(dòng)電路303、具有開(kāi)關(guān)元件的功率模塊304構(gòu)成。功率模塊304具有IGBT130、150和二極管120、140以電方式并聯(lián)連接的臂，將配置在降壓直流電源的正極側(cè)的臂稱為上臂，將配置在高壓直流電源的負(fù)極側(cè)的臂稱為下臂。串聯(lián)電路180是將構(gòu)成上臂的IGBT的發(fā)射極電極132和構(gòu)成下臂的IGBT的集電極電極150電串聯(lián)連接的電路，具有將電力輸出到電動(dòng)機(jī)310的中間輸出端子155。再有，在驅(qū)動(dòng)三相電動(dòng)機(jī)的逆變器的情況下，因?yàn)樾枰?個(gè)輸出，所以內(nèi)置3個(gè)上述開(kāi)關(guān)元件的上下臂的串聯(lián)電路180。還有，在控制極驅(qū)動(dòng)電路303內(nèi)部，與3個(gè)上下臂的IGBT130、150分別對(duì)應(yīng)地各存在1個(gè)控制極驅(qū)動(dòng)電路，共計(jì)具有6個(gè)控制極驅(qū)動(dòng)電路106。從電動(dòng)機(jī)控制電路302到控制極驅(qū)動(dòng)電路303，連接有電源線309以及以向U相下臂控制極驅(qū)動(dòng)電路106UN的控制極信號(hào)布線308為代表的共計(jì)6根控制極信號(hào)布線。在此應(yīng)注意電動(dòng)機(jī)控制電路302與控制極驅(qū)動(dòng)電路303內(nèi)的控制極驅(qū)動(dòng)電路106的基準(zhǔn)電位有所不同?；旌蟿?dòng)力汽車的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用逆變器的外部電源一般有兩種。即，通常的車輛用12V電源和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用的高電壓電源306。在此，12V電源是控制電路用的，其基準(zhǔn)電位是車輛的車體。再有，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用的高電壓電源306是提供給IGBT130、150的電源，其基準(zhǔn)電位不限于車輛車體，有時(shí)可以設(shè)為高電壓電源的正電極電位與負(fù)電極電位的中間電位成為車輛車體。在本實(shí)施方式中，在上述電動(dòng)機(jī)控制電路302中使用車輛用12V電源，其基準(zhǔn)電位即為車輛車體。另一方面，上臂用的控制極驅(qū)動(dòng)電路106UP、106VP、106WP的基準(zhǔn)電位和各控制極驅(qū)動(dòng)電路106UP、106VP、106WP所對(duì)應(yīng)的IGBT130的發(fā)射極電極132、即逆變器的中間輸出端子為相同電位，下臂的控制極驅(qū)動(dòng)電路106UN、106VN、106WN的基準(zhǔn)電位和各控制極驅(qū)動(dòng)電路106UN、106VN、106WN所對(duì)應(yīng)的IGBT150的發(fā)射極電極152、即高壓直流電源306的負(fù)極側(cè)電位為相同電位。作為逆變器的動(dòng)作，首先電動(dòng)機(jī)控制電路302為了對(duì)上述IGBT130、150進(jìn)行切換，向控制極驅(qū)動(dòng)電路303的6個(gè)控制極驅(qū)動(dòng)電路106發(fā)送PWM方式的控制極信號(hào)。在此，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)控制電路302的基準(zhǔn)電位與控制極驅(qū)動(dòng)電路303的基準(zhǔn)電位不同，所以信號(hào)的收發(fā)是經(jīng)由光電耦合器等絕緣信號(hào)傳輸裝置來(lái)進(jìn)行的。接著，控制極驅(qū)動(dòng)電路106基于上述控制極信號(hào)，向IGBT130、150的控制極-發(fā)射極端子之間提供電壓，對(duì)IGBT130、150進(jìn)行切換。由此，IGBT130U50使電流流過(guò)電動(dòng)機(jī)310，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)310。(控制極驅(qū)動(dòng)電路)圖5表示1個(gè)電路份的控制極驅(qū)動(dòng)電路106的例子的框圖?？刂茦O驅(qū)動(dòng)電路501主要由光電耦合器507、控制極驅(qū)動(dòng)IC509、緩沖器510、與控制極驅(qū)動(dòng)IC509及緩沖器510并聯(lián)連接的電源旁路電容器560以及與IGBT130、150的控制極-發(fā)射極間并聯(lián)連接的電容器550構(gòu)成。上述控制極信號(hào)從電動(dòng)機(jī)控制電路302經(jīng)由光電耦合器507而被輸入到控制極驅(qū)動(dòng)IC509。從該電動(dòng)機(jī)控制電路302輸入的上述控制極信號(hào)的基準(zhǔn)電位為車輛車體，信號(hào)電平為5V。與此相對(duì)，在控制極驅(qū)動(dòng)電路106中，基準(zhǔn)電位與從電動(dòng)機(jī)控制電路輸入的控制極信號(hào)不同，信號(hào)電平也成為比驅(qū)動(dòng)大電流的IGBT的控制極閾值電壓高的15V。也就是說(shuō)，光電耦合器507除了絕緣信號(hào)傳輸以外，還承擔(dān)信號(hào)電平轉(zhuǎn)換的任務(wù)?；谠撔盘?hào)，控制極驅(qū)動(dòng)IC509經(jīng)由緩沖器510而提供IGBT130、150的控制極-發(fā)射極間電壓。(緩沖器電路)緩沖器電路510采用電阻450、IGBT460、IGBT470及電阻480如圖1那樣串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)。其中，在IGBI~460及IGBI~470的控制極上電連接控制極電阻440。(虛擬負(fù)載電路)使用圖4對(duì)虛擬負(fù)載電路201進(jìn)行說(shuō)明。本電路由外部輸入信號(hào)緩沖器411、驅(qū)動(dòng)器412、負(fù)載電容409和負(fù)載電阻410構(gòu)成，電源及接地端分別連接著反饋輸出電路的輸出202及地線。其中，旁路電容器413與控制極驅(qū)動(dòng)電路106的電源旁路電容器560對(duì)應(yīng)，優(yōu)選設(shè)計(jì)為具有與存在于控制極驅(qū)動(dòng)電路106內(nèi)的電源旁路電容器560相同的電容。外部輸入信號(hào)緩沖器411將控制極信號(hào)的信號(hào)電平從5V變換為15V。外部輸入信號(hào)緩沖器411是由M0SFET402、控制極電阻401和被上拉到反饋輸出電路的輸出202上的電阻403構(gòu)成的信號(hào)反相電路。來(lái)自電動(dòng)機(jī)控制電路302的5V控制極信號(hào)經(jīng)由控制極電阻401而被輸入到M0SFET402的控制極端子。于是，外部輸入信號(hào)緩沖器411將15V的反相信號(hào)輸出到下一級(jí)的驅(qū)動(dòng)器412。驅(qū)動(dòng)器412從反饋輸出電路的輸出202獲得電源，以控制極信號(hào)的頻率對(duì)負(fù)載電容409進(jìn)行充放電。驅(qū)動(dòng)器412是由輸入電阻404、高電位側(cè)輸出電阻405、PNP雙極性晶體管406、NPN雙極性晶體管407、低電位側(cè)輸出電阻408構(gòu)成的非反相緩沖電路。負(fù)載電容409的電容CL2成為與控制極驅(qū)動(dòng)電路的負(fù)載電容、即IGBT模塊304的IGBT130U50的控制極電容與控制極驅(qū)動(dòng)電路106中的電容之和相同的電容。作為具體的電容值的決定方法，只要根據(jù)IGBT130、150的控制極蓄積電荷QG、控制極電壓VG設(shè)為CL2=QG/VG+C0即可。在此，CO是控制極驅(qū)動(dòng)電路中的輸出負(fù)載以外的用電源電壓進(jìn)行充放電的電容負(fù)載的總電容。再有，進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)際測(cè)量控制極驅(qū)動(dòng)電路106的電源電壓的載波頻率依賴性，按照反饋輸出電路的輸出電壓與電源電壓的載波頻率依賴性一致的方式實(shí)驗(yàn)性地調(diào)整CL2。作為負(fù)載電容409的決定方法，除了上述的方法以外，也可以利用與圖5所示的控制極驅(qū)動(dòng)電路106中采用的負(fù)載電容550的同樣的電容。負(fù)載電阻410是模擬控制極驅(qū)動(dòng)電路106的直流電流負(fù)載的電阻，其電阻值RL是流過(guò)與控制極驅(qū)動(dòng)電路106的消耗電流的直流量相同的電流的電阻值。具體是，優(yōu)選是圖5所示的控制極驅(qū)動(dòng)IC509的控制極驅(qū)動(dòng)IC正極連接點(diǎn)520和控制極驅(qū)動(dòng)IC負(fù)極連接點(diǎn)530之間的電阻值。再有，進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)際測(cè)量載波OHz時(shí)的控制極驅(qū)動(dòng)IC正極連接點(diǎn)520和控制極驅(qū)動(dòng)IC負(fù)極連接點(diǎn)530之間的電源電壓，按照反饋輸出電路的輸出電壓與電源電壓的載波頻率依賴性一致的方式實(shí)驗(yàn)性地調(diào)整RL。另外，在虛擬負(fù)載電路201的外部輸入信號(hào)緩沖器411及驅(qū)動(dòng)器412中，若采用實(shí)物的控制極驅(qū)動(dòng)電路106，則能夠模擬實(shí)際的控制極驅(qū)動(dòng)電路的頻率響應(yīng)，進(jìn)一步提高反饋的精度。根據(jù)該構(gòu)成，該虛擬負(fù)載電路201依據(jù)來(lái)自電動(dòng)機(jī)控制電路302的控制極信號(hào)，使驅(qū)動(dòng)器412從反饋輸出電路的輸出202獲得電源，以載波頻率對(duì)與控制極驅(qū)動(dòng)電路106相同的負(fù)載電容進(jìn)行充放電。負(fù)載電阻410從反饋輸出電路的輸出202獲得電源，并流過(guò)與控制極驅(qū)動(dòng)IC509中流經(jīng)的電流相同的電流，因此在電源電路的反饋輸出電路中，無(wú)論載波頻率如何，都可以再現(xiàn)與控制極驅(qū)動(dòng)電路106同樣的負(fù)載。根據(jù)上述內(nèi)容，即使載波頻率增加而電源電路190的輸出電路的負(fù)載增加，反饋輸出電路的負(fù)載也會(huì)遵循實(shí)際的負(fù)載。因?yàn)榉答佪敵鲭娐返呢?fù)載也可以遵循實(shí)際的負(fù)載，所以如圖7的曲線圖所示，即使載波頻率fc增加，次級(jí)側(cè)輸出電路的電源電壓Vcc702也可以基本保持恒定。因此，可以抑制載波頻率增加時(shí)的輸出電壓的下降、即開(kāi)關(guān)元件的控制極電壓的下降，可以抑制逆變器的電力效率的下降。(第二實(shí)施方式)(電源電路)利用圖8對(duì)第二實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。該電源電路190的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式中說(shuō)明的電源電路的結(jié)構(gòu)大致相同。在第一實(shí)施方式中，因?yàn)橐蚕蛱摂M電路提供電力，所以在虛擬電路內(nèi)也消耗電力。然而，虛擬電路只要以可以防止控制極驅(qū)動(dòng)電路106的輸出電壓的降低的程度輸出反饋輸出電壓即可，因此期望抑制虛擬電路內(nèi)的電力消耗。因此，在本實(shí)施方式中，與第一實(shí)施方式不同的是變壓器803的反饋用線圈804的匝數(shù)減少為其他次級(jí)側(cè)線圈的匝數(shù)的1/3，將分壓電路805的分壓比設(shè)為原來(lái)的3倍。也就是說(shuō)，輸出電壓從15V到5V，成為1/3。根據(jù)上述構(gòu)成，因?yàn)檩敵龅教摂M電路801的電壓減小，所以可以抑制虛擬電路內(nèi)的電力消耗量。虛擬負(fù)載電路801具有外部輸入信號(hào)端子203，并連接在反饋輸出電路的輸出802與地線之間。外部輸入端子808連接著U相下臂控制極信號(hào)布線308。在此，作為例子，外部輸入端子808連接了 U相下臂控制極信號(hào)布線308，但也可以連接除此以外的控制極信號(hào)布線。
(虛擬負(fù)載電路)使用圖9對(duì)第二實(shí)施方式的虛擬負(fù)載電路801進(jìn)行說(shuō)明。本電路由緩沖器IC901、負(fù)載電容902和負(fù)載電阻903構(gòu)成，電源及接地端分別連接著反饋輸出電路的輸出802及地線。其中，旁路電容器904是模擬與控制極驅(qū)動(dòng)電路106并聯(lián)連接的電源旁路電容器560的部件，希望設(shè)計(jì)為具有與存在于控制極驅(qū)動(dòng)電路106內(nèi)的電源旁路電容器560相同的電容。緩沖器IC901因?yàn)閺姆答佪敵鲭娐返妮敵?02獲得5V電源，所以將來(lái)自電動(dòng)機(jī)控制電路302的控制極信號(hào)保持信號(hào)電平5V不變而直接輸入，能夠以控制極信號(hào)的頻率對(duì)負(fù)載電容902進(jìn)行充放電。負(fù)載電容902執(zhí)行與上述第一實(shí)施方式同樣的決定方法。負(fù)載電阻903是模擬控制極驅(qū)動(dòng)電路106的直流電流負(fù)載的部件，其電阻值RL為流經(jīng)控制極驅(qū)動(dòng)電路的消耗電流的直流量的1/3的電流的電阻值。具體是，希望是圖5所示的控制極驅(qū)動(dòng)IC509的控制極驅(qū)動(dòng)IC正極連接點(diǎn)520和控制極驅(qū)動(dòng)IC負(fù)極連接點(diǎn)530之間的電阻值的3倍。再有，進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)際測(cè)量載波OHz時(shí)的控制極驅(qū)動(dòng)IC正極連接點(diǎn)520和控制極驅(qū)動(dòng)IC負(fù)極連接點(diǎn)530之間的電源電壓，按照反饋輸出電路的輸出電壓與電源電壓的載波頻率依賴性一致的方式實(shí)驗(yàn)性地調(diào)整RL。根據(jù)該構(gòu)成，該虛擬負(fù)載電路801依據(jù)來(lái)自電動(dòng)機(jī)控制電路302的控制極信號(hào)，使驅(qū)動(dòng)器901從反饋輸出電路的輸出802獲得電源，以載波頻率，以控制極驅(qū)動(dòng)電路的電源電壓的1/3的電壓對(duì)與控制極驅(qū)動(dòng)電路的負(fù)載電容相同的負(fù)載電容進(jìn)行充放電。負(fù)載電阻903從反饋輸出電路的輸出802獲得電源，并流過(guò)控制極驅(qū)動(dòng)IC509中的消耗電流的電流量的1/3的電流，因此在將輸出電壓縮放為控制極驅(qū)動(dòng)電路106的電源電壓的1/3的反饋輸出電路中，無(wú)論載波頻率如何，都可以再現(xiàn)控制極驅(qū)動(dòng)電路106的1/3的負(fù)載。再有，通過(guò)成為控制極驅(qū)動(dòng)電路106的輸出電壓的1/3，從而無(wú)需緩沖器411，因此能夠使虛擬電路小型化。其中，在想獲得僅抑制消耗電力的效果的情況下，只要將反饋用線圈804的匝數(shù)減少為其他次級(jí)側(cè)線圈的匝數(shù)的1/N，將分壓電路805的分壓比設(shè)為原來(lái)的N倍即可。根據(jù)上述內(nèi)容，即使載波頻率增加而引起電源電路190的輸出電路的負(fù)載增加，反饋輸出電路的負(fù)載也會(huì)遵循實(shí)際的負(fù)載。因?yàn)榉答佪敵鲭娐返呢?fù)載也可以遵循實(shí)際的負(fù)載，所以如圖7的曲線圖所示，即使載波頻率fc增加，次級(jí)側(cè)輸出電路的電源電壓Vcc702也可以基本保持恒定。因此，可以抑制載波頻率增加時(shí)的輸出電壓的下降、即開(kāi)關(guān)元件的控制極電壓的下降，可以抑制逆變器的電力效率的下降。進(jìn)而，通過(guò)使反饋輸出電路的輸出電壓與電動(dòng)機(jī)控制電路302的控制極信號(hào)電壓相同，從而不需要第一實(shí)施方式所示的緩沖器411，可以簡(jiǎn)化虛擬電路801，因此可以小型化、低成本化。還有，因?yàn)檩敵龅教摂M電路801的電壓減小，所以可以降低由虛擬電路801消耗的消耗電力，可以提高電源電路的效率。(第三實(shí)施方式)使用圖10對(duì)本發(fā)明的第三實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。該電源電路與第一實(shí)施方式中說(shuō)明的電源電路基本相同。在第一及第二實(shí)施方式中，輸出到1個(gè)上臂或1個(gè)下臂的控制極信號(hào)被輸出到虛擬電路。然而，在逆變器301的控制方式變化為二相調(diào)制方式的情況下，若使用不工作的1相信號(hào)，則有時(shí)無(wú)法進(jìn)行反饋。因此，在第三實(shí)施方式中，在反饋輸出電路1003的輸出節(jié)點(diǎn)1002與地線之間具有與電動(dòng)機(jī)控制電路302連接的3個(gè)信號(hào)端子1004、1005,1006,由此能夠直接向虛擬電路1002輸出控制極信號(hào)信息、例如基于載波頻率信息的信號(hào)，提高控制的可靠性。基于載波頻率信息的信號(hào)相對(duì)于載波頻率fc的最高頻率fcmax而言，相對(duì)代表低頻帶的頻率f0 = l/4Xfcmax、代表中頻帶的頻率fl = 1/2Xfcmax、代表高頻帶的頻率f2=3/4fcmaX，輸入到信號(hào)端子1004的信號(hào)成為以下信號(hào)，即在載波頻率fc比頻率f0高的情況下為高(‘H，)電平(5V)，在載波頻率fc比f(wàn)0低的情況下為低(‘L’)電平(OV)。再有，輸入到信號(hào)端子1005的信號(hào)成為以下信號(hào)，即載波頻率fc比頻率fl高的情況下為高(‘H’)電平(5V)，在載波頻率fc比f(wàn)l低的情況下為低(‘L’)電平(OV)。還有，輸入到信號(hào)端子1006的信號(hào)成為以下信號(hào)，即載波頻率fc比某一頻率f2高的情況下為高(‘H，)電平(5V)，在載波頻率fc比f(wàn)2低的情況下為低(‘L’)電平(OV)。其中，在此雖然將代表低頻帶的頻率設(shè)為f0 = l/4XfcmaX、將代表中頻帶的頻率設(shè)為Π = 1/2Xfcmax,將代表高頻帶的頻率設(shè)為f2 = 3/4fcmaX，但并不限于該頻率設(shè)定，也可以根據(jù)所使用的頻帶的大小使頻率設(shè)定變化。(虛擬負(fù)載電路)使用圖11對(duì)本發(fā)明的第三實(shí)施方式中的虛擬負(fù)載電路進(jìn)行說(shuō)明。虛擬負(fù)載電路1001由帶開(kāi)關(guān)的直流負(fù)載電路1101、1102、1103及負(fù)載電阻1106構(gòu)成。其中，旁路電容器1107與控制極驅(qū)動(dòng)電路106的電源旁路電容器560對(duì)應(yīng)，希望設(shè)計(jì)為具有與存在于控制極驅(qū)動(dòng)電路106內(nèi)的電源旁路電容器560相同的電容。負(fù)載電阻410是模擬控制極驅(qū)動(dòng)電路1106的直流電流負(fù)載的部件，其電阻值RL是流過(guò)與控制極驅(qū)動(dòng)電路106的消耗電流的直流量相同的電流的電阻值。具體是，希望是圖5所示的控制極驅(qū)動(dòng)IC509的控制極驅(qū)動(dòng)IC正極連接點(diǎn)520和控制極驅(qū)動(dòng)IC負(fù)極連接點(diǎn)530之間的電阻值。再有，進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)際測(cè)量載波OHz時(shí)的控制極驅(qū)動(dòng)IC正極連接點(diǎn)520和控制極驅(qū)動(dòng)IC負(fù)極連接點(diǎn)530之間的電源電壓，按照反饋輸出電路的輸出電壓與電源電壓的載波頻率依賴性一致的方式實(shí)驗(yàn)性地調(diào)整RL。帶開(kāi)關(guān)的直流負(fù)載電路1101由M0SFET1104和被上拉到反饋輸出電路的輸出節(jié)點(diǎn)1002的電阻1105構(gòu)成。若信號(hào)端子1004為高(“H”)電平，則M0SFET1104導(dǎo)通，電流經(jīng)由電阻1105而從反饋輸出電路的輸出節(jié)點(diǎn)1002流向地線。電阻1105的電阻值成為流過(guò)與載波頻率fc = f0時(shí)的控制極驅(qū)動(dòng)電路的電容負(fù)載電流相當(dāng)?shù)碾娏鞯碾娮柚怠Ｆ渌麕ч_(kāi)關(guān)的直流負(fù)載電路1102、1103也具有相同的構(gòu)成。其中，電阻1105、1108、1110的電阻值均是相同的值。虛擬負(fù)載電路1001在載波頻率fc處于0 < fc < f0的非常低的范圍內(nèi)時(shí)，流過(guò)僅由負(fù)載電阻1106產(chǎn)生的電流。再有，在f0 < fc < f 1的低頻帶內(nèi)，除了負(fù)載電阻1106以外，帶開(kāi)關(guān)的直流負(fù)載電路1101也被接通，流過(guò)相當(dāng)于載波頻率fc = f0時(shí)的控制極驅(qū)動(dòng)電路的負(fù)載電流的電流。而且，在fl < fc < f2的中頻帶，除了負(fù)載電阻1106、帶開(kāi)關(guān)的直流負(fù)載電路1101以外，帶開(kāi)關(guān)的直流負(fù)載電路1102也被接通，流過(guò)相當(dāng)于載波頻率fc =fl時(shí)的控制極驅(qū)動(dòng)電路的負(fù)載電流的電流。進(jìn)而，在f2 <fc< fcmax的高頻帶，負(fù)載電阻1106、帶開(kāi)關(guān)的直流負(fù)載電路1101、1102、1103均被接通，流過(guò)相當(dāng)于載波頻率fc = f2時(shí)的控制極驅(qū)動(dòng)電路的負(fù)載電流的電流。再有，在本第三實(shí)施方式中，因?yàn)椴淮嬖诘谝粚?shí)施方式或第二實(shí)施方式所示的負(fù)載電容409、902，所以能夠進(jìn)一步小型化虛擬負(fù)載電路1001，與電源電路的低成本化緊密相關(guān)。還有，流經(jīng)虛擬電路1001的負(fù)載電流僅經(jīng)由電阻1105、1108、1110而被輸出，而不是基于圖4及圖9所示的負(fù)載電容409、902的充放電，因此在反饋輸出電路807的輸出電壓中并未承載脈動(dòng)噪聲(ripple noise)，能夠進(jìn)行穩(wěn)定的控制。另外，雖然將電阻1105、1108、1110的電阻值均設(shè)為相等的值，但也可以設(shè)定為各不相同的值。尤其是，若設(shè)定為電阻1105的電阻值電阻1108的電阻值電阻1110的電阻值為1 2 4，則能夠使電流以8個(gè)階段變化，能夠?qū)?yīng)于更精細(xì)的控制，因此可以提高反饋的可靠性。此外，在將上述實(shí)際上輸出到控制極的切換信號(hào)輸出到虛擬電路的情況下，若改變PWM控制中所采用的占空比，則脈沖寬度會(huì)變細(xì)，有可能無(wú)法感知窄帶脈沖。該情況下，虛擬負(fù)載電路1001通過(guò)從電動(dòng)機(jī)控制電路302接收基于占空比50%的切換信號(hào)的信息，從而不會(huì)產(chǎn)生無(wú)法感知脈沖的狀況，可以進(jìn)一步提高控制的可靠性。根據(jù)上述內(nèi)容，虛擬負(fù)載電路1001可以將來(lái)自電動(dòng)機(jī)控制電路302的與載波頻率信息相關(guān)的信號(hào)直接輸出到反饋輸出電路，即使在逆變器301的控制方式變化為二相調(diào)制方式的情況下，也可以根據(jù)載波頻率來(lái)再現(xiàn)與控制極驅(qū)動(dòng)電路106同樣的負(fù)載，因此可以提高反饋控制的可靠性。因此，即使載波頻率增加而引起電源電路的輸出電路的負(fù)載增加，反饋輸出電路的負(fù)載也會(huì)遵循實(shí)際的負(fù)載，所以可以抑制載波頻率增加時(shí)的輸出電壓的下降、即開(kāi)關(guān)元件的控制極電壓的下降，可以防止逆變器的電力效率的下降。另外，因?yàn)樨?fù)載電流由直流電阻產(chǎn)生，而不是基于切換的電容的充放電，所以反饋輸出電路的輸出電壓中并未承載脈動(dòng)噪聲，能夠進(jìn)行穩(wěn)定的控制。(第四實(shí)施方式)圖12是本發(fā)明的第四實(shí)施方式，基本構(gòu)成與第三實(shí)施方式相同。電動(dòng)機(jī)控制電路302向反饋電路1203的虛擬負(fù)載電路發(fā)送三相的PWM信號(hào)。例如，發(fā)送UN控制極驅(qū)動(dòng)PWM信號(hào)1204、VN控制極驅(qū)動(dòng)PWM信號(hào)1205、WN控制極驅(qū)動(dòng)PWM信號(hào)1206。虛擬負(fù)載電路1201具有3個(gè)第一實(shí)施方式的虛擬負(fù)載電路201，能向每個(gè)虛擬電路201分別輸入3個(gè)PWM信號(hào)。另外，每個(gè)虛擬電路201共用負(fù)載電阻410及負(fù)載電容413，由此可以簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)。進(jìn)而，作為具體的結(jié)構(gòu)，對(duì)于信號(hào)1204而言，具有外部輸入信號(hào)緩沖器411、驅(qū)動(dòng)器412及負(fù)載電容1304。負(fù)載電容1304是第一實(shí)施方式的圖5所示的負(fù)載電容409的1/3的電容。同樣，對(duì)于信號(hào)1205、1206而言，具有外部輸入信號(hào)緩沖器411、驅(qū)動(dòng)器412及負(fù)載電容1305或1306。負(fù)載電容1305、1306是負(fù)載電容409的1/3的電容。根據(jù)上述內(nèi)容，虛擬負(fù)載電路1201可以將來(lái)自電動(dòng)機(jī)控制電路302的與載波頻率信息相關(guān)的信號(hào)直接輸出到反饋輸出電路，即使在逆變器301的控制方式變化為二相調(diào)制方式的情況下，也可以根據(jù)載波頻率來(lái)再現(xiàn)與控制極驅(qū)動(dòng)電路106同樣的負(fù)載，因此可以提高反饋控制的可靠性。再有，因?yàn)樵谔摂M負(fù)載電路1201中，共用負(fù)載電阻410及負(fù)載電容413，所以可以簡(jiǎn)化虛擬電路1201的構(gòu)成，還可以再現(xiàn)UVW三相的平均負(fù)載，能夠緩和反饋輸出電路1203的輸出電壓的脈動(dòng)噪聲。
權(quán)利要求
1.一種電力變換裝置，其特征在于，具有逆變器電路，其將直流電力變換為交流電力，且由構(gòu)成上臂及下臂的多個(gè)開(kāi)關(guān)元件組成；控制電路，其控制所述多個(gè)開(kāi)關(guān)元件；驅(qū)動(dòng)電路，其基于來(lái)自所述控制電路的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)所述多個(gè)開(kāi)關(guān)元件；和電源電路，其向所述驅(qū)動(dòng)電路提供電力，所述控制電路控制從所述電源電路向所述驅(qū)動(dòng)電路輸出的電源電壓，所述驅(qū)動(dòng)電路基于載波頻率以及所述電源電壓，驅(qū)動(dòng)所述多個(gè)開(kāi)關(guān)元件，所述電源電路具有變壓器，其具備初級(jí)側(cè)線圈和經(jīng)由該初級(jí)側(cè)線圈提供電壓的多個(gè)次級(jí)側(cè)線圈，其中從電池向該初級(jí)側(cè)線圈提供電壓；以及反饋電路，所述多個(gè)次級(jí)側(cè)線圈中的第一次級(jí)側(cè)線圈向所述驅(qū)動(dòng)電路輸出電壓，所述多個(gè)次級(jí)側(cè)線圈中的第二次級(jí)側(cè)線圈向所述反饋電路輸出電壓，所述反饋電路具有基于所述載波頻率的變化來(lái)控制輸出到所述初級(jí)側(cè)線圈的電壓的虛擬電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，所述逆變器電路具有將所述上臂與所述下臂串聯(lián)連接的串聯(lián)電路，即U相電路、V相電路及W相電路，所述驅(qū)動(dòng)電路由與構(gòu)成所述U相電路、V相電路、W相電路的所述上臂及所述下臂各自所對(duì)應(yīng)的多個(gè)控制極驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，所述虛擬電路具有第一開(kāi)關(guān)單元、第二開(kāi)關(guān)單元、電容器和電阻，所述第一開(kāi)關(guān)單元與第二開(kāi)關(guān)單元構(gòu)成串聯(lián)連接的串聯(lián)電路，且該第一開(kāi)關(guān)單元配置在電位比該第二開(kāi)關(guān)單元還高的高電位側(cè)，所述電容器與所述第二開(kāi)關(guān)單元并聯(lián)連接，所述電阻與所述串聯(lián)電路并聯(lián)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變換裝置，其特征在于，所述電容器的靜電電容與在構(gòu)成所述逆變器電路的1個(gè)開(kāi)關(guān)元件的控制極-發(fā)射極間并聯(lián)連接的電容器的靜電電容大致相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電力變換裝置，其特征在于，所述電阻的電阻值是所述控制極驅(qū)動(dòng)電路所具備的控制極IC的正極連接點(diǎn)及控制極IC的負(fù)極連接點(diǎn)之間的電阻值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電力變換裝置，其特征在于，所述第二次級(jí)側(cè)線圈的匝數(shù)比所述初級(jí)側(cè)線圈的匝數(shù)還少。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電力變換裝置，其特征在于，所述初級(jí)側(cè)線圈與所述第二次級(jí)側(cè)線圈的匝數(shù)之比和所述電池的電壓與驅(qū)動(dòng)所述開(kāi)關(guān)元件的電壓之比為同一比。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，所述虛擬電路具有串聯(lián)連接了電阻和開(kāi)關(guān)元件的多個(gè)開(kāi)關(guān)電路；以及第一電阻，所述第一電阻與所述開(kāi)關(guān)電路并聯(lián)連接，所述控制電路使根據(jù)所述載波頻率的變動(dòng)而導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)電路的數(shù)量變動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述電力變換裝置，其特征在于，所述多個(gè)開(kāi)關(guān)電路由第一開(kāi)關(guān)電路、第二開(kāi)關(guān)電路以及第三開(kāi)關(guān)電路構(gòu)成，所述控制電路在所述載波頻率為第一規(guī)定值以上的情況下使所述第一開(kāi)關(guān)電路導(dǎo)通，在所述載波頻率為第二規(guī)定值以上的情況下使所述第一開(kāi)關(guān)電路及所述第二開(kāi)關(guān)電路導(dǎo)通，在所述載波頻率為第三規(guī)定值以上的情況下使所述第一開(kāi)關(guān)電路、所述第二開(kāi)關(guān)電路以及所述第三開(kāi)關(guān)電路導(dǎo)通，所述第一規(guī)定值比所述第二規(guī)定值還小，所述第二規(guī)定值比所述第三規(guī)定值還小。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變換裝置，其特征在于，所述反饋電路具有與所述U相電路、所述V相電路及所述W相電路各自對(duì)應(yīng)的多個(gè)所述虛擬電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電力變換裝置，其特征在于，從所述控制電路輸出所述載波頻率的信息。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電源電路及電力變換裝置。該電力變換裝置具有逆變器電路，其將直流電力變換為交流電力，且由構(gòu)成上臂及下臂的多個(gè)開(kāi)關(guān)元件組成；控制所述多個(gè)開(kāi)關(guān)元件的控制電路；基于來(lái)自所述控制電路的信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述多個(gè)開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)電路；和向所述驅(qū)動(dòng)電路提供電力的絕緣型電源電路，所述控制電路控制從所述電源電路向所述驅(qū)動(dòng)電路輸出的電源電壓，所述驅(qū)動(dòng)電路基于載波頻率和所述電源電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)所述多個(gè)開(kāi)關(guān)元件，所述電源電路具有將輸出到所述驅(qū)動(dòng)電路的電壓向電源控制IC輸出的反饋電路，所述反饋電路具有基于所述載波頻率的變化控制輸出到所述電源控制IC的電壓的虛擬電路。由此，即使載波頻率增加，也可以抑制輸出電壓的下降。
文檔編號(hào)H02M1/44GK102386799SQ20111023641
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者能登康雄, 船場(chǎng)誠(chéng)司, 辻雅薰 申請(qǐng)人:日立汽車系統(tǒng)株式會(huì)社