專利名稱：Dc-dc轉換器和dc-dc轉換器的控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及DC-DC轉換器。
背景技術：
在對電動機等進行牽引與再生或進行蓄電池的充放電等的情況下，有時會使用雙向DC-DC轉換器(專利文獻I)。現有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特開2008-35675號公報

發(fā)明內容
發(fā)明所要解決的問題然而，在現有的雙向DC-DC轉換器中，不能簡單地進行從牽引到再生的切換、或者從再生到牽引的切換。另外，由于有必要進行牽引的控制與再生的兩者的控制，因此存在控制系統(tǒng)復雜化等的問題。因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠簡單地進行從牽引到再生的切換或者從再生到牽引的切換的DC-DC轉換器。

解決問題的技術手段為了解決上述問題，根據本發(fā)明所涉及的第IDC-DC轉換器，其特征在于，是連接在驅動電動機的逆變器與蓄電池之間的DC-DC轉換器，所述DC-DC轉換器具備變壓器、在所述變壓器的初級側構成的電壓型電力變換器、檢測所述電壓型電力變換器的輸入輸出端的電壓的第I電壓檢測電路、在所述變壓器的次級側構成的電流型電力變換器、檢測所述電流型電力變換器的輸入輸出端的電壓的第2電壓檢測電路、檢測所述電流型電力變換器的輸入輸出端的輸入輸出電流的電流檢測電路、以及控制從所述變壓器的初級側到次級側的電力變換和從次級側到初級側的電力變換中的所述電壓型電力變換器和所述電流型電力變換器的動作的控制器，所述電壓型電力變換器的輸入輸出端和所述電流型電力變換器的輸入輸出端中的任意一方連接于所述逆變器，任意另一方連接于所述蓄電池，所述控制器具備基于所述電壓型電力變換器的輸入輸出端的電壓值生成與所述輸入輸出電流相關的第I操作量Ql的第I控制系統(tǒng)、基于所述電流型電力變換器的輸入輸出端的電壓值生成與所述輸入輸出電流相關的第2操作量Q2的第2控制系統(tǒng)、以及基于所述第I操作量和所述第2操作量以及所述輸入輸出電流生成用于PWM控制或PFM控制的指令值的第3控制系統(tǒng)，并基于所述指令值控制所述電壓型電力變換器和所述電流型電力變換器的動作，在令向所述蓄電池的充電電流的最大值為Il且令來自于所述蓄電池的放電電流的最大值為12時，限制所述第I控制系統(tǒng)所生成的操作量Ql的范圍被設定為-12 ^ Ql ^ Il的范圍，限制所述第2控制系統(tǒng)所生成的操作量Q2的范圍以Q2 —直為0的方式來設定范圍。根據本發(fā)明所涉及的第2DC-DC轉換器，其特征在于，是連接在驅動電動機的逆變器與蓄電池之間的DC-DC轉換器，所述DC-DC轉換器具備變壓器、在所述變壓器的初級側構成的電壓型電力變換器、檢測所述電壓型電力變換器的輸入輸出端的電壓的第I電壓檢測電路、在所述變壓器的次級側構成的電流型電力變換器、檢測所述電流型電力變換器的輸入輸出端的電壓的第2電壓檢測電路、檢測所述電壓型電力變換器的輸入輸出端的輸入輸出電流的電流檢測電路、以及控制從所述變壓器的初級側到次級側的電力變換和從次級側到初級側的電力變換中的所述電壓型電力變換器和所述電流型電力變換器的動作的控制器，所述電壓型電力變換器的輸入輸出端和所述電流型電力變換器的輸入輸出端中的任意一方連接于所述逆變器，任意另一方連接于所述蓄電池，所述控制器，具備基于所述電壓型電力變換器的輸入輸出端的電壓值生成與所述輸入輸出電流相關的第I操作量Ql的第I控制系統(tǒng)、基于所述電流型電力變換器的輸入輸出端的電壓值生成與所述輸入輸出電流相關的第2操作量Q2的第2控制系統(tǒng)、以及基于所述第I操作量和所述第2操作量以及所述輸入輸出電流生成用于PWM控制或PFM控制的指令值的第3控制系統(tǒng)，并基于所述指令值控制所述電壓型電力變換器和所述電流型電力變換器的動作，在令向所述蓄電池的充電電流的最大值為Il且令來自于所述蓄電池的放電電流的最大值為12時，限制所述第2控制系統(tǒng)所生成的操作量Q2的范圍被設定為-12 ^ Q2 ^ Il的范圍，限制所述第I控制系統(tǒng)所生成的操作量Ql的范圍以Ql —直 為O的方式來設定范圍。發(fā)明的效果如以上說明的那樣，根據本發(fā)明，能夠簡單地進行從牽引到再生的切換或者從再生到牽引的切換。


圖1是表示本發(fā)明的第I實施方式所涉及的DC-DC轉換器的概略結構的框圖。圖2是表示圖1的電流型電力變換器2、變壓器3和電壓型電力變換器4的概略結構的電路圖。圖3是表示圖1的控制器5的概略結構的框圖。圖4是表示圖1的柵極驅動信號SI，S2，Sa Sd的波形的時序圖。圖5是表示本發(fā)明的第2實施方式所涉及的DC-DC轉換器中所應用的控制器的概略結構的框圖。圖6是表示本發(fā)明的第3實施方式所涉及的DC-DC轉換器中所應用的控制器的概略結構的框圖。圖7是表示本發(fā)明的第4實施方式所涉及的DC-DC轉換器中所應用的控制器的概略結構的框圖。圖8是表示應用圖1的DC-DC轉換器的電源系統(tǒng)的概略結構的框圖。圖9是表示應用于本發(fā)明的第5實施方式所涉及的DC-DC轉換器的電流型電力變換器62和電壓型電力變換器4的概略結構的電路圖。圖10是表示將圖1的DC-DC轉換器應用于電動機的驅動裝置的情況的概略結構的框圖。圖11是表示從本發(fā)明的第3實施方式所涉及的DC-DC轉換器中所應用的控制器刪除了不靈敏區(qū)12的情況的概略結構的框圖。
圖12是在表示圖4所示的柵極驅動信號SI，S2, Sa^Sd的波形的時序圖中記載了自Tl至T4為止的期間的圖。
具體實施例方式以下，一邊參照附圖一邊說明本發(fā)明的實施方式所涉及的DC-DC轉換器。圖1是表示本發(fā)明的第I實施方式所涉及的DC-DC轉換器的概略結構的框圖。在圖1中，在該DC-DC轉換器，設置有變壓器3、通過控制施加于變壓器3的初級側的電壓來進行電力變換的電壓型電力變換器4、通過控制流到變壓器3的次級側的電流來進行電力變換的電流型電力變換器2、以及控制電壓型電力變換器4和電流型電力變換器2的控制器5。在進行從變壓器3的次級側到初級側的電力變換的情況下，輸入到電流型電力變換器2的輸入輸出端的電流被電流型電力變換器2變換成交流。該交流電流經由變壓器3而被提供給電壓型電力變換器4。然后，經由變壓器3而提供給電壓型電力變換器4的交流電流被電壓型電力變換器4變換成直流。該直流電流從電壓型電力變換器4的輸入輸出端輸出。在進行從變壓器3的初級側到次級側的電力變換的情況下，從電壓型電力變換器4的輸入輸出端輸入的直流被電壓型電力變換器4變換成交流。該交流電流經由變壓器3而被提供給電流型電力變換器2。然后，經由變壓器3而提供給電流型電力變換器2的交流電流被電流型電力變換器2變換成直流。該直流電流從電流型電力變換器2的輸入輸出端輸出。這里，令電流型電力變換器2的輸入輸出端的電壓為電壓V2，電壓型電力變換器4的輸入輸出端的電壓為電壓Vl，從電流型電力變換器2的輸入輸出端輸出的電流為電流I。再有，電流I的值在電流從電流型電力變換器2的輸入輸出端輸出時為正值，在電流流入到電流型電力變換器2的輸入輸出端時為負值。控制器5參照電壓V1、電壓V2和電流I，控制電流I的增減。在進行從變壓器3的初級側到次級側的電力變換的情況下，控制器5參照電壓Vl、電壓V2和電流I，控制從電流型電力變換器2的輸入輸出端輸出的電流(I)的增減。例如，在想使電壓V2上升的情況或想使電壓Vl下降的情況下，控制電流型電力變換器2和電壓型電力變換器4，使從電流型電力變換器2的輸入輸出端輸出的電流(I)增加，在想使電壓V2下降的情況或想使電壓Vl上升的情況下，控制電流型電力變換器2和電壓型電力變換器4，使從電流型電力變換器2的輸入輸出端輸出的電流(I)減少。另一方面，在從變壓器3的次級側至初級側的電力變換的情況下，參照電壓Vl、電壓V2和電流I，控制流入到電流型電力變換器2的輸入輸出端的電流(-1)的增減。例如，在想使電壓Vl上升的情況下，控制電流型電力變換器2和電壓型電力變換器4，使流入到電流型電力變換器2的輸入輸出端的電流(-1)增加(使作為負值的電流I的絕對值變大)，在想使電壓Vl下降的情況下，控制電流型電力變換器2和電壓型電力變換器4，使流入到電流型電力變換器2的輸入輸出端的電流(-1)減少(使作為負值的電流I的絕對值變小)。圖2是表示圖1的電流型電力變換器2、變壓器3和電壓型電力變換器4的概略結構的電路圖。再有，在圖2的實 施方式中，使用推挽(push-pull)結構作為電流型電力變換器2，使用全橋(full bridge)結構作為電壓型電力變換器4。電流型電力變換器2具備作為主要構成要素的開關元件Ql，Q2和電感器L。再者，開關元件Ql連接于變壓器3的次級線圈的一端與負極端子側之間，開關元件Q2連接于變壓器3的次級線圈的另一端與負極端子側之間。另外，變壓器3的次級線圈的中間抽頭與正極端子側之間連接有電感器L。這里，電流型電力變換器2的輸入輸出端子由正極端子和負極端子構成，正極端子與負極端子之間的電壓與電壓V2對應。電壓型電力變換器4具備作為主要構成要素的開關元件Qa Qd和平滑電容器C。再者，開關元件Qa，Qb彼此串聯(lián)連接，開關元件Qc，Qd彼此串聯(lián)連接。開關元件Qa，Qb的串聯(lián)電路與開關元件Qc，Qd的串聯(lián)電路彼此并聯(lián)連接，在開關元件Qa，Qb的連接點與開關元件Qc，Qd的連接點之間連接有變壓器3的初級線圈。另外，開關元件Qa，Qb的串聯(lián)電路、開關元件Qc，Qd的串聯(lián)電路和平滑電容器C連接在正極端子側與負極端子側之間。這里，電壓型電力變換器4的輸入輸出端子由正極端子和負極端子構成，正極端子與負極端子之間的電壓與電壓Vl對應。再有，作為開關元件Ql，Q2, Qa、d，可以使用場效應晶體管，也可以使用雙極型晶體管，還可以使用IGBT。另外，在開關元件01，02，0&、(1，可以形成體二極管。圖3是表示圖1的控制器5的概略結構的框圖。在圖3中，控制器5由第I電壓控制系統(tǒng)101、第2電壓控制系統(tǒng)102和電流控制系統(tǒng)103構成。電流控制系統(tǒng)103配置在第I電壓控制系統(tǒng)101和第2電壓控制系統(tǒng)102的后段。因此，從第I電壓控制系統(tǒng)101輸出的輸出值與從第2電壓控制系統(tǒng)102輸出的輸出值輸入到電流控制系統(tǒng)103。在第I電壓控制系統(tǒng)101中，在減法器11的后段設置有不靈敏區(qū)12(不靈敏區(qū)電路)，在不靈敏區(qū)12的后段設置有CV控制器13，在CV控制器13的后段設置有限制器14。CV控制器13比較電壓Vl與其目標值即Vl_ref，基于該比較結果生成電流I的操作量，輸出該操作量。不靈敏區(qū)12為了能夠設定電壓Vl的變動的允許范圍，并在允許范圍內時使CV控制器13不動作而設置。限制器14為了限制從CV控制器13輸出的操作量的范圍而設置。在從CV控制器13輸出的操作量滿足限制器14所設定的范圍的情況下，從CV控制器13輸出的操作量從第I電壓控制系統(tǒng)101照原樣地輸出。另一方面,在從CV控制器13輸出的操作量從限制器14所設定的范圍偏離的情況下，限制器14所設定的下限值或上限值從第I電壓控制系統(tǒng)101輸出。在第2電壓控制系統(tǒng)102中，在減法器21的后段設置有CV控制器23，在CV控制器23的后段設置有限制器24。CV控制器23比較電壓V2與其目標值即V2_ref，基于該比較結果生成電流I的操作量，輸出該操作量。限制器24為了限制從CV控制器23輸出的操作量的范圍而設置。在從CV控制器23輸出的操作量滿足限制器24所設定的范圍的情況下，從CV控制器23輸出的操作量從第2電壓控制系統(tǒng)102照原樣地輸出。另一方面，在從CV控制器23輸出的操作量從限制器24所設定的范圍偏離的情況下，限制器24所設定的下限值或上限值從第2電壓控制系統(tǒng)102輸出。在電流控制系統(tǒng)103中，在加法器31的后段設置有加減法器32，在加減法器32的后段設置有CC控制器33，在CC控制器33的后段設置有限制器34。CC控制器33比較將從第I電壓控制系統(tǒng)101輸出的操作量和從第2電壓控制系統(tǒng)102輸出的操作量相加之后的值與電流I。然后，基于該比較結果生成PWM(Pulse Width Modulation:脈沖寬度調制)控制中的占空比的指令值，輸出該指令值。限制器34為了限制從CC控制器33輸出的指令值的范圍而設置。在從CC控制器33輸出的指令值滿足限制器34所設定的范圍的情況下，從CC控制器33輸出的指令值從電流控制系統(tǒng)103照原樣地輸出。另一方面，在從CC控制器33輸出的指令值從限制器34所設定的范圍偏離的情況下，限制器34所設定的下限值或上限值從電流控制系統(tǒng)103輸出。再有,若是PFM (Pulse Frequency Modulation:脈沖頻率調制)控制，則CC控制器33生成PFM (脈沖頻率調制)控制中的頻率的指令值。另外，CC控制器33的控制參數在從變壓器3的初級側到次級側的電力變換的情況和從變壓器3的次級側到初級側的電力變換的情況下，可以設定為共同的值。在從變壓器3的初級側到次級側的電力變換的情況下，可以如以下所述設定限制器 14，24，34。限制器14:下限值=_ A I，上限值=A I限制器24:下限值=0,上限值=I_ref限制器34:下限值=0，上限值=最大占空比這里，I_ref是從電流型電力變換器2的輸入輸出端輸出的電流I的目標值，Al可以設定為規(guī)定值。在如上所述設定限制器14，24，34的范圍的情況下，來自于第I電壓控制系統(tǒng)101、第2電壓控制系統(tǒng)102和電流控制系統(tǒng)103的輸出如下所述被限制。在從CV控制器13輸出的操作量比Al大的情況下，從第I電壓控制系統(tǒng)101輸出的操作量變?yōu)锳 I，在從CV控制器13輸出的操作量比-A I小的情況下，從第I電壓控制系統(tǒng)101輸出的操作量變?yōu)?A I。在從CV控制器23輸出的操作量比I_ref大的情況下，從第2電壓控制系統(tǒng)102輸出的操作量變?yōu)镮_ref，在從CV控制器23輸出的操作量比0小的情況下，從第I電壓控制系統(tǒng)101輸出的操作量變?yōu)镺。在從CC控制器33輸出的指令值比最大占空比的值大的情況下，從電流控制系統(tǒng)103輸出的指令值變?yōu)樽畲笳伎毡鹊闹?，在從CC控制器33輸出的指令值比0小的情況下，從電流控制系統(tǒng)103輸出的指令值變?yōu)镺。因此，將從第I電壓控制系統(tǒng)101輸出的操作量和從第2電壓控制系統(tǒng)102輸出的操作量相加之后的值的最大值變?yōu)镮_ref+ A I，最小值變?yōu)?Al。其結果，電流I在I_ref+ A I與-A I之間變化。另外，在從變壓器3的次級側到初級側的電力變換的情況下，可以如以下所述設定限制器14，24，34。限制器14:下限值=_I_ref,上限值=0限制器24:下限值=0，上限值=0限制器34:下限值=0，上限值=最大占空比在從變壓器3的次級側到初級側的電力變換的情況下，進行使流入到電流型電力變換器2的輸入輸出端的電流增減的控制。電流I的目標值變?yōu)樨撝怠Ｔ谠摾又?，從第I電壓控制系統(tǒng)101輸出的操作量被限制在自_I_ref至0的范圍。即，從第I電壓控制系統(tǒng)101，輸出流入到電流型電力變換器2的輸入輸出端的電流在0到I_ref的范圍中變動那樣的操作量。另外，由于限制器24的下限值和上限值被設定為0，因此從第2電壓控制系統(tǒng)102輸出的操作量一直為O。如此，通過限制器24的設定值，能夠使第2電壓控制系統(tǒng)102的功能實質上停止。另外，電流控制系統(tǒng)103比較從第I電壓控制系統(tǒng)101輸出的操作量與電流I，基于該比較結果生成占空比的指令值。說明如上所述進行限制器14，24，34的設定的情況下的動作。首先，說明從變壓器3的次級側到初級側的電力變換的情況。在變壓器3的次級側到初級側的電力變換的情況下，不靈敏區(qū)12的變動的允許范圍被設定為O。減法器11輸出從目標值Vl_ref減去了電壓型電力變換器4的輸入輸出端的檢測電壓即電壓Vl后的值。該減法值經由不靈敏區(qū)12而輸入至CV控制器13。CV控制器13生成使該減法值靠近0那樣的操作量(使電壓Vl靠近目標值Vl_ref那樣的操作量)。該操作量在由限制器14而被限制在-1_ref至0的范圍之后，從第I電壓控制系統(tǒng)101輸出。經由加法器31輸出至加減法器32。從第I電壓控制系統(tǒng)101輸出的操作量經由加法器31輸入至加減法器32。加減法器32將加法器13的輸出值與充電電流的目標值I_ref相加，從該加法值減去電流I的檢測值。該算出值輸入至CC控制器33。CC控制器33生成使該算出值靠近0那樣的指令值。在限制器34將該指令值限制在0至最大占空比的范圍內后，輸出作為占空指令Duty的占空比。接著，說明從變壓器3的初級側至次級側的電力變換的情況。在變壓器3的初級側到次級側的電力變換的情況下，按照限制器14，24的設定從第I電壓控制系統(tǒng)101和第2電壓控制系統(tǒng)102的兩者輸出操作量。從第I電壓控制系統(tǒng)101輸出的操作量被設定成可以取正負值。第I電壓控制系統(tǒng)101的不靈敏區(qū)12的變動的允許范圍被設定為0以上的任意值。減法器11從目標值Vl_ref減去電壓VI。該減法值經由不靈敏區(qū)12而輸入至CV控制器13。CV控制器13生成使輸入的減法 值靠近0那樣的操作量(使電壓Vl的檢測值靠近線路電壓的目標值Vl_ref那樣的操作量)。限制器14將該操作量限制在-A I至A I的范圍內。從限制器14輸出的操作量輸入至加法器31。減法器21從目標值V2_ref減去電流型電力變換器2的輸入輸出端的檢測電壓即電壓V2。該減法值輸入至CV控制器23。CV控制器23生成使輸入的減法值靠近0那樣的操作量(使電壓V2靠近目標值V2_ref那樣的操作量)。限制器24將該操作量限制在0至I_ref的范圍內。從限制器14輸出的操作量輸入至加法器31。加法器31將來自于限制器14，24的輸出值相加。該加法值輸入至加減法器32。加減法器32將加法器31的輸出值與目標值I_ref相加，從該加法值減去從電流型電力變換器2的輸入輸出端輸出的電流的檢測值即電流I。該算出值輸入至CC控制器33。CC控制器33生成使加減法器32的輸出值靠近0那樣的指令值。限制器34在將該指令值限制在0至最大占空比的范圍內后，輸出作為占空指令Duty的占空比。接著，說明基于占空指令Duty所生成的柵極驅動信號SI，S2, Sa^Sd0圖2的開關元件Ql，Q2由柵極驅動信號SI，S2驅動，圖2的開關元件Qa、d由柵極驅動信號Sa Sd驅動。圖4是表示圖1的柵極驅動信號SI，S2, Sa^Sd的波形的時序圖。柵極驅動信號Sa Sd的占空比基于占空指令Duty而設定。再者，柵極驅動信號Sa飛d的占空比設定成彼此相同。這里，柵極驅動信號Sa，Sd與柵極驅動信號Sb，Sc，相位僅偏離半個周期。柵極驅動信號SI通過使柵極驅動信號Sb，Sc反轉而生成，柵極驅動信號S2通過使柵極驅動信號Sa，Sd反轉而生成。如此，能夠基于占空指令Duty，生成柵極驅動信號SI，S2，Sa Sd的全部驅動信號。在從變壓器3的初級側到次級側的電力變換的情況下，圖3的第2電壓控制系統(tǒng)102在電壓V2降低時，進行動作，以使電壓V2上升。第I電壓控制系統(tǒng)101在電壓Vl降低時，進行動作，以使電壓Vl上升。該第I電壓控制系統(tǒng)101和第2電壓控制系統(tǒng)102的動作被平行地進行。這樣，通過第I電壓控制系統(tǒng)101的動作與第2電壓控制系統(tǒng)102的動作平行地進行，從而能夠抑制在進 行從變壓器3的初級側至次級側的電力變換時的電壓Vl的變動。例如，由于電壓Vl降低，因此在電壓V2降低的情況下，可以抑制電壓V2的上升而使電壓Vl上升。這里，基于圖2和圖12，詳細說明電流值的控制方法。圖12是在表示圖4所示的柵極驅動信號SI，S2, Sa^Sd的波形的時序圖中記載了 Tl至T4為止的期間的圖。最初，說明開關元件Ql，Q2的兩者導通(ON)的情況。在圖12所示的T2，T4的期間，開關元件Ql，Q2導通。開關元件Ql，Q2導通時，開關元件Qa Qd關斷(OFF)，因而變壓器3的初級側線圈的兩端處于開放狀態(tài)。即，電壓Vl未被施加在變壓器3的初級線圈的兩端。另一方面，通過開關元件Q1，Q2導通，從變壓器3的次級線圈的中間抽頭向開關元件Ql的電流與向開關元件Q2的電流流到2個線圈。此時，由于變壓器3的次級線圈的兩端變成短路狀態(tài)，因此在變壓器3的次級側，不產生電壓。因此，輸入電壓V2與電流I (以圖2的箭頭的方向為正)變成式I的關系。其中，將電感器L的電感在式中作為L。V2+LXdI/dt=0...(式 I)該期間的電流以滿足式I那樣的變化率(dl/dt)變化。因此，在該期間，若電流向圖2的箭頭的方向流動，則電流以滿足式I那樣的變化率(dl/dt)減少。另一方面，若電流向與圖2的箭頭相反的方向流動，則電流以滿足式I那樣的變化率(dl/dt)增加。接著，說明僅開關元件Q1，Q2中的任意一者導通的情況。在圖12所示的Tl的期間，開關元件Q2，Qb, Qc導通，在T3的期間，開關元件Ql，Qa, Qd導通。開關元件Qb，Qc導通時，或者開關元件Qa，Qd導通時，電壓Vl被施加在變壓器3的初級線圈的兩端。但是，在開關元件Qb, Qc導通時和開關元件Qa, Qd導通時，所施加的電壓Vl的極性相反。若令變壓器的初級側與次級側的卷數比為nl: n2，則在Tl，T3的期間變壓器3的次級側所產生的電壓變?yōu)閂lX (n2/nl)。因此，在Tl，T3的期間，以下所示的式2成立。V2+LXdI/dt=VlX (n2/nl)—(式 2)該期間的電流以滿足式2那樣的變化率(dl/dt)變化。因此，在該期間，若電流向圖2的箭頭的方向流動，則電流以滿足式2那樣的變化率(dl/dt)增加。另一方面，若電流向與圖2的箭頭相反的方向流動，則電流以滿足式2那樣的變化率(dl/dt)減少。式I和式2在從初級側向次級側傳送電力時成立，在從次級側向初級側傳送電力時也成立。在想使次級側的電壓下降的情況或想使初級側的電壓上升的情況下，使T2，T4的期間即開關元件Ql，Q2的兩者導通的時間(開關元件Qa Qd全部關斷的時間)變長。相反，在想使次級側的電壓上升的情況或想使初級側的電壓下降的情況下，使Tl, T3的期間即開關元件Ql，Q2中的任意一者導通的時間(開關元件Qb，Qc導通的時間、或者開關元件Qa，Qd導通的時間)變長。再有，關于電流I流動的方向，基于V2與VlX(n2/nl)的關系(電壓差)和T2，T4的期間與Tl，T3的期間的關系(兩期間的比率(Tl: T2和T3: T4))來決定。在本發(fā)明中，與電流I流動的方向沒有關系，通過相同的控制，能夠調整Vl與V2，因而能夠簡單地進行從牽引至再生的切換或者從再生到牽引的切換。圖5是表示本發(fā)明的第2實施方式所涉及的DC-DC轉換器中所應用的控制系統(tǒng)的概略結構的框圖。在圖5中，替代圖3的電流控制系統(tǒng)103而設置了電流控制系統(tǒng)104。在該電流控制系統(tǒng)104中，在加減法器32的前段設置有限制器41。在從變壓器3的初級側到次級側的電力變換的情況下，限制器41可以如以下所述設定。限制器41:下限值=0,上限值=I_ref其中，正值表不從電流型電力變換器2的輸入輸出端輸出的電流的電流值,負值表示流入到電流型電力變換器2的輸入輸出端的電流的電流值。在從變壓器3的次級側到初級側的電力變換的情況下，限制器41可以如以下所述設定。限制器41:下限值=_I_ref,上限值=0通過在加減法器32的前段設置限制器41，從而能夠將加法器31的輸出值限制在0至I_ref的范圍。即，由第I電壓控制系統(tǒng)101的動作提供的操作量與由第2電壓控制系統(tǒng)102提供的操作量的總和被限制在0至I_ref的范圍。圖6是表示本發(fā)明的第3實施方式所涉及的DC-DC轉換器中所應用的控制系統(tǒng)的概略結構的框圖。在圖6中，替代圖3的電流控制系統(tǒng)103而設置了電流控制系統(tǒng)105。在該電流控制系統(tǒng)105中，替代加減法器32而設置了減法器32’。在該減法器32’中，省略目標值1_ref的輸入，從加法器31的輸出值減去電流I的檢測值。在該控制系統(tǒng)中，在從變壓器3的初級側到次級側的電力變換的情況下，可以如以下所述設定限制器14，24，34。限制器14:下限值=_A I，上限值=A I限制器24:下限值=0,上限值=I_ref限制器34:下限值=0，上限值=最大占空比其中，正值表不從電流型電力變換器2的輸入輸出端輸出的電流的電流值,負值表示流入到電流型電力變換器2的輸入輸出端的電流的電流值。在該情況下，電流I的范圍變?yōu)?A I到I_ref+A I的范圍。電流I在0到I_ref + A I的范圍中，變?yōu)閺碾娏餍碗娏ψ儞Q器2的輸入輸出端輸出的電流，在從-A I到0的范圍中，變?yōu)榱魅氲诫娏餍碗娏ψ儞Q器2的輸入輸出端的電流。另外，在從變壓器3的次級側到初級側的電力變換的情況下，可以如以下所述設定限制器14，24，34。限制器14:下限值=_I_ref，上限值=0限制器24:下限值=0，上限值=0限制器34:下限值=0，上限值=最大占空比在這種情況下，電流I的范圍變?yōu)開I_ref到0的范圍。電流I變?yōu)榱魅氲诫娏餍碗娏ψ儞Q器2的輸入輸出端的電流。圖7是表示本發(fā)明的第4實施方式所涉及的DC-DC轉換器中所應用的控制系統(tǒng)的概略結構的框圖。在圖7中，替代圖6的電流控制系統(tǒng)105而設置了電流控制系統(tǒng)106。在該電流控制系統(tǒng)106中，在電流控制系統(tǒng)105的減法器32’的前段設置了限制器41。在從變壓器3的初級側到次級側的電力變換的情況下，可以如以下所述設定限制器 14，24，34，41。限制器14:下限值=_ A I，上限值=A I限制器24:下限值=0,上限值=I_ref限制器34:下限值=0，上限值=最大占空比限制器41:下限值=0,上限值=I_ref在此情況下，由第I電壓控制系統(tǒng)101的動作提供的操作量與由第2電壓控制系統(tǒng)102提供的操作量的總和被限制在0至I_ref的范圍。另外，在從變壓器3的次級側到初級側的電力變換的情況下，限制器14，24，34，41可以如以下所述限制輸出。限制器14:最小值=_I_ref，最大值=0限制器24:最小值=0，最大值=0限制器34:最小值=0，最大值=最大占空比限制器41:最小值=_I_ref，最大值=0在這種情況下，電流I的范圍變?yōu)開I_ref到0的范圍。電流I變?yōu)榱魅氲诫娏餍碗娏ψ儞Q器2的輸入輸出端的電流。圖8是應用圖1的DC-DC轉換器的電源系統(tǒng)的一個例子的框圖。在圖8中，負載53經由AC-DC轉換器52而連接于交流電源51。再有，作為負載53，例如可以是在直流下動作的電子器械，也可以是直流電動機?；蛘撸梢允翘柲茈姵?，也可以是發(fā)電機。蓄電器I經由DC-DC轉換器54而連接于負載53。從交流電源51輸出的交流在AC-DC轉換器52被變換成直流，并提供給負載53。另外，在將在負載53所產生的能量蓄積在蓄電器I的情況下，在DC-DC轉換器54，電壓Vl被變換成電壓V2，以該電壓V2對蓄電器I充電。另一方面，在交流電源51被截斷的情況下，在DC-DC轉換器54電壓V2被變換成電壓VI，該變換后的電力被提供給負載53。這里，通過使用圖1的結構作為DC-DC轉換器54，從而能夠在充電時抑制電壓Vl的變動。例如，由于電壓Vl降低，因此在電壓V2降低的情況下，可以抑制電壓V2的上升而使線路電壓Vl上升。圖9是應用于本發(fā)明的第5實施方式所涉及的DC-DC轉換器的電流型電力變換器62和電壓型電力變換器4的概略結構的電路圖。再有，在圖9的實施方式中，作為電流型電力變換器62以全橋結構為例。在圖9中，替代圖1的電流型電力變換器2和變壓器3而設置了電流型電力變換器62和變壓器63。再有，其他結構與圖1相同。電流型電力變換器62由開關元件Qlf Q14和電感器L2構成。再者，開關元件Qll, Q12彼此串聯(lián)連接，開關元件Q13，Q14彼此串聯(lián)連接。開關元件Qll，Q12的串聯(lián)電路與開關元件Q13，Q14的串聯(lián)電路彼此并聯(lián)連接，開關元件Qll，Q12的連接點與開關元件Q13, Q14的連接點之間連接有變壓器63的次級線圈。再有，在開關元件Qll，Q13的連接點連接有電感器L2。再有，作為開關元件Qlf Q14，可以使用場效應晶體管，也可以使用雙極型晶體管，還可以使用IGBT。另外，在開關元件Qlf Q14，可以形成體二極管。在該DC-DC轉換器中，以圖4的柵極驅動信號SI驅動開關元件Q12，Q13的柵極，以圖4的柵極驅動信號S2驅動開關元件Q11，Q14的柵極。其以外的動作與圖1的DC-DC轉換器相同。再有，在圖2的推挽結構的電流型電力變換器2中，在電壓V2低時或電壓Vl的變動范圍窄時有效。在該電流型電力變換器2中，與圖9的全橋結構的電流型電力變換器62相比能夠使電路結構簡單化。另一方面，電壓V2高時或電壓Vl的變動范圍寬時，開關元件Ql，Q2的電壓應力變大，因而圖9的全橋結構的電流型電力變換器62合適。另外，在本實施例中，檢測電流型電力變換器2的輸入輸出端的輸入輸出電流,生成相對于該電流的控制量來進行控制，但也可以檢測電壓型電力變換器4的輸入輸出端的輸入輸出電流，生成相對于該電流的控制量來進行控制。此外，當從電流型電力變換器2的輸入輸出端輸出電流時，可以檢測電流型電力變換器2的輸入輸出端的輸入輸出電流，生成相對于該電流的控制量來進行控制，當從電壓型電力變換器4的輸入輸出端輸出電流時，可以檢測電壓型電力變換器4的輸入輸出端的輸入輸出電流，生成相對于該電流的控制量來進行控制。另外，如圖10所示，圖1的DC-DC轉換器可以連接在驅動電動機74的逆變器73與蓄電池71之間來使用。在該結構中，進行通過來自于蓄電池71的電力驅動電動機74的牽引動作和從電動機74到蓄電池71再生能量的再生動作。在DC-DC轉換器72中，電流型電力變換器側的輸入輸出端子連接于蓄電池71，電壓型電力變換器側的輸入輸出端子連接于逆變器73。在牽引動作的控制中，將DC-DC轉換器72的連接于逆變器73的一側的輸入輸出端子的電壓維持在規(guī)定的電壓值，并控制電壓型電力變換器與電流型電力變換器的動作，使得從蓄電池71流出的電流不超過規(guī)定的電流值。在再生動作的控制中，將DC-DC轉換器72的連接于逆變器73的一側的輸入輸出端子的電壓維持在規(guī)定的電壓值，并控制電壓型電力變換器與電流型電力變換器的動作，使得流入到蓄電池71的電流不超過規(guī)定的電流值。這樣的控制能夠通過如以下所述設定圖6的控制系統(tǒng)來實現。限制器14:下限值=_12，上限值=Il限制器24:下限值=0，上限值=0
限制器34:下限值=0，上限值=最大占空比其中，不靈敏區(qū)12的寬度被設定為O。在如上所述設定的情況下，再生動作時流入到蓄電池71的電流的電流值被允許到Il為止。另一方面，牽引動作時從蓄電池71流出的電流的電流值被允許到12為止。因此，充電電流(流入到蓄電池71的電流)在(Tll之間變化，放電電流(從蓄電池71流出的電流)在(TI2之間變化。這里，Il與12基于蓄電池71的規(guī)格來設定。即，Il在不超過蓄電池71的最大充電電流的范圍內進行設定，12在不超過蓄電池71的最大輸出電流的范圍內進行設定。再有，在不靈敏區(qū)12的寬度設定為0的情況下，與從圖6的第I電壓控制系統(tǒng)101刪除不靈敏區(qū)12的情形實質上相同。即，如圖11所示，與電壓控制系統(tǒng)101被置換成不具有不靈敏區(qū)12的第I電壓控制系統(tǒng)107同等。再有，在本實施例的DC-DC變換器中，說明了在電流型電力變換器側的輸入輸出端子連接蓄電池71，在電壓型電力變換器側的輸入輸出端子連接逆變器73的結構，但也可以是在電流型電力變換器側的輸入輸出端子連接逆變器，在電壓型電力變換器側的輸入輸出端子連接蓄電池的結構。產業(yè)上的可利用性本發(fā)明的DC-DC轉換器能夠作為雙向DC-DC轉換器來利用。符號的說明I蓄電器2，62電流型電力變換器3，63 變壓器4電壓型電力變換器5控制器L，L2 電感器C平滑電容器Ql, Q2, Qa Qd，QlI Q14 開關元件11，21，32’ 減法器12不靈敏區(qū)13，23CV 控制器14，24，34，41 限制器31加法器32加減法器33CC 控制器51交流電源52AC-DC 轉換器53 負載54DC-DC 轉換器101, 107第I電壓控制系統(tǒng)102第2電壓控制系統(tǒng)103 106電流控制系統(tǒng)
權利要求
1.一種DC-DC轉換器，其特征在于， 是連接在驅動電動機的逆變器與蓄電池之間的DC-DC轉換器， 所述DC-DC轉換器具備: 變壓器； 電壓型電力變換器，在所述變壓器的初級側構成； 第I電壓檢測電路，檢測所述電壓型電力變換器的輸入輸出端的電壓； 電流型電力變換器，在所述變壓器的次級側構成； 第2電壓檢測電路，檢測所述電流型電力變換器的輸入輸出端的電壓； 電流檢測電路，檢測所述電流型電力變換器的輸入輸出端的輸入輸出電流；以及控制器，控制從所述變壓器的初級側到次級側的電力變換和從次級側到初級側的電力變換中的所述電壓型電力變換器和所述電流型電力變換器的動作， 所述電壓型電力變換器的輸入輸出端和所述電流型電力變換器的輸入輸出端中的任意一方連接于所述逆變器，任意另一方連接于所述蓄電池， 所述控制器，具備基于所述電壓型電力變換器的輸入輸出端的電壓值生成與所述輸入輸出電流相關的第I操作量Ql的第I控制系統(tǒng)、基于所述電流型電力變換器的輸入輸出端的電壓值生成與所述輸入輸出電流相關的第2操作量Q2的第2控制系統(tǒng)、以及基于所述第I操作量和所述第2操作量以及所述輸入輸出電流生成用于PWM控制或PFM控制的指令值的第3控制系統(tǒng)，并基于所述指令值控制所述電壓型電力變換器和所述電流型電力變換器的動作， 在令向所述蓄電池的充電電流的最大值為Il且令來自于所述蓄電池的放電電流的最大值為12時，限制所述第I控制系統(tǒng)所生成的操作量Ql的范圍被設定為-12 = Ql = Il的范圍， 限制所述第2控制系統(tǒng)所生成的操作量Q2的范圍以Q2 —直為O的方式來設定范圍。
2.—種DC-DC轉換器，其特征在于， 是連接在驅動電動機的逆變器與蓄電池之間的DC-DC轉換器， 所述DC-DC轉換器具備: 變壓器； 電壓型電力變換器，在所述變壓器的初級側構成； 第I電壓檢測電路，檢測所述電壓型電力變換器的輸入輸出端的電壓； 電流型電力變換器，在所述變壓器的次級側構成； 第2電壓檢測電路，檢測所述電流型電力變換器的輸入輸出端的電壓； 電流檢測電路，檢測所述電壓型電力變換器的輸入輸出端的輸入輸出電流；以及控制器，控制從所述變壓器的初級側到次級側的電力變換和從次級側到初級側的電力變換中的所述電壓型電力變換器和所述電流型電力變換器的動作， 所述電壓型電力變換器的輸入輸出端和所述電流型電力變換器的輸入輸出端中的任意一方連接于所述逆變器，任意另一方連接于所述蓄電池， 所述控制器，具備基于所述電壓型電力變換器的輸入輸出端的電壓值生成與所述輸入輸出電流相關的第I操作量Ql的第I控制系統(tǒng)、基于所述電流型電力變換器的輸入輸出端的電壓值生成與所述輸入輸出電流相關的第2操作量Q2的第2控制系統(tǒng)、以及基于所述第I操作量和所述第2操作量以及所述輸入輸出電流生成用于PWM控制或PFM控制的指令值的第3控制系統(tǒng)，并基于所述指令值控制所述電壓型電力變換器和所述電流型電力變換器的動作， 在令向所述蓄電池的充電電流的最大值為Il且令來自于所述蓄電池的放電電流的最大值為12時，限制所述第2控制系統(tǒng)所生成的操作量Q2的范圍被設定為-12 ^ Q2 ^ Il的范圍， 限制所述第I控制系統(tǒng)所 生成的操作量Ql的范圍以Ql —直為O的方式來設定范圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及DC-DC轉換器和DC-DC轉換器的控制方法。在DC-DC轉換器中，簡單地進行從牽引到再生的切換或者從再生到牽引的切換。構成在變壓器的初級側具備電壓型電力變換器且在變壓器的次級側具備電流型電力變換器的DC-DC轉換器?？刂破骰陔妷盒碗娏ψ儞Q器的輸入輸出端的電壓值生成第1操作量，基于電流型電力變換器的輸入輸出端的電壓值生成第2操作量，進一步基于第1操作量和第2操作量以及電流型電力變換器或電壓型電力變換器的輸入輸出端的輸入輸出電流生成用于PWM控制或PFM控制的指令值。然后，控制器基于該指令值，控制所述電壓型電力變換器和所述電流型電力變換器的動作。
文檔編號H02M3/335GK103138586SQ201210499768
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月29日 優(yōu)先權日2011年11月29日
發(fā)明者竹上榮治 申請人:Tdk株式會社