全橋電力變換裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種以抑制紋波電流的方式使全橋電路進(jìn)行動(dòng)作的全橋電力變換裝置。開關(guān)控制部20的特征在于，對(duì)每個(gè)開關(guān)元件生成控制構(gòu)成全橋電路10的各開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止動(dòng)作的控制信號(hào)，使開關(guān)元件（Q1）11和開關(guān)元件（Q2）12交替導(dǎo)通/截止，并使開關(guān)元件（Q3）13和開關(guān)元件（Q4）14交替導(dǎo)通/截止，從全橋電路10輸出供給負(fù)載21的供給電流，在不輸出供給電流的期間，將開關(guān)元件（Q1）11及開關(guān)元件（Q3）13都設(shè)為導(dǎo)通狀態(tài)，將全橋電路10的輸出點(diǎn)間連接而流過(guò)慣性電流。
【專利說(shuō)明】全橋電力變換裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及通過(guò)全橋電路變換輸出直流電力的全橋電力變換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作為使用了由4個(gè)開關(guān)元件構(gòu)成的全橋電路的電力變換裝置，例如有專利第2664163號(hào)公報(bào)記載的裝置。
[0003]上述的裝置進(jìn)行與正弦波的交流電力相當(dāng)?shù)拿}沖輸出，但是輸出直流電力時(shí)，在全橋電路的輸出側(cè)具備整流元件等，另外連接插入平滑電容器，實(shí)現(xiàn)輸出電力的平滑化。
[0004]這樣的電力變換裝置在全橋電路中進(jìn)行開關(guān)的電力大的情況下、與輸出端連接的負(fù)載重的情況下，相當(dāng)?shù)募y波分量包含于輸出電流。為了除去這樣的紋波電流，具備上述的平滑電容器，該平滑電容器需要具有流過(guò)紋波電流的耐量，在輸出大電力的裝置中，需要具備即使流過(guò)大紋波電流并且經(jīng)年變化也有充分可靠性的平滑電容器。
[0005]采用了 4個(gè)開關(guān)元件的全橋電路使對(duì)角配置的一對(duì)開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止動(dòng)作同步，并且使另一對(duì)開關(guān)元件與上述對(duì)的導(dǎo)通/截止動(dòng)作反轉(zhuǎn)地進(jìn)行動(dòng)作。通過(guò)這樣進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，在2個(gè)輸出端子間交替施加高電位和低電位的電壓，即施加脈沖狀經(jīng)時(shí)變化的電壓而在與該輸出端子連接的負(fù)載流過(guò)電流。向負(fù)載供給的電力或者電流值由上述的施加電壓的脈沖寬度、即導(dǎo)通占空比管理。
[0006]這里，在將導(dǎo)通占空比設(shè)為D、開關(guān)周期設(shè)為T、輸入電壓的值設(shè)為Vp時(shí)，
[0007]輸出電壓Eo 成為 Eo= (2D — I) Vp。
[0008]另外，在將與全橋電路的輸出側(cè)連接的平滑電感器設(shè)為L(zhǎng)、將全橋電路的輸出瞬時(shí)電壓設(shè)為Vb (t)時(shí)，
[0009]輸出電流1 成為 1=l/L f (Vb (t) — Eo) dt。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0011]專利文獻(xiàn)
[0012]專利文獻(xiàn)1:日本專利第2664163號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]采用了以往的全橋電路的電力變換裝置如上述那樣構(gòu)成，為了吸收由開關(guān)動(dòng)作在輸入輸出電流產(chǎn)生的紋波分量，需要具備具有相當(dāng)?shù)募y波耐量的平滑電容器。
[0014]特別是在輸入側(cè)，發(fā)生與直流的輸出電流具有相同的有效值的非常大的紋波電流，因此，需要增大電容器的并聯(lián)數(shù)，存在裝置大型化、成本增加的問(wèn)題。
[0015]本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題而提出，目的在于提供一種全橋電力變換裝置，全橋電力變換裝置使全橋電路進(jìn)行動(dòng)作以抑制紋波電流。
[0016]本發(fā)明的全橋電力變換裝置，其特征在于，具備:全橋電路，是將第I開關(guān)元件的一端和第2開關(guān)元件的一端串聯(lián)連接，將第3開關(guān)元件的一端和第4開關(guān)元件的一端串聯(lián)連接，并將串聯(lián)連接的上述第I開關(guān)元件及第2開關(guān)元件和串聯(lián)連接的上述第3開關(guān)元件及第4開關(guān)元件并聯(lián)連接而成；開關(guān)控制部，分別控制從上述第I開關(guān)元件到上述第4開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止動(dòng)作；輸入電容器，連接于第I連接點(diǎn)以及第2連接點(diǎn)之間，上述第I連接點(diǎn)將上述第I開關(guān)元件的另一端和第3開關(guān)元件的另一端連接，上述第2連接點(diǎn)將上述第2開關(guān)元件的另一端和第4開關(guān)元件的另一端連接；第I電感器，一端連接到第3連接點(diǎn)，該第3連接點(diǎn)將上述第I開關(guān)元件的一端和第2開關(guān)元件的一端連接；以及輸出電容器，一端連接到上述第I電感器的另一端，另一端連接到第4連接點(diǎn)，該第4連接點(diǎn)將上述第3開關(guān)元件的一端和第4開關(guān)元件的一端連接，在上述第I連接點(diǎn)和第2連接點(diǎn)之間輸入直流電壓，并且在上述輸出電容器的兩端連接了負(fù)載時(shí)，上述開關(guān)控制部對(duì)每個(gè)開關(guān)元件生成控制各開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止動(dòng)作的控制信號(hào)，使上述第I開關(guān)元件和第2開關(guān)元件交替導(dǎo)通/截止，并且使上述第3開關(guān)元件和第4開關(guān)元件交替導(dǎo)通/截止，從上述全橋電路輸出供給上述負(fù)載的供給電流，在不輸出上述供給電流的期間，將上述第I開關(guān)元件及第3開關(guān)元件都設(shè)為導(dǎo)通狀態(tài)，將上述第3連接點(diǎn)和第4連接點(diǎn)之間連接而流過(guò)慣性電流，在將上述第I開關(guān)元件和上述第3開關(guān)元件中，成為導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)間寬度窄的一方的該時(shí)間寬度設(shè)為Tm，將導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)間寬度寬的一方的開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)和上述導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)間寬度窄的一方的開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)成為相同的重疊期間設(shè)為Td，并且將表示上述重疊期間Td對(duì)上述時(shí)間寬度Tm的比例的驅(qū)動(dòng)重疊率設(shè)為Rd= (Td/Tm) X 100%時(shí)，控制上述各開關(guān)元件的動(dòng)作，以使得上述驅(qū)動(dòng)重疊率Rd成為大于等于50%小于等于100%。
[0017]另外，作為用于增大驅(qū)動(dòng)重疊率的手段，其特征在于，上述開關(guān)控制部以將開關(guān)元件設(shè)為導(dǎo)通狀態(tài)的期間的中心時(shí)刻、以及設(shè)為截止?fàn)顟B(tài)的期間的中心時(shí)刻為基準(zhǔn)，確定開關(guān)動(dòng)作的遷移定時(shí)。另外，進(jìn)行使向?qū)顟B(tài)遷移一致的控制或者使向截止?fàn)顟B(tài)遷移一致的控制。
[0018]另外，其特征在于，還具備在上述第4連接點(diǎn)和上述輸出電容器的另一端之間串聯(lián)連接的第2電感器。
[0019]發(fā)明的效果
[0020]根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)使全橋電路進(jìn)行動(dòng)作以抑制紋波電流，可以減少平滑電容器的使用量，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化、低成本化。另外，通過(guò)輸出紋波的降低，可以提高輸出精度、穩(wěn)定度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施例1的全橋電力變換裝置的概略結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0022]圖2 (a)、(b)、(C)是表示一般的開關(guān)元件的動(dòng)作的說(shuō)明圖。
[0023]圖3 (a)、(b)、(c)是表示實(shí)施例1的全橋電力變換裝置的各開關(guān)元件的動(dòng)作的說(shuō)明圖。
[0024]圖4 (a)、(b)、(C)是表示實(shí)施例1的全橋電力變換裝置的動(dòng)作控制的說(shuō)明圖。
[0025]圖5 (a)、(b)是表示在實(shí)施例1的全橋電力變換裝置流過(guò)的慣性電流的說(shuō)明圖。
[0026]圖6 (a)、(b)是表示實(shí)施例1的全橋電力變換裝置的動(dòng)作的說(shuō)明圖。
[0027]圖7 (a)、(b)是表示全橋電路的輸入電壓及輸出電流的說(shuō)明圖。
[0028]圖8 (a)、(b)是表示實(shí)施例2的全橋電力變換裝置的動(dòng)作控制的說(shuō)明圖。
[0029](符號(hào)的說(shuō)明)[0030]1:全橋變換裝置；10:全橋電路；11、12、13、14:開關(guān)元件；15:輸入電容器；16:電感器；17:輸出電容器；20:開關(guān)控制部；21:負(fù)載。
【具體實(shí)施方式】
[0031]以下，根據(jù)【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的實(shí)施的一個(gè)方式。
[0032]實(shí)施例1
[0033]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施例1的全橋電力變換裝置的概略結(jié)構(gòu)的電路圖。圖示的全橋電力變換裝置I具備由4個(gè)開關(guān)元件(Ql) 11?(Q4) 14構(gòu)成的全橋電路10。
[0034]開關(guān)元件(Ql) 11?(Q4) 14例如由MOSFET等的半導(dǎo)體元件組成，特別在輸出大的電力的情況下，采用功率MOSFET。
[0035]使用η溝道MOSFET作為開關(guān)元件(Ql) 11?(Q4) 14的情況下，開關(guān)元件(Ql) 11及開關(guān)元件(Q3) 13的漏極彼此連接，開關(guān)元件(Ql) 11的源極和開關(guān)元件(Q2) 12的漏極連接。另外，開關(guān)元件(Q3) 13的源極與開關(guān)元件(Q4) 14的漏極連接，開關(guān)元件(Q2) 12及開關(guān)元件(Q4) 14的源極彼此連接。另外，開關(guān)元件11?14的各柵極與開關(guān)控制部20分別連接而構(gòu)成全橋電路10。
[0036]開關(guān)元件(Ql) 11?(Q4) 14在漏極/源極間即接點(diǎn)間具有寄生二極管，在流過(guò)后述的慣性電流時(shí)，在該寄生二極管中恢復(fù)特性等不足的情況下，適當(dāng)?shù)念~定的二極管與各開關(guān)元件的接點(diǎn)間連接。
[0037]這里例示說(shuō)明了采用MOSFET作為開關(guān)元件的全橋電路10,但是,如果滿足在全橋電路10流過(guò)的電流容量、耐壓特性、開關(guān)速度等，也可以采用雙極晶體管、IGBT等作為開關(guān)元件。
[0038]在開關(guān)元件(Ql) 11和開關(guān)元件(Q3) 13的連接點(diǎn)、以及開關(guān)元件(Q2) 12和開關(guān)元件(Q4) 14的連接點(diǎn)之間，施加輸入電壓VI，這些連接點(diǎn)成為全橋電路10的輸入點(diǎn)。該輸入點(diǎn)與該全橋電力變換裝置I的輸入端子連接。
[0039]在上述的全橋電路10的2個(gè)輸入點(diǎn)之間連接了進(jìn)行輸入電流的平滑的輸入電容器15。
[0040]開關(guān)元件(Ql) 11和開關(guān)元件(Q2) 12的連接點(diǎn)、以及開關(guān)元件(Q3) 13和開關(guān)元件(Q4) 14的連接點(diǎn)成為全橋電路10的輸出點(diǎn)。
[0041 ] 圖1例示的全橋電路10的2個(gè)輸出點(diǎn)中的、例如開關(guān)元件(Ql)Il和開關(guān)元件(Q2 )
12的連接點(diǎn)與電感器16的一端連接。另外，開關(guān)元件(Q3) 13和開關(guān)元件(Q4) 14的連接點(diǎn)與輸出電容器17的一端連接，該輸出電容器17的另一端與電感器16的另一端連接。
[0042]輸出電容器17的兩端與該全橋電力變換裝置I的輸出端子連接，該輸出端子與負(fù)載21連接。
[0043]這里，連接全橋電路10的輸出點(diǎn)和負(fù)載21的輸出線中,僅僅在一方的輸出線串聯(lián)地插入(串聯(lián)連接)電感器16，但是，也可以在輸出線的兩側(cè)分別串聯(lián)地插入電感器。這樣，在具備2個(gè)電感器的情況下，除了電感器16外，將未圖示的第2電感器的一端與開關(guān)元件(Q3)13和開關(guān)元件(Q4)14的連接點(diǎn)連接，上述的第2電感器的另一端與輸出電容器17的一端連接。另外，此時(shí)，負(fù)載21連接到電感器16和輸出電容器17的連接點(diǎn)與第2電感器和輸出電容器17的連接點(diǎn)之間。即，負(fù)載21與輸出電容器17的兩端連接。[0044]開關(guān)控制部20控制各開關(guān)元件11?14的柵極電壓，由處理器、存儲(chǔ)保存控制程序等的存儲(chǔ)器等構(gòu)成。另外，也可以與負(fù)載21的種類、電力供給的目的等對(duì)應(yīng)地，以能夠從外部設(shè)定各開關(guān)元件11?14的動(dòng)作的方式構(gòu)成該開關(guān)控制部20。
[0045]負(fù)載21例如是可反復(fù)充電的二次電池，具體為車用、ESS (能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng))用等的電池單元、電池模塊、電池組等。
[0046]另外，作為負(fù)載21，其他裝置的直流總線等與全橋電力變換裝置I連接。
[0047]接著，說(shuō)明動(dòng)作。
[0048]在全橋電路10的2個(gè)輸入點(diǎn)間，從外部施加直流的電壓VI。
[0049]在全橋電力變換裝置I向負(fù)載21供給電力時(shí)，開關(guān)控制部20在供給電壓Vl的狀態(tài)下如后述那樣控制開關(guān)元件(Ql) 11?(Q4) 14的開關(guān)動(dòng)作，從全橋電路10的輸出點(diǎn)輸出直流電流。
[0050]圖2是表示一般的開關(guān)元件的動(dòng)作的說(shuō)明圖。該圖例示了全橋電路的一般動(dòng)作，是表示構(gòu)成該全橋電路的4個(gè)開關(guān)元件的動(dòng)作定時(shí)的時(shí)序圖。在圖中，表示高電平的期間為導(dǎo)通(ON)狀態(tài)，表示低電平的期間為截止(OFF)狀態(tài)。
[0051]這里圖示的導(dǎo)通/截止動(dòng)作表示了與圖1的開關(guān)元件11相當(dāng)?shù)拈_關(guān)元件Q1、與開關(guān)元件12相當(dāng)?shù)拈_關(guān)元件Q2、與開關(guān)元件13相當(dāng)?shù)拈_關(guān)元件Q3、與開關(guān)元件14相當(dāng)?shù)拈_關(guān)元件Q4的各動(dòng)作。
[0052]圖2 (a)表示將開關(guān)元件Ql的導(dǎo)通占空比控制為50%時(shí)的各開關(guān)元件Q2?Q4的導(dǎo)通/截止動(dòng)作。在該開關(guān)動(dòng)作中，各開關(guān)元件Ql?Q4的導(dǎo)通占空比以及截止占空比都成為50%。
[0053]圖2 (b)表示將開關(guān)元件Ql的導(dǎo)通占空比控制為比50%大時(shí)的各開關(guān)元件Q2?Q4的導(dǎo)通/截止動(dòng)作。另外，圖2 (c)表示將開關(guān)元件Ql的導(dǎo)通占空比控制為比50%小時(shí)的各開關(guān)元件Q2?Q4的導(dǎo)通/截止動(dòng)作。
[0054]另外，這里，向開關(guān)元件Ql和開關(guān)元件Q3的連接點(diǎn)(第I輸入點(diǎn))施加高電位側(cè)的電壓，向開關(guān)元件Q2和開關(guān)元件Q4的連接點(diǎn)(第2輸入點(diǎn))施加低電位側(cè)的電壓。
[0055]作為負(fù)載21，將例如電池單元與全橋電路10的輸出點(diǎn)間連接，在任意的時(shí)刻(定時(shí))切換而進(jìn)行該電池單元的充電和放電的情況下，適當(dāng)控制全橋電路10的開關(guān)動(dòng)作而使上述的輸出點(diǎn)間產(chǎn)生的電位的高低反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生從全橋電路10向電池單元流過(guò)充電電流的狀態(tài)和從電池單元向全橋電路10流過(guò)放電電流的狀態(tài)。
[0056]另外，根據(jù)與全橋電路10連接的負(fù)載的功能、種類，為了防止電流的逆流，有時(shí)也在全橋電路10的輸出點(diǎn)連接整流電路。
[0057]圖3是表示實(shí)施例1的全橋電力變換裝置的各開關(guān)元件的動(dòng)作的說(shuō)明圖。該圖表示圖1的全橋電路10的動(dòng)作例，是表示開關(guān)元件(Ql) 11、開關(guān)元件(Q2) 12、開關(guān)元件(Q3)
13、開關(guān)元件(Q4)14的動(dòng)作定時(shí)的時(shí)序圖。在圖中，表示高電平的期間是導(dǎo)通狀態(tài)，表示低電平的期間是截止?fàn)顟B(tài)。
[0058]圖3 Ca)表示將各開關(guān)元件11?14的導(dǎo)通占空比設(shè)為50%的情況。
[0059]圖3 (b)表示將開關(guān)元件(Ql) 11的導(dǎo)通占空比設(shè)為比50%大的情況下的各開關(guān)元件的動(dòng)作。詳細(xì)地說(shuō)，表示了將上述的開關(guān)元件(Ql) 11和開關(guān)元件(Q4) 14的導(dǎo)通占空比設(shè)為比50%大、將開關(guān)元件(Q2) 12和開關(guān)元件(Q3) 13的導(dǎo)通占空比設(shè)為比50%小的情況下的動(dòng)作。
[0060]另外，圖3 (C)表示將開關(guān)元件(Ql) 11的導(dǎo)通占空比設(shè)為比50%小的情況下的各開關(guān)元件的動(dòng)作。詳細(xì)地說(shuō)，表示了將上述的開關(guān)元件(Ql) 11和開關(guān)元件(Q4) 14的導(dǎo)通占空比設(shè)為比50%小、將開關(guān)元件(Q2) 12和開關(guān)元件(Q3) 13的導(dǎo)通占空比設(shè)為比50%大的情況下的動(dòng)作。
[0061]使全橋電路10進(jìn)行動(dòng)作時(shí)，為了防止貫通電流流過(guò)第I連接點(diǎn)和第2連接點(diǎn)之間，在開關(guān)動(dòng)作設(shè)置了死區(qū)時(shí)間。死區(qū)時(shí)間是例如在圖3 (a)中開關(guān)元件(Q2)12向截止?fàn)顟B(tài)遷移后，為了使開關(guān)元件(Ql) 11向?qū)顟B(tài)遷移而附加的遲延時(shí)間，為了防止開關(guān)元件的開關(guān)速度為起因而串聯(lián)連接的2個(gè)開關(guān)元件都成為導(dǎo)通狀態(tài)而設(shè)。另外，死區(qū)時(shí)間也設(shè)置于本實(shí)施例中的全橋電路10的開關(guān)動(dòng)作，但是，表示成為本發(fā)明的特征的開關(guān)動(dòng)作的情況下，成為微小的時(shí)間，因此，在前述的圖2、圖3以及以下的說(shuō)明采用的各圖中未表示。另夕卜，在該動(dòng)作說(shuō)明中，省略了對(duì)死區(qū)時(shí)間的關(guān)注。
[0062]在圖3 (a)、(b)、(C)所示的開關(guān)動(dòng)作，設(shè)置了施加高電位側(cè)的輸入電壓的開關(guān)元件(Ql) 11和開關(guān)元件(Q3) 13都成為導(dǎo)通狀態(tài)的期間。另外，設(shè)置了施加低電位側(cè)的輸入電壓的開關(guān)元件(Q2) 12和開關(guān)元件(Q4) 14都成為導(dǎo)通狀態(tài)的期間。
[0063]另外，不存在開關(guān)元件(Ql)Il和開關(guān)元件(Q2)12都成為導(dǎo)通狀態(tài)的期間、以及開關(guān)元件(Q3)13和開關(guān)元件(Q4)14都成為導(dǎo)通狀態(tài)的期間。另外，根據(jù)向負(fù)載21供給電力的目的等，有僅僅進(jìn)行圖3 (b)所示的開關(guān)動(dòng)作的情況、僅僅進(jìn)行圖3 (c)所示的開關(guān)動(dòng)作的情況以及組合進(jìn)行圖3 (b)和圖3 (c)的開關(guān)動(dòng)作的情況等。
[0064]如圖3 (a)所示，將導(dǎo)通占空比設(shè)為50%，各狀態(tài)的全部遷移定時(shí)(全開關(guān)元件的從導(dǎo)通向截止的遷移、以及從截止向?qū)ǖ倪w移)一致時(shí)，全橋電路10的2個(gè)輸出點(diǎn)間的電位差消失，即使電流流過(guò)，全橋電路10也不輸出電力。在該期間，在電感器15事先積蓄的能量W=l/2.LI~2的釋放形成的慣性電流或電池等(負(fù)載21)形成的電流流過(guò)。
[0065]全橋電路10為了從輸入Vl向輸出傳輸能量，例如圖3 (b)或圖3 (C)所示，在開關(guān)元件(Ql) 11、(Q2) 12和開關(guān)元件(Q3) 13、(Q4) 14之間，以使從導(dǎo)通向截止的遷移定時(shí)、或從截止向?qū)ǖ倪w移定時(shí)的某一個(gè)、或者全部遷移定時(shí)都不同步的方式，使各開關(guān)元件進(jìn)行動(dòng)作。
[0066]在圖3 (b)所示的開關(guān)動(dòng)作中，使串聯(lián)連接的開關(guān)元件(Ql) 11和開關(guān)元件(Q2)12的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)反轉(zhuǎn)而使開關(guān)定時(shí)同步，另外，使串聯(lián)連接的開關(guān)元件(Q3) 13和開關(guān)元件(Q4) 14的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)反轉(zhuǎn)而使開關(guān)定時(shí)同步。
[0067]另外，在該開關(guān)動(dòng)作中，使開關(guān)元件(Ql)Il及開關(guān)元件(Q3)13的從截止?fàn)顟B(tài)向?qū)顟B(tài)遷移的定時(shí)同步，而且，使開關(guān)元件(Q2)12及開關(guān)元件(Q4)14的從導(dǎo)通狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)遷移的定時(shí)同步。
[0068]另外，在該開關(guān)動(dòng)作中，使開關(guān)元件(Ql) 11向截止?fàn)顟B(tài)遷移的定時(shí)和開關(guān)元件(Q2) 12向?qū)顟B(tài)遷移的定時(shí)同步。另外，使開關(guān)元件(Q3) 13向截止?fàn)顟B(tài)遷移的定時(shí)和開關(guān)元件(Q4) 14向?qū)顟B(tài)遷移的定時(shí)同步。這里，例如使開關(guān)元件(Ql) 11向截止?fàn)顟B(tài)遷移的定時(shí)和開關(guān)元件(Q3)13向截止?fàn)顟B(tài)遷移的定時(shí)不同步。另外，該開關(guān)動(dòng)作是輸出正電壓的情況。
[0069]如上所述，開關(guān)控制部20輸出正電壓的情況下，使開關(guān)元件(Ql)Il的導(dǎo)通占空比比開關(guān)元件(Q3)的導(dǎo)通占空比更大，在輸出后述的負(fù)電壓的情況下，則反之更小。
[0070]如上所述，通過(guò)控制各開關(guān)元件的動(dòng)作，產(chǎn)生例如圖3 (b)作為“傳輸期間”表示的那樣開關(guān)元件(Ql) 11和開關(guān)元件(Q4) 14都成為導(dǎo)通狀態(tài)且開關(guān)元件(Q2) 12和開關(guān)元件(Q3) 13都成為截止?fàn)顟B(tài)的期間。
[0071]例如，在各開關(guān)元件使用η溝道M0SFET，向開關(guān)元件(Ql) 11和開關(guān)元件(Q3) 13的連接點(diǎn)(第I輸入點(diǎn))施加圖1所示的電壓Vl的高電位側(cè)電壓，向開關(guān)元件(Q2) 12和開關(guān)元件(Q4) 14的連接點(diǎn)(第2輸入點(diǎn))施加電壓Vl的低電位側(cè)電壓的情況下，如圖3 (b)所示的“傳輸期間”那樣，在使各開關(guān)元件導(dǎo)通/截止時(shí)，從開關(guān)元件(Ql) 11的漏極側(cè)向該開關(guān)元件(Ql) 11和開關(guān)元件(Q2) 12的連接點(diǎn)(全橋電路10的第I輸出點(diǎn))流過(guò)電流，經(jīng)由電感器16向負(fù)載21流過(guò)供給電流。另外，從負(fù)載21返回的電流流入開關(guān)元件(Q3) 13和開關(guān)元件(Q4)14的連接點(diǎn)(全橋電路10的第2輸出點(diǎn))，而且流向該開關(guān)元件(Q4)14的源極側(cè)。
[0072]在圖3 (C)所示的開關(guān)動(dòng)作中，與圖3 (b)所示同樣地，使串聯(lián)連接的開關(guān)元件(Ql)Il和開關(guān)元件(Q2)12的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)反轉(zhuǎn)而使開關(guān)定時(shí)同步，另外，使串聯(lián)連接的開關(guān)元件(Q3) 13和開關(guān)元件(Q4) 14的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)反轉(zhuǎn)而使開關(guān)定時(shí)同步。
[0073]另外，使開關(guān)元件(Ql) 11及開關(guān)元件(Q3) 13的從截止?fàn)顟B(tài)向?qū)顟B(tài)遷移的定時(shí)同步，而且使開關(guān)元件(Q2) 12及開關(guān)元件(Q4) 14的從導(dǎo)通狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)遷移的定時(shí)同步。
[0074]另外，在該開關(guān)動(dòng)作中，使開關(guān)元件(Ql) 11向截止?fàn)顟B(tài)遷移的定時(shí)和開關(guān)元件(Q2) 12向?qū)顟B(tài)遷移的定時(shí)同步。另外，使開關(guān)元件(Q3) 13向截止?fàn)顟B(tài)遷移的定時(shí)和開關(guān)元件(Q4) 14向?qū)顟B(tài)遷移的定時(shí)同步。這里，使例如開關(guān)元件(Ql) 11向截止?fàn)顟B(tài)遷移的定時(shí)和開關(guān)元件(Q3) 13向截止?fàn)顟B(tài)遷移的定時(shí)不同步。
[0075]如上所述，開關(guān)控制部20在控制各開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作時(shí)，使開關(guān)元件(Q3)13的導(dǎo)通占空比比開關(guān)元件(Ql) 11的導(dǎo)通占空比大。此時(shí)，輸出電壓成為負(fù)電壓。
[0076]另外，如上所述，通過(guò)控制各開關(guān)元件的動(dòng)作，產(chǎn)生例如圖3 (C)作為“傳輸期間”表示的那樣開關(guān)元件(Ql) 11和開關(guān)元件(Q4) 14都成為截止?fàn)顟B(tài)且開關(guān)元件(Q2) 12和開關(guān)元件(Q3) 13都成為導(dǎo)通狀態(tài)的期間。
[0077]如上所述，在向開關(guān)元件(Ql) 11和開關(guān)元件(Q3) 13的連接點(diǎn)施加電壓Vl的高電位側(cè)的電壓，并且向開關(guān)元件(Q2) 12和開關(guān)元件(Q4) 14的連接點(diǎn)施加低電位側(cè)的電壓的情況下，如圖3 (c)所示的“傳輸期間”那樣，各開關(guān)元件導(dǎo)通/截止時(shí)，從開關(guān)元件(Q3)
13的漏極側(cè)向該開關(guān)元件(Q3) 13和開關(guān)元件(Q4) 14的連接點(diǎn)(全橋電路10的第2輸出點(diǎn))流過(guò)電流，從該連接點(diǎn)向負(fù)載21流過(guò)供給電流。另外，從負(fù)載21返回的電流經(jīng)由電感器16流入開關(guān)元件(Ql) 11和開關(guān)元件(Q2) 12的連接點(diǎn)(全橋電路10的第I輸出點(diǎn))，而且流向該開關(guān)元件(Q2) 12的源極側(cè)。
[0078]如上所述，全橋電力變換裝置I在圖3 (b)或圖3 (C)所示的“傳輸期間”中，用輸入的電壓Vl從全橋電路10的輸出點(diǎn)輸出電流。從該全橋電路10的輸出點(diǎn)輸出的電流由于電感器16的扼流作用，成為直流電流，通過(guò)輸出電容器17進(jìn)一步被平滑化而向負(fù)載21輸出。
[0079]例如，在使用功率MOSFET而構(gòu)成全橋電路10的情況下，該全橋電力變換裝置I與作為負(fù)載21的電池單元等連接。連接電池單元單體而進(jìn)行充放電等的試驗(yàn)時(shí)，在“傳輸期間”中，輸出點(diǎn)間的電壓設(shè)為5[V]，向上述的負(fù)載21輸出10[A]?360[A]的電流。
[0080]另外，在連接電池模塊作為負(fù)載21時(shí)，將輸出點(diǎn)間的電壓設(shè)為60[V]，最大輸出500 [A]的電流。
[0081]另外，在連接電池組作為負(fù)載21時(shí)，將輸出點(diǎn)間的電壓設(shè)為500[V]，最大輸出500 [A]的電流。
[0082]如以往那樣使全橋電路進(jìn)行動(dòng)作的情況下(例如，如圖2所示那樣進(jìn)行動(dòng)作的情況下)，流過(guò)輸入電容器的紋波電流的有效值Irms成為與輸出電流相同。例如輸出電流為500[A]的情況下，紋波電流的有效值Irms=500[A]。相對(duì)地，如本發(fā)明的全橋電路10那樣進(jìn)行動(dòng)作的情況下，紋波電流的有效值Irms被壓縮到傳輸期間的比率(傳輸期間/開關(guān)動(dòng)作的I周期)。
[0083]圖4是表示實(shí)施例1的全橋電力變換裝置的動(dòng)作控制的說(shuō)明圖。該圖是根據(jù)從實(shí)施例I的開關(guān)控制部20輸出的控制信號(hào)來(lái)控制構(gòu)成全橋電路10的開關(guān)元件的動(dòng)作時(shí)的時(shí)序圖，表示各開關(guān)元件的控制邏輯。另外，在該圖中，將開關(guān)元件控制為導(dǎo)通狀態(tài)的期間用高電平表示，控制為截止?fàn)顟B(tài)的期間用低電平表示。
[0084]圖4 (a)表示例如圖1的開關(guān)元件(Ql)Il的開關(guān)動(dòng)作。圖4 (b)表示與圖4 (a)所示的開關(guān)元件(Ql) 11的動(dòng)作對(duì)應(yīng)地，例如使開關(guān)元件(Q3) 13如圖2所示那樣進(jìn)行導(dǎo)通/截止的動(dòng)作。圖4 (c)表示與圖4 (a)的開關(guān)元件(Ql) 11的動(dòng)作對(duì)應(yīng)地,例如使開關(guān)元件(Q3) 13如圖3所示那樣進(jìn)行導(dǎo)通/截止的動(dòng)作。
[0085]開關(guān)控制部20例如為了調(diào)整輸出電流，例如在圖4 (a)中以虛線表示的那樣增大開關(guān)元件(Ql) 11的導(dǎo)通占空比時(shí)，在一般的全橋電路中的動(dòng)作控制中，進(jìn)行使與開關(guān)元件(Ql) 11的開關(guān)動(dòng)作對(duì)稱的開關(guān)元件(Q3) 13的導(dǎo)通占空比減小的控制，如在圖4 (b)中以虛線所示的那樣，推遲從截止?fàn)顟B(tài)向?qū)顟B(tài)遷移的定時(shí)(上升的定時(shí))的控制信號(hào)向開關(guān)元件(Q3) 13輸出。
[0086]在實(shí)施例1的全橋電力變換裝置I中，如上所述，減小開關(guān)元件(Q3) 13的導(dǎo)通占空比時(shí)，如在圖4 (c)中以虛線所示的那樣，提早從導(dǎo)通狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)遷移的定時(shí)(下降的定時(shí))的控制信號(hào)向開關(guān)元件(Q3) 13輸出。
[0087]如圖4 (a)和圖4 (b)所示，在以往以來(lái)進(jìn)行的一般的開關(guān)動(dòng)作中，以并聯(lián)配置連接的2個(gè)開關(guān)元件中成為導(dǎo)通狀態(tài)的期間不重疊的方式，并且以成為截止?fàn)顟B(tài)的期間不重疊的方式，控制開關(guān)動(dòng)作。
[0088]相對(duì)地，在全橋電力變換裝置I中，如圖4 (a)和圖4 (C)所示，在開關(guān)元件(Ql)11和開關(guān)元件(Q3) 13之間、以及開關(guān)元件(Q2) 12和開關(guān)元件(Q4) 14之間，設(shè)置發(fā)生導(dǎo)通狀態(tài)重疊的期間且發(fā)生截止?fàn)顟B(tài)重疊的期間而使慣性電流流過(guò)的期間。
[0089]開關(guān)控制部20選擇性地向2個(gè)輸出點(diǎn)替換地供給低電位側(cè)的電壓和高電位側(cè)的電壓，設(shè)置使2個(gè)輸出點(diǎn)的電壓極性反轉(zhuǎn)的傳輸期間和使該輸出點(diǎn)間短路而成為O [V]的休止期間，從而控制+Vo、一 Vo、0[V]這3個(gè)電平的電壓。另外，上述的Vo是在輸出點(diǎn)間產(chǎn)生的電壓。
[0090]圖5是表示在實(shí)施例1的全橋電力變換裝置流過(guò)的慣性電流的說(shuō)明圖。該圖用虛線表示全橋電力變換裝置I進(jìn)行動(dòng)作時(shí)流過(guò)的慣性電流。[0091]圖5 (a)表示開關(guān)元件(Ql) 11和開關(guān)元件(Q3) 13成為導(dǎo)通狀態(tài)、開關(guān)元件(Q2)12和開關(guān)元件(Q4)14成為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)流過(guò)的由電感器16形成的慣性電流。另外，圖5(b)表示開關(guān)元件(Ql)Il和開關(guān)元件(Q3)13成為截止?fàn)顟B(tài)、開關(guān)元件(Q2)12和開關(guān)元件(Q4)14成為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)流過(guò)的由電感器16形成的慣性電流。
[0092]各開關(guān)元件在圖5 (a)所示的狀態(tài)下，全橋電路10的輸出點(diǎn)間由開關(guān)元件(Ql)11和開關(guān)元件(Q3)13連接。各開關(guān)元件成為這樣的狀態(tài)時(shí)，向輸入點(diǎn)供給的電力不向輸出點(diǎn)傳輸，在電感器16蓄積的能量(電力)被釋放。該能量釋放導(dǎo)致發(fā)生慣性電流，從全橋電力變換裝置I向負(fù)載21繼續(xù)流過(guò)電流。
[0093]在圖中，用虛線的箭頭表示的慣性電流在電感器16中發(fā)生而流向負(fù)載21的一端，從負(fù)載21的另一端流入連接開關(guān)元件(Q3)13和開關(guān)元件(Q4)14的全橋電路10的第2輸出點(diǎn)，在導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)元件(Q3) 13的接點(diǎn)間流過(guò)。而且，在導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)元件(Ql) 11的接點(diǎn)間流過(guò)，到達(dá)連接開關(guān)元件(Ql) 11和開關(guān)元件(Q2) 12的第I輸出點(diǎn)。然后，從第I輸出點(diǎn)流過(guò)電感器16。
[0094]各開關(guān)元件導(dǎo)通/截止為圖5 (b)所示的狀態(tài)時(shí)，全橋電路10的輸出點(diǎn)間經(jīng)由開關(guān)元件(Q2) 12和開關(guān)元件(Q4) 14連接。即使各開關(guān)元件成為這樣的狀態(tài)時(shí)，向輸入點(diǎn)供給的電力也不向上述的輸出點(diǎn)傳輸，如前述那樣，在電感器16中發(fā)生的慣性電流流過(guò)。
[0095]在圖中，以虛線的箭頭表示的慣性電流從電感器16流入負(fù)載21的一端，從負(fù)載21的另一端流入連接開關(guān)元件(Q3) 13和開關(guān)元件(Q4) 14的第2輸出點(diǎn)，在導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)元件(Q4) 14的接點(diǎn)間流過(guò)，而且，在導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)元件(Q2) 12的接點(diǎn)間流過(guò)，到達(dá)連接開關(guān)元件(Ql) 11和開關(guān)元件(Q2) 12的第I輸出點(diǎn)。然后，從第I輸出點(diǎn)流過(guò)電感器16。
[0096]圖6是表示實(shí)施例1的全橋電力變換裝置的動(dòng)作的說(shuō)明圖。該圖是表示全橋電路10的各開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)的時(shí)序圖，示出了表示一個(gè)開關(guān)元件的動(dòng)作模式的狀態(tài)遷移A和表示其他開關(guān)元件的動(dòng)作模式的狀態(tài)遷移B。
[0097]圖6所示的各狀態(tài)中，高電平的部分表示導(dǎo)通狀態(tài)，低電平的部分表示截止?fàn)顟B(tài)。
[0098]另外,狀態(tài)遷移A例如表示開關(guān)元件(Ql) 11的導(dǎo)通/截止動(dòng)作,狀態(tài)遷移B表示開關(guān)元件(Q3)13的導(dǎo)通/截止動(dòng)作。狀態(tài)遷移A和狀態(tài)遷移B表示使開關(guān)元件(Ql)Il和開關(guān)元件(Q3) 13的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)反轉(zhuǎn)而遷移的情況。
[0099]這里，將狀態(tài)遷移A和狀態(tài)遷移B中的、導(dǎo)通狀態(tài)的期間短(時(shí)間寬度窄的)的一方的狀態(tài)遷移中的該時(shí)間寬度設(shè)為Tm，將狀態(tài)遷移A的導(dǎo)通狀態(tài)和狀態(tài)遷移B的導(dǎo)通狀態(tài)重疊的期間設(shè)為Td時(shí)，將重疊期間Td對(duì)時(shí)間寬度Tm的比例設(shè)為驅(qū)動(dòng)重疊率Rd(Rd=Td/Tm)。如圖6所例示，成為一個(gè)狀態(tài)(這里是導(dǎo)通狀態(tài))的時(shí)間寬度窄的一方是狀態(tài)遷移A，一個(gè)狀態(tài)(導(dǎo)通狀態(tài))的時(shí)間寬度寬的一方是狀態(tài)遷移B。
[0100]圖6 (a)表示以往以來(lái)進(jìn)行的一般的開關(guān)動(dòng)作，示出了例如表示開關(guān)元件(Ql) 11的動(dòng)作模式的狀態(tài)遷移A和表示開關(guān)元件(Q3) 13的動(dòng)作模式的狀態(tài)遷移B。
[0101]圖6 (a)例示的開關(guān)動(dòng)作中，各開關(guān)元件從導(dǎo)通狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)遷移時(shí)、或從截止?fàn)顟B(tài)向?qū)顟B(tài)遷移時(shí)產(chǎn)生的遲延時(shí)間(前述的死區(qū)時(shí)間)極小，為可以視為“O”的程度。這里，在狀態(tài)遷移A中成為低電平的期間和在狀態(tài)遷移B中成為高電平的期間分別設(shè)為Tm時(shí)，通過(guò)將期間Td視為“0”，驅(qū)動(dòng)重疊率Rd成為Td/Tm=0，不產(chǎn)生圖5所示的慣性電流流過(guò)的期間。[0102]圖6 (b)表不實(shí)施例1的全橋電路10的開關(guān)動(dòng)作的一個(gè)例子。與圖6 Ca)同樣地，圖6 (b)的狀態(tài)遷移A表示例如開關(guān)元件(Ql) 11的動(dòng)作模式，狀態(tài)遷移B表示開關(guān)元件(Q3) 13的動(dòng)作模式。
[0103]在圖6 (b)中，狀態(tài)遷移B的高電平側(cè)的時(shí)間寬度比狀態(tài)遷移A窄。另外，狀態(tài)遷移A的低電平側(cè)的時(shí)間寬度比狀態(tài)遷移B窄。這些窄的一方的時(shí)間寬度設(shè)為Tm。另外，將狀態(tài)遷移B在時(shí)間寬度Tm成為高電平的期間中的、狀態(tài)遷移A成為高電平的期間設(shè)為Td。另外，將狀態(tài)遷移A在時(shí)間寬度Tm成為低電平的期間中的、狀態(tài)遷移B成為低電平的期間設(shè)為Td。前述的慣性電流在期間Td之間流過(guò)，因此，驅(qū)動(dòng)重疊率Rd越大，慣性電流流過(guò)的期間越長(zhǎng)。
[0104]另外，對(duì)稱地輸出采用輸入電壓(電壓VI)的電流的期間變短。換言之，狀態(tài)遷移A為導(dǎo)通狀態(tài)而狀態(tài)遷移B成為截止?fàn)顟B(tài)的期間和狀態(tài)遷移A為截止?fàn)顟B(tài)而狀態(tài)遷移B成為導(dǎo)通狀態(tài)的期間變短。
[0105]這樣，抑制對(duì)輸入電壓(電壓VI)進(jìn)行開關(guān)而輸出電流的期間，抑制紋波分量的大小，另外，在不進(jìn)行電流輸出的期間流過(guò)慣性電流，維持流入負(fù)載21的直流電流。
[0106]開關(guān)控制部20在向輸出負(fù)載21輸出例如大于等于10[kW]的電力的情況下，使全橋電路10的各開關(guān)元件以小于等于20[kHz]進(jìn)行開關(guān)，在負(fù)載21輕的情況下，以數(shù)百[kHz]進(jìn)行開關(guān)。另外，根據(jù)輸出電力的大小，如圖4所示，調(diào)整各開關(guān)元件的導(dǎo)通占空比，以前述的驅(qū)動(dòng)重疊率Rd= (Td/Tm) X 100%成為例如大于等于50%的方式，生成各開關(guān)元件的控制信號(hào)，使全橋電路10進(jìn)行動(dòng)作。
[0107]這里，在全橋電力變換裝置I的輸出電流設(shè)為“I”時(shí)，如圖6 (a)所示，在驅(qū)動(dòng)重疊率Rd設(shè)為0%的動(dòng)作中，在輸入電容器15流過(guò)的紋波電流的有效值Irms=輸出電流值I。
[0108]另外，將輸出電流的導(dǎo)通占空比設(shè)為“D”時(shí)，在將驅(qū)動(dòng)重疊率Rd設(shè)為100%(Td=Tm)的動(dòng)作中，紋波電流的有效值Irms與IX (1- 2D)成比例。
[0109]例如，以向全橋電路10輸入40[V]的電壓VI，在負(fù)載21的兩端產(chǎn)生4[V]的電壓的方式進(jìn)行動(dòng)作時(shí)，開關(guān)控制部20將導(dǎo)通占空比D設(shè)為45%，使各開關(guān)元件工作。在該動(dòng)作中，在設(shè)為Rd=100%的情況下，與Rd=0%的情況比，紋波電流的有效值成為1/10。
[0110]在輸入電容器15 (平滑電容器)中，如以往那樣以Rd=0%進(jìn)行動(dòng)作時(shí)，即使紋波耐量需要360[A]的情況下，通過(guò)以Rd=100%進(jìn)行動(dòng)作，即使具有36[A]左右的紋波耐量的電容器也可以使用。
[0111]圖7是表不全橋電路的輸入電壓及輸出電流的說(shuō)明圖。該圖是表不全橋電路10等的輸入點(diǎn)的電壓和輸出點(diǎn)的電流的經(jīng)時(shí)變化的時(shí)序圖。另外，圖中的輸入電壓是在全橋電路10的2個(gè)輸出點(diǎn)間產(chǎn)生的電壓，另外，圖中的輸出電流是從輸出點(diǎn)輸出的電流所包含的紋波分量，是在輸出電容器17流過(guò)的AC分量的電流。
[0112]圖7 (a)表不進(jìn)行圖2 (a)所不的開關(guān)動(dòng)作時(shí)的輸入電壓及輸出電流，圖7 (b)表示進(jìn)行例如圖3 (b)所示的開關(guān)動(dòng)作時(shí)的輸入電壓及輸出電流。
[0113]在進(jìn)行圖2 Ca)所示的開關(guān)動(dòng)作時(shí)，向2個(gè)輸出點(diǎn)施加的高電位側(cè)和低電位側(cè)的電壓與開關(guān)動(dòng)作對(duì)應(yīng)地反轉(zhuǎn)，全橋電路10的任意的輸出點(diǎn)的電壓如圖7 (a)所不的輸入電壓那樣變化。這樣，在輸出點(diǎn)間電位的高低反轉(zhuǎn)的情況下，交流分量的電流在輸出電容器17等的平滑電容器流過(guò)，產(chǎn)生例如圖7 (a)所示的輸出電流那樣的紋波電流。[0114]例如，在進(jìn)行圖3 (b)所示的開關(guān)動(dòng)作時(shí)，全橋電路10的輸出點(diǎn)間的電壓如圖7
(b)所示的輸入電壓那樣變化。
[0115]在圖3 (b)例示的開關(guān)動(dòng)作中，用電壓Vl輸出電流的期間(圖中高電平的期間匕不輸出該電流的期間(圖中低電平的期間)短。即，將紋波電流增加的期間抑制得短，因此，如圖7 (b)所示的輸出電流那樣，與圖7 (a)所示的情況相比，發(fā)生峰值小的紋波電流。
[0116]另外，即使在圖3 (C)所示的開關(guān)動(dòng)作中，與圖3 (b)所示的開關(guān)動(dòng)作同樣地，也將紋波電流增加的期間抑制得短，因此，如圖7 (b)所示的輸出電流那樣，發(fā)生峰值小的紋波電流。
[0117]在圖3 (b)例示的開關(guān)動(dòng)作中，沒(méi)有開關(guān)元件(Q3)13的導(dǎo)通狀態(tài)和開關(guān)元件(Q2)12的導(dǎo)通狀態(tài)重疊的期間、及開關(guān)元件(Ql) 11的截止?fàn)顟B(tài)和開關(guān)元件(Q4) 14的截止?fàn)顟B(tài)重疊的期間，因此，在第I及第2輸出點(diǎn)間，高電位側(cè)的電壓和低電位側(cè)的電壓不反轉(zhuǎn)。具體地說(shuō)，在使用電壓Vl輸出電流時(shí)，向第I輸出點(diǎn)施加高電位側(cè)的電壓，向第2輸出點(diǎn)施加低電位側(cè)的電壓。
[0118]如上所述，在全橋電路10動(dòng)作時(shí)，連接例如電池單元等的2次電池作為負(fù)載21的情況下，可以從全橋電力變換裝置I向負(fù)載21供給電流而進(jìn)行充電。在該情況下，例如，全橋電路10的第I輸出點(diǎn)與負(fù)載21 (2次電池)的高電位側(cè)電極連接，第2輸出點(diǎn)與負(fù)載21的低電位側(cè)電極連接。然后，在全橋電路10的第I及第2輸入點(diǎn)間，如前述那樣輸入電壓VI，從全橋電力變換裝置I輸出充電電流。
[0119]另外，可以用全橋電力變換裝置I測(cè)量2次電池的各特性(例如充放電特性)，也可以將其他負(fù)載或向其他負(fù)載供給電力的電源裝置等連接到全橋電路10的第I及第2輸入點(diǎn)間，向上述的其他負(fù)載供給電力。即，全橋電力變換裝置I也可以作為雙向變流器而使用。
[0120]從負(fù)載21 (2次電池)向全橋電力變換裝置I流過(guò)放電電流的情況下，例如將負(fù)載21 (2次電池)的高電位側(cè)的電極與全橋電路10的第I輸出點(diǎn)連接，將負(fù)載21 (2次電池)的低電位側(cè)的電極與全橋電路10的第2輸出點(diǎn)連接。
[0121]這樣，在負(fù)載21 (2次電池)和全橋電路10連接時(shí)，進(jìn)行例如圖3 (b)所示的開關(guān)動(dòng)作，在全橋電路10的第I輸入點(diǎn)產(chǎn)生高電位側(cè)的電壓,在第2輸入點(diǎn)產(chǎn)生低電位側(cè)的電壓，向在第I輸入點(diǎn)和第2輸入點(diǎn)間連接的例如其他負(fù)載供給從負(fù)載21 (2次電池)釋放的電力。
[0122]作為與全橋電路10的輸入側(cè)連接的前述的電源裝置，例如有太陽(yáng)光發(fā)電裝置等，在從太陽(yáng)光發(fā)電裝置向其他負(fù)載供給的電力不足時(shí)，可以經(jīng)由全橋電力變換裝置1，輔助地供給在負(fù)載21 (2次電池)積蓄的電力，另外，也可以適當(dāng)使全橋電力變換裝置I工作而對(duì)負(fù)載21 (2次電池)進(jìn)行充電。
[0123]前述的一系列的動(dòng)作說(shuō)明是以輸出電壓為正，輸出電流也為正(充電電流)作為前提，但是，該實(shí)施例1的全橋電路10不管圖2、圖3的驅(qū)動(dòng)邏輯的差異如何，對(duì)于輸出電壓的正負(fù)及輸出電流的正負(fù)(充電電流和放電電流)的任一動(dòng)作都是可能的，具有能夠進(jìn)行“ 4象限”動(dòng)作的結(jié)構(gòu)。
[0124]全橋電力變換裝置I的輸出電流1，用下式(I)表示，通過(guò)全橋電路10的輸出瞬時(shí)電壓Vb (t)的積分給出。[0125]1=l/L f {Vb (t) — Eo} dt+Ii...(1)
[0126](這里，Ii是積分常數(shù):輸出電流的初始值，L是電感器16的電感量)
[0127]上述的(I)式表示使全橋電路10進(jìn)行動(dòng)作的控制信號(hào)的占空比的值(例如導(dǎo)通占空比)在微分動(dòng)作中使該全橋電路10的輸出瞬時(shí)電壓Vb (t)變化的情況。另外，通過(guò)該占空比的值，可以控制從該全橋電力變換裝置I輸出的電流，其控制范圍涉及充電、放電(正負(fù))的電流。
[0128]全橋電力變換裝置I的輸出電壓Eo用下式(2)式表示，全橋電路10的動(dòng)作中的占空比(導(dǎo)通占空比)的值D由I次式給出。
[0129]Eo=Vl (2D — I)...(2)
[0130]導(dǎo)通占空比為50%以上則成為正的電壓，為50%以下則成為負(fù)的電壓。這樣，全橋電力變換裝置I控制的電壓范圍涉及正負(fù)。
[0131]雖然省略詳細(xì)的說(shuō)明，但是無(wú)論圖2、圖3的驅(qū)動(dòng)邏輯是否不同，在輸出電流電壓極性的各象限中也可進(jìn)行電路動(dòng)作，而上述的圖2、3分別示出的3個(gè)技術(shù)(圖中的(a)、(b )、
(c))在任一象限中都可以降低輸入側(cè)和輸出側(cè)的紋波電流。
[0132]即使在進(jìn)行圖3 (C)所示的開關(guān)動(dòng)作的情況下，在全橋電路10的第I及第2輸出點(diǎn)間，高電位側(cè)的電壓和低電位側(cè)的電壓也不反轉(zhuǎn)。在該開關(guān)動(dòng)作中，在各輸出點(diǎn)產(chǎn)生的電位的高低與圖3 (b)所示情況成為相反，如前所述，將電壓Vl輸入全橋電路10的第I輸入點(diǎn)和第2輸入點(diǎn)之間時(shí),在全橋電路10的第I輸出點(diǎn)產(chǎn)生低電位側(cè)的電壓,在第2輸出點(diǎn)產(chǎn)生高電位側(cè)的電壓。
[0133]如前如述，在全橋電力變換裝置I連接到作為負(fù)載21的2次電池時(shí)，進(jìn)行圖3(c)所示的開關(guān)動(dòng)作，向負(fù)載21 (2次電池)施加負(fù)電壓，可以例如測(cè)量放電特性。另外，使負(fù)載21 (2次電池)激活時(shí)，首先進(jìn)行圖3 (c)所示的開關(guān)動(dòng)作而施加負(fù)電壓，然后施加正電壓，(進(jìn)行圖3 (b)的開關(guān)動(dòng)作)進(jìn)行充電。
[0134]如上所述，根據(jù)實(shí)施例1的全橋電力變換裝置，縮短了采用向全橋電路10輸入的電壓Vl而進(jìn)行電流輸出的期間，在不輸出采用電壓Vl的電流的期間，用在電感器16蓄積的能量而流過(guò)慣性電流，因此，可以抑制全橋電路10的輸出電流所包含的紋波電流，輸出高精度的電流。
[0135]另外，可以將在全橋電路10的輸入側(cè)發(fā)生的紋波電流抑制得小，可以使用紋波耐量小的輸入電容器15，而且可以實(shí)現(xiàn)周邊電路的成本抑制、電力損失的降低導(dǎo)致的效率化、裝置的小型化等。
[0136]實(shí)施例2
[0137]在實(shí)施例1的全橋電力變換裝置I中，以全橋電路10的開關(guān)元件向?qū)顟B(tài)遷移的定時(shí)、向截止?fàn)顟B(tài)遷移的定時(shí)為基準(zhǔn)，進(jìn)行控制以使各開關(guān)元件的導(dǎo)通狀態(tài)、截止?fàn)顟B(tài)重疊。
[0138]控制各開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作時(shí)，即使以導(dǎo)通控制期間的中心時(shí)刻及截止控制期間的中心時(shí)刻為基準(zhǔn)的情況下，也可以如實(shí)施例1說(shuō)明的那樣，使各開關(guān)元件的導(dǎo)通狀態(tài)、截止?fàn)顟B(tài)重疊，可以將發(fā)生的紋波電流抑制得小。
[0139]實(shí)施例2的全橋電力變換裝置與實(shí)施例1說(shuō)明的裝置同樣地構(gòu)成。這里，對(duì)于與實(shí)施例1說(shuō)明的裝置同樣的結(jié)構(gòu)省略重復(fù)說(shuō)明，用實(shí)施例1向各部分附加的符號(hào)進(jìn)行說(shuō)明。[0140]另外，實(shí)施例2的全橋電力變換裝置與實(shí)施例1說(shuō)明的裝置大致同樣地進(jìn)行動(dòng)作。這里，對(duì)于與實(shí)施例1說(shuō)明的動(dòng)作同樣的部分省略重復(fù)說(shuō)明，說(shuō)明成為實(shí)施例2的全橋電力變換裝置的特征的動(dòng)作。
[0141]圖8是表示實(shí)施例2的全橋電力變換裝置的動(dòng)作控制的說(shuō)明圖。該圖是根據(jù)實(shí)施例2的從開關(guān)控制部20輸出的控制信號(hào)控制構(gòu)成全橋電路10的開關(guān)元件的動(dòng)作時(shí)的時(shí)序圖，示出了各開關(guān)的控制邏輯。另外，該圖中，將開關(guān)元件控制為導(dǎo)通狀態(tài)的期間用高電平表示，控制為截止?fàn)顟B(tài)的期間用低電平表示。
[0142]圖8 (a)所示的開關(guān)動(dòng)作和圖8 (b)所示的開關(guān)動(dòng)作以各導(dǎo)通狀態(tài)的期間的中心時(shí)刻以及截止?fàn)顟B(tài)的期間的中心時(shí)刻為基準(zhǔn)進(jìn)行同步。
[0143]例如，在將圖8 (a)設(shè)為開關(guān)元件(Ql) 11的動(dòng)作、將圖8 (b)設(shè)為開關(guān)元件(Q3)13的動(dòng)作時(shí)，在圖中如實(shí)線所示，在將各開關(guān)元件的導(dǎo)通占空比設(shè)為50%、將驅(qū)動(dòng)重疊率Rd設(shè)為0%的情況下，采用電壓Vl的電流不從全橋電路10的輸出點(diǎn)輸出。
[0144]實(shí)施例2的開關(guān)控制部20以導(dǎo)通狀態(tài)的期間以及截止?fàn)顟B(tài)的期間的中心時(shí)刻為基準(zhǔn)，如圖中虛線所示，通過(guò)遲延或提早各遷移定時(shí)，設(shè)置實(shí)施例1說(shuō)明的“傳輸期間”，另夕卜，在“休止期間”設(shè)置慣性電流流過(guò)的期間，控制各開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作。
[0145]在圖8 Ca)所示的開關(guān)動(dòng)作中，使設(shè)為截止?fàn)顟B(tài)的期間縮短并使設(shè)為導(dǎo)通狀態(tài)的期間延長(zhǎng)而使導(dǎo)通占空比大于50%。
[0146]詳細(xì)地說(shuō)，使導(dǎo)通狀態(tài)的期間以及截止?fàn)顟B(tài)的期間的中心時(shí)刻固定，推遲從導(dǎo)通狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)遷移的定時(shí)。另外，提早從截止向?qū)ㄟw移的定時(shí)。
[0147]圖8 (b)所示的開關(guān)動(dòng)作中，使設(shè)為導(dǎo)通狀態(tài)的期間縮短，并使設(shè)為截止?fàn)顟B(tài)的期間延長(zhǎng)而使導(dǎo)通占空比小于50%，使截止占空比大于50%。
[0148]詳細(xì)地說(shuō)，使導(dǎo)通狀態(tài)的期間以及截止?fàn)顟B(tài)的期間的中心時(shí)刻固定，推遲從截止?fàn)顟B(tài)向?qū)顟B(tài)遷移的定時(shí)。另外，提早從導(dǎo)通狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)遷移的定時(shí)。
[0149]在生成具有期望的驅(qū)動(dòng)重疊率的控制信號(hào)時(shí)，調(diào)整從上述的導(dǎo)通狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)遷移的定時(shí)、從截止向?qū)ㄟw移的定時(shí)的任一方或者雙方，以具有期望的驅(qū)動(dòng)重疊率Rd的方式，生成向各開關(guān)元件輸出的控制信號(hào)。
[0150]通過(guò)將上述那樣設(shè)定/生成的各控制信號(hào)輸入各個(gè)開關(guān)元件，實(shí)施例2的全橋電力變換裝置I如實(shí)施例1中使用圖3等而說(shuō)明的那樣進(jìn)行動(dòng)作。另外，與實(shí)施例1的全橋電力變換裝置I同樣地，向負(fù)載21輸出電流，或向全橋電路10的第I及第2輸入點(diǎn)連接的其他負(fù)載、電源裝置供給電流。
[0151]根據(jù)如上所述的實(shí)施例2，開關(guān)控制部20以開關(guān)元件維持導(dǎo)通狀態(tài)及截止?fàn)顟B(tài)的期間的中心時(shí)刻為基點(diǎn)，以形成期望的驅(qū)動(dòng)重疊率Rd的方式生成各控制信號(hào)，因此，可以在采用向全橋電路10輸入的電壓Vl而不輸出電流的期間，可靠地設(shè)置慣性電流流過(guò)的期間，可以將發(fā)生的紋波電流抑制得小。
[0152]另外，可以減小各開關(guān)元件的開關(guān)速度的差異、偏差等的影響，以高精度進(jìn)行具有期望的驅(qū)動(dòng)重疊率Rd的開關(guān)動(dòng)作。
【權(quán)利要求】
1.一種全橋電力變換裝置，其特征在于，具備: 全橋電路，是將第I開關(guān)元件的一端和第2開關(guān)元件的一端串聯(lián)連接，將第3開關(guān)元件的一端和第4開關(guān)元件的一端串聯(lián)連接，并將串聯(lián)連接的上述第I開關(guān)元件及第2開關(guān)元件和串聯(lián)連接的上述第3開關(guān)元件及第4開關(guān)元件并聯(lián)連接而成； 開關(guān)控制部，分別控制從上述第I開關(guān)元件到上述第4開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止動(dòng)作；輸入電容器，連接于第I連接點(diǎn)以及第2連接點(diǎn)之間，上述第I連接點(diǎn)將上述第I開關(guān)元件的另一端和第3開關(guān)元件的另一端連接，上述第2連接點(diǎn)將上述第2開關(guān)元件的另一端和第4開關(guān)元件的另一端連接； 第I電感器，一端連接到第3連接點(diǎn)，該第3連接點(diǎn)將上述第I開關(guān)元件的一端和第2開關(guān)元件的一端連接；以及 輸出電容器，一端連接到上述第I電感器的另一端，另一端連接到第4連接點(diǎn)，上述第4連接點(diǎn)將上述第3開關(guān)元件的一端和第4開關(guān)元件的一端連接， 在上述第I連接點(diǎn)和第2連接點(diǎn)之間輸入直流電壓，并且在上述輸出電容器的兩端連接了負(fù)載時(shí)， 上述開關(guān)控制部 對(duì)每個(gè)開關(guān)元件生成控制各開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止動(dòng)作的控制信號(hào)， 使上述第I開關(guān)元件和第2開關(guān)元件交替導(dǎo)通/截止，并且使上述第3開關(guān)元件和第4開關(guān)元件交替導(dǎo)通/截止，從上述全橋電路輸出供給上述負(fù)載的供給電流， 在不輸出上述供給電流的期間，將上述第I開關(guān)元件及第3開關(guān)元件都設(shè)為導(dǎo)通狀態(tài)，將上述第3連接點(diǎn)和第4連接點(diǎn)之間連接而流過(guò)慣性電流， 在將上述第I開關(guān)元件和上述第3開關(guān)元件中成為導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)間寬度窄的一方的該時(shí)間寬度設(shè)為Tm、將導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)間寬度寬的一方的開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)和上述導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)間寬度窄的一方的開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止?fàn)顟B(tài)成為相同的重疊期間設(shè)為Td、將表示上述重疊期間Td對(duì)上述時(shí)間寬度Tm的比例的驅(qū)動(dòng)重疊率設(shè)為Rd= (Td/Tm)X 100%時(shí)，控制上述各開關(guān)元件的動(dòng)作，以使得上述驅(qū)動(dòng)重疊率Rd成為大于等于50%且小于等于100% ο
2.如權(quán)利要求1所述的全橋電力變換裝置，其特征在于， 上述開關(guān)控制部以將開關(guān)元件設(shè)為導(dǎo)通狀態(tài)的期間的中心時(shí)刻以及設(shè)為截止?fàn)顟B(tài)的期間的中心時(shí)刻為基準(zhǔn)，確定開關(guān)動(dòng)作的遷移定時(shí)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的全橋電力變換裝置，其特征在于， 還具備在上述第4連接點(diǎn)和上述輸出電容器的另一端之間串聯(lián)連接的第2電感器。
【文檔編號(hào)】H02M7/5387GK103718444SQ201380001115
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月22日
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