本發(fā)明涉及在多個(gè)輸入輸出端口之中任意的輸入輸出端口間進(jìn)行電力變換的電力變換裝置。

背景技術(shù)：

專利文獻(xiàn)1中公開了一種在4個(gè)輸入輸出端口之中任意的2個(gè)輸入輸出端口之間進(jìn)行電力變換的電力變換電路。該電力變換電路具備：具有2個(gè)輸入輸出端口的初級(jí)側(cè)變換電路、以及與該初級(jí)側(cè)變換電路進(jìn)行磁耦合并具有其他的2個(gè)輸入輸出端口的次級(jí)側(cè)變換電路。并且，初級(jí)側(cè)變換電路與次級(jí)側(cè)變換電路通過(guò)中心抽頭式的變壓器進(jìn)行磁耦合。

初級(jí)側(cè)變換電路具有初級(jí)側(cè)全橋電路。初級(jí)側(cè)全橋電路具有使連接于變壓器的初級(jí)側(cè)線圈的兩端的2個(gè)電感器磁耦合而構(gòu)成的耦合電感器。此外，次級(jí)側(cè)變換電路具有次級(jí)側(cè)全橋電路。次級(jí)側(cè)全橋電路具有使連接于變壓器的次級(jí)側(cè)線圈的兩端的2個(gè)電感器磁耦合而構(gòu)成的耦合電感器。并且，通過(guò)改變開關(guān)周期的導(dǎo)通時(shí)間，從而處于初級(jí)側(cè)(或者次級(jí)側(cè))的2個(gè)輸入輸出端口間(非絕緣方向)的電力變換比例被變更。此外，初級(jí)側(cè)以及次級(jí)側(cè)之間(絕緣方向)的電力傳輸量通過(guò)開關(guān)周期的相位差而被控制。

耦合電感器的極性被連接為相對(duì)于初級(jí)側(cè)以及次級(jí)側(cè)間(絕緣方向)的電力傳輸時(shí)流過(guò)的電流而磁通削弱。這是因?yàn)椋涸诮^緣方向的電力傳輸中電感較小的情況下能夠傳輸較大的電力。此外，被連接為相對(duì)于處在初級(jí)側(cè)(或者次級(jí)側(cè))的2個(gè)輸入輸出端口間(非絕緣方向)的電力傳輸時(shí)流過(guò)的電流而磁通增強(qiáng)。這是因?yàn)椋弘姼休^大的情況下能夠減小電流紋波。

在初級(jí)側(cè)以及次級(jí)側(cè)間(絕緣方向)的電力傳輸時(shí)，變壓器作為磁性部件而發(fā)揮作用，但是，在處于初級(jí)側(cè)(或者次級(jí)側(cè))的2個(gè)輸入輸出端口間(非絕緣方向)的電力傳輸時(shí)，由于在夾著中心抽頭而對(duì)稱的變壓器的繞組中流過(guò)同相的電流，因此變壓器不作為磁性部件發(fā)揮作用從而對(duì)于非絕緣方向的電力傳輸動(dòng)作沒(méi)有影響。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2011-193713號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

-發(fā)明要解決的課題-

專利文獻(xiàn)1所記載的電力變換電路中，如上述那樣，盡管在初級(jí)側(cè)以及次級(jí)側(cè)之間(絕緣方向)的電力傳輸時(shí)，通過(guò)削弱磁通而等效地減小了電感，但是流過(guò)的電流在對(duì)于絕緣方向的電力傳輸沒(méi)有貢獻(xiàn)的不必要的元件(2個(gè)電感器)中流過(guò)。因此，存在產(chǎn)生導(dǎo)體損耗的這種問(wèn)題。同樣，在非絕緣方向的電力傳輸時(shí)流過(guò)的電流在對(duì)于非絕緣方向的電力傳輸沒(méi)有貢獻(xiàn)的不必要的元件(變壓器的線圈)中流過(guò)，從而存在產(chǎn)生導(dǎo)體損耗的這種問(wèn)題。

此外，存在如下問(wèn)題：對(duì)于為了分別設(shè)計(jì)絕緣方向的電力傳輸和非絕緣方向的電力傳輸而成為重要參數(shù)的耦合電感器的耦合率，難以進(jìn)行高精度的設(shè)計(jì)。此外，由于變壓器中需要中心抽頭，因此存在變壓器的大型化、形狀的復(fù)雜化的這種問(wèn)題。

為此，本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠抑制電力傳輸時(shí)產(chǎn)生的導(dǎo)體損耗、并且設(shè)計(jì)容易且小型化的電力變換裝置。

-解決課題的手段-

本發(fā)明的特征在于，具備：第1輸入輸出端口以及第2輸入輸出端口；第1全橋電路，連接于所述第1輸入輸出端口；第2全橋電路，連接于所述第2輸入輸出端口；變壓器，具有進(jìn)行磁耦合的第1線圈以及第2線圈，所述第1線圈連接于所述第1全橋電路的第1中點(diǎn)以及第2中點(diǎn)，所述第2線圈連接于所述第2全橋電路的第1中點(diǎn)以及第2中點(diǎn)；電感成分，設(shè)置在所述第1線圈以及所述第1全橋電路之間、或者所述第2線圈以及所述第2全橋電路之間的至少一方；第1電感器，其第1端連接于所述第1全橋電路的所述第1中點(diǎn)、或者所述第2全橋電路的所述第1中點(diǎn)；第2電感器，其第1端連接于所述第1全橋電路的所述第2中點(diǎn)、或者所述第2全橋電路的所述第2中點(diǎn)；和第3輸入輸出端口，連接于所述第1電感器以及所述第2電感器的第2端。

在該構(gòu)成中，能夠設(shè)定第1輸入輸出端口以及第2輸入輸出端口間(絕緣方向)的電力傳輸時(shí)的電流路徑、和第1輸入輸出端口以及第3輸入輸出端口間(非絕緣方向)的電力傳輸時(shí)的電流路徑，以使得電流通過(guò)絕緣方向以及非絕緣方向各自所需的元件。由此，因?yàn)榻^緣方向以及非絕緣方向的電力傳輸時(shí)流過(guò)電流不會(huì)流過(guò)不必要的元件，所以能夠抑制導(dǎo)體損耗的產(chǎn)生。此外，由于能夠分別獨(dú)立地設(shè)計(jì)與絕緣方向的電力傳輸相關(guān)的電感器和與非絕緣方向的電力傳輸相關(guān)的電感器，因此設(shè)計(jì)上變得容易。此外，由于變壓器中不需要中心抽頭，因此能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器的構(gòu)造的簡(jiǎn)易化、小型化。

優(yōu)選地，在本發(fā)明所涉及的電力變換裝置中，所述第1電感器與所述第2電感器極性相反地進(jìn)行耦合。

在該構(gòu)成中，由于通過(guò)磁耦合而紋波電流被消除，因此能夠使得電感器小型化。

優(yōu)選地，本發(fā)明所涉及的電力變換裝置中，所述第1電感器的所述第1端連接于所述第1全橋電路的所述第1中點(diǎn)，所述第2電感器的所述第1端連接于所述第1全橋電路的所述第2中點(diǎn)，還具備：第3電感器，其第1端連接于所述第2全橋電路的所述第1中點(diǎn)；第4電感器，其第1端連接于所述第2全橋電路的所述第2中點(diǎn)；和第4輸入輸出端口，連接于所述第3電感器以及所述第4電感器的第2端。

在該構(gòu)成中，能夠設(shè)定第2輸入輸出端口以及第1輸入輸出端口間(絕緣方向)的電力傳輸時(shí)的電流路徑、和第2輸入輸出端口以及第4輸入輸出端口間(非絕緣方向)的電力傳輸時(shí)的電流路徑，以使得電流通過(guò)絕緣方向以及非絕緣方向各自所需的元件。由此，因?yàn)榻^緣方向以及非絕緣方向的電力傳輸時(shí)流過(guò)電流不會(huì)流過(guò)不必要的元件，所以能夠抑制導(dǎo)體損耗的產(chǎn)生。此外，由于絕緣方向和非絕緣方向的電流路徑不同，因此能夠在各路徑中獨(dú)立地設(shè)計(jì)磁性部件。此外，由于變壓器中不需要中心抽頭，因此能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器的構(gòu)造的簡(jiǎn)易化、小型化。

優(yōu)選地，在本發(fā)明所涉及的電力變換裝置中，所述第3電感器與所述第4電感器極性相反地進(jìn)行耦合。

在該構(gòu)成中，由于通過(guò)磁耦合而紋波電流被消除，因此能夠使得電感器小型化。

優(yōu)選地，本發(fā)明所涉及的電力變換裝置具備：電容器，連接在所述第1全橋電路或者所述第2全橋電路的至少一方與所述變壓器之間。

在該構(gòu)成中，通過(guò)設(shè)置電容器，能夠防止變壓器中的偏磁的產(chǎn)生。

-發(fā)明效果-

根據(jù)本發(fā)明，由于在絕緣方向以及非絕緣方向的電力傳輸時(shí)流過(guò)的電流沒(méi)有流過(guò)不必要的元件，因此能夠抑制導(dǎo)體損耗的產(chǎn)生。此外，由于能夠分別獨(dú)立地設(shè)計(jì)與絕緣方向的電力傳輸有關(guān)的電感器、與非絕緣方向的電力傳輸有關(guān)的電感器，因此設(shè)計(jì)上變得容易。此外，由于變壓器中不需要中心抽頭，因此能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器的構(gòu)造的簡(jiǎn)易化、小型化。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施方式1所涉及的電力變換裝置的電路圖。

圖2是表示控制部的功能的框圖。

圖3是表示電力變換裝置的初級(jí)側(cè)變換電路各部的電壓波形以及電流波形的圖。

圖4是用于說(shuō)明電力變換裝置作為降壓電路而發(fā)揮作用的情況下的電流路徑的圖。

圖5是用于說(shuō)明電力變換裝置作為dab變換器電路而發(fā)揮作用的情況下的電流路徑的圖。

圖6是用于說(shuō)明電力變換裝置作為dab變換器電路而發(fā)揮作用的情況下的電流路徑的圖。

圖7是用于說(shuō)明電力變換裝置作為dab變換器電路而發(fā)揮作用的情況下的電流路徑的圖。

圖8是實(shí)施方式2所涉及的電力變換裝置的電路圖。

圖9是實(shí)施方式3所涉及的電力變換裝置的電路圖。

圖10是實(shí)施方式4所涉及的電力變換裝置的電路圖。

具體實(shí)施方式

(實(shí)施方式1)

圖1是實(shí)施方式1所涉及的電力變換裝置1的電路圖。

電力變換裝置1具備變壓器30，該變壓器30具有進(jìn)行磁耦合的初級(jí)線圈31(本發(fā)明所涉及的“第1線圈”)和次級(jí)線圈32(本發(fā)明所涉及的“第2線圈”)。在變壓器30的初級(jí)側(cè)，設(shè)有具備輸入輸出端子io1、io2的第1輸入輸出端口p1、和具備輸入輸出端子io2、io3的第3輸入輸出端口p3。在次級(jí)側(cè)，設(shè)有具備輸入輸出端子io4、io5的第2輸入輸出端口p2、和具備輸入輸出端子io5、io6的第4輸入輸出端口p4。電力變換裝置1在4個(gè)輸入輸出端口p1～p4之中任意的2個(gè)端口間進(jìn)行電力變換。

以下，將在變壓器30的初級(jí)側(cè)所形成的電路稱為初級(jí)側(cè)變換電路10，將在次級(jí)側(cè)所形成的電路稱為次級(jí)側(cè)變換電路20。初級(jí)側(cè)變換電路10包括變壓器30的初級(jí)線圈31。次級(jí)側(cè)變換電路20包括變壓器30的次級(jí)線圈32。也就是說(shuō)，初級(jí)側(cè)變換電路10和次級(jí)側(cè)變換電路20通過(guò)初級(jí)線圈31與次級(jí)線圈32進(jìn)行磁耦合。

將從初級(jí)側(cè)變換電路10向次級(jí)側(cè)變換電路20(或者相反)的電力傳輸稱為“絕緣方向的電力傳輸”。此外，初級(jí)側(cè)變換電路10(或者次級(jí)側(cè)變換電路20)內(nèi)的電力傳輸、例如第1輸入輸出端口p1至第3輸入輸出端口間的電力傳輸稱為“非絕緣方向的電力傳輸”。

首先，說(shuō)明初級(jí)側(cè)變換電路10。

初級(jí)側(cè)變換電路10具備初級(jí)側(cè)全橋電路。初級(jí)側(cè)全橋電路相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“第1全橋電路”。以下，初級(jí)側(cè)全橋電路僅稱為全橋電路。全橋電路具有開關(guān)元件q11、q12、q13、q14。開關(guān)元件q11、q12、q13、q14是n型mos-fet。從初級(jí)側(cè)驅(qū)動(dòng)器33向開關(guān)元件q11、q12、q13、q14的柵極輸入柵極信號(hào)。由此，各開關(guān)元件q11、q12、q13、q14被導(dǎo)通、斷開。

開關(guān)元件q11、q12被串聯(lián)連接而得到的第1臂對(duì)、與開關(guān)元件q13、q14被串聯(lián)連接而得到的第2臂對(duì)進(jìn)行并聯(lián)連接，并連接于輸入輸出端子io1、io2。開關(guān)元件q11、q12的連接點(diǎn)(本發(fā)明所涉及的“第1中點(diǎn)”)經(jīng)由電感器l1而連接于變壓器30的初級(jí)線圈31的第1端。開關(guān)元件q13、q14的連接點(diǎn)(本發(fā)明所涉及的“第2中點(diǎn)”)連接于變壓器30的初級(jí)線圈31的第2端。

電感器l1是用于調(diào)整絕緣方向的電力傳輸時(shí)的變壓的元件，相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“電感成分”。該電感器l1既可以是實(shí)際的元件，也可以是變壓器30的漏電感。

此外，開關(guān)元件q11、q12的連接點(diǎn)經(jīng)由電感器lu1也連接于輸入輸出端子io3。開關(guān)元件q13、q14的連接點(diǎn)經(jīng)由電感器lv1也連接于輸入輸出端子io3。電感器lu1相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“第1電感器”。電感器lv1相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“第2電感器”。

通過(guò)開關(guān)元件q11～q14和電感器lu1，lv1，在第1輸入輸出端口p1與第3輸入輸出端口p3之間形成升降壓電路。詳細(xì)而言，在著眼于從第1輸入輸出端口p1至第3輸入輸出端口p3的路徑的情況下，在第1輸入輸出端口p1與第3輸入輸出端口p3之間形成降壓電路。此外，在著眼于從第3輸入輸出端口p3至第1輸入輸出端口p1的路徑的情況下，在第3輸入輸出端口p3與第1輸入輸出端口p1之間形成升壓電路。因此，從第1輸入輸出端口p1輸入的電壓被降壓并從第3輸入輸出端口p3輸出。此外，從第3輸入輸出端口p3輸入的電壓被升壓并從第1輸入輸出端口p1輸出。

通過(guò)經(jīng)由電感器lu1、lv1將橋電路與第3輸入輸出端口p3連接，在非絕緣方向的電力傳輸時(shí)從第1輸入輸出端口p1向第3輸入輸出端口p3(或者相反)流過(guò)電流不通過(guò)初級(jí)線圈31。因此，能夠抑制在非絕緣方向的電力傳輸時(shí)初級(jí)線圈31中流過(guò)電流所產(chǎn)生的導(dǎo)體損耗。

接下來(lái)，說(shuō)明次級(jí)側(cè)變換電路20。

次級(jí)側(cè)變換電路20具備次級(jí)側(cè)全橋電路。次級(jí)側(cè)全橋電路相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“第2全橋電路”。以下，次級(jí)側(cè)全橋電路僅稱為全橋電路。該全橋電路具有開關(guān)元件q21、q22、q23、q24。開關(guān)元件q21、q22、q23、q24是n型mos-fet。從次級(jí)側(cè)驅(qū)動(dòng)器34向開關(guān)元件q21、q22、q23、q24的柵極輸入柵極信號(hào)。由此，各開關(guān)元件q21、q22、q23、q24被導(dǎo)通、斷開。

開關(guān)元件q21、q22被串聯(lián)連接而得到的第3臂對(duì)、與開關(guān)元件q23、q24被串聯(lián)連接而得到的第4臂對(duì)進(jìn)行并聯(lián)連接，并連接于輸入輸出端子io4、io5。開關(guān)元件q21、q22的連接點(diǎn)(本發(fā)明所涉及的“第1中點(diǎn)”)經(jīng)由電感器l2而連接于變壓器30的次級(jí)線圈32的第1端。開關(guān)元件q23、q24的連接點(diǎn)(本發(fā)明所涉及的“第2中點(diǎn)”)連接于變壓器30的次級(jí)線圈32的第2端。

電感器l2是用于調(diào)整絕緣方向的電力傳輸時(shí)的變壓的元件，相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“電感成分”。該電感器l2既可以是實(shí)際的元件，也可以是變壓器30的漏電感。

此外，開關(guān)元件q21、q22的連接點(diǎn)經(jīng)由電感器lu2也連接于輸入輸出端子io6。開關(guān)元件q23、q24的連接點(diǎn)經(jīng)由電感器lv2也連接于輸入輸出端子io6。電感器lu2相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“第3電感器”。電感器lv2相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“第4電感器”。

通過(guò)開關(guān)元件q21～q24與電感器lu2、lv2，在第2輸入輸出端口p2與第4輸入輸出端口p4之間形成升降壓電路。詳細(xì)而言，在著眼于從第2輸入輸出端口p2至第4輸入輸出端口p4的路徑的情況下，在第2輸入輸出端口p2與第4輸入輸出端口p4之間形成降壓電路。此外，在著眼于從第4輸入輸出端口p4至第2輸入輸出端口p2的路徑的情況下，在第4輸入輸出端口p4與第2輸入輸出端口p2之間形成升壓電路。因此，從第2輸入輸出端口p2輸入的電壓被降壓并從第4輸入輸出端口p4輸出。此外，從第4輸入輸出端口p4輸入的電壓被升壓并從第2輸入輸出端口p2輸出。

通過(guò)經(jīng)由電感器lu2、lv2將橋電路與第4輸入輸出端口p4連接，在非絕緣方向的電力傳輸時(shí)從第2輸入輸出端口p2向第4輸入輸出端口p4(或者相反)流過(guò)的電流不通過(guò)次級(jí)線圈32。因此，能夠抑制在非絕緣方向的電力傳輸時(shí)次級(jí)線圈32中流過(guò)電流所產(chǎn)生的導(dǎo)體損耗。

電力變換裝置1具備控制部35?？刂撇?5向初級(jí)側(cè)驅(qū)動(dòng)器33以及次級(jí)側(cè)驅(qū)動(dòng)器34分別輸出控制信號(hào)。被輸入該控制信號(hào)的初級(jí)側(cè)驅(qū)動(dòng)器33以及次級(jí)側(cè)驅(qū)動(dòng)器34向各開關(guān)元件輸出柵極信號(hào)。

再有，在實(shí)施方式中，將初級(jí)側(cè)變換電路10的全橋電路設(shè)為本發(fā)明所涉及的“第1全橋電路”，將次級(jí)側(cè)變換電路20的全橋電路設(shè)為本發(fā)明所涉及的“第2全橋電路”，但也可以相反。也就是說(shuō)，也可以將初級(jí)側(cè)變換電路10的全橋電路設(shè)為本發(fā)明所涉及的“第2全橋電路”，將次級(jí)側(cè)變換電路20的全橋電路設(shè)為本發(fā)明所涉及的“第1全橋電路”。該情況下，電感器lu2相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“第1電感器”，電感器lv2相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“第2電感器”。此外，電感器lu1相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“第3電感器”，電感器lv1相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“第4電感器”。進(jìn)而，初級(jí)線圈31相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“第2線圈”，次級(jí)線圈32相當(dāng)于本發(fā)明所涉及的“第1線圈”。

此外，電力變換裝置1具備電感器l1、l2，但是只要僅具備電感器l1、l2的至少任意一個(gè)即可。

圖2是表示控制部35的功能的框圖?？刂撇?5具備電力變換模式?jīng)Q定部351、相位差決定部352、占空比決定部353、初級(jí)側(cè)輸出部354、以及次級(jí)側(cè)輸出部355。

電力變換模式?jīng)Q定部351例如基于輸入至控制部35的外部信號(hào)，來(lái)決定電力變換裝置1的電力變換模式。電力變換模式中存在第1模式～第12模式。

第1模式是對(duì)從第1輸入輸出端口p1輸入的電力進(jìn)行變換并輸出至第3輸入輸出端口p3的模式。第2模式是對(duì)從第1輸入輸出端口p1輸入的電力進(jìn)行變換并輸出至第2輸入輸出端口p2的模式。第3模式是對(duì)從第1輸入輸出端口p1輸入的電力進(jìn)行變換并輸出至第4輸入輸出端口p4的模式。再有，第3模式中，具體而言，按第1輸入輸出端口p1→第2輸入輸出端口p2→第4輸入輸出端口p4的順序進(jìn)行電力傳輸。

第4模式是對(duì)從第3輸入輸出端口p3輸入的電力進(jìn)行變換并輸出至第1輸入輸出端口p1的模式。第5模式是對(duì)從第3輸入輸出端口p3輸入的電力進(jìn)行變換并輸出至第2輸入輸出端口p2的模式。第6模式是對(duì)從第3輸入輸出端口p3輸入的電力進(jìn)行變換并輸出至第4輸入輸出端口p4的模式。再有，在第5模式中，具體而言按第3輸入輸出端口p3→第1輸入輸出端口p1→第2輸入輸出端口p2的順序進(jìn)行電力傳輸。在第6模式中，具體而言按第3輸入輸出端口p3→第1輸入輸出端口p1→第2輸入輸出端口p2→第4輸入輸出端口p4的順序進(jìn)行電力傳輸。

第7模式是對(duì)從第2輸入輸出端口p2輸入的電力進(jìn)行變換并輸出至第1輸入輸出端口p1的模式。第8模式是對(duì)從第2輸入輸出端口p2輸入的電力進(jìn)行變換并輸出至第3輸入輸出端口p3的模式。第9模式是對(duì)從第2輸入輸出端口p2輸入的電力進(jìn)行變換并輸出至第4輸入輸出端口p4的模式。再有，在第8模式中，具體而言按第2輸入輸出端口p2→第1輸入輸出端口p1→第3輸入輸出端口p3的順序進(jìn)行電力傳輸。

第10模式是對(duì)從第4輸入輸出端口p4輸入的電力進(jìn)行變換并輸出至第1輸入輸出端口p1的模式。第11模式是對(duì)從第4輸入輸出端口p4輸入的電力進(jìn)行變換并輸出至第3輸入輸出端口p3的模式。第12模式是對(duì)從第4輸入輸出端口p4輸入的電力進(jìn)行變換并輸出至第2輸入輸出端口p2的模式。再有，在第10模式中，具體而言按第4輸入輸出端口p4→第2輸入輸出端口p2→第1輸入輸出端口p1的順序進(jìn)行電力傳輸。此外，在第11模式中，具體而言按第4輸入輸出端口p4→第2輸入輸出端口p2→第1輸入輸出端口p1→第3輸入輸出端口p3的順序進(jìn)行電力傳輸。

相位差決定部352根據(jù)電力變換模式?jīng)Q定部351所決定的模式，來(lái)決定初級(jí)側(cè)變換電路10以及次級(jí)側(cè)變換電路20各自具有的開關(guān)元件的開關(guān)周期的相位差通過(guò)所決定的相位差向絕緣方向傳輸電力。

占空比決定部353根據(jù)所決定的模式，來(lái)決定初級(jí)側(cè)變換電路10以及次級(jí)側(cè)變換電路20各自具有的開關(guān)元件的占空比。通過(guò)所決定的占空比，在初級(jí)側(cè)變換電路10以及次級(jí)側(cè)變換電路20中分別對(duì)電壓進(jìn)行控制(升壓或者降壓)。

初級(jí)側(cè)輸出部354輸出與相位差決定部352以及占空比決定部353所決定的相位差以及占空比相應(yīng)的柵極信號(hào)。

次級(jí)側(cè)輸出部355基于電力變換模式?jīng)Q定部351所決定的模式，從次級(jí)側(cè)驅(qū)動(dòng)器34向次級(jí)側(cè)變換電路20的各開關(guān)元件q21、q22、q23、q24的柵極輸出柵極信號(hào)。由此，各開關(guān)元件q21、q22、q23、q24進(jìn)行導(dǎo)通、斷開。此外，次級(jí)側(cè)輸出部355輸出與相位差決定部352以及占空比決定部353所決定的相位差以及占空比相應(yīng)的柵極信號(hào)。

以下，詳細(xì)闡述電力變換裝置1的動(dòng)作。該例子中，說(shuō)明在第1輸入輸出端口p1連接輸入電源、在另一端口連接負(fù)載，從第1輸入輸出端口p1向第2輸入輸出端口p2、第3輸入輸出端口p3進(jìn)行電力傳輸?shù)那闆r。

圖3是表示電力變換裝置1的初級(jí)側(cè)變換電路10各部的電壓波形以及電流波形的圖。vu1是開關(guān)元件q12的漏極·源極間電壓、vv1是開關(guān)元件q14的漏極·源極間電壓、vu2是開關(guān)元件q22的漏極·源極間電壓、vv2是開關(guān)元件q24的漏極·源極間電壓(參照?qǐng)D1)。vul、vv1、vu2、vv2都是導(dǎo)通時(shí)間δ(各臂對(duì)的高側(cè)開關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)間都為δ)。此外，vu1與vvl的相位差、vu2與vv2的相位差都為180度(π)。ilu是電感器lu1中流過(guò)的電流，ilv是電感器lv1中流過(guò)的電流，il是電感器l1中流過(guò)的電流。再有，該例子中，δ、以及都小于π。

首先，說(shuō)明從第1輸入輸出端口p1向第3輸入輸出端口p3進(jìn)行電力傳輸?shù)那闆r。

圖4是用于說(shuō)明電力變換裝置1作為降壓電路而發(fā)揮作用的情況下的電流路徑的圖。

在圖3所示的狀態(tài)(1)以及狀態(tài)(2)中，vul為高電平(h)，vv1為低電平(l)。此時(shí)，開關(guān)元件q11、q14導(dǎo)通，開關(guān)元件q12、q13斷開。該情況下，如圖4(a)所示，按輸入輸出端子io1→開關(guān)元件q11→電感器lu1→輸入輸出端子io3的順序流過(guò)電流ilu。此外，按輸入輸出端子io2→開關(guān)元件q14→電感器lv1→輸入輸出端子io3的順序流過(guò)電流ilv。在該期間，電感器lu1被第1輸入輸出端口p1與第3輸入輸出端口p3的差值的電壓進(jìn)行勵(lì)磁而積蓄能量，電流ilu增加。此外，電感器lv1釋放所積蓄的能量，電流ilv減少。

在圖3所示的狀態(tài)(3)以及狀態(tài)(4)中，vu1、vv1為低電平(l)。此時(shí)，開關(guān)元件q11、q13斷開，開關(guān)元件q12、q14導(dǎo)通。該情況下，如圖4(b)所示，按輸入輸出端子io2→開關(guān)元件q12、q14→電感器lu1，lv1→輸入輸出端子io3的順序流過(guò)電流ilu、ilv。在該期間，電感器lu1以及電感器lv1釋放所積蓄的能量，電流ilu以及電流ilv減少。

在圖3に示す?fàn)顟B(tài)(5)以及狀態(tài)(6)中，vu1為低電平(l)，vvl為高電平(h)。此時(shí)，開關(guān)元件q11、q14斷開，開關(guān)元件q12、q13導(dǎo)通。該情況下，如圖4(c)所示，按輸入輸出端子io2→開關(guān)元件q12→電感器lul→輸入輸出端子io3的順序流過(guò)電流ilu。此外，按輸入輸出端子io1→開關(guān)元件q13→電感器lv1→輸入輸出端子io3的順序流過(guò)電流ilv。在該期間，電感器lu1釋放所積蓄的能量，電流ilu減少。此外，電感器lv1被第1輸入輸出端口p1與第3輸入輸出端口p3的差值的電壓進(jìn)行勵(lì)磁而積蓄能量，電流ilv增加。

圖3所示的狀態(tài)(7)以及狀態(tài)(8)與狀態(tài)(3)以及狀態(tài)(4)相同。之后，成為狀態(tài)(1)以及狀態(tài)(2)。

這樣，vu1以及vv1的高電平/低電平被反復(fù)，從第1輸入輸出端口p1輸入的電壓被降壓，并輸出至第3輸入輸出端口p3。此時(shí)的電壓的降壓比能夠由導(dǎo)通時(shí)間δ來(lái)確定。

再有，對(duì)于從第3輸入輸出端口p3向第1輸入輸出端口p1的電力變換，也是vu1以及vv1的高電平/低電平被反復(fù)，對(duì)從第3輸入輸出端口p3輸入的電壓進(jìn)行升壓，并輸出至第1輸入輸出端口p1。并且，升壓比能夠由導(dǎo)通時(shí)間δ來(lái)確定。此外，關(guān)于次級(jí)側(cè)變換電路20側(cè)，也能夠與初級(jí)側(cè)變換電路10側(cè)同樣地進(jìn)行說(shuō)明。

這樣，在非絕緣方向的電力傳輸中，電感器l1以及次級(jí)線圈32沒(méi)有電流流過(guò)。由此，能夠抑制非絕緣方向的電力傳輸時(shí)所產(chǎn)生的導(dǎo)體損耗。

接下來(lái)，說(shuō)明從第1輸入輸出端口p1向第2輸入輸出端口p2進(jìn)行電力傳輸?shù)那闆r。

圖5、圖6以及圖7是用于說(shuō)明電力變換裝置1作為雙有源橋(dualactivebridge，以下稱為dab)變換器電路而發(fā)揮作用的情況下的電流路徑的圖。

在圖3所示的狀態(tài)(1)中，vu1為高電平(h)，vv1、vu2、vv2為低電平(l)。此時(shí)，開關(guān)元件q11、q14、q22、q24導(dǎo)通，開關(guān)元件q12、q13、q21、q23斷開。該情況下，如圖5(a)所示，在初級(jí)側(cè)變換電路10側(cè)，按輸入輸出端子io1→開關(guān)元件q11→電感器l1→初級(jí)線圈31→開關(guān)元件q14→輸入輸出端子io2的順序流過(guò)電流i1。此時(shí)，輸入輸出端子io1的電壓施加于電感器l1和初級(jí)線圈31，電流i1增加(參照?qǐng)D3)。通過(guò)對(duì)初級(jí)線圈31施加電壓，在變壓器30的次級(jí)線圈32感應(yīng)出電壓。并且，在次級(jí)側(cè)變換電路20側(cè)，在次級(jí)線圈32→電感器l2→開關(guān)元件q22→開關(guān)元件q24→次級(jí)線圈32的路徑流過(guò)電流。

在圖3所示的狀態(tài)(2)中，vu1、vu2為高電平(h)，vv1、vv2為低電平(l)。此時(shí)，開關(guān)元件q11、q14、q21、q24導(dǎo)通，開關(guān)元件q12、q13、q22、q23斷開。該情況下，如圖5(b)所示，在初級(jí)側(cè)變換電路10側(cè)，在與狀態(tài)(1)相同的路徑流過(guò)電流i1。在次級(jí)側(cè)變換電路20側(cè)，在輸入輸出端子io5→開關(guān)元件q24→次級(jí)線圈32→電感器l2→開關(guān)元件q21→輸入輸出端子io4的路徑流過(guò)電流。在該期間，電感器l1以及電感器l2被施加輸入輸出端子io1的電壓、輸入輸出端子io4的電壓、以及與變壓器30的線圈的匝數(shù)相應(yīng)的電壓，進(jìn)行能量的積蓄或者釋放。圖3中記載了進(jìn)行能量的積蓄、電流增加的例子。

在圖3所示的狀態(tài)(3)中，vu2為高電平(h)，vu1、vv1、vv2為低電平(l)。此時(shí)，開關(guān)元件q12、q14、q21、q24導(dǎo)通，開關(guān)元件q11、q13、q22、q23斷開。該情況下，通過(guò)電感器l1中積蓄的能量，如圖5(c)所示那樣，在電感器l1→初級(jí)線圈31→開關(guān)元件q14→開關(guān)元件q12→電感器l1的路徑流過(guò)電流i1。此時(shí)，電流i1減少(參照?qǐng)D3)。在次級(jí)側(cè)變換電路20側(cè)，通過(guò)電感器l2中積蓄的能量，在與狀態(tài)(2)相同的路徑流過(guò)電流。

在圖3所示的狀態(tài)(4)中，vul、vv1、vu2、vv2為低電平(l)。此時(shí)，開關(guān)元件q12、q14、q22、q24導(dǎo)通，開關(guān)元件q11、q13、q21、q23斷開。該情況下，如圖6(a)所示，在初級(jí)側(cè)變換電路10側(cè)，在與狀態(tài)(3)相同的路徑流過(guò)電流i1。在次級(jí)側(cè)變換電路20側(cè)，在與狀態(tài)(1)相同的路徑流過(guò)電流。在該期間，電感器l1以及電感器l2處于短路狀態(tài)，電流i1以及電流i2為恒定。

在圖3所示的狀態(tài)(5)中，vv1為高電平(h)，vul、vu2、vv2為低電平(l)。此時(shí)，開關(guān)元件q12、q13、q22、q24導(dǎo)通，開關(guān)元件q11、q14、q21、q23斷開。該情況下，如圖6(b)所示，在初級(jí)側(cè)變換電路10側(cè)，在輸入輸出端子io1→開關(guān)元件q13→初級(jí)線圈31→電感器l1→開關(guān)元件q12→輸入輸出端子io2的路徑流過(guò)電流i1。此時(shí)，輸入輸出端子io1的電壓與狀態(tài)(1)相反地被施加于電感器l1和初級(jí)線圈31，電流i1與狀態(tài)(1)～(4)反向地流過(guò)。因此，在變壓器30的次級(jí)線圈32，感應(yīng)出正負(fù)與狀態(tài)(1)～(4)相反的電壓。并且，在次級(jí)側(cè)變換電路20側(cè)，在次級(jí)線圈32→開關(guān)元件q24→開關(guān)元件q22→電感器l2→次級(jí)線圈32的路徑流過(guò)電流。

在圖3所示的狀態(tài)(6)中，vvl、vv2為高電平(h)，vul、vu2為低電平(l)。此時(shí)，開關(guān)元件q12、q13、q22、q23導(dǎo)通，開關(guān)元件q11、q14、q21、q24斷開。該情況下，如圖6(c)所示，在初級(jí)側(cè)變換電路10側(cè)，在與狀態(tài)(5)相同的路徑流過(guò)電流i1。在次級(jí)側(cè)變換電路20側(cè)，在輸入輸出端子io5→開關(guān)元件q22→電感器l2→次級(jí)線圈32→開關(guān)元件q23→輸入輸出端子io4的路徑流過(guò)電流。在該期間，也與狀態(tài)(2)同樣地，對(duì)電感器l1以及電感器l2施加輸入輸出端子io1的電壓、輸入輸出端子io4的電壓、以及與變壓器30的線圈的匝數(shù)相應(yīng)的電壓，進(jìn)行能量的積蓄或者釋放。

在圖3所示的狀態(tài)(7)中，vv2為高電平(h)，vvl、vu1、vu2為低電平(l)。此時(shí)，開關(guān)元件q12、q14、q22、q23導(dǎo)通，開關(guān)元件q11、q13、q21、q24斷開。該情況下，通過(guò)電感器l1中積蓄的能量，如圖7(a)所示那樣，在初級(jí)側(cè)變換電路10側(cè)，在電感器l1→開關(guān)元件q12→開關(guān)元件q14→初級(jí)線圈31→電感器l1的路徑流過(guò)電流i1。在次級(jí)側(cè)變換電路20側(cè)，通過(guò)電感器l2中積蓄的能量，在與狀態(tài)(6)相同的路徑流過(guò)電流。

在圖3所示的狀態(tài)(8)中，vv1、vul、vv2、vu2為低電平(l)。此時(shí)，開關(guān)元件q12、q14、q22、q24導(dǎo)通，開關(guān)元件q11、q13、q21、q23斷開。該情況下，如圖7(b)所示，在初級(jí)側(cè)變換電路10側(cè)，在與狀態(tài)(7)相同的路徑流過(guò)電流i1。在次級(jí)側(cè)變換電路20側(cè)，在與狀態(tài)(5)相同的路徑流過(guò)電流。在該期間，電感器l1以及電感器l2處于短路狀態(tài)，電流i1以及電流i2為恒定。

這樣，在初級(jí)側(cè)變換電路10側(cè)，使第1臂對(duì)和第2臂對(duì)以180度(π)相位差進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，在次級(jí)側(cè)變換電路20側(cè)，使第3臂對(duì)和第4臂對(duì)以180度(π)相位差進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作。并且，通過(guò)調(diào)整初級(jí)側(cè)變換電路10側(cè)與次級(jí)側(cè)變換電路20側(cè)的開關(guān)元件的開關(guān)周期的相位差，能夠?qū)斎胫恋?輸入輸出端口p1的電力進(jìn)行變換并輸出至第2輸入輸出端口p2。

并且，由于在絕緣方向的電力傳輸時(shí)，在非絕緣方向的電力傳輸所需的電感器lu1、lvl等中沒(méi)有電流流過(guò)，因此能夠抑制絕緣方向的電力傳輸時(shí)所產(chǎn)生的導(dǎo)體損耗。

再有，關(guān)于從第3輸入輸出端口p3向第1輸入輸出端口p1的電力傳輸，也能夠同樣地進(jìn)行說(shuō)明。

如以上那樣，由于電力變換裝置1在絕緣方向和非絕緣方向的電力傳輸時(shí)流過(guò)的電流在經(jīng)由各自所需的元件的路徑中流過(guò)，因此能夠抑制導(dǎo)體損耗的發(fā)生，能夠高效地進(jìn)行電力傳輸。此外，在絕緣方向和非絕緣方向，由于所經(jīng)由的磁性部件不同，因此在各路徑中能夠獨(dú)立地設(shè)計(jì)磁性部件。例如，電感器lu1、lv1的電感能夠不考慮絕緣方向的電力傳輸來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。此外，由于變壓器30中不需要中心抽頭，因此能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器的構(gòu)造的簡(jiǎn)易化和小型化。

(實(shí)施方式2)

圖8是實(shí)施方式2所涉及的電力變換裝置2的電路圖。

在該例子中，在電力變換裝置2的變壓器30的初級(jí)側(cè)，設(shè)有第1輸入輸出端口p1和第3輸入輸出端口p3，在次級(jí)側(cè)設(shè)有第2輸入輸出端口p2。也就是說(shuō)，電力變換裝置2在3個(gè)輸入輸出端口p1～p3之中任意的2個(gè)端口間進(jìn)行電力變換。

電力變換裝置2所具備的初級(jí)側(cè)變換電路10與實(shí)施方式1相同。次級(jí)側(cè)變換電路21是不具備實(shí)施方式1所涉及的次級(jí)側(cè)變換電路20的電感器l2、電感器lu2、lv2、以及第4輸入輸出端口p4的構(gòu)成。

再有，作為電力變換裝置具備三個(gè)輸入輸出端口的構(gòu)成，也可以是初級(jí)側(cè)變換電路具備一個(gè)輸入輸出端口、次級(jí)側(cè)變換電路具備兩個(gè)輸入輸出端口的構(gòu)成。該情況下，成為初級(jí)側(cè)變換電路不具備電感器lul、lv1、次級(jí)側(cè)變換電路具備電感器lu2、lv2(參照?qǐng)D1)的構(gòu)成。

即便在電力變換裝置2具備三個(gè)輸入輸出端口p1、p2、p3的情況下，由于在絕緣方向和非絕緣方向的電力傳輸時(shí)所流過(guò)的電流分別在不同的路徑中流過(guò)，因此能夠抑制導(dǎo)體損耗的產(chǎn)生，能夠高效地進(jìn)行電力傳輸。

(實(shí)施方式3)

圖9是實(shí)施方式3所涉及的電力變換裝置3的電路圖。

在該例子中，初級(jí)側(cè)變換電路13是將實(shí)施方式1所涉及的初級(jí)側(cè)變換電路10所具備的電感器lu1、lv1設(shè)為極性相反地進(jìn)行磁耦合的耦合電感器的構(gòu)成。此外，次級(jí)側(cè)變換電路23是將實(shí)施方式1所涉及的次級(jí)側(cè)變換電路20所具備的電感器lu2、lv2設(shè)為極性相反地進(jìn)行磁耦合的耦合電感器的構(gòu)成。電感器lu1、lv1通過(guò)極性相反地進(jìn)行磁耦合，能夠消除流過(guò)電感器的紋波電流，因此，能夠使電感器lu1、lv1小型化。同樣，能夠使電感器lu2、lv2小型化。

再有，也可以形成為僅電感器lul、lv1或者電感器lu2、lv2的一方進(jìn)行磁耦合的耦合電感器。

(實(shí)施方式4)

圖10是實(shí)施方式4所涉及的電力變換裝置4的電路圖。

在該例子中，在初級(jí)側(cè)變換電路14中，在初級(jí)線圈31串聯(lián)連接電容器c1。通過(guò)插入該電容器c1，能夠防止變壓器30中的偏磁的發(fā)生。本實(shí)施方式中，在絕緣方向的電力傳輸時(shí)和非絕緣方向的電力傳輸時(shí)，電流路徑不同。因此，能夠設(shè)置電容器c1。

再有、電容器c1也可以用于防止偏磁發(fā)生以外。例如，可以與電感器l1構(gòu)成lc諧振電路，也可以與電感器l1以及初級(jí)線圈31構(gòu)成llc諧振電路。

假如絕緣方向和非絕緣方向的電力傳輸?shù)碾娏髀窂较嗤那闆r下，在設(shè)置了偏磁防止用的電容器時(shí)，對(duì)于非絕緣方向的電力傳輸(升壓或者降壓)會(huì)帶來(lái)影響。但是，在本實(shí)施方式所涉及的電力變換裝置4中，如實(shí)施方式1中所說(shuō)明的那樣，由于絕緣方向與非絕緣方向的電力傳輸?shù)碾娏髀窂讲煌?，因此能夠僅在絕緣方向的電力傳輸?shù)碾娏髀窂皆O(shè)置電容器c1。

符號(hào)說(shuō)明

c1...電容器

io1、io2、io3、io4、io5、io6...輸入輸出端子

l1、l2...電感器(電感元件)

lu1...電感器(第1電感器)

lv1...電感器(第2電感器)

lu2...電感器(第3電感器)

lv2...電感器(第4電感器)

p1...第1輸入輸出端口

p2...第2輸入輸出端口

p3...第3輸入輸出端口

p4...第4輸入輸出端口

q11、q12、q13、q14...開關(guān)元件

q21、q22、q23、q24...開關(guān)元件

1，2，3，4...電力變換裝置

10、13、14...初級(jí)側(cè)變換電路

20、21、23...次級(jí)側(cè)變換電路

30...變壓器

31...初級(jí)線圈

32...次級(jí)線圈

33...初級(jí)側(cè)驅(qū)動(dòng)器

34...次級(jí)側(cè)驅(qū)動(dòng)器

35...控制部

351...電力變換模式?jīng)Q定部

352...相位差決定部

353...占空比決定部

354...初級(jí)側(cè)輸出部

355...次級(jí)側(cè)輸出部