本發(fā)明涉及包括通過用于降低波紋電流的電容器連接的前級轉(zhuǎn)換器和后級轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器，以及涉及控制轉(zhuǎn)換器的操作的控制電路。

背景技術(shù)：

已經(jīng)廣泛使用安裝有ac-dc轉(zhuǎn)換器以及具有由通過ac-dc轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的dc電壓充電的電池的插電式混合動力電動汽車(phev)和電動汽車(ev)，其中ac-dc轉(zhuǎn)換器將從家庭使用的商用電源供應(yīng)的交流電壓(下文還被稱為ac電壓)轉(zhuǎn)換為直流電壓(下文還被稱為dc電壓)。

專利文獻1公開了將ac電壓轉(zhuǎn)換為dc電壓的ac-dc轉(zhuǎn)換器。該ac-dc轉(zhuǎn)換器包括具有功率因數(shù)校正(pfc)電路的ac-dc轉(zhuǎn)換器和絕緣型dc-dc轉(zhuǎn)換器。在帶有pfc電路的ac-dc轉(zhuǎn)換器(下文還被稱為“帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器”)和dc-dc轉(zhuǎn)換器之間，插入有用于減低波紋電壓的電容器。dc-dc轉(zhuǎn)換器包括隔離變壓器、在隔離變壓器的前級設(shè)置的全橋電路、以及在隔離變壓器的后級設(shè)置的二極管橋。帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器對用于商用電源的ac電壓進行提升和整流。在帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器處整流后的電壓通過全橋電路被轉(zhuǎn)換為高頻的ac電壓。轉(zhuǎn)換后的ac電壓由整流電路和平滑電路通過隔離變壓器被轉(zhuǎn)換為電池電壓的dc電壓。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

[專利文獻1]日本專利申請公布no.2009-213202

技術(shù)實現(xiàn)要素：

[本發(fā)明要解決的技術(shù)問題]

流入電容器的電流由在從前級的帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器輸出的電流與輸入到后級的dc-dc轉(zhuǎn)換器的電流之間的差值表示。如果電流差值大，則波紋電流也會增加，這需要大體積電容器?，F(xiàn)有技術(shù)沒有公開通過開關(guān)控制用于降低波紋電流的具體控制方法。

本申請的目的是提供一種轉(zhuǎn)換器，其能夠通過開關(guān)控制來降低波紋電流以及減小電容器的尺寸，以及提供一種控制電路，其能夠控制轉(zhuǎn)換器的操作。

[解決問題所采用的手段]

根據(jù)本發(fā)明的一方面的轉(zhuǎn)換器包括：前級轉(zhuǎn)換器，其具有間歇地輸出電流的第一開關(guān)電路；電容器，其平滑從所述第一開關(guān)電路輸出的電流；以及后級轉(zhuǎn)換器，其具有第二開關(guān)電路，通過所述電容器平滑的電流間歇地輸入到所述第二開關(guān)電路，所述轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換輸入到所述前級轉(zhuǎn)換器的直流或交流，并且從所述后級轉(zhuǎn)換器輸出轉(zhuǎn)換后的直流或交流；所述轉(zhuǎn)換器還包括控制電路，其控制所述第一開關(guān)電路和所述第二開關(guān)電路的開關(guān)，使得在從所述第一開關(guān)電路輸出電流期間的輸出時段的結(jié)束時間點與電流輸入到所述第二開關(guān)電路期間的輸入時段的開始時間點之間存在時間差。

根據(jù)本發(fā)明的一方面的控制電路控制轉(zhuǎn)換器的操作，所述轉(zhuǎn)換器包括：前級轉(zhuǎn)換器，其具有間歇地輸出電流的第一開關(guān)電路；電容器，其平滑從所述第一開關(guān)電路輸出的電流；以及后級轉(zhuǎn)換器，其具有第二開關(guān)電路，通過所述電容器平滑的電流間歇地輸入到所述第二開關(guān)電路，所述轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換輸入到所述前級轉(zhuǎn)換器的直流或交流，并且從所述后級轉(zhuǎn)換器輸出轉(zhuǎn)換后的直流或交流，控制電路還控制所述第一開關(guān)電路和所述第二開關(guān)電路的開關(guān)，使得在從所述第一開關(guān)電路輸出電流期間的輸出時段的結(jié)束時間點與電流輸入到所述第二開關(guān)電路期間的輸入時段的開始時間點之間存在時間差。

應(yīng)當(dāng)注意，本申請不僅可以作為如上所述的包括特征處理單元的轉(zhuǎn)換器或控制電路來實現(xiàn)，還可以作為包括執(zhí)行這樣的特征處理的步驟的控制方法來實現(xiàn)，或者可以作為用于使計算機執(zhí)行這樣的步驟的程序來實現(xiàn)。本申請還可以被實現(xiàn)為半導(dǎo)體集成電路，該半導(dǎo)體集成電路實現(xiàn)轉(zhuǎn)換器和控制電路的部分或整體，或者本申請還可以被實現(xiàn)為包括轉(zhuǎn)換器和控制電路的另一系統(tǒng)。

[發(fā)明的效果]

根據(jù)以上描述，可以提供一種轉(zhuǎn)換器，其能夠通過開關(guān)控制來降低波紋電流以及減小電容器尺寸，以及可以提供一種控制電路，其能夠控制轉(zhuǎn)換器的操作。

附圖說明

圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例1的ac-dc轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示例的電路圖。

圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例1的控制電路的結(jié)構(gòu)示例的框圖。

圖3示出了帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器的操作示例。

圖4示出了全橋電路的操作示例。

圖5是示出了開關(guān)控制方法的時序圖。

圖6是示出了波紋電流的有效值與時段a和時段b的重疊時段之間的關(guān)系的曲線圖。

圖7a是示出了降低波紋電流的效果的曲線圖。

圖7b是示出了降低波紋電流的效果的曲線圖。

圖8是示出了在帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器和全橋電路具有相同的驅(qū)動頻率的情況下電流流動的時序圖。

圖9是示出了在帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動頻率是全橋電路的驅(qū)動頻率的一半的情況下電流流動的時序圖。

圖10是示出了在帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動頻率是全橋電路的驅(qū)動頻率的兩倍的情況下電流流動的時序圖。

圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例2的ac-dc轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示例的電路圖。

具體實施方式

[實施本發(fā)明的模式]

[優(yōu)選實施例的描述]

首先，下面將列出本發(fā)明的實施例。下面所述的實施例的至少一些部分可任意地組合在一起。

(1)根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種轉(zhuǎn)換器包括：前級轉(zhuǎn)換器，其具有間歇地輸出電流的第一開關(guān)電路；電容器，其平滑從所述第一開關(guān)電路輸出的電流；以及后級轉(zhuǎn)換器，其具有第二開關(guān)電路，通過所述電容器平滑的電流間歇地輸入到所述第二開關(guān)電路，所述轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換輸入到所述前級轉(zhuǎn)換器的直流或交流，并且從所述后級轉(zhuǎn)換器輸出轉(zhuǎn)換后的直流或交流，并且所述轉(zhuǎn)換器還包括控制電路，其控制所述第一開關(guān)電路和所述第二開關(guān)電路的開關(guān)，使得在從所述第一開關(guān)電路輸出電流期間的輸出時段的結(jié)束時間點與電流輸入到所述第二開關(guān)電路期間的輸入時段的開始時間點之間存在時間差。

根據(jù)本申請，控制電路控制第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路的開關(guān)，使得在從所述第一開關(guān)電路輸出電流期間的輸出時段的結(jié)束時間點與電流輸入到所述第二開關(guān)電路期間的輸入時段的開始時間點之間存在時間差。在執(zhí)行這種控制的情況下，從所述第一開關(guān)電路輸出電流期間的輸出時段和電流輸入到所述第二開關(guān)電路期間的輸入時段的重疊時段長于在結(jié)束時間點與開始時間點相匹配的情況的重疊時段。隨著重疊時段延長，波紋電流會變得更小。因此，控制電路可以控制重疊時段，以減小電容器的尺寸。

轉(zhuǎn)換器包括ac/ac轉(zhuǎn)換器、ac/dc轉(zhuǎn)換器、dc/ac轉(zhuǎn)換器和dc/dc轉(zhuǎn)換器。

(2)控制電路優(yōu)選地被配置為控制所述第一開關(guān)電路和所述第二開關(guān)電路的開關(guān)，以使從所述第一開關(guān)電路輸出電流期間的輸出時段和電流輸入到所述第二開關(guān)電路期間的輸入時段的重疊時段最大。

根據(jù)本申請，開關(guān)控制如此執(zhí)行以使控制電路具有最大的重疊時段。因此，波紋電流被抑制到最小，并且可以減小電容器的尺寸。

(3)控制電路優(yōu)選地被配置為控制所述第一開關(guān)電路和所述第二開關(guān)電路的開關(guān)，以使從所述第一開關(guān)電路輸出電流期間的輸出時段的結(jié)束時間點與電流輸入到所述第二開關(guān)電路期間的輸入時段的結(jié)束時間點實質(zhì)上匹配。

根據(jù)本申請，控制電路控制所述第一開關(guān)電路和所述第二開關(guān)電路的開關(guān)，以使從所述第一開關(guān)電路輸出電流期間的輸出時段的結(jié)束時間點與電流輸入到所述第二開關(guān)電路期間的輸入時段的結(jié)束時間點實質(zhì)上匹配。這樣，相對簡單的開關(guān)的定時控制可以控制重疊時段達到最大，可以將波紋電流抑制到最小，并可以減小電容器的尺寸。

(4)所述第一開關(guān)電路優(yōu)選地被配置為功率因數(shù)改善電路，并且所述第二開關(guān)電路優(yōu)選地被配置為用于將直流轉(zhuǎn)換為交流的全橋電路。

根據(jù)本申請，在功率改善電路和全橋電路之間產(chǎn)生的波紋電流得到了抑制，并且可以減小電容器的尺寸。

(5)優(yōu)選地配置所述第一開關(guān)電路和所述第二開關(guān)電路中的一個的開關(guān)周期是所述第一開關(guān)電路和所述第二開關(guān)電路中另一個的開關(guān)周期的整數(shù)倍。

根據(jù)本申請，所述第一開關(guān)電路和所述第二開關(guān)電路中的一個的開關(guān)周期是所述第一開關(guān)電路和所述第二開關(guān)電路中另一個的開關(guān)周期的整數(shù)倍。因此，保持第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路之間的開關(guān)定時的關(guān)系，并且重疊時段將不會大幅度地變化。因此，會在特定范圍內(nèi)保持波紋電流被降低的狀態(tài)，并且可減小電容器的尺寸。

(6)根據(jù)本發(fā)明的一方面的控制電路控制轉(zhuǎn)換器的操作，所述轉(zhuǎn)換器包括：前級轉(zhuǎn)換器，其具有間歇地輸出電流的第一開關(guān)電路；電容器，其平滑從所述第一開關(guān)電路輸出的電流；以及后級轉(zhuǎn)換器，其具有第二開關(guān)電路，通過所述電容器平滑的所述電流間歇地輸入到所述第二開關(guān)電路，所述轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換輸入到所述前級轉(zhuǎn)換器的直流或交流，并且從所述后級轉(zhuǎn)換器輸出轉(zhuǎn)換后的直流或交流，控制電路還控制所述第一開關(guān)電路和所述第二開關(guān)電路的開關(guān)，使得在從所述第一開關(guān)電路輸出電流期間的輸出時段的結(jié)束時間點與電流輸入到所述第二開關(guān)電路期間的輸入時段的開始時間點之間存在時間差。

根據(jù)本申請，如同模式(1)，控制電路可以控制重疊時段以減小電容器的尺寸。

[實施例的詳細描述]

作為根據(jù)本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)換器的具體示例，下面將參考附圖描述ac-dc轉(zhuǎn)換器。應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明不限于下面的示例，而是由所附權(quán)利要求限定，并且因此所附權(quán)利要求旨在包括落入這些權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有改變或這些權(quán)利要求的范圍的等效物。

實施例1

圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例1的ac-dc轉(zhuǎn)換器1的結(jié)構(gòu)示例的電路圖。根據(jù)本實施例的ac-dc轉(zhuǎn)換器1是絕緣型的，例如，該ac-dc轉(zhuǎn)換器1安裝至插電式混合動力電動汽車和電動汽車。ac-dc轉(zhuǎn)換器1包括：噪聲濾波器(n/f)3；帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4；電容器c1；絕緣型dc-dc轉(zhuǎn)換器5；以及執(zhí)行每個轉(zhuǎn)換器的開關(guān)控制的控制電路9。例如，dc-dc轉(zhuǎn)換器5由全橋電路51、變壓器52和二極管橋(diodebridge)53構(gòu)成。帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4對應(yīng)于本實施例中的前級轉(zhuǎn)換器，而dc-dc轉(zhuǎn)換器5對應(yīng)于本實施例中的后級轉(zhuǎn)換器。

噪聲濾波器3包括輸入端子t1和t2，而dc-dc轉(zhuǎn)換器5包括輸出端子t3和t4。輸入端子t1和t2連接到交流電源。在ac電壓被施加到輸入端子t1和t2的情況下，通過帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4改善了ac電壓的功率因數(shù)，并且對ac電壓進行提升和整流。dc-dc轉(zhuǎn)換器5將在帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4處整流后的電壓轉(zhuǎn)換為高頻的ac電壓以變換該電壓，將變換后的ac電壓整流為dc電壓，以及通過輸出端子t3和t4輸出dc電壓。輸出端子t3和t4連接到至電池2，電池2由通過輸出端子t3和t4輸出的dc電壓來充電。

噪聲濾波器3是如下的電路，該電路移除包括在被施加到輸入端子t1和t2的ac電壓中的高頻噪聲，以及將從中移除了噪音的ac電壓施加到帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4。

帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4是如下的電路，該電路通過開關(guān)控制提高和整流ac電壓，同時試圖通過開關(guān)pwm控制來改善功率因數(shù)。帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4間歇地輸出帶有被提高的電壓的電流。帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4包括輸入電容器c2、電抗器l1和l2、和兩個二極管d1和d2，除此之外還有構(gòu)成用于整流和改善功率因數(shù)的橋式電路的兩個開關(guān)元件z3和z4。例如，開關(guān)元件z3和z4是諸如絕緣柵雙極晶體管(igbt)和金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(mosfet)的功率裝置。在本實施例中，下面將開關(guān)元件z3和z4中的每一個描述為igbt。噪聲濾波器3的輸入端子分別連接到輸入端子t1和t2，而噪聲濾波器3的輸出端子連接到輸入電容器c2的相應(yīng)端部上。此外，電抗器l1的一端連接到輸出端子對的一個端子，而電抗器l1的另一端連接到二極管d1的陽極和開關(guān)元件z3的集電極。電抗器l2的一端連接到輸出端子對的另一個端子，而電抗器l2的另一端連接到二極管d2的陽極和開關(guān)元件z4的集電極。

二極管d1和d2的陰極連接到全橋電路51。二極管d1和d2的陽極分別連接到開關(guān)元件z3和z4的集電極，而開關(guān)元件z3和z4的發(fā)射極連接到全橋電路51。

電抗l1、l2，二極管d1、d2，和開關(guān)元件z3、z4構(gòu)成功率因數(shù)改善電路41。功率因數(shù)改善電路41對應(yīng)于根據(jù)本實施例的第一開關(guān)電路。應(yīng)該注意圖1示出的功率因數(shù)改善電路41僅僅是示例，并且還可以采用另一公知的功率因數(shù)改善電路。

電容器c1的一端連接到二極管d1和d2的陰極，而電容器c1的另一端連接到開關(guān)元件z3和z4的發(fā)射極。

電容器c1是通過平滑來從帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4輸出的電壓來抑制波紋電流的電路。

在dc-dc轉(zhuǎn)換器5中的全橋電路51是通過開關(guān)控制將經(jīng)電容器c1從帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4輸出的電壓轉(zhuǎn)換為ac電壓的電路。全橋電路51包括構(gòu)成全橋電路51的四個開關(guān)元件z5、z6、z7和z8。開關(guān)元件z5和z6的集電極連接到二極管d1和d2的陰極。開關(guān)電路z5和z6的發(fā)射極分別連接到開關(guān)元件z7和z8的集電極，而開關(guān)元件z7和z8的發(fā)射極連接到開關(guān)元件z3和z4的發(fā)射極。

變壓器52包括多個磁連接線圈，例如，初級線圈和次級線圈。初級線圈的一端連接到開關(guān)元件z5的發(fā)射極和開關(guān)元件z7的集電極，而初級線圈的另一端連接到開關(guān)元件z6的發(fā)射極和開關(guān)元件z8的集電極。當(dāng)從全橋電路51輸出的ac電壓被施加到初級線圈時，在初級線圈處產(chǎn)生交流磁通量，以及在次級線圈處產(chǎn)生通過交流磁通量變換的ac電壓。

二極管橋53是對感應(yīng)到變壓器52的次級線圈的ac電壓進行全波整流的電路。二極管橋53包括二極管d9、d10、d11和d12。構(gòu)成變壓器52的次級線圈的一端連接到二極管d9的陽極和二極管d11的陰極，而次級線圈的另一端連接到二極管d10的陽極和二極管d12的陰極。

二極管d9和d10的陰極連接到線圈l3的一端，而線圈l3的另一端連接到輸出端子t3。二極管d9和d10的陽極分別連接到二極管d11和d12的陰極。二極管d11和d12的陽極連接到輸出端子t4.此外，輸出電容器c3的一端連接到線圈l3的所述另一端，而輸出電容器c3的另一端連接到二極管d11和d12的陽極。

輸出電容器c3是用于平滑從二極管橋53輸出的全波整流后的電壓的元件。線圈l3是用于對流入輸出電容器c3的波紋電流進行抑制的元件。

此外，ac-dc轉(zhuǎn)換器1包括ac電壓檢測單元90a，其檢測輸入到/輸出自帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4的ac電壓。ac電壓檢測單元90a位于將輸入端子t2連接到噪聲濾波器3的一個端子對中的一個端子的導(dǎo)線上，并且將要輸出對應(yīng)于導(dǎo)線上的電壓的信號，即，要被施加到帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4的ac電壓。例如，ac電壓檢測單元90a是如下的電路，該電路包括將導(dǎo)線的電壓進行分壓的分壓電阻并且將分壓輸出到控制電路9。應(yīng)當(dāng)注意分壓可以通過放大器放大并輸出到控制電路9，或者該電壓可以被ad轉(zhuǎn)換并且ad轉(zhuǎn)換后的電壓值可以被輸出到控制電路9。

此外，ac-dc轉(zhuǎn)換器1包括ac電流檢測單元90b，其檢測輸入到/輸出自帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4的電流。ac電流檢測單元90b位于將噪聲濾波器3的另一個端子對中的一個端子連接到電抗器l2的導(dǎo)線上，并且要將輸入到/輸出自帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4的電流所對應(yīng)的信號輸出到控制電路9。ac電流檢測單元90b是如下的電路，該電路例如包括電流互感器，將電流互感器變換后的電流轉(zhuǎn)換為電壓，以及將電壓輸出到控制電路9。

此外，ac-dc轉(zhuǎn)換器1包括dc電流檢測單元90c，其檢測輸入到/輸出自電池2的電流。dc電流檢測單元90c位于將二極管橋53的一個端子連接到輸出端子t4的導(dǎo)線上，并且要將輸入到/輸出自電池2的電流所對應(yīng)的信號輸出到控制電路9。

圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例1的控制電路9的結(jié)構(gòu)示例的框圖?？刂齐娐?包括諸如中央處理器(cpu)的控制單元91，其控制在控制電路9中的每一個部件的操作?？刂茊卧?1通過總線連接到ram92、存儲單元93、通信單元94、接口95和用于對開關(guān)控制的定時進行計時的時鐘單元96。

存儲單元93是諸如電可擦除可編程rom(eeprom)的非易失性存儲器,其中存儲根據(jù)本實施例的用于開關(guān)控制的表93a和控制程序。表93a在其中存儲帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4和dc-dc轉(zhuǎn)換器5的與ac電壓的相位和幅度相關(guān)的開關(guān)定時。

此外，控制程序被記錄在作為計算機可讀便攜式記錄介質(zhì)的記錄介質(zhì)(諸如，cd(壓縮光盤)-rom、dvd(數(shù)字通用光盤)-rom或bd(藍光(注冊商標(biāo)))光盤)、硬盤驅(qū)動器或固態(tài)驅(qū)動器中?？刂茊卧?1可以從記錄介質(zhì)中讀取控制程序，并且在存儲單元93中存儲控制程序。

還可以通過通信單元94從連接到通信網(wǎng)絡(luò)的外部計算機(未示出)中獲取根據(jù)本發(fā)明的控制程序，并且將控制程序存儲在存儲單元93中。

ram92是諸如dram(動態(tài)ram)或sram(靜態(tài)ram)的存儲器，其在執(zhí)行操作處理時通過控制單元91從存儲單元93讀取的控制程序，以及暫時存儲從通過控制單元91執(zhí)行的操作處理中產(chǎn)生的各種類型的數(shù)據(jù)。

通信單元94是接收用于下指示將ac電壓轉(zhuǎn)換為dc電壓的充電指令、終止指令等的電路。

接口95連接到構(gòu)成帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4和全橋電路51的開關(guān)元件z3、z4、……、z7、z8的柵極，并且通過將電壓施加到柵極來執(zhí)行每個電路的開關(guān)控制。

此外，接口95連接到ac電壓檢測單元90a、ac電流檢測單元90b、dc電流檢測單元90c，并且接收在每一個檢測單元處檢測到的電流和電壓的輸入。

在通過通信單元94接收充電指令的情況下，控制單元91通過開關(guān)控制來使帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4作為功率因數(shù)改善電路41和ac-dc轉(zhuǎn)換電路來操作，以及使全橋電路51作為dc-ac轉(zhuǎn)換電路來操作。

圖3示出了帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4的操作示例。帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4的開關(guān)頻率例如是50khz。

在時鐘單元96計時的特定定時處控制單元91使開關(guān)元件z3導(dǎo)通。在ac電壓是正的情況下，如圖3a所示，電流從噪聲濾波器3經(jīng)過電抗器l1從集電極側(cè)到發(fā)射極側(cè)流進開關(guān)元件z3。電流從發(fā)射極側(cè)到集電極側(cè)流進開關(guān)元件z4，經(jīng)過電抗器l2到達噪聲濾波器3。

隨后，如圖3b所示，如果ac電壓是正的，控制單元91關(guān)斷開關(guān)元件z3。此處，電流從噪聲濾波器3流經(jīng)電抗器l1和二極管d1，并且到達dc-dc轉(zhuǎn)換器5的正端子側(cè)。此外，來自dc-dc轉(zhuǎn)換器5的負(fù)端子側(cè)的電流從開關(guān)元件z4的發(fā)射極流向集電極側(cè)，經(jīng)過電抗器l2到達噪聲濾波器3。

隨后，控制單元91在時鐘單元96計時的特定定時處再次導(dǎo)通開關(guān)元件z3和z4。在ac電壓是正的期間的時段中，交替執(zhí)行圖3a和圖3b所示的開關(guān)控制。

在開關(guān)元件z4被導(dǎo)通的同時ac電壓為負(fù)的情況下，如圖3c所示，電流從噪聲濾波器3經(jīng)過電抗器l2從集電極側(cè)到發(fā)射極側(cè)流進開關(guān)元件z4。然后電流從發(fā)射極側(cè)到集電極側(cè)流進開關(guān)元件z3，經(jīng)過電抗器l1到達噪聲濾波器3。

如圖3d所示，如果ac電壓是負(fù)的，控制單元91關(guān)斷開關(guān)元件z4。此處，電流從噪聲濾波器3流經(jīng)電抗器l2和二極管d2，并且到達dc-dc轉(zhuǎn)換器5的正端子側(cè)。此外，來自dc-dc轉(zhuǎn)換器5的負(fù)端子側(cè)的電流從開關(guān)元件z3的發(fā)射極側(cè)流向集電極側(cè)，經(jīng)過電抗器l1到達噪聲濾波器3。

圖4示出了全橋電路51的操作示例。例如，全橋電路51的開關(guān)頻率是50khz。全橋電路51的開關(guān)頻率是50khz，其與帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4的開關(guān)頻率一樣。應(yīng)當(dāng)注意，控制單元91可執(zhí)行控制，使得帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4和全橋電路51中的一個的開關(guān)周期是帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4和全橋電路51中的另一個的開關(guān)周期的整數(shù)倍。

如圖4a所示，控制單元91在時鐘單元96計時的特定定時處導(dǎo)通開關(guān)元件z5和z8，并且關(guān)斷開關(guān)元件z6和z7。電流流過開關(guān)元件z5、變壓器52的初級線圈、和開關(guān)元件z8。電流以預(yù)定方向流過初級線圈，并且電壓被感應(yīng)到次級線圈側(cè)。

隨后，如圖4b所示，控制單元91關(guān)斷開關(guān)元件z5、z6、z7和z8，然后如圖4c所示，導(dǎo)通開關(guān)元件z6和z7，同時保持開關(guān)元件z5和z8處于關(guān)斷(off)狀態(tài)。電流流過開關(guān)元件z6、變壓器52的初級線圈、和開關(guān)元件z7。電流以上述預(yù)定方向的相反方向流過初級線圈，并且電壓被感應(yīng)到次級線圈側(cè)。

隨后，如圖4d所示，控制單元91關(guān)斷開關(guān)元件z5、z6、z7和z8，然后如圖4a所示，再次導(dǎo)通開關(guān)元件z5和z8同時保持開關(guān)元件z6和z7處于關(guān)斷(off)狀態(tài)。電流流過開關(guān)元件z6、變壓器52的初級線圈、和開關(guān)元件z7。此后，執(zhí)行相似的開關(guān)控制。

應(yīng)當(dāng)注意，圖4所示的控制方法僅是示例，并且全橋電路51的控制方法沒有具體的限制。例如，全橋電路51可以通過相移方法控制。

圖5是示出了開關(guān)控制方法的時序圖。

附圖中由“pwm控制”表示的時段表示控制單元91使帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4的開關(guān)元件z3和z4兩者都導(dǎo)通期間的時段。在該時段中，ac電源的能量存儲在電抗器l1和l2中。在時段a中，沒有電流從帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4輸出到電容器c1。

時段a表示開關(guān)元件z3和z4中的一個處于導(dǎo)通狀態(tài)，同時他們中的另一個處于關(guān)斷狀態(tài)的期間的時段。在時段a中，電流從帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4輸出到電容器c1。從帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4輸出的電壓通過存儲在電抗器l1和l2中的能量而提高。時段a的長度取決于ac電壓而不同。執(zhí)行控制，使得如果ac電壓值大則時段a較長，而如果ac電壓值小則時段a較短。這樣的控制改善了功率因數(shù)。

同時，時段b表示全橋電路51的開關(guān)元件z5和z8或者開關(guān)元件z6和z7處于導(dǎo)通狀態(tài)的期間的時段。在時段b中，ac電壓從全橋電路51輸出，并且電流從帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4或電容器c1流入全橋電路51。

在其他時段中，全橋電路51的開關(guān)元件z5、z6、z7和z8處于關(guān)斷狀態(tài)，并且沒有電流從帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4或電容器c1流入全橋電路51。

根據(jù)實施例1的控制單元91執(zhí)行帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4和全橋電路51的開關(guān)控制，使得時段a的結(jié)束時間點(例如，20[μs]的時間點)和時段b的開始時間點(例如，20+td[μs])之間存在時間差，其中，在時段a期間電流從帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4輸出，在時段b期間電流輸入到全橋電路51。優(yōu)選地，控制單元91執(zhí)行控制，使得時段a和時段b的重疊時段最大。為了使時段a和時段b的重疊時段最大，可執(zhí)行開關(guān)控制，使得時段a的結(jié)束時間點與時段b的結(jié)束時間點實質(zhì)上匹配。應(yīng)當(dāng)注意，用于這樣的開關(guān)控制的定時信息被預(yù)先存儲在表93a中，并且控制單元91可以讀取存儲在表93a中的定時信息并執(zhí)行開關(guān)控制?？刂茊卧?1可以被配置為計算如上所述的定時以及不使用表93a來執(zhí)行開關(guān)控制。此外，還可以包括開關(guān)驅(qū)動電路，該開關(guān)驅(qū)動電路在如上所述的定時處輸出用于使開關(guān)元件z3、z4、z5、z6、z7和z8中的每一個導(dǎo)通或關(guān)斷的信號。

可以通過將時間td從用于使帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4的開關(guān)元件z3和z4導(dǎo)通的定時調(diào)整到用于使全橋電路51的開關(guān)元件z5和z8或者開關(guān)元件z6和z7導(dǎo)通的定時，來控制時段a和時段b的重疊時段。

圖6是示出了時段a和時段b之間的重疊時段的波紋電流的有效值之間的關(guān)系的曲線圖。水平軸表示時間td，左側(cè)的垂直軸表示波紋電流的有效值，以及右側(cè)的垂直軸表示時段a和時段b的重疊時段的長度。隨著td增加，使得時段a和時段b的重疊時段更長，這降低了波紋電流的有效值。然而，如果td超過特定值，另一方面縮短了時段a和時段b的重疊時段，這增加了波紋電流的有效值。當(dāng)時段a和時段b的重疊時段最大時，波紋電流的有效值最小。當(dāng)時段a對應(yīng)于不斷變化的值時，如果時段a的結(jié)束時間點與時段b的結(jié)束時間點實質(zhì)上匹配，則時段a和時段b的重疊時段變得最大。換句話說，控制單元91執(zhí)行開關(guān)控制，使得在電流從帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4輸出期間的輸出時段的結(jié)束時間點與在電流輸入到全橋電路51的期間的輸入時段的結(jié)束時間點實質(zhì)上匹配。

圖7a和圖7b是示出了降低波紋電流的效果的曲線圖。水平軸表示時間，而垂直軸表示流入和流出電容器c1的波紋電流。圖7a示出了在執(zhí)行控制使時段a和時段b的重疊時段最大的情況下的波紋電流。圖7b示出了在不執(zhí)行根據(jù)實施例1的控制(即，td＝0)的情況下的波紋電流。將圖7a中由虛線橢圓表示的各部分和圖7b進行比較，能看出流入電容器c1的電流或流出電容器c1的電流降低了。

圖8是示出了在帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4和全橋電路51具有相同的驅(qū)動頻率的情況下電流流動的時序圖。在圖8所示的示例中，帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4和全橋電路51具有50khz的驅(qū)動頻率。水平軸表示時間。

上面的兩個時序圖分別示出了在全橋電路51中開關(guān)元件z5和z8的通電狀態(tài)以及開關(guān)元件z6和z7的通電狀態(tài)。矩形陰影部表示時序，在該時序處，電流從電容器c1側(cè)流出到全橋電路51中。

中間的兩個時序圖表示在通過常規(guī)方法控制帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4的情況下二極管d1或二極管d2的通電狀態(tài)以及重疊時段。該重疊時段是在二極管d1或二極管d2被通電期間的時段與在開關(guān)元件z5、z6、z7和z8被通電期間的時段重疊的時段。

底部的兩個時序圖表示二極管d1或二極管d2的通電狀態(tài)和在通過根據(jù)實施例1的控制方法控制帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4的情況下的重疊時段。

從中間和底部的時序圖可以看出，通過根據(jù)實施例1的開關(guān)控制，在電流從帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4輸出期間的時段和電流輸入到全橋電路51期間的時段的重疊時段比常規(guī)方法中的重疊時段更長。如果在從帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4流入電容器c1的電流與從電容器c1流出到達全橋電路51的電流之間的差值增加，則波紋電流也會增加。總體上，根據(jù)實施例1的開關(guān)控制能降低差值，并因此還能夠降低波紋電流。通過降低波紋電流，可以使電容器c1縮小尺寸。

圖9是示出了在帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4的驅(qū)動頻率是全橋電路51的驅(qū)動頻率的一半的情況下電流流動的時序圖。在圖9所示的示例中，帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4具有50khz的驅(qū)動頻率，而全橋電路51具有25khz的驅(qū)動頻率。水平軸表示時間。

除了帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4的驅(qū)動頻率以外，上面的時序圖、中間的時序圖和底部的時序圖和圖8中的時序圖類似。即使帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4的驅(qū)動頻率是全橋電路51的驅(qū)動頻率的一半，通過延長重疊時段使其與常規(guī)方法相比更長，也可以抑制波紋電流和可以縮小電容器c1的尺寸。

此外，正如從圖9中可以看出的那樣，除了在開關(guān)元件z3和z4的導(dǎo)通時段中的周期性變化以外，重疊時段在25khz的頻率處僅以規(guī)律的方式變化。因此，指定在規(guī)律地變化的重疊時段的范圍內(nèi)電容器c1所需的電容量是足夠的。

圖10是示出了在帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4的驅(qū)動頻率是全橋電路51的驅(qū)動頻率的兩倍的情況下電流流動的時序圖。在圖9所示的示例中，帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4具有50khz的驅(qū)動頻率，而全橋電路51具有100khz的驅(qū)動頻率。水平軸表示時間。

除了帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4的驅(qū)動頻率以外，上面的時序圖、中間的時序圖和底部的時序圖和圖8中的時序圖類似。即使帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4的驅(qū)動頻率是全橋電路51的驅(qū)動頻率的兩倍，通過延長重疊時段使其與常規(guī)方法相比更長，也可以抑制波紋電流和可以縮小電容器c1的尺寸。此外，正如從圖10中可以看出的那樣，除了在開關(guān)元件z3和z4的導(dǎo)通時段中的周期性變化以外，重疊時段在100khz的頻率處僅以規(guī)律的方式變化。因此，指定在規(guī)律地變化的重疊時段的范圍內(nèi)電容器c1所需的電容量是足夠的。

如上所述，根據(jù)實施例1，開關(guān)控制可降低在帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4和構(gòu)成dc-dc轉(zhuǎn)換器5的全橋電路51之間的波紋電流，并能縮小電容器c1的尺寸。

由于控制電路9執(zhí)行開關(guān)控制，使得時段a和時段b的重疊時段最大，因此波紋電流被抑制到最小，并且電容器的尺寸可以被縮小。

此外，控制電路9執(zhí)行開關(guān)控制，使得時段a的結(jié)束時間點和時段b的結(jié)束時間點實質(zhì)上匹配，這可以通過相對簡單的開關(guān)定時控制來使重疊時段最大。

此外，由于帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器4和全橋電路51兩者中的任一個的開關(guān)周期是他們中的另一個的開關(guān)周期的整數(shù)倍，所以可以在特定范圍內(nèi)保持波紋電流被降低的狀態(tài)，從而允許電容器更小。

實施例2

圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例2的ac-dc轉(zhuǎn)換器1的結(jié)構(gòu)示例的電路圖。根據(jù)實施例2的ac-dc轉(zhuǎn)換器1被配置為類似于關(guān)于實施例1的ac-dc轉(zhuǎn)換器1，而帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器204中的功率改善電路241和dc-dc轉(zhuǎn)換器205被配置為不同于實施例1中的相應(yīng)部件。下面的描述主要討論差異。

根據(jù)實施例2的帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器204是通過開關(guān)控制來雙向轉(zhuǎn)換ac電壓和dc電壓的電路。帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器204包括輸入電容器c2，還有如同實施例1的電抗器l1和l2，電抗器l1和l2連接到通過開關(guān)元件z1、z2、z3和z4配置的pfc全橋電路。電抗器l1的一端連接到噪聲濾波器3，而電抗器l1的另一端連接到開關(guān)元件z1的發(fā)射極和開關(guān)元件z3的集電極。電抗器l2的一端連接到噪聲濾波器3，而電抗器l2的另一端連接到開關(guān)元件z2的發(fā)射極和開關(guān)元件z4的集電極。開關(guān)元件z1和z2的集電極連接到全橋電路51。開關(guān)元件z1和z2的發(fā)射極分別連接到開關(guān)元件z3和z4的集電極，而開關(guān)元件z3和z4的發(fā)射極連接到全橋電路51。

根據(jù)實施例2的dc-dc轉(zhuǎn)換器205是用于雙向ad-ad轉(zhuǎn)換的電路。dc-dc轉(zhuǎn)換器205包括與實施例1中的那些類似的第一全橋電路51、變壓器52和第二全橋電路253。第一全橋電路51和第二全橋電路253被配置為類似于實施例1中的那些，并且連接到構(gòu)成變壓器52的相應(yīng)線圈。第二全橋電路253是用開關(guān)元件z9、z10、z11和z12替換實施例1中的二極管橋53的二極管d9、d10、d11和d12的電路。

當(dāng)給電池2充電時，控制單元91執(zhí)行帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器204的開關(guān)元件z1、z2、z3和z4的開關(guān)控制，以允許電流如圖3所示的那樣流動。也就是說，在圖3a所示的狀態(tài)中，使開關(guān)元件z3導(dǎo)通。在圖3b所示的狀態(tài)中，使開關(guān)元件z3關(guān)斷。在圖3c所示的狀態(tài)中，使開關(guān)元件z4導(dǎo)通。在圖3d所示的狀態(tài)中，使開關(guān)元件z4關(guān)斷。

此外，當(dāng)給電池2充電時，控制單元91執(zhí)行第二全橋電路253的開關(guān)元件z9、z10、z11和z12的開關(guān)控制，以使通過如圖4所示的控制將由變壓器52的次級線圈感應(yīng)的電壓被整流。例如，在圖4a所示的狀態(tài)中，使開關(guān)元件z10和z11關(guān)斷。在圖4c所示的狀態(tài)中，使開關(guān)元件z9和z12關(guān)斷。在圖4b和圖4d所示的狀態(tài)中，使開關(guān)元件z9、z10、z11和z12關(guān)斷。

在給電池2放電的情況下，控制單元91執(zhí)行帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器204和dc-dc轉(zhuǎn)換器205的開關(guān)控制，以使pfc全橋電路起到逆變器的作用，以將從dc-dc轉(zhuǎn)換器205輸出的電壓轉(zhuǎn)換為將要輸出的ac電壓。

在負(fù)載連接到輸入端子t1和t2的情況下，通過電池2施加到輸出端子t3和t4的dc電壓被ac-dc轉(zhuǎn)換，并且ac-dc轉(zhuǎn)換后的交流通過輸入端子t1和t2被提供給負(fù)載。通過安裝在車輛上的、對ac電壓和dc電壓執(zhí)行雙向ac-dc轉(zhuǎn)換的ac-dc轉(zhuǎn)換器1，一旦發(fā)生災(zāi)難或緊急情況，就可將電池2用作電源。

即使在根據(jù)如上所述配置的實施例2的雙向ac-dc轉(zhuǎn)換器1中，如同實施例1中那樣，開關(guān)控制能降低在帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器204和dc-dc轉(zhuǎn)換器205之間的波紋電流，并且能減小電容器c1的尺寸。

[附圖標(biāo)記說明]

1ac-dc轉(zhuǎn)換器(轉(zhuǎn)換器)

2電池

3噪聲濾波器

4、204帶有pfc的ac-dc轉(zhuǎn)換器(前級轉(zhuǎn)換器)

41功率因數(shù)改善電路(第一開關(guān)電路)

5、205dc-dc轉(zhuǎn)換器(后級轉(zhuǎn)換器)

9控制電路

51全橋電路

52變壓器

53二極管橋

90aac電壓檢測單元

90bac電流檢測單元

90cdc電流檢測單元

91控制單元

92ram

93存儲單元

93a表

94通信單元

95接口

96時鐘單元

c1電容器

c2輸入電容器

c3輸出電容器

l1、l2電抗器

l3線圈

d1、d2、d9、d10、d11、d12二極管

z1、z2、z3、z4、z5、z6、z7、z8、z9、z10、z11、z12開關(guān)單元

t1、t2輸入端子

t3、t4輸出端子