電力轉(zhuǎn)換裝置以及電力轉(zhuǎn)換方法
【專利說(shuō)明】電力轉(zhuǎn)換裝置以及電力轉(zhuǎn)換方法
[0001]本申請(qǐng)主張2013年12月24日提出的日本專利申請(qǐng)第2013-265638號(hào)的優(yōu)先權(quán)，并在此引用其全部?jī)?nèi)容。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及在初級(jí)側(cè)全橋電路與次級(jí)側(cè)全橋電路之間轉(zhuǎn)換電力的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0003]已知有一種在初級(jí)側(cè)全橋電路與次級(jí)側(cè)全橋電路之間轉(zhuǎn)換電力的電力轉(zhuǎn)換裝置(例如參照日本特開(kāi)2011-193713)。
[0004]然而，若構(gòu)成于全橋電路的各開(kāi)關(guān)元件的特性(例如電流特性等電特性)在各開(kāi)關(guān)元件間不一致，則存在初級(jí)側(cè)全橋電路與次級(jí)側(cè)全橋電路之間的電力轉(zhuǎn)換效率降低的可能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于此，本發(fā)明提供一種初級(jí)側(cè)全橋電路與次級(jí)側(cè)全橋電路之間的電力轉(zhuǎn)換效率提高的電力轉(zhuǎn)換裝置以及電力轉(zhuǎn)換方法。
[0006]在一個(gè)方案中提供一種電力轉(zhuǎn)換裝置，該電力轉(zhuǎn)換裝置具備:初級(jí)側(cè)全橋電路，以并聯(lián)的方式具有第一臂電路以及第二臂電路；次級(jí)側(cè)全橋電路，以并聯(lián)的方式具有第三臂電路以及第四臂電路；和控制部，對(duì)上述第一臂電路的開(kāi)關(guān)與上述第三臂電路的開(kāi)關(guān)之間的第一相位差、以及上述第二臂電路的開(kāi)關(guān)與上述第四臂電路的開(kāi)關(guān)之間的第二相位差進(jìn)行調(diào)整，來(lái)控制在上述初級(jí)側(cè)全橋電路與上述次級(jí)側(cè)全橋電路之間傳輸?shù)膫鬏旊娏?，上述控制部使上述第一相位差和上述第二相位差中的效率較高一方的臂電路間的相位差比效率較低一方的臂電路間的相位差大。
[0007]根據(jù)一個(gè)方式，初級(jí)側(cè)全橋電路與次級(jí)側(cè)全橋電路之間的電力轉(zhuǎn)換效率提高。
【附圖說(shuō)明】
[0008]通過(guò)以下參照附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明的特征、優(yōu)點(diǎn)、技術(shù)、工業(yè)意義進(jìn)行詳細(xì)地描述，其中，附圖標(biāo)記表示本發(fā)明的要素，其中，
[0009]圖1是表示電力轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)例的圖。
[0010]圖2是表示控制部的結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0011]圖3是表示初級(jí)側(cè)電路以及次級(jí)側(cè)電路的開(kāi)關(guān)例的時(shí)間圖。
[0012]圖4是表示電力轉(zhuǎn)換方法的一個(gè)例子的流程圖。
[0013]圖5是用于計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的相位差Φ的映射(map)的一個(gè)例子。
[0014]圖6是表不電力轉(zhuǎn)換方法的一個(gè)例子的流程圖。
[0015]圖7是表示電力轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)例的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]<電源裝置101的結(jié)構(gòu)>
[0017]圖1是表示作為電力轉(zhuǎn)換裝置的第一實(shí)施方式的電源裝置101的結(jié)構(gòu)例的框圖。電源裝置101例如是具備電源電路10、控制部50、以及傳感器部70的電源系統(tǒng)。電源裝置101例如是被搭載于汽車等車輛，并向車載的各負(fù)載進(jìn)行配電的系統(tǒng)。作為這樣的車輛的具體例，能夠列舉混合動(dòng)力車、插電式混合動(dòng)力車、電動(dòng)汽車等。電源裝置101也可以被搭載于將發(fā)動(dòng)機(jī)作為行駛驅(qū)動(dòng)源的車輛。
[0018]電源裝置101例如具有連接初級(jí)側(cè)高電壓系負(fù)載61a的第一輸入輸出端口 60a、連接初級(jí)側(cè)低電壓系負(fù)載61c以及初級(jí)側(cè)低電壓系電源62c的第二輸入輸出端口 60c作為初級(jí)側(cè)端口。初級(jí)側(cè)低電壓系電源62c向以與初級(jí)側(cè)低電壓系電源62c相同的電壓系(例如12V系)進(jìn)行動(dòng)作的初級(jí)側(cè)低電壓系負(fù)載61c供給電力。另外，初級(jí)側(cè)低電壓系電源62c向以與初級(jí)側(cè)低電壓系電源62c不同的電壓系(例如比12V系高的48V系)進(jìn)行動(dòng)作的初級(jí)側(cè)高電壓系負(fù)載61a供給被構(gòu)成于電源電路10的初級(jí)側(cè)轉(zhuǎn)換電路20升壓后的電力。作為初級(jí)側(cè)低電壓系電源62c的具體例，能夠列舉鉛電池等二次電池。
[0019]電源裝置101例如具有連接次級(jí)側(cè)高電壓系負(fù)載61b以及次級(jí)側(cè)高電壓系電源62b的第三輸入輸出端口 60b、以及連接次級(jí)側(cè)低電壓系負(fù)載61d的第四輸入輸出端口 60d作為次級(jí)側(cè)端口。次級(jí)側(cè)高電壓系電源62b向以與次級(jí)側(cè)高電壓系電源62b相同的電壓系(例如比12V系以及48V系高的288V系)進(jìn)行動(dòng)作的次級(jí)側(cè)高電壓系負(fù)載61b供給電力。另外，次級(jí)側(cè)高電壓系電源62b向以與次級(jí)側(cè)高電壓系電源62b不同的電壓系(例如比288V系低的72V系)進(jìn)行動(dòng)作的次級(jí)側(cè)低電壓系負(fù)載61d供給被構(gòu)成于電源電路10的次級(jí)側(cè)轉(zhuǎn)換電路30降壓后的電力。作為次級(jí)側(cè)高電壓系電源62b的具體例，能夠列舉鋰離子電池等二次電池。
[0020]電源電路10是具有上述四個(gè)輸入輸出端口，并具有從這四個(gè)輸入輸出端口選擇任意的兩個(gè)輸入輸出端口，在該兩個(gè)輸入輸出端口之間進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換的功能的電力轉(zhuǎn)換電路。此外，具備電源電路10的電源裝置101也可以是具有至少三個(gè)以上的多個(gè)輸入輸出端口，且在至少三個(gè)以上的多個(gè)輸入輸出端口的任意兩個(gè)輸入輸出端口間都能夠轉(zhuǎn)換電力的裝置。例如，電源電路10也可以是沒(méi)有第四輸入輸出端口 60d的具有三個(gè)輸入輸出端口的電路。
[0021]端口電力Pa、Pc、Pb、Pd分別是第一輸入輸出端口 60a、第二輸入輸出端口 60c、第三輸入輸出端口 60b、第四輸入輸出端口 60d中的輸入輸出電力(輸入電力或者輸出電力)。端口電壓Va、Vc, Vb, Vd分別是第一輸入輸出端口 60a、第二輸入輸出端口 60c、第三輸入輸出端口 60b、第四輸入輸出端口 60d中的輸入輸出電壓(輸入電壓或者輸出電壓)。端口電流Ia、Ic、Ib、Id分別是第一輸入輸出端口 60a、第二輸入輸出端口 60c、第三輸入輸出端口 60b、第四輸入輸出端口 60d中的輸入輸出電流(輸入電流或者輸出電流)。
[0022]電源電路10具備設(shè)置于第一輸入輸出端口 60a的電容器Cl、設(shè)置于第二輸入輸出端口 60c的電容器C3、設(shè)置于第三輸入輸出端口 60b的電容器C2、以及設(shè)置于第四輸入輸出端口 60d的電容器C4。作為電容器C1、C2、C3、C4的具體例，能夠列舉薄膜電容器、鋁電解電容器、陶瓷電容器、固體高分子電容器等。
[0023]電容器Cl插入在第一輸入輸出端口 60a的高電位側(cè)的端子613與第一輸入輸出端口 60a以及第二輸入輸出端口 60c的低電位側(cè)的端子614之間。電容器C3插入在第二輸入輸出端口 60c的高電位側(cè)的端子616與第一輸入輸出端口 60a以及第二輸入輸出端口60c的低電位側(cè)的端子614之間。電容器C2插入在第三輸入輸出端口 60b的高電位側(cè)的端子618與第三輸入輸出端口 60b以及第四輸入輸出端口 60d的低電位側(cè)的端子620之間。電容器C4插入在第四輸入輸出端口 60d的高電位側(cè)的端子622與第三輸入輸出端口 60b以及第四輸入輸出端口 60d的低電位側(cè)的端子620之間。
[0024]電容器(:1、02、03、(:4可以設(shè)置于電源電路10的內(nèi)部，也可以設(shè)置于電源電路10的外部。
[0025]電源電路10是包括初級(jí)側(cè)轉(zhuǎn)換電路20以及次級(jí)側(cè)轉(zhuǎn)換電路30而構(gòu)成的電力轉(zhuǎn)換電路。其中，初級(jí)側(cè)轉(zhuǎn)換電路20和次級(jí)側(cè)轉(zhuǎn)換電路30經(jīng)由初級(jí)側(cè)磁耦合電抗線圈(reactor) 204以及次級(jí)側(cè)磁親合電抗線圈304連接，且通過(guò)變壓器400 (中心抽頭式變壓器)被磁親合。由第一輸入輸出端口 60a以及第二輸入輸出端口 60c構(gòu)成的初級(jí)側(cè)端口、與由第三輸入輸出端口 60b以及第四輸入輸出端口 60d構(gòu)成的次級(jí)側(cè)端口經(jīng)由變壓器400連接。
[0026]初級(jí)側(cè)轉(zhuǎn)換電路20是包括初級(jí)側(cè)全橋電路200、第一輸入輸出端口 60a、以及第二輸入輸出端口 60c而構(gòu)成的初級(jí)側(cè)電路。初級(jí)側(cè)全橋電路200是包括變壓器400的初級(jí)側(cè)線圈202、初級(jí)側(cè)磁耦合電抗線圈204、初級(jí)側(cè)第一上臂U1、初級(jí)側(cè)第一下臂/U1、初級(jí)側(cè)第二上臂V1、以及初級(jí)側(cè)第二下臂/Vl而構(gòu)成的初級(jí)側(cè)電力轉(zhuǎn)換部。這里，初級(jí)側(cè)第一上臂U1、初級(jí)側(cè)第一下臂/U1、初級(jí)側(cè)第二上臂V1、以及初級(jí)側(cè)第二下臂/Vl分別是例如包括N溝道型M0SFET、和作為該MOSFET的寄生元件的體二極管(body d1de)而構(gòu)成的開(kāi)關(guān)元件。也可以對(duì)該MOSFET以并聯(lián)的方式追加連接二極管。
[0027]初級(jí)側(cè)全橋電路200具有與第一輸入輸出端口 60a的高電位側(cè)的端子613連接的初級(jí)側(cè)正極母線298、和與第一輸入輸出端口 60a以及第二輸入輸出端口 60c的低電位側(cè)的端子614連接的初級(jí)側(cè)負(fù)極母線299。
[0028]在初級(jí)側(cè)正極母線298與初級(jí)側(cè)負(fù)極母線299之間安裝有將初級(jí)側(cè)第一上臂Ul與初級(jí)側(cè)第一下臂/Ul串聯(lián)連接而成的初級(jí)側(cè)第一臂電路207。初級(jí)側(cè)第一臂電路207是能夠進(jìn)行通過(guò)初級(jí)側(cè)第一上臂Ul以及初級(jí)側(cè)第一下臂/Ul的接通斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)的電力轉(zhuǎn)換動(dòng)作的初級(jí)側(cè)第一電力轉(zhuǎn)換電路部(初級(jí)側(cè)U相電力轉(zhuǎn)換電路部)。并且，在初級(jí)側(cè)正極母線298與初級(jí)側(cè)負(fù)極母線299之間，與初級(jí)側(cè)第一臂電路207并聯(lián)安裝有將初級(jí)側(cè)第二上臂Vl和初級(jí)側(cè)第二下臂/Vl串聯(lián)連接而成的初級(jí)側(cè)第二臂電路211。初級(jí)側(cè)第二臂電路211是能夠進(jìn)行通過(guò)初級(jí)側(cè)第二上臂Vl以及初級(jí)側(cè)第二下臂/Vl的接通斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)的電力轉(zhuǎn)換動(dòng)作的初級(jí)側(cè)第二電力轉(zhuǎn)換電路部(初級(jí)側(cè)V相電力轉(zhuǎn)換電路部)。
[0029]在將初級(jí)側(cè)第一臂電路207的中點(diǎn)207m與初級(jí)側(cè)第二臂電路211的中點(diǎn)21 Im連接的橋接(bridge)部分設(shè)置有初級(jí)側(cè)線圈202和初級(jí)側(cè)磁耦合電抗線圈204。若對(duì)橋接部分更加詳細(xì)地說(shuō)明連接關(guān)系，則在初級(jí)側(cè)第一臂電路207的中點(diǎn)207m連接初級(jí)側(cè)磁耦合電抗線圈204的初級(jí)側(cè)第一電抗線圈204a的一端。而且，在初級(jí)側(cè)第一電抗線圈204a的另一端連接初級(jí)側(cè)線圈202的一端。并且，在初級(jí)側(cè)線圈202的另一端連接初級(jí)側(cè)磁耦合電抗線圈204的初級(jí)側(cè)第二電抗線圈204b的一端。而且，初級(jí)側(cè)第二電抗線圈204b的另一端連接于初級(jí)側(cè)第二臂電路211的中點(diǎn)211m。其中，初級(jí)側(cè)磁耦合電抗線圈204包括初級(jí)側(cè)第一電抗線圈204a、以及與初級(jí)側(cè)第一電抗線圈204a以耦合系數(shù)Ic1磁耦合的初級(jí)側(cè)第二電抗線圈204b而構(gòu)成。
[0030]中點(diǎn)207m是初級(jí)側(cè)第一上臂Ul與初級(jí)側(cè)第一下臂/Ul之間的初級(jí)側(cè)第一中間節(jié)點(diǎn)，中點(diǎn)211m是初級(jí)側(cè)第二上臂Vl與初級(jí)側(cè)第二下臂/Vl之間的初級(jí)側(cè)第二中間節(jié)點(diǎn)。
[0031]第一輸入輸出端口 60a是設(shè)置于初級(jí)側(cè)正極母線298與初級(jí)側(cè)負(fù)極母線299之間的端口。第一輸入輸出端口 60a包括端子613和端子614而構(gòu)成。第二輸入輸出端口 60c是設(shè)置于初級(jí)側(cè)負(fù)極母線299與初級(jí)側(cè)線圈202的中心抽頭202m之間的端口。第二輸入輸出端口 60c包括端子614和端子616而構(gòu)成。
[0032]中心抽頭202m與第二輸入輸出端口 60c的高電位側(cè)的端子616連接。中心抽頭202m是構(gòu)成于初級(jí)側(cè)線圈202的初級(jí)側(cè)第一繞線202a與初級(jí)側(cè)第二繞線202b的中間連接點(diǎn)。
[0033]次級(jí)側(cè)轉(zhuǎn)換電路30是包括次級(jí)側(cè)全橋電路300、第三輸入輸出端口 60b、以及第四輸入輸出端口 60d而構(gòu)成的次級(jí)側(cè)電路。次級(jí)側(cè)全橋電路300是包括變壓器400的次級(jí)側(cè)線圈302、次級(jí)側(cè)磁耦合電抗線圈304、次級(jí)側(cè)第一上臂U2、次級(jí)側(cè)第一下臂/U2、次級(jí)側(cè)第二上臂V2、以及次級(jí)側(cè)第二下臂/V2而構(gòu)成的次級(jí)側(cè)電力轉(zhuǎn)換部。這里，次級(jí)側(cè)第一上臂U2、次級(jí)側(cè)第一下臂/U2、次級(jí)側(cè)第二上臂V2、以及次級(jí)側(cè)第二下臂/V2分別是例如包括N溝道型的MOSFET、和作為該MOSFET的寄生元件的體二極管而構(gòu)成的開(kāi)關(guān)元件。也可以對(duì)該MOSFET以并聯(lián)的方式追加連接二極管。
[0034]次級(jí)側(cè)全橋電路300具有與第三輸入輸出端口 60b的高電位側(cè)的端子618連接的次級(jí)側(cè)正極母線398、和與第三輸入輸出端口 60b以及第四輸入輸出端口 60d的低電位側(cè)的端子620連接的次級(jí)側(cè)負(fù)極母線399。
[0035]在次級(jí)側(cè)正極母線398與次級(jí)側(cè)負(fù)極母線399之間安裝有將次級(jí)側(cè)第一上臂U2與次級(jí)側(cè)第一下臂/U2串聯(lián)連接而成的次級(jí)側(cè)第一臂電路307。次級(jí)側(cè)第一臂電路307是能夠進(jìn)行通過(guò)次級(jí)側(cè)第一上臂U2以及次級(jí)側(cè)第一下臂/U2的接通斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)的電力轉(zhuǎn)換動(dòng)作的次級(jí)側(cè)第一電力轉(zhuǎn)換電路部(次級(jí)側(cè)U相電力轉(zhuǎn)換電路部)。并且，在次級(jí)側(cè)正極母線398與次級(jí)側(cè)負(fù)