功率轉(zhuǎn)換設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在初級(jí)側(cè)電路與次級(jí)側(cè)電路之間進(jìn)行的功率轉(zhuǎn)換，該次級(jí)側(cè)電路通過(guò)變壓器磁耦接到該初級(jí)側(cè)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]提供有功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，該功率轉(zhuǎn)換設(shè)備通過(guò)改變初級(jí)側(cè)電路的切換與次級(jí)側(cè)電路的切換之間的相位差而使得在初級(jí)側(cè)電路與次級(jí)側(cè)電路之間傳輸?shù)墓β实牧磕軌虮徽{(diào)節(jié)(參見(jiàn)例如日本專利申請(qǐng)公報(bào)第2011-193713號(hào)(JP 2011-193713A))。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]然而，按照慣例，可能無(wú)法準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)在初級(jí)側(cè)電路與次級(jí)側(cè)電路之間傳輸?shù)膫鬏敼β?。本發(fā)明的目的是提供一種功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，其允許準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)在初級(jí)側(cè)電路與次級(jí)側(cè)電路之間傳輸?shù)膫鬏敼β省?br>[0004]本發(fā)明的第一方面是一種功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，包括:初級(jí)側(cè)電路；以及通過(guò)變壓器磁耦接到初級(jí)側(cè)電路的次級(jí)側(cè)電路。在設(shè)置在初級(jí)側(cè)電路中的初級(jí)側(cè)端口與設(shè)置在次級(jí)側(cè)電路的次級(jí)側(cè)端口之間傳輸?shù)膫鬏敼β矢鶕?jù)初級(jí)側(cè)電路的切換與次級(jí)側(cè)電路的切換之間的相位差以及初級(jí)側(cè)電路和次級(jí)側(cè)電路中的每個(gè)電路的切換頻率而變化。該功率轉(zhuǎn)換設(shè)備包括控制單元，該控制單元根據(jù)初級(jí)側(cè)端口和次級(jí)側(cè)端口中的至少一個(gè)的端口電壓來(lái)調(diào)節(jié)頻率。
[0005]本發(fā)明的第二方面是一種功率轉(zhuǎn)換設(shè)備，包括:初級(jí)側(cè)電路；以及通過(guò)變壓器磁耦接到初級(jí)側(cè)電路的次級(jí)側(cè)電路。在設(shè)置在初級(jí)側(cè)電路中的初級(jí)側(cè)端口與設(shè)置在次級(jí)側(cè)電路的次級(jí)側(cè)端口之間傳輸?shù)膫鬏敼β矢鶕?jù)初級(jí)側(cè)電路的切換與次級(jí)側(cè)電路的切換之間的相位差以及初級(jí)側(cè)電路和次級(jí)側(cè)電路中的每個(gè)電路的切換頻率而變化。該功率轉(zhuǎn)換設(shè)備包括控制單元，該控制單元根據(jù)傳輸功率的目標(biāo)功率來(lái)調(diào)節(jié)頻率。
[0006]“頻率”可以與“角頻率”互換，而“頻率調(diào)節(jié)”可以與“角頻率調(diào)節(jié)”互換。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一方面和第二方面，可以準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)在初級(jí)側(cè)電路與次級(jí)側(cè)電路之間傳輸?shù)膫鬏敼β省?br>【附圖說(shuō)明】
[0008]下面將參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的特征、優(yōu)點(diǎn)以及示例性實(shí)施方式在技術(shù)上和工業(yè)上的意義，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記指代相同的元件，并且在附圖中:
[0009]圖1是示出了充當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換設(shè)備的實(shí)施方式的供電設(shè)備的配置的示例的框圖；
[0010]圖2是示出了根據(jù)本實(shí)施方式的控制單元的配置的示例的框圖；
[0011]圖3是示出了根據(jù)本實(shí)施方式的初級(jí)側(cè)電路和次級(jí)側(cè)電路的切換操作的示例的時(shí)序圖；
[0012]圖4是根據(jù)本實(shí)施方式的占空比D相對(duì)低的情況的時(shí)序圖；
[0013]圖5是根據(jù)本實(shí)施方式的占空比D相對(duì)高的情況的時(shí)序圖；
[0014]圖6是示出了根據(jù)本實(shí)施方式基于對(duì)切換頻率f的調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)節(jié)傳輸功率P的示例的時(shí)序圖；
[0015]圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換方法的示例的流程圖；以及
[0016]圖8是根據(jù)本發(fā)明的頻率確定映射的示例。
【具體實(shí)施方式】
[0017]圖1是示出了充當(dāng)功率轉(zhuǎn)換設(shè)備的實(shí)施方式的供電設(shè)備101的配置的示例的框圖。例如，供電設(shè)備101是包括電源電路10、控制單元50以及傳感器單元70的供電系統(tǒng)。
[0018]例如，供電設(shè)備101包括作為初級(jí)側(cè)端口的第一輸入/輸出端口 60a和第二輸入/輸出端口 60c，其中第一輸入/輸出端口 60a連接到初級(jí)側(cè)高電壓系統(tǒng)負(fù)載61a，第二輸入/輸出端口 60c連接到初級(jí)側(cè)低電壓系統(tǒng)負(fù)載61c和初級(jí)側(cè)低電壓系統(tǒng)電源62c。初級(jí)側(cè)低電壓系統(tǒng)電源62c向初級(jí)側(cè)低電壓系統(tǒng)負(fù)載61c供電，這是通過(guò)相同的電壓系統(tǒng)(例如，12V系統(tǒng))對(duì)初級(jí)側(cè)低電壓系統(tǒng)電源62c進(jìn)行操作的。此外，初級(jí)側(cè)低電壓系統(tǒng)電源62c將由設(shè)置在電源電路10中的初級(jí)側(cè)轉(zhuǎn)換電路20升壓的功率供應(yīng)至初級(jí)側(cè)高電壓系統(tǒng)負(fù)載61a，這是通過(guò)不同的電壓系統(tǒng)(例如，比12V系統(tǒng)更高的48V系統(tǒng))對(duì)初級(jí)側(cè)低電壓系統(tǒng)電源62c進(jìn)行操作的?？梢詫⑤o助電池如鉛電池視為初級(jí)側(cè)低電壓系統(tǒng)電源62c的具體示例。
[0019]例如，供電設(shè)備101包括作為次級(jí)側(cè)端口的第三輸入/輸出端口 60b和第四輸入/輸出端口 60d，其中第三輸入/輸出端口 60b連接到次級(jí)側(cè)高電壓系統(tǒng)負(fù)載61b和次級(jí)側(cè)高電壓系統(tǒng)電源62b，第四輸入/輸出端口 60d連接到次級(jí)側(cè)低電壓系統(tǒng)負(fù)載61d。次級(jí)側(cè)高電壓系統(tǒng)電源62b向次級(jí)側(cè)高電壓系統(tǒng)負(fù)載61b供電，這是通過(guò)相同的電壓系統(tǒng)(例如，比12V系統(tǒng)和48V系統(tǒng)更高的288V系統(tǒng))對(duì)次級(jí)側(cè)高電壓系統(tǒng)電源62b進(jìn)行操作的。此夕卜，次級(jí)側(cè)高電壓系統(tǒng)電源62b將由設(shè)置在電源電路10中的次級(jí)側(cè)轉(zhuǎn)換電路30升壓的功率供應(yīng)至次級(jí)側(cè)低電壓系統(tǒng)負(fù)載61d，這是通過(guò)不同的電壓系統(tǒng)(例如，比288V系統(tǒng)更低的72V系統(tǒng))對(duì)次級(jí)側(cè)高電壓系統(tǒng)電源62b進(jìn)行操作的。可以將輔助電池如鋰離子電池視為次級(jí)側(cè)高電壓系統(tǒng)電源62b的具體示例。
[0020]電源電路10是包括上述四個(gè)輸入/輸出端口的功率轉(zhuǎn)換電路，并且具有從四個(gè)輸入/輸出端口中選擇兩個(gè)期望的輸入/輸出端口并在兩個(gè)所選擇的輸入/輸出端口之間進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換的功能。
[0021]端口功率Pa是第一輸入/輸出端口 60a的輸入/輸出功率(輸入功率或輸出功率)，端口功率PC是第二輸入/輸出端口 60c的輸入/輸出功率，端口功率Pb是第三輸入/輸出端口 60b的輸入/輸出功率，以及端口功率Pd是第四輸入/輸出端口 60d的輸入/輸出功率。端口電壓Va是第一輸入/輸出端口 60a的輸入/輸出電壓(輸入電壓或輸出電壓)，端口電壓Vc是第二輸入/輸出端口 60c的輸入/輸出電壓，端口電壓Vb是第三輸入/輸出端口 60b的輸入/輸出電壓，端口電壓Vd是第四輸入/輸出端口 60d的輸入/輸出電壓。端口電流la是第一輸入/輸出端口 60a的輸入/輸出電流(輸入電流或輸出電流)，端口電流Ic是第二輸入/輸出端口 60c的輸入/輸出電流，端口電流lb是第三輸入/輸出端口 60b的輸入/輸出電流，以及端口電流Id是第四輸入/輸出端口 60d的輸入/輸出電流。
[0022]電源電路10包括設(shè)置在第一輸入/輸出端口 60a中的電容器C1、設(shè)置在第二輸入/輸出端口 60c中的電容器C3、設(shè)置在第三輸入/輸出端口 60b中的電容器C2以及設(shè)置在第四輸入/輸出端口 60d中的電容器C4?？梢詫⒛る娙萜?、鋁電解電容器、陶瓷電容器以及聚合物電解電容器等視為電容器Cl、C2、C3以及C4的具體示例。
[0023]電容器C1被插入在第一輸入/輸出端口 60a的高電位側(cè)端子613與第一輸入/輸出端口 60a和第二輸入/輸出端口 60c的低電位側(cè)端子614之間。電容器C3被插入在第二輸入/輸出端口 60c的高電位側(cè)端子616與第一輸入/輸出端口 60a和第二輸入/輸出端口 60c的低電位側(cè)端子614之間。電容器C2被插入在第三輸入/輸出端口 60b的高電位側(cè)端子618與第三輸入/輸出端口 60b和第四輸入/輸出端口 60d的低電位側(cè)端子620之間。電容器C4被插入在第四輸入/輸出端口 60d的高電位側(cè)端子622與第三輸入/輸出端口 60b和第四輸入/輸出端口 60d的低電位側(cè)端子620之間。
[0024]電容器C1、C2、C3以及C4可以設(shè)置在電源電路10的內(nèi)部或者外部。
[0025]電源電路10是被配置成包括初級(jí)側(cè)轉(zhuǎn)換電路20和次級(jí)側(cè)轉(zhuǎn)換電路30的功率轉(zhuǎn)換電路。注意，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)磁耦接電抗器204和次級(jí)側(cè)磁耦接電抗器304連接，并且通過(guò)變壓器400 (中心抽頭變壓器)磁耦接。
[0026]初級(jí)側(cè)轉(zhuǎn)換電路20是被配置成包括初級(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的初級(jí)側(cè)電路。初級(jí)側(cè)全橋電路200是被配置成包括變壓器400的初級(jí)側(cè)線圈202、初級(jí)側(cè)磁耦接電抗器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VI以及初級(jí)側(cè)第二下臂/VI的初級(jí)側(cè)功率轉(zhuǎn)換單元。此處，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VI以及初級(jí)側(cè)第二下臂/VI由切換元件構(gòu)成，所述切換元件分別被配置成包括例如N溝道型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(M0SFET)和充當(dāng)M0SFET的寄生元件的體二極管。附加的二極管可以并聯(lián)連接到M0SFET。
[0027]初級(jí)側(cè)全橋電路200包括連接到第一輸入/輸出端口 60a的高電位側(cè)端子613的初級(jí)側(cè)正極母線298以及連接到第一輸入/輸出端口 60a和第二輸入/輸出端口 60c的低電位側(cè)端子614的初級(jí)側(cè)負(fù)極母線299。
[0028]串聯(lián)連接初級(jí)側(cè)第一上臂U1和初級(jí)側(cè)第一下臂/U1的初級(jí)側(cè)第一臂電路207被附接在初級(jí)側(cè)正極母線298與初級(jí)側(cè)負(fù)極母線299之間。初級(jí)側(cè)第一臂電路207是能夠通過(guò)切換初級(jí)側(cè)第一上臂U1和初級(jí)側(cè)第一下臂/U1的導(dǎo)通和關(guān)斷來(lái)進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換操作的初級(jí)側(cè)第一功率轉(zhuǎn)換電路單元(初級(jí)側(cè)U相功率轉(zhuǎn)換電路單元)。此外，串聯(lián)連接初級(jí)側(cè)第二上臂VI和初級(jí)側(cè)第二下臂/VI的初級(jí)側(cè)第二臂電路211被附接在初級(jí)側(cè)正極母線298與初級(jí)側(cè)負(fù)極母線299之間而與初級(jí)側(cè)第一臂電路207并聯(lián)。初級(jí)側(cè)第二臂電路211是能夠通過(guò)切換初級(jí)側(cè)第二上臂VI和初級(jí)側(cè)第二下臂/VI的導(dǎo)通和關(guān)斷來(lái)執(zhí)行功率轉(zhuǎn)換操作的初級(jí)側(cè)第二功率轉(zhuǎn)換電路單元(初級(jí)側(cè)V相功率轉(zhuǎn)換電路單元)。
[0029]初級(jí)側(cè)線圈202和初級(jí)側(cè)磁耦接電抗器204設(shè)置在將初級(jí)側(cè)第一臂電路207的中點(diǎn)207m連接到初級(jí)側(cè)第二臂電路211的中點(diǎn)211m的橋接部中。為了更詳細(xì)地描述與橋接部的連接關(guān)系，初級(jí)側(cè)磁耦接電抗器204的初級(jí)側(cè)第一電抗器204a的一端連接到初級(jí)側(cè)第一臂電路207的中點(diǎn)207m，而初級(jí)側(cè)線圈202的一端連接到初級(jí)側(cè)第一電抗器204a的另一端。另外，初級(jí)側(cè)磁耦接電抗器204的初級(jí)側(cè)第二電抗器204b的一端連接到初級(jí)側(cè)線圈202的另一端，而初級(jí)側(cè)第二電抗器204b的另一端連接到初級(jí)側(cè)第二臂電路211的中點(diǎn)211m。注意，初級(jí)側(cè)磁耦接電抗器204被配置成包括初級(jí)側(cè)第一電抗器204a和初級(jí)側(cè)第二電抗器204b，其中初級(jí)側(cè)第二電抗器204b以耦接系數(shù)h磁耦接到初級(jí)側(cè)第一電抗器204a。
[0030]中點(diǎn)207m是初級(jí)側(cè)