電力變換系統(tǒng)及用于電力變換系統(tǒng)的故障檢測方法
【專利摘要】一種電力變換系統(tǒng)包括：初級(jí)變換電路（202）；次級(jí)變換電路（302），該次級(jí)變換電路（302）經(jīng)由變壓器（400）磁耦合到該初級(jí)變換電路；以及故障檢測單元（50），該故障檢測單元（50）被配置為通過使開關(guān)元件（U1，V1，/U1，/V1，U2，V2，/U2，/V2）中的每個(gè)開關(guān)元件在接通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間切換來檢測該開關(guān)元件中的任意一個(gè)開關(guān)元件的故障。該開關(guān)元件構(gòu)成變換電路的全橋電路，從該變壓器的中心抽頭（202m，302m）中的相應(yīng)的一個(gè)中心抽頭向該變換電路提供輸入電壓。該全橋電路是該初級(jí)變換電路的初級(jí)全橋電路（200）和該次級(jí)變換電路的次級(jí)全橋電路（300）之一。
【專利說明】電力變換系統(tǒng)及用于電力變換系統(tǒng)的故障檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及包括初級(jí)變換電路和通過變壓器磁耦合到初級(jí)變換電路的次級(jí)變換電路的電力變換系統(tǒng)，以及用于該電力變換系統(tǒng)的故障檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]例如，日本專利申請(qǐng)公開N0.2011-193713 (JP2011-193713A)是已知的關(guān)于包括初級(jí)變換電路和通過變壓器磁耦合到該初級(jí)變換電路上的次級(jí)變換電路的電力變換系統(tǒng)的相關(guān)領(lǐng)域文件。在JP2011-193713A中，初級(jí)變換電路和次級(jí)變換電路各自都具有全橋電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]附帶地，在相關(guān)領(lǐng)域，難以以簡單的配置對(duì)構(gòu)成初級(jí)全橋電路和次級(jí)全橋電路的每個(gè)開關(guān)元件實(shí)現(xiàn)故障檢測。本發(fā)明提供了一種電力變換系統(tǒng)和用于該電力變換系統(tǒng)的故障檢測方法，其能夠以簡單的配置來檢測構(gòu)成初級(jí)全橋電路和次級(jí)全橋電路的開關(guān)元件中的任一個(gè)開關(guān)元件的故障。
[0004]本發(fā)明的第一個(gè)方面提供了一種電力變換系統(tǒng)。電路變換系統(tǒng)包括:初級(jí)變換電路；次級(jí)變換電路，該次級(jí)變換電路經(jīng)由變壓器磁耦合到該初級(jí)變換電路；以及故障檢測單元，該故障檢測單元被配置為通過使開關(guān)元件中的每個(gè)開關(guān)元件在接通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間切換來檢測該開關(guān)元件中的任意一個(gè)開關(guān)元件的故障，該開關(guān)元件構(gòu)成變換電路的全橋電路，該變壓器的中心抽頭中的相應(yīng)的一個(gè)中心抽頭向該變換電路提供輸入電壓，該全橋電路是該初級(jí)變換電路的初級(jí)全橋電路和該次級(jí)變換電路的次級(jí)全橋電路之一。
[0005]在上述方面中，該故障檢測單元可以被配置為通過監(jiān)測被提供了該輸入電壓的該變換電路的預(yù)定部分處的電壓來確定該開關(guān)元件中的任意一個(gè)開關(guān)元件是否具有故障。
[0006]在上述方面中，該預(yù)定部分可以包括在構(gòu)成該全橋電路的每對(duì)高壓側(cè)開關(guān)元件和低壓側(cè)開關(guān)元件之間的中間節(jié)點(diǎn)。
[0007]在上述方面中，該故障檢測單元可以被配置為:當(dāng)用于使該低壓側(cè)開關(guān)元件之一切換到關(guān)斷狀態(tài)的指令被發(fā)出并且相應(yīng)的該中間節(jié)點(diǎn)處的電壓與該輸入電壓不同時(shí)，確定該低壓側(cè)開關(guān)元件之一具有短路故障。
[0008]在上述方面中，該故障檢測單元可以被配置為:當(dāng)用于使該低壓側(cè)開關(guān)元件之一切換到接通狀態(tài)的指令被發(fā)出并且在相應(yīng)的該中間節(jié)點(diǎn)處的電壓與當(dāng)該低壓側(cè)開關(guān)元件之一處于接通狀態(tài)時(shí)的電壓不同時(shí)，確定該低壓側(cè)開關(guān)元件之一具有開路故障。
[0009]在上述方面中，該預(yù)定部分可以包括該全橋電路的正極母線。
[0010]在上述方面中，該故障檢測單元可以被配置為:當(dāng)用于使該全橋電路的該高壓側(cè)開關(guān)元件之一切換到接通狀態(tài)的指令被發(fā)出并且在該正極母線處的電壓與該輸入電壓不同時(shí)，確定該高壓側(cè)開關(guān)元件之一具有開路故障。
[0011]在上述方面中，該故障檢測單元被配置為:當(dāng)用于使該全橋電路的該低壓側(cè)開關(guān)元件之一切換到接通狀態(tài)的指令被發(fā)出并且在該正極母線處的電壓與當(dāng)該低壓側(cè)開關(guān)元件之一處于接通狀態(tài)時(shí)的電壓相等時(shí)，確定該全橋電路的該高壓側(cè)開關(guān)元件中相應(yīng)的一個(gè)高壓側(cè)開關(guān)元件具有短路故障。
[0012]在上述方面中，電力變換系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括:電源，該電源被配置為向該變壓器的該中間抽頭提供該輸入電壓；以及中斷裝置，該中斷裝置被配置為中斷從該電源向該變壓器的該中間抽頭之一提供該輸入電壓。
[0013]本發(fā)明的第二個(gè)方面提供了一種用于電力變換系統(tǒng)的故障檢測方法，該電力變換系統(tǒng)包括初級(jí)變換電路和經(jīng)由變壓器磁耦合到該初級(jí)變換電路的次級(jí)變換電路。該故障檢測方法包括:通過使開關(guān)元件中的每個(gè)開關(guān)元件在接通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間切換來檢測該開關(guān)元件中的任意一個(gè)開關(guān)元件的故障，該開關(guān)元件構(gòu)成變換電路的全橋電路，該變壓器的中心抽頭中的相應(yīng)的一個(gè)中心抽頭向該變換電路提供輸入電壓，該全橋電路是該初級(jí)變換電路的初級(jí)全橋電路和該次級(jí)變換電路的次級(jí)全橋電路之一。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的上述方面，可以以簡單的配置來檢測構(gòu)成初級(jí)全橋電路和次級(jí)全橋電路的開關(guān)元件中的任一個(gè)開關(guān)元件的故障。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]將參照隨附附圖在下面描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的特征、優(yōu)勢(shì)、以及技術(shù)和工業(yè)意義，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，并且其中:
[0016]圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的電力變換系統(tǒng)的配置圖；
[0017]圖2是根據(jù)實(shí)施方式的故障檢測單元的框圖；
[0018]圖3是全橋電路的電壓波形的時(shí)序圖；
[0019]圖4是示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的用于電力變換系統(tǒng)的故障檢測方法的示例的流程圖；
[0020]圖5是示出了根據(jù)第一實(shí)施方式的用于電力變換系統(tǒng)的故障檢測方法的示例的流程圖；
[0021]圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的電力變換系統(tǒng)的配置視圖；
[0022]圖7是示出了根據(jù)第二實(shí)施方式的用于電力變換系統(tǒng)的故障檢測方法的示例的流程圖；以及
[0023]圖8是示出了根據(jù)第二實(shí)施方式的用于電力變換系統(tǒng)的故障檢測方法的示例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]<第一實(shí)施方式>
[0025]電力變換系統(tǒng)100的配置
[0026]圖1是示出了包括電力變換電路10的電力變換系統(tǒng)100的視圖。電力變換系統(tǒng)100是被配置為包括電力變換電路10和控制電路50 (見圖2，并且細(xì)節(jié)將稍后描述)的電力變換系統(tǒng)。電力變換電路10具有從四個(gè)輸入/輸出端口中選擇任意兩個(gè)輸入/輸出端口的功能，以及在選擇的兩個(gè)輸入/輸出端口之間對(duì)電力進(jìn)行變換的功能。電力變換電路10被配置為包括初級(jí)變換電路20和次級(jí)變換電路30。初級(jí)變換電路20和次級(jí)變換電路30通過變壓器400 (中心抽頭變壓器)彼此磁耦合。
[0027]初級(jí)變換電路20被配置為包括初級(jí)全橋電路200、第一輸入/輸出端口 PA以及第二輸入/輸出端口 PC。初級(jí)全橋電路200被配置為包括變壓器400的初級(jí)線圈202、初級(jí)磁耦合電抗器204、初級(jí)第一上臂U1、初級(jí)第一下臂/U1、初級(jí)第二上臂Vl以及初級(jí)第二下臂/VI。此處，例如，初級(jí)第一上臂U1、初級(jí)第一下臂/U1、初級(jí)第二上臂Vl以及初級(jí)第二下臂/Vl各自是被配置為包括N溝道MOSFET以及是MOSFET的寄生元件的體二極管的開關(guān)元件。二極管可以另外地與MOSFET并聯(lián)連接。
[0028]初級(jí)全橋電路200包括初級(jí)正極母線298和初級(jí)負(fù)極母線299。初級(jí)正極母線298連接到第一輸入/輸出端口 PA的高電位端子602。初級(jí)負(fù)極母線299連接到第一輸入/輸出端口 PA和第二輸入/輸出端口 PC的低電位端子604。
[0029]初級(jí)第一臂電路207連接在初級(jí)正極母線298和初級(jí)負(fù)極母線299之間。初級(jí)第一臂電路207是通過將初級(jí)第一上臂Ul和初級(jí)第一下臂/Ul串聯(lián)連接而形成的。此外，初級(jí)第二臂電路211與初級(jí)第一臂電路207并聯(lián)地連接在初級(jí)正極母線298和初級(jí)負(fù)極母線299之間。初級(jí)第二臂電路211是通過將初級(jí)第二上臂Vl和初級(jí)第二下臂/Vl串聯(lián)連接而形成的。
[0030]初級(jí)線圈202和初級(jí)磁耦合電抗器204被設(shè)置在將初級(jí)第一臂電路207的中點(diǎn)207m連接到初級(jí)第二臂電路211的中點(diǎn)211m的橋部分處。將更詳細(xì)的描述在橋部分處的連接關(guān)系。初級(jí)磁耦合電抗器204的初級(jí)第一電抗器204a的一端連接到初級(jí)第一臂電路207的中點(diǎn)207m。初級(jí)線圈202的一端連接到初級(jí)第一電抗器204a的另一端。另外，初級(jí)磁耦合電抗器204的初級(jí)第二電抗器204b的一端連接到初級(jí)線圈202的另一端。此外，初級(jí)第二電抗器204b的另一端連接到初級(jí)第二臂電路211的中點(diǎn)211m。初級(jí)磁耦合電抗器204被配置為包括初級(jí)第一電抗器204a和磁稱合到初級(jí)第一電抗器204a的初級(jí)第二電抗器 204b。
[0031]中點(diǎn)207m是初級(jí)第一上臂Ul和初級(jí)第一下臂/Ul之間的初級(jí)第一中間節(jié)點(diǎn)。中點(diǎn)211m是初級(jí)第二上臂Vl和初級(jí)第二下臂/Vl之間的初級(jí)第二中間節(jié)點(diǎn)。
[0032]第一輸入/輸出端口 PA是設(shè)置在初級(jí)正極母線298和初級(jí)負(fù)極母線299之間的端口。第一輸入/輸出端口 PA被配置為包括端子602和端子604。第二輸入/輸出端口PC是設(shè)置在初級(jí)負(fù)極母線299和初級(jí)線圈202的中心抽頭202m之間的端口。第二輸入/輸出端口 PC被配置為包括端子604和端子606。
[0033]中心抽頭202m連接到第二輸入/輸出端口 PC的高電位端子606。中心抽頭202m是處在構(gòu)成初級(jí)線圈202的初級(jí)第一繞組202a和初級(jí)第二繞組202b之間的中間連接點(diǎn)。
[0034]初級(jí)變換電路20具有插入到初級(jí)正極母線298和初級(jí)負(fù)極母線299之間的電容器Cl。電容器Cl可以被設(shè)置到相對(duì)于第一輸入/輸出端口 PA初級(jí)全橋電路200側(cè)的內(nèi)部電路中、或者可以被設(shè)置到初級(jí)高壓系統(tǒng)負(fù)載LA側(cè)的外部電路中，初級(jí)高壓系統(tǒng)負(fù)載LA側(cè)設(shè)置在初級(jí)全橋電路200相對(duì)于第一輸入/輸出端口 PA的相對(duì)側(cè)。
[0035]例如，電力變換系統(tǒng)100被配置為包括初級(jí)高壓系統(tǒng)負(fù)載LA、初級(jí)低壓系統(tǒng)負(fù)載LC以及初級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSC。初級(jí)高壓系統(tǒng)負(fù)載LA連接到第一輸入/輸出端口 PA。初級(jí)低壓系統(tǒng)負(fù)載LC和初級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSC連接到第二輸入/輸出端口 PC。初級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSC向在與初級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSC相同的電壓系統(tǒng)(例如，12V系統(tǒng))下操作的初級(jí)低壓系統(tǒng)負(fù)載LC提供電力。另外，初級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSC向在與初級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSC不同的電壓系統(tǒng)(例如，高于12V系統(tǒng)的48V系統(tǒng))下操作的初級(jí)高壓系統(tǒng)負(fù)載LA提供電力，該電力通過初級(jí)全橋電路200而升高。初級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSC的具體示例是蓄電池,如鉛酸蓄電池。
[0036]次級(jí)變換電路30被配置為包括次級(jí)全橋電路300、第三輸入/輸出端口 PB和第四輸入/輸出端口 H)。次級(jí)全橋電路300被配置為包括變壓器400的次級(jí)線圈302、次級(jí)磁耦合電抗器304、次級(jí)第一上臂U2、次級(jí)第一下臂/U2、次級(jí)第二上臂V2以及次級(jí)第二下臂/V2。此處，例如，次級(jí)第一上臂U2、次級(jí)第一下臂/U2、次級(jí)第二上臂V2以及次級(jí)第二下臂/V2各自是被配置為包括N溝道MOSFET以及是MOSFET的寄生元件的體二極管的開關(guān)元件。二極管可以另外地與MOSFET并聯(lián)連接。
[0037]次級(jí)全橋電路300包括次級(jí)正極母線398和次級(jí)負(fù)極母線399。次級(jí)正極母線398連接到第三輸入/輸出端口 PB的高電位端子608。次級(jí)負(fù)極母線399連接到第三輸入/輸出端口 PB和第四輸入/輸出端口 H)的低電位端子610。
[0038]次級(jí)第一臂電路307連接在次級(jí)正極母線398和次級(jí)負(fù)極母線399之間。次級(jí)第一臂電路307是通過串聯(lián)連接次級(jí)第一上臂U2和次級(jí)第一下臂/U2而形成的。此外，次級(jí)第二臂電路311與次級(jí)第一臂電路307并聯(lián)地連接在次級(jí)正極母線398和次級(jí)負(fù)極母線399之間。次級(jí)第二臂電路311是通過串聯(lián)連接次級(jí)第二上臂V2和次級(jí)第二下臂/V2而形成的。
[0039]次級(jí)線圈302和次級(jí)磁耦合電抗器304被設(shè)置在將次級(jí)第一臂電路307的中點(diǎn)307m連接到次級(jí)第二臂電路311的中點(diǎn)311m的橋部分。將詳細(xì)描述在橋部分處的連接關(guān)系。次級(jí)磁耦合電抗器304的次級(jí)第一電抗器304a的一端連接到次級(jí)第二臂電路311的中點(diǎn)311m。次級(jí)線圈302的一端連接到次級(jí)第一電抗器304a的另一端。另外,次級(jí)磁稱合電抗器304的次級(jí)第二電抗器304b的一端連接到次級(jí)線圈302的另一端。此外，次級(jí)第二電抗器304b的另一端連接到次級(jí)第一臂電路307的中點(diǎn)307m。次級(jí)磁耦合電抗器304被配置為包括次級(jí)第一電抗器304a和磁耦合到次級(jí)第一電抗器304a的次級(jí)第二電抗器304b。
[0040]中點(diǎn)307m是次級(jí)第一上臂U2和次級(jí)第一下臂/U2之間的次級(jí)第一中間節(jié)點(diǎn)。中點(diǎn)311m是次級(jí)第二上臂V2和次級(jí)第二下臂/V2之間的次級(jí)第二中間節(jié)點(diǎn)。
[0041]第三輸入/輸出端口 PB是設(shè)置在次級(jí)正極母線398和次級(jí)負(fù)極母線399之間的端口。第三輸入/輸出端口 PB被配置為包括端子608和端子610。第四輸入/輸出端口PD是設(shè)置在次級(jí)負(fù)極母線399和次級(jí)線圈302的中心抽頭302m之間的端口。第四輸入/輸出端口 H)被配置為包括端子610和端子612。
[0042]中心抽頭302m連接到第四輸入/輸出端口 H)的高電位端子612。中心抽頭302m是在構(gòu)成次級(jí)線圈302的次級(jí)第一繞組302a和次級(jí)第二繞組302b之間的中間連接點(diǎn)。
[0043]次級(jí)變換電路30具有插入到次級(jí)正極母線398和次級(jí)負(fù)極母線399之間的電容器C2。電容器C2可以被設(shè)置到相對(duì)于第三輸入/輸出端口 PB次級(jí)全橋電路300側(cè)的內(nèi)部電路中、或者可以被設(shè)置到次級(jí)高壓系統(tǒng)負(fù)載LB側(cè)的外部電路中，次級(jí)高壓系統(tǒng)負(fù)載LB側(cè)設(shè)置在次級(jí)全橋電路300相對(duì)于第三輸入/輸出端口 I3B的相對(duì)側(cè)。
[0044]例如，電力變換系統(tǒng)100被配置為包括次級(jí)高壓系統(tǒng)負(fù)載LB、次級(jí)低壓系統(tǒng)負(fù)載LD以及次級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSD。次級(jí)高壓系統(tǒng)負(fù)載LB連接到第三輸入/輸出端口 PB。次級(jí)低壓系統(tǒng)負(fù)載LD和次級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSD連接到第四輸入/輸出端口 H)。次級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSD給在與次級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSD相同的電壓系統(tǒng)(例如，高于12V系統(tǒng)或48V系統(tǒng)的72V系統(tǒng))下操作的次級(jí)低壓系統(tǒng)負(fù)載LD提供電力。另外，次級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSD給在與次級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSD不同的電壓系統(tǒng)(例如，高于72V系統(tǒng)的288V系統(tǒng))下操作的次級(jí)高壓系統(tǒng)負(fù)載LB提供電力，該電力通過次級(jí)全橋電路300而提高。次級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSD的具體示例是蓄電池，如鋰離子電池。
[0045]圖2是控制電路50的框圖?？刂齐娐?0具有對(duì)初級(jí)變換電路20的開關(guān)元件(例如初級(jí)第一上臂Ul)以及次級(jí)變換電路30的開關(guān)元件(例如次級(jí)第一上臂U2)執(zhí)行開關(guān)控制的功能?？刂齐娐?0被配置為包括電力變換模式確定處理單元502、相差Φ確定處理單元504、接通時(shí)間δ確定處理單元506、初級(jí)開關(guān)處理單元508、次級(jí)開關(guān)處理單元510以及故障確定單元512。例如，控制電路50是包括包含CPU的微型計(jì)算機(jī)的電子電路。
[0046]電力變換模式確定處理單兀502基于外部信號(hào)(未圖不)從下面描述的電力變換電路10的電力變換模式A至L中選擇并且確定操作模式。電力變換模式包括模式Α、模式B和模式C。在模式A中，從第一輸入/輸出端口 PA輸入的電力被變換并且輸出到第二輸入/輸出端口 PC。在模式B中，從第一輸入/輸出端口 PA輸入的電力被變換并且輸出到第三輸入/輸出端口 PB。在模式C中，從第一輸入/輸出端口 PA輸入的電力被變換并且輸出到第四輸入/輸出端口 H)。
[0047]另外，電力變換模式還包括模式D、模式E和模式F。在模式D中,從第二輸入/輸出端口 PC輸入的電力被變換并且輸出到第一輸入/輸出端口 PA。在模式E中，從第二輸入/輸出端口 PC輸入的電力被變換并且輸出到第三輸入/輸出端口 PB。在模式F中，從第二輸入/輸出端口 PC輸入的電力被變換并且輸出到第四輸入/輸出端口 H)。
[0048]電力變換模式還包括模式G、模式H和模式I。在模式G中，從第三輸入/輸出端口 PB輸入的電力被變換并且輸出到第一輸入/輸出端口 PA。在模式H中，從第三輸入/輸出端口 PB輸入的電力被變換并且輸出到第二輸入/輸出端口 PC。在模式I中，從第三輸入/輸出端口 PB輸入的電力被變換并且輸出到第四輸入/輸出端口 H)。
[0049]此外，電力變換模式還包括模式J、模式K和模式L。在模式J中，從第四輸入/輸出端口 F1D輸入的電力被變換并且輸出到第一輸入/輸出端口 PA。在模式K中，從第四輸入/輸出端口 H)輸入的電力被變換并且輸出到第二輸入/輸出端口 PC。在模式L中，從第四輸入/輸出端口 ro輸入的電力被變換并且輸出到第三輸入/輸出端口 PB。
[0050]相差φ確定處理單元504具有在初級(jí)變換電路20和次級(jí)變換電路30之間的開關(guān)元件的開關(guān)周期內(nèi)設(shè)置相差Φ的功能，以使得電力變換電路10起到DC-DC變換電路的作用。
[0051]接通時(shí)間δ確定處理單元506具有設(shè)置初級(jí)變換電路20和次級(jí)變換電路30的開關(guān)元件中的各個(gè)開關(guān)元件的接通時(shí)間S的功能，以使得初級(jí)變換電路20和次級(jí)變換電路30各自起到升壓/降壓電路的作用。
[0052]初級(jí)開關(guān)處理單元508具有基于電力變換模式確定處理單元502、相差Φ確定處理單元504和接通時(shí)間δ確定處理單元506的輸出對(duì)開關(guān)元件(B卩，初級(jí)第一上臂U1、初級(jí)第一下臂/U1、初級(jí)第二上臂Vl以及初級(jí)第二下臂/VI)執(zhí)行開關(guān)控制的功能。
[0053]次級(jí)開關(guān)處理單元510具有基于電力變換模式確定處理單元502、相差Φ確定處理單元504和接通時(shí)間δ確定處理單元506的輸出對(duì)開關(guān)元件(B卩，次級(jí)第一上臂U2、次級(jí)第一下臂/U2、次級(jí)第二上臂V2以及次級(jí)第二下臂/V2)執(zhí)行開關(guān)控制的功能。
[0054]故障確定單元512具有通過監(jiān)測在初級(jí)變換電路20 (從中心抽頭202m對(duì)其提供輸入電壓)的預(yù)定部分的電壓來確定構(gòu)成初級(jí)全橋電路200的任一個(gè)開關(guān)元件的故障模式的功能。類似地，故障確定單元512具有通過監(jiān)測在次級(jí)變換電路30 (從由中心抽頭302m對(duì)其提供輸入電壓)的預(yù)定部分的電壓來確定構(gòu)成次級(jí)全橋電路300的任一個(gè)開關(guān)元件的故障模式的功能。
[0055]電力變換系統(tǒng)100的操作
[0056]將參照?qǐng)D1描述電力變換系統(tǒng)100的操作。例如，當(dāng)需要電力變換電路10在模式F下操作的外部信號(hào)被輸入時(shí)，控制電路50的電力變換模式確定處理單元502確定電力變換電路10的電力變換模式為模式F。此時(shí)，輸入到第二輸入/輸出端口 PC的電壓通過初級(jí)變換電路20的升壓功能而被升高，被升高的電壓通過起DC-DC變換電路作用的電力變換電路10被傳輸?shù)降谌斎?輸出端口 PB側(cè)，并進(jìn)一步通過次級(jí)變換電路30的降壓功能而被降低，并且結(jié)果電壓從第四輸入/輸出端口 H)輸出。
[0057]此處，將詳細(xì)描述初級(jí)變換電路20的升壓/降壓功能的細(xì)節(jié)。關(guān)注第二輸入/輸出端口 PC和第一輸入/輸出端口 PA，第二輸入/輸出端口 PC的端子606通過初級(jí)第一繞組202a以及串聯(lián)連接到初級(jí)第一繞組202a的初級(jí)第一電抗器204a，連接到初級(jí)第一臂電路207的中點(diǎn)207m。初級(jí)第一臂電路207的兩端都連接到第一輸入/輸出端口 PA，這樣使得升壓/降壓電路連接到第二輸入/輸出端口 PC的端子606和第一輸入/輸出端口 PA之間。
[0058]此外，第二輸入/輸出端口 PC的端子606通過初級(jí)第二繞組202b和串聯(lián)連接到初級(jí)第二繞組202b的初級(jí)第二電抗器204b，連接到初級(jí)第二臂電路211的中點(diǎn)211m。初級(jí)第二臂電路211的兩端都連接到第一輸入/輸出端口 PA，這樣使得升壓/降壓電路與上述的升壓/降壓電路平行地連接到第二輸入/輸出端口 PC的端子606和第一輸入/輸出端口 PA之間。次級(jí)變換電路30是具有與初級(jí)變換電路20大體上類似的配置的電路，這樣使得兩個(gè)升壓/降壓電路在第四輸入/輸出端口 ro的端子612和第三輸入/輸出端口 PB之間彼此并聯(lián)。因此，次級(jí)變換電路30具有與初級(jí)變換電路20類似的升壓/降壓功能。
[0059]接下來，將詳細(xì)描述電力變換電路10作為DC-DC變換電路的功能。關(guān)注第一輸入/輸出端口 PA和第三輸入/輸出端口 PB，初級(jí)全橋電路200連接到第一輸入/輸出端口PA，并且初級(jí)全橋電路300連接到第三輸入/輸出端口 PB。設(shè)置在初級(jí)全橋電路200的橋部分的初級(jí)線圈202和設(shè)置在次級(jí)全橋電路300的橋部分的次級(jí)線圈302彼此磁耦合，因此起到變壓器400 (具有繞線匝數(shù)比為1:N的中心抽頭變壓器)的作用。因此，通過調(diào)整初級(jí)全橋電路200和次級(jí)全橋電路300之間的開關(guān)元件的開關(guān)周期的相差，可以對(duì)輸入到第一輸入/輸出端口 PA的電力進(jìn)行變換以及將電力傳輸?shù)降谌斎?輸出端口 PB,或者對(duì)輸入到第三輸入/輸出端口 PB的電力進(jìn)行變換以及將電力傳輸?shù)降谝惠斎?輸出端口 PA。
[0060]圖3是示出了與通過對(duì)控制電路50進(jìn)行控制向電力變換電路10提供的電壓有關(guān)的時(shí)序圖的視圖。在圖3中，Ul表示初級(jí)第一上臂Ul的導(dǎo)通/截止波形，Vl表示初級(jí)第二上臂Vl的導(dǎo)通/截止波形，U2是次級(jí)第一上臂U2的導(dǎo)通/截止波形，以及V2是次級(jí)第二上臂V2的導(dǎo)通/截止波形。初級(jí)第一下臂/Ul的導(dǎo)通/截止波形、初級(jí)第二下臂/Vl的導(dǎo)通/截止波形、次級(jí)第一下臂/U2的導(dǎo)通/截止波形以及次級(jí)第二下臂/V2的導(dǎo)通/截止波形分別是從初級(jí)第一上臂/Ul的導(dǎo)通/截止波形、初級(jí)第二上臂Vl的導(dǎo)通/截止波形、次級(jí)第一上臂U2的導(dǎo)通/截止波形，以及次級(jí)第二上臂V2的導(dǎo)通/截止波形轉(zhuǎn)化而來的波形(未圖示)。期望死區(qū)時(shí)間被設(shè)置在每一對(duì)上臂和下臂的導(dǎo)通/截止波形之間，以使得沒有作為上臂和下臂的都導(dǎo)通的狀態(tài)的結(jié)果的流通電流(f1w-through current)流過。在圖3中，高電平表示導(dǎo)通狀態(tài),低電平表示截止?fàn)顟B(tài)。
[0061]此處，通過改變U1、V1、U2、V2各自的接通時(shí)間δ，可以改變初級(jí)變換電路20的升壓/降壓比率和次級(jí)變換電路30的升壓/降壓比率。例如，通過均衡U1、V1、U2、V2相互之間的接通時(shí)間S，可以使初級(jí)變換電路20的升壓/降壓比率與次級(jí)變換電路30的升壓/降壓比率相等。在Ul和Vl之間的相差被設(shè)置為180度(Ji )，并且在U2和V2之間的相差也被設(shè)置為180度(Ji )。此外，通過改變?cè)赨l和U2之間的相差Φ，可以調(diào)整在初級(jí)變換電路20和次級(jí)變換電路30之間傳輸?shù)碾娏Φ牧俊．?dāng)相差Φ大于O時(shí)，可以從初級(jí)變換電路20向次級(jí)變換電路30傳輸電力；然而，當(dāng)該相差Φ小于O時(shí)，可以從次級(jí)變換電路30向初級(jí)變換電路20傳輸電力。
[0062]因此，例如，當(dāng)需要電力變換電路10在模式F下操作的外部信號(hào)被輸入時(shí)，電力變換模式確定處理單元502確定選擇模式F。接通時(shí)間δ確定處理單元506設(shè)置接通時(shí)間δ (該接通時(shí)間δ規(guī)定了在初級(jí)變換電路20起著升高輸入到第二輸入/輸出端口 PC的電壓的升壓電路作用的情況下的升壓比率)，并且將升高的電壓輸出給第一輸入/輸出端口PA。次級(jí)變換電路30起著降壓電路的作用(該作用以由接通時(shí)間δ確定處理單元506設(shè)置的接通時(shí)間δ規(guī)定的降壓比率來降低輸入到第三輸入/輸出端口 PB的的電壓)，并且將降低的電壓輸出給第四輸入/輸出端口 PD。此外，相差Φ確定處理單元504設(shè)置用于以理想的電力傳輸量將輸入到第一輸入/輸出端口 PA的電力傳輸?shù)降谌斎?輸出端口 PB的相差Φ O
[0063]初級(jí)開關(guān)處理單元508對(duì)開關(guān)元件(即，初級(jí)第一上臂Ul、初級(jí)第一下臂/Ul、初級(jí)第二上臂Vl以及初級(jí)第二下臂/VI)執(zhí)行開關(guān)控制，以使得初級(jí)變換電路20起著升壓電路的作用，并且初級(jí)變換電路20起著一部分DC-DC變換電路的作用。
[0064]次級(jí)開關(guān)處理單元510對(duì)開關(guān)元件(即，次級(jí)第一上臂U2、次級(jí)第一下臂/U2、次級(jí)第二上臂V2以及次級(jí)第二下臂/V2)執(zhí)行開關(guān)控制，以使得次級(jí)變換電路30起著降壓電路的作用，并且次級(jí)變換電路30起著一部分DC-DC變換電路的作用。
[0065]如上所述，可以使初級(jí)變換電路20和次級(jí)變換電路30各自起著升壓電路或降壓電路的作用，并且可以使電力變換電路10也起著雙向DC-DC變換電路的作用。因此，可以在所有的電力變換模式A至L下變換電力，換句話說，可以在從四個(gè)輸入/輸出端口中選出的兩個(gè)輸入/輸出端口之間變換電力。
[0066]電力變換系統(tǒng)100的故障檢測
[0067]圖2中所示的控制電路50是通過使每個(gè)開關(guān)元件在接通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間切換來檢測任一個(gè)開關(guān)元件的故障的故障檢測單元。開關(guān)元件構(gòu)成初級(jí)變換電路20的初級(jí)全橋電路200，從變壓器400的中心抽頭202m給其提供輸入電壓。如圖1中所示，由中心抽頭202m提供的輸入電壓相當(dāng)于初級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSC的電源電壓，并且從中心抽頭202m提供的輸入電壓通過第二輸入/輸出端口 PC被施加到中心抽頭202m上。[0068]圖2中所示的控制電路50是通過使每個(gè)開關(guān)元件在接通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間切換來檢測任一個(gè)開關(guān)元件的故障的故障檢測單元。開關(guān)元件構(gòu)成次級(jí)變換電路30的次級(jí)全橋電路300，從變壓器400的中心抽頭302m給其提供輸入電壓。如圖1所示，由中心抽頭302m提供的輸入電壓相當(dāng)于次級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSD的電源電壓，并且由中心抽頭302m提供的輸入電壓通過第四輸入/輸出端口 H)被施加到中心抽頭302m上。
[0069]例如，控制電路50通過監(jiān)測由變壓器400的中心抽頭202m或中心抽頭302m提供的輸入電壓的供電狀態(tài)來確定初級(jí)全橋電路200和次級(jí)全橋電路300中的一個(gè)(由變壓器400的相應(yīng)一個(gè)中心抽頭對(duì)其提供輸入電壓)。例如，控制電路50通過使每個(gè)開關(guān)元件在接通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間切換來檢測構(gòu)成全橋電路中的一個(gè)全橋電路(確定了從變壓器400的相應(yīng)的中心抽頭對(duì)上述一個(gè)全橋電路提供了輸入電壓)的開關(guān)元件中的任一個(gè)開關(guān)元件的故障。
[0070]圖4和圖5示出了用于電力變換系統(tǒng)100的故障檢測方法的示例的流程圖。流程圖示出了確定構(gòu)成初級(jí)全橋電路200的四個(gè)開關(guān)元件中的每個(gè)開關(guān)元件的故障模式的流程。確定構(gòu)成次級(jí)全橋電路300的四個(gè)開關(guān)元件中的每個(gè)開關(guān)元件的故障模式的流程也類似于圖4和圖5所示的流程，因此省略了對(duì)確定構(gòu)成次級(jí)全橋電路300的四個(gè)開關(guān)元件中的每個(gè)開關(guān)元件的故障模式的流程的描述。
[0071]在故障檢測方法中，控制電路50的故障確定單元512 (見圖2)僅從變壓器400的任一個(gè)中心抽頭提供輸入電壓，并且通過連續(xù)地使每個(gè)開關(guān)元件在接通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)切換來監(jiān)測在相應(yīng)預(yù)定部分的電壓，從而確定每個(gè)開關(guān)元件的故障模式。下文中，將描述圖4和圖5中的步驟。
[0072]在圖4中，在步驟SlO中，控制電路50確定變換電路10的啟動(dòng)信號(hào)是否處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)變換電路10的啟動(dòng)信號(hào)不處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，因?yàn)樽儞Q電路10實(shí)施電力變換操作或者可能實(shí)施電力變換操作，所以控制電路50不執(zhí)行開關(guān)元件的故障檢測操作。另一方面，當(dāng)變換電路10的啟動(dòng)信號(hào)處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，因?yàn)樽儞Q電路10沒有實(shí)施電力變換操作，所以控制電路50執(zhí)行開關(guān)元件的故障檢測操作。
[0073]在步驟S20中，控制電路50輸出指令信號(hào)以使得初級(jí)第一上臂Ul (M0S_U1)、初級(jí)第一下臂/Ul (M0S_/U1)、初級(jí)第二上臂Vl (M0S_V1)以及初級(jí)第二下臂/Vl (M0S_/V1)中的每個(gè)開關(guān)元件從關(guān)斷狀態(tài)切換到接通狀態(tài)，并且在從每個(gè)開關(guān)元件被切換到接通狀態(tài)開始預(yù)定的時(shí)間段已經(jīng)過去之后，控制電路50輸出指令信號(hào)以使得開關(guān)元件從接通狀態(tài)切換到關(guān)斷狀態(tài)。因此，在電容器Cl中的電荷被釋放，并且在此之后有可能精確地實(shí)施故障檢測。
[0074]在步驟S30中，當(dāng)使開關(guān)元件關(guān)斷的指令已經(jīng)在步驟S20中發(fā)出后，故障檢測單元512確定初級(jí)第一下臂/Ul的被監(jiān)測的電壓(/U1_V)是否等于第二輸入/輸出端口 PC的被監(jiān)測的電壓(PortC_V)。
[0075]電壓(/U1_V)相當(dāng)于在中點(diǎn)207m處的電壓，以及，例如，電壓(/U1_V)相當(dāng)于在中點(diǎn)207m和端子604 (初級(jí)負(fù)極母線299)之間的電位差。電壓(PortC_V)相當(dāng)于在端子606處的電壓，以及，例如，電壓(PortC_V)相當(dāng)于在端子606和端子604之間的電位差。
[0076]當(dāng)初級(jí)第一下臂/Ul根據(jù)該指令而關(guān)斷時(shí)，被監(jiān)測的電壓(/U1_V)等于電壓(PortC_V)。因此，當(dāng)被監(jiān)測的電壓(/U1_V)不同于被監(jiān)測的電壓(PortC_V)時(shí)，故障檢測單元512獲悉初級(jí)第一下臂/Ul處于違背關(guān)斷指令的接通狀態(tài)，并且確定初級(jí)第一下臂/Ul具有短路故障(步驟S40)。
[0077]在步驟S50中，當(dāng)使開關(guān)元件關(guān)斷的指令已經(jīng)在步驟S20中發(fā)出后，故障檢測單元512確定初級(jí)第二下臂/Vl的被監(jiān)測的電壓(/V1_V)是否等于第二輸入/輸出端口 PC的被監(jiān)測的電壓(PortC_V)。
[0078]電壓(/V1_V)相當(dāng)于在中點(diǎn)211m處的電壓，以及，例如，電壓(/V1_V)相當(dāng)于在中點(diǎn)211m和端子604 (初級(jí)負(fù)極母線299)之間的電位差。
[0079]當(dāng)初級(jí)第二下臂/Vl根據(jù)指令關(guān)斷時(shí)，被監(jiān)測的電壓(/V1_V)等于電壓(PortC_V)。因此，當(dāng)被監(jiān)測的電壓(/V1_V)不同于被監(jiān)測的電壓(PortC_V)時(shí)，故障檢測單元512獲悉初級(jí)第二下臂/Vl處于違背關(guān)斷指令的接通狀態(tài)，并且確定初級(jí)第二下臂/Vl具有短路故障(步驟S60)。
[0080]在步驟S70中，當(dāng)使開關(guān)元件關(guān)斷的指令已經(jīng)在步驟S20中發(fā)出后，故障檢測單元512確定第一輸入/輸出端口 PA的被監(jiān)測的電壓(PortA_V)是否等于通過從被監(jiān)測的電壓(PortC_V)減去二極管的正向電壓(D1-VF)而獲取的電壓。
[0081]電壓(PortA_V)相當(dāng)于在端子602 (初級(jí)正極母線298)處的電壓，以及，例如，電壓(PortA_V)相當(dāng)于在端子602和端子604之間的電位差。
[0082]如果初級(jí)第一上臂Ul和初級(jí)第二上臂Vl根據(jù)步驟S20中的指令已經(jīng)關(guān)斷，那么電流流過與初級(jí)第一上臂Ul平行連接的二極管以及與初級(jí)第二上臂Vl平行連接的二極管。當(dāng)電流流過二極管時(shí)，被監(jiān)測的電壓(PortA_V)等于通過從被監(jiān)測的電壓(PortC_V)減去正向電壓(D1-VF)而獲取的電壓。也就是說，可以確定初級(jí)第一上臂Ul和初級(jí)第二上臂Vl沒有短路故障。
[0083]另一方面，在步驟S70中，當(dāng)被監(jiān)測的電壓(PortA_V)不同于從被監(jiān)測的電壓(PortC_V)減去正向電壓(D1-VF)而獲取的電壓時(shí)，初級(jí)第一上臂Ul和初級(jí)第二上臂Vl中的至少一個(gè)可能具有短路故障。在這種情況下，故障檢測操作跳到圖5的步驟S180 (稍后描述)。
[0084]在圖4的步驟S80中，當(dāng)在步驟S70中電壓彼此相等時(shí)，控制電路50輸出指令信號(hào)以使得初級(jí)第一上臂Ui從關(guān)斷狀態(tài)切換到接通狀態(tài)。
[0085]在步驟S90中，故障確定單元512確定被監(jiān)測的電壓(PortA_V)是否響應(yīng)于步驟S80中的指令從由被監(jiān)測的電壓(PortC_V)減去正向電壓(D1-VF)而獲取的電壓改變到被監(jiān)測的電壓(PortC_V)。
[0086]當(dāng)檢測到被監(jiān)測的電壓(PortA_V)中的改變被時(shí)，故障檢測單元512獲悉初級(jí)第一上臂Ul根據(jù)指令已經(jīng)切換到接通狀態(tài)，并且確定初級(jí)第一上臂Ul是正常的(步驟S100)。另一方面，當(dāng)檢測到被監(jiān)測的電壓(PortA_V)沒有改變時(shí)，故障檢測單元512獲悉初級(jí)第一上臂Ul違背了接通指令仍舊處在關(guān)斷狀態(tài)，并且確定初級(jí)第一上臂Ul具有開路故障(步驟S110)。
[0087]在步驟S120中，控制電路50輸出指令信號(hào)以使得初級(jí)第一上臂Ul從接通狀態(tài)切換到關(guān)斷狀態(tài)。
[0088]和在步驟S80至步驟S120中初級(jí)第一上臂Ul的情況一樣，在步驟S130到步驟S170中，控制電路50和故障檢測單元512對(duì)初級(jí)第二上臂Vl實(shí)施常態(tài)確定和開路故障確定。
[0089]在圖5中，在步驟S180中，控制電路50輸出指令信號(hào)以使得初級(jí)第一下臂/Ul從關(guān)斷狀態(tài)切換到接通狀態(tài)。
[0090]在步驟S190中，在當(dāng)響應(yīng)于步驟S180中的指令初級(jí)第一下臂/Ul處于接通狀態(tài)時(shí)，故障檢測單元512確定被監(jiān)測的電壓(/Π_ν)是否從被監(jiān)測的電壓(PortC_V)改變到OV電壓。當(dāng)初級(jí)第一下臂/Ul處于接通狀態(tài)時(shí)的電壓不局限于0V，可以是接近OV的微小電壓。
[0091]當(dāng)在被監(jiān)測的電壓(/Π_ν)中的變化被檢測到時(shí)(當(dāng)被監(jiān)測的電壓(/Π_ν)等于電壓OV時(shí))，故障檢測單元512獲悉初級(jí)第一下臂/Ul根據(jù)指令已經(jīng)切換到接通狀態(tài)，并且確定初級(jí)第一下臂/Ul是正常的(步驟S200)。另一方面，當(dāng)被監(jiān)測的電壓(/Π_ν)被檢測到?jīng)]有變化時(shí)(當(dāng)被監(jiān)測的電壓(/Π_ν)不同于電壓OV時(shí))，故障檢測單元512獲悉初級(jí)第一下臂/Ul違背了接通指令仍舊在關(guān)斷狀態(tài)，并且確定初級(jí)第一下臂/Ul具有開路故障(步驟 S210)。
[0092]在步驟S220中，在當(dāng)初級(jí)第一下臂/Ul處于接通狀態(tài)時(shí)，故障確定單元512確定被監(jiān)測的電壓(PortA_V)是否響應(yīng)于步驟S180中的指令從被監(jiān)測的電壓(PortC_V)改變到OV電壓。
[0093]當(dāng)初級(jí)第一上臂Ul違背關(guān)斷指令仍舊處于接通狀態(tài)時(shí)，由于初級(jí)第一下臂/Ul的接通狀態(tài)，被監(jiān)測的電壓(PortA_V)等于當(dāng)初級(jí)第一下臂/Ul處于接通狀態(tài)時(shí)的OV電壓。因此，當(dāng)檢測到被監(jiān)測的電壓(PortA_V)中的變化時(shí)(當(dāng)被監(jiān)測的電壓(PortA_V)等于電壓OV時(shí))，故障檢測單元512確定初級(jí)第一上臂Ul具有短路故障(步驟S230)。另一方面，當(dāng)檢測到被監(jiān)測的電壓(PortA_V)沒有變化時(shí)(當(dāng)被監(jiān)測的電壓(PortA_V)不同于電壓OV時(shí))，故障檢測單元512確定初級(jí)第一上臂Ul是正常的(步驟S240)。
[0094]在步驟S250中，控制電路50輸出指令信號(hào)以使得初級(jí)第一下臂/Ul從接通狀態(tài)切換到關(guān)斷狀態(tài)。
[0095]和在步驟S180至步驟S250中初級(jí)第一下臂/Ul和初級(jí)第一上臂Ul的情況一樣，在步驟S260至步驟S330中，控制電路50和故障確定單元512對(duì)初級(jí)第二下臂/Vl實(shí)施常態(tài)確定和開路故障確定以及對(duì)初級(jí)第二上臂Vl實(shí)施常態(tài)確定和短路故障確定。
[0096]在對(duì)于初級(jí)全橋電路200的故障檢測操作完成之后，與上述方式的情況相同，可以開始對(duì)于次級(jí)全橋電路300的故障檢測操作。對(duì)于初級(jí)全橋電路200的故障檢測操作可以在對(duì)于次級(jí)全橋電路300的故障檢測操作完成之后開始。
[0097]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，可以采用簡單的配置來檢測構(gòu)成初級(jí)全橋電路200和次級(jí)全橋電路300的任一個(gè)開關(guān)元件的故障。也就是說，電力變換系統(tǒng)100通過使用連接到第二輸入/輸出端口 Pc的初級(jí)低壓系統(tǒng)電源Psc以及連接到第四輸入/輸出端口 ro的次級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSD來變換電力。在本實(shí)施方式中，被共同使用以變換電力的初級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSC和次級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSD也用于檢測故障。因此，可以通過將用于故障檢測的增加的電路最小化來以簡單的配置檢測故障。
[0098]<第二實(shí)施方式>
[0099]電力變換系統(tǒng)101的配置
[0100]圖6是示出了包括電力變換電路10的電力變換系統(tǒng)101的視圖。省略了與第一實(shí)施方式相同的配置的描述。
[0101]電力變換系統(tǒng)101僅包括作為給變壓器400的中心抽頭202m和302m提供輸入電壓的電源的初級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSC (不包括次級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSD)。另外，電力變換系統(tǒng)101包括作為中斷裝置的用于中斷從初級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSC到變壓器400的中心抽頭302m所提供的輸入電壓的開關(guān)元件X1、開關(guān)元件X2、開關(guān)元件X3、開關(guān)元件X4。例如，開關(guān)元件Xl、開關(guān)元件X2、開關(guān)元件X3、開關(guān)元件X4中的每個(gè)開關(guān)元件通過來自控制電路50 (見圖2)的指令信號(hào)在接通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間切換。
[0102]在圖6中，開關(guān)元件X1、開關(guān)元件X2串聯(lián)地插入到將端子606連接到端子612的正極母線中。中心抽頭302m通過開關(guān)元件X1、開關(guān)元件X2連接到端子606。中心抽頭202m通過開關(guān)元件X1、開關(guān)元件X2連接到端子612。通過關(guān)斷開關(guān)元件X2，可以防止電流經(jīng)由開關(guān)元件Xl的寄生二極管從初級(jí)側(cè)流到次級(jí)側(cè)。通過關(guān)斷開關(guān)元件XI，可以防止電流經(jīng)由開關(guān)元件X2的寄生二極管從次級(jí)側(cè)流到初級(jí)側(cè)。
[0103]開關(guān)元件X3、開關(guān)元件X4串聯(lián)地插入到將初級(jí)負(fù)極母線299連接到次級(jí)負(fù)極母線399的負(fù)極母線中。通過關(guān)斷開關(guān)元件X4，可以防止電流經(jīng)由開關(guān)元件X3的寄生二極管從初級(jí)側(cè)流到次級(jí)側(cè)。通過關(guān)斷開關(guān)元件X3，可以防止電流經(jīng)由開關(guān)元件X4的寄生二極管從次級(jí)側(cè)流到初級(jí)側(cè)。
[0104]當(dāng)沒有實(shí)施用于構(gòu)成初級(jí)全橋電路200和次級(jí)全橋電路300的開關(guān)元件的故障檢測操作時(shí)或者當(dāng)實(shí)施了用于構(gòu)成初級(jí)全橋電路200的開關(guān)元件的故障檢測操作時(shí)，開關(guān)元件Xl、開關(guān)元件X2、開關(guān)元件X3、開關(guān)元件X4關(guān)斷。另一方面，當(dāng)對(duì)用于構(gòu)成次級(jí)全橋電路300的開關(guān)元件的進(jìn)行故障檢測操作時(shí)，開關(guān)元件X1、開關(guān)元件X2、開關(guān)元件X3、開關(guān)元件X4接通。
[0105]因?yàn)樘峁┝酥袛嘌b置，即，提供了開關(guān)元件X1、開關(guān)元件X2、開關(guān)元件X3、開關(guān)元件X4，可以在僅使用初級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSC并且不影響如變換電路10的電力變換系統(tǒng)操作的常規(guī)操作的情況下檢測構(gòu)成次級(jí)全橋電路300的任一個(gè)開關(guān)元件的故障。
[0106]用于電力變換系統(tǒng)101的故障檢測
[0107]圖2中所示的控制電路50是通過使每個(gè)開關(guān)元件在接通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間切換來檢測任一個(gè)開關(guān)元件的故障的故障檢測單元。開關(guān)元件構(gòu)成次級(jí)變換電路30的次級(jí)全橋電路300 (從變壓器400的中心抽頭302m給其提供輸入電壓)。如圖6中所示，由中心抽頭302m提供的輸入電壓相當(dāng)于初級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSC的電源電壓，并且從中心抽頭302m提供的輸入電壓通過第二輸入/輸出端口 PC和開關(guān)元件X1、開關(guān)元件X2、開關(guān)元件X3、開關(guān)元件X4被施加到中心抽頭302m上。
[0108]圖7和圖8示出了用于電力變換系統(tǒng)101的故障檢測方法的示例的流程圖。流程圖示出了確定構(gòu)成次級(jí)全橋電路300的四個(gè)開關(guān)元件中的任一個(gè)開關(guān)元件的故障模式的流程。確定構(gòu)成初級(jí)全橋電路200的四個(gè)開關(guān)元件中的任一個(gè)開關(guān)元件的故障模式的流程類似于圖4和圖5中所示的流程，因此省略了描述。另外，下文中，將描述在圖7和圖8中的步驟；然而，省略或者簡化了具有類似于圖4和圖5中的操作的步驟的描述。
[0109]在圖7中，在步驟S410中，控制電路50確定變換電路10的啟動(dòng)信號(hào)是否處于關(guān)斷狀態(tài)。
[0110]在步驟S415中，控制電路50輸出指令信號(hào)以使得開關(guān)元件Xl、開關(guān)元件X2、開關(guān)元件X3、開關(guān)元件X4 (M0S_X1，X2，X3，X4)從關(guān)斷狀態(tài)切換到接通狀態(tài)。因此，可以將初級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSC的電力提供給次級(jí)側(cè)中心抽頭302m。作為結(jié)果，通過使用初級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSC的電源電壓允許用于構(gòu)成次級(jí)全橋電路300的開關(guān)元件的故障檢測操作。
[0111]步驟S420類似于圖4中的步驟S20。也就是說，控制電路50輸出指令信號(hào)以使得次級(jí)第一上臂U2 (M0S_U2)、次級(jí)第一下臂/U2 (M0S_/U2)、次級(jí)第二上臂V2 (M0S_V2)以及次級(jí)第二下臂/V2 (M0S_/V2)中的每個(gè)開關(guān)元件從關(guān)斷狀態(tài)切換到接通狀態(tài)，并且在從每個(gè)開關(guān)元件被切換到接通狀態(tài)開始的預(yù)定的時(shí)間段過去之后，控制電路50輸出指令信號(hào)以使得開關(guān)元件從接通狀態(tài)切換到關(guān)斷狀態(tài)。因此，在電容器C2中的電荷被釋放，并且在此之后可以精確地實(shí)施故障檢測。
[0112]步驟S430和步驟S440類似于圖4中的步驟S30和步驟S40。因此，可以確定次級(jí)第一下臂/U2是否具有短路故障。電壓(/U2_V)相當(dāng)于在中點(diǎn)307m處的電壓，以及，例如，電壓(/U2_V)相當(dāng)于在中點(diǎn)307m和端子604 (初級(jí)負(fù)極母線299)之間的電位差。
[0113]步驟S450和步驟S460類似于圖4中的步驟S50和步驟S60。因此，可以確定次級(jí)第二下臂Λ2是否具有短路故障。電壓(/V2_V)相當(dāng)于在中點(diǎn)311m處的電壓，以及，例如，電壓(/V2_V)相當(dāng)于在中點(diǎn)311m和端子604 (初級(jí)負(fù)極母線299)之間的電位差。
[0114]步驟S470類似于圖4中的步驟S70。電壓(PortB_V)相當(dāng)于在端子608 (次級(jí)正極母線398)處的電壓，以及，例如，電壓(PortB_V)相當(dāng)于在端子608和端子610之間的電位差。
[0115]與在圖4中的步驟S80至步驟S120中初級(jí)第一上臂Ul的情況一樣，在步驟S480至步驟S520中，控制電路50和故障檢測單元512對(duì)次級(jí)第一上臂U2實(shí)施常態(tài)確定和開路故障確定。
[0116]和在圖4中的步驟S80至步驟S120中初級(jí)第一上臂Ul的情況一樣，在步驟S530至步驟S570中，控制電路50和故障檢測單元512對(duì)次級(jí)第二上臂V2實(shí)施常態(tài)確定和開路
故障確定。
[0117]和在圖4中的步驟S180至S250中初級(jí)第一下臂/Ul和初級(jí)第一上臂Ul的情況一樣，在圖8中，在步驟S580至步驟S650中，控制電路50和故障檢測單元512對(duì)次級(jí)第一下臂/U2實(shí)施常態(tài)確定和開路故障確定以及對(duì)次級(jí)第一上臂U2實(shí)施常態(tài)確定和短路故障確定。
[0118]和在圖4中的步驟S180至S250中初級(jí)第一下臂/Ul和初級(jí)第一上臂Ul的情況一樣，在步驟S660至步驟S730中，控制電路50和故障檢測單元512對(duì)次級(jí)第二下臂/V2實(shí)施常態(tài)確定和開路故障確定以及對(duì)次級(jí)第二上臂V2實(shí)施常態(tài)確定和短路故障確定。
[0119]在步驟S740中，控制電路50輸出指令信號(hào)以使得開關(guān)元件Xl、開關(guān)元件X2、開關(guān)元件X3、開關(guān)元件X4從接通狀態(tài)切換到關(guān)斷狀態(tài)。
[0120]根據(jù)本實(shí)施方式，可以采用簡單的配置來檢測構(gòu)成初級(jí)全橋電路200和次級(jí)全橋電路300的任一個(gè)開關(guān)元件的故障。也就是說，電力變換系統(tǒng)101通過使用連接到第二輸入/輸出端口 PC的初級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSC來變換電力。在本實(shí)施方式中，被用以變換電力的初級(jí)低壓系統(tǒng)電源PSC也用于檢測故障。因此，可以通過將用于故障檢測的增加的電路最小化來以簡單的配置檢測故障。
[0121]通過實(shí)施方式的方式來描述電力變換系統(tǒng)和用于電力變換系統(tǒng)的故障檢測方法；然而，本發(fā)明不限于上述的實(shí)施方式。本發(fā)明的范圍包括各種修改和改進(jìn)，如采用其他實(shí)施方式的部分或全部的上述實(shí)施方式的結(jié)合和替換。
[0122]例如，在上述的實(shí)施方式中，實(shí)施開/關(guān)操作的為半導(dǎo)體元件的MOSFET被描述作為每個(gè)開關(guān)元件的示例。然而，例如，每個(gè)開關(guān)元件可以是具有絕緣柵的電壓控制功率元件，如IGBT和M0SFET，或者每個(gè)開關(guān)元件可以是雙極型晶體管。
【權(quán)利要求】
1.一種電力變換系統(tǒng)(100 ; 101)，其特征在于，包括: 初級(jí)變換電路(202)； 次級(jí)變換電路(302)，所述次級(jí)變換電路(302)經(jīng)由變壓器(400)磁耦合到所述初級(jí)變換電路；以及 故障檢測單元(50)，所述故障檢測單元(50)被配置為通過使開關(guān)元件(U1，VI，/Ul, /VI，U2，V2，/U2，/V2)中的每個(gè)開關(guān)元件在接通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間切換來檢測所述開關(guān)元件中的任意一個(gè)開關(guān)元件的故障，所述開關(guān)元件構(gòu)成變換電路的全橋電路，從所述變壓器的中心抽頭(202m，302m)中的相應(yīng)的一個(gè)中心抽頭向所述變換電路提供輸入電壓，所述全橋電路是所述初級(jí)變換電路的初級(jí)全橋電路(200 )和所述次級(jí)變換電路的次級(jí)全橋電路(300)之一。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換系統(tǒng)，其中， 所述故障檢測單元被配置為通過監(jiān)測被提供了所述輸入電壓的所述變換電路的預(yù)定部分處的電壓來確定所述開關(guān)元件中的任意一個(gè)開關(guān)元件是否具有故障。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力變換系統(tǒng)，其中， 所述預(yù)定部分包括在構(gòu)成所述全橋電路的每對(duì)高壓側(cè)開關(guān)元件(U1，V1，U2，V2)和低壓側(cè)開關(guān)元件(/U1，/VI，/U2，/V2)之間的中間節(jié)點(diǎn)(207m，211m，307m，311m)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力變換系統(tǒng)，其中， 所述故障檢測單元被配置為:當(dāng)用于使所述低壓側(cè)開關(guān)元件中的一個(gè)低壓側(cè)開關(guān)元件切換到關(guān)斷狀態(tài)的指令被發(fā)出并且相應(yīng)的所述中間節(jié)點(diǎn)處的電壓與所述輸入電壓不同時(shí)，確定所述一個(gè)低壓側(cè)開關(guān)元件具有短路故障。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電力變換系統(tǒng)，其中， 所述故障檢測單元被配置為:當(dāng)用于使所述低壓側(cè)開關(guān)元件中的一個(gè)低壓側(cè)開關(guān)元件切換到接通狀態(tài)的指令被發(fā)出并且在相應(yīng)的所述中間節(jié)點(diǎn)處的電壓與當(dāng)所述一個(gè)低壓側(cè)開關(guān)元件處于接通狀態(tài)時(shí)的電壓不同時(shí)，確定所述一個(gè)低壓側(cè)開關(guān)元件具有開路故障。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的電力變換系統(tǒng)，其中， 所述預(yù)定部分包括所述全橋電路的正極母線(298，398 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電力變換系統(tǒng)，其中， 所述故障檢測單元被配置為:當(dāng)用于使所述全橋電路的所述高壓側(cè)開關(guān)元件(U1，VI，U2，V2)中的一個(gè)高壓側(cè)開關(guān)元件切換到接通狀態(tài)的指令被發(fā)出并且在所述正極母線處的電壓與所述輸入電壓不同時(shí)，確定所述一個(gè)高壓側(cè)開關(guān)元件具有開路故障。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的電力變換系統(tǒng)，其中， 所述故障檢測單元被配置為:當(dāng)用于使所述全橋電路的所述低壓側(cè)開關(guān)元件(/U1，/Vl，/U2，/V2)中的一個(gè)低壓側(cè)開關(guān)元件切換到接通狀態(tài)的指令被發(fā)出并且在所述正極母線處的電壓與當(dāng)所述一個(gè)低壓側(cè)開關(guān)元件處于接通狀態(tài)時(shí)的電壓相等時(shí)，確定所述全橋電路的所述高壓側(cè)開關(guān)元件(U1，VI，U2，V2)中相應(yīng)的一個(gè)高壓側(cè)開關(guān)元件具有短路故障。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的電力變換系統(tǒng)，還包括: 電源(PSC)，所述電源被配置為向所述變壓器的所述中間抽頭(202m，302m)提供所述輸入電壓；以及 中斷裝置(XI，X2，X3，X4)，所述中斷裝置被配置為中斷從所述電源向所述變壓器的所述中間抽頭之一(302m)提供所述輸入電壓。
10.一種用于電力變換系統(tǒng)(100 ；101)的故障檢測方法，所述電力變換系統(tǒng)包括初級(jí)變換電路(202)和經(jīng)由變壓器(400)磁耦合到所述初級(jí)變換電路的次級(jí)變換電路(302)，所述故障檢測方法的特征在于包括: 通過使開關(guān)元件(Ul，VI，/Ul，/VI，U2，V2，/U2，/V2)中的每個(gè)開關(guān)元件在接通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間切換來檢測所述開關(guān)元件中的任意一個(gè)開關(guān)元件的故障，所述開關(guān)元件構(gòu)成變換電路的全橋電路，從所述變壓器的中心抽頭(202m，302m)中的相應(yīng)的一個(gè)中心抽頭向所述變換電路提供輸入電壓，所述全橋電路是所述初級(jí)變換電路的初級(jí)全橋電路(200 )和所述次級(jí)變換電路的次級(jí)全 橋電路(300)之一。
【文檔編號(hào)】H02M1/00GK103812307SQ201310545671
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月9日
【發(fā)明者】平野高弘 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社