電力轉(zhuǎn)換電路系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及種電力轉(zhuǎn)換電路系統(tǒng)，尤其在輕負(fù)載時降低變壓器的鐵芯損耗，來提高輕負(fù)載時的轉(zhuǎn)換效率。具備：電力轉(zhuǎn)換電路，其由具備左臂和右臂的初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路以及具備左臂和右臂的次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成；以及控制電路，其控制初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路以及次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的開關(guān)晶體管的開關(guān)?？刂齐娐吩谳敵鲭妷合鄬π〉妮p負(fù)載時，變更控制初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路和次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路中的送電側(cè)的時間比率，并且變更控制初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路以及次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的左臂與右臂各自的相間相位差。
【專利說明】
電力轉(zhuǎn)換電路系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及電力轉(zhuǎn)換電路系統(tǒng)，尤其涉及具備多個輸入輸出端口的電力轉(zhuǎn)換電路系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨混合動力汽車、電動汽車、燃料電池汽車等電氣充裕的汽車的開發(fā)、普及，車載的電源電路也趨向復(fù)雜化、大型化。例如，在混合動力汽車中，存在行駛用電池、系統(tǒng)用電池、插電用的外部電源電路、用于將行駛用電池的直流電力供給至行駛用馬達(dá)的DC/DC轉(zhuǎn)換器、用于將行駛用電池的直流電力轉(zhuǎn)換成交流電力的DC/AC轉(zhuǎn)換器、用于將行駛用電池的直流電力供給至電動動力轉(zhuǎn)向(EPS)的DC/DC轉(zhuǎn)換器、用于將行駛用電池的直流電力供給至輔機(jī)的DC/DC轉(zhuǎn)換器等，使得構(gòu)成很復(fù)雜。
[0003]鑒于此，正在進(jìn)行在一個電路中具備多個輸入輸出端口的多端口電源的開發(fā)。提出了通過多端口電源而使布線、半導(dǎo)體元件等共有化來將電源電路小型化的方案。
[0004]在日本特開2011-193713號公報記載有一種在具備四個端口的電力轉(zhuǎn)換電路中，能夠在選擇出的多個端口之間進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換的構(gòu)成。更具體而言，記載有一種利用磁耦合電抗器以及變壓器，將非絕緣型的雙向斬波電路和絕緣型的雙向轉(zhuǎn)換器耦合的電路結(jié)構(gòu)。
[0005]然而，在多端口電路中，當(dāng)輕負(fù)載時變壓器的鐵芯損耗成為主要損耗，抑制該損耗需要混合動力汽車的進(jìn)一步的燃油利用率改進(jìn)。最大磁通密度的降低對于變壓器的鐵芯損耗的抑制是有效的，但是僅對時間比率(占空比)進(jìn)行調(diào)制會產(chǎn)生循環(huán)電流，導(dǎo)致變壓器以外的損耗增大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種尤其在輕負(fù)載時降低變壓器的鐵芯(core)損耗，由此能夠提高輕負(fù)載時的轉(zhuǎn)換效率的電力轉(zhuǎn)換電路系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)具備:初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路，其在初級側(cè)正極母線與初級側(cè)負(fù)極母線之間具備左臂和右臂，上述左臂以及上述右臂分別由串聯(lián)連接的兩個開關(guān)晶體管構(gòu)成，在上述左臂的兩個開關(guān)晶體管的連接點(diǎn)與上述右臂的兩個開關(guān)晶體管的連接點(diǎn)之間連接有變壓器的初級側(cè)繞組;次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路，其在次級側(cè)正極母線與次級側(cè)負(fù)極母線之間具備左臂和右臂，上述左臂以及上述右臂分別由串聯(lián)連接的兩個開關(guān)晶體管構(gòu)成，在上述左臂的兩個開關(guān)晶體管的連接點(diǎn)與上述右臂的兩個開關(guān)晶體管的連接點(diǎn)之間連接有上述變壓器的次級側(cè)繞組；以及控制電路，其控制上述初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路以及上述次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的上述開關(guān)晶體管的開關(guān)。上述控制電路在輸出電壓相對較小的輕負(fù)載時，變更控制上述初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路和上述次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路中的送電側(cè)的時間比率，并且變更控制上述初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路以及上述次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的上述左臂與上述右臂的相間相位差。
[0008]在輸出電壓相對較小的輕負(fù)載時(例如輸出電壓為50?150W左右)，變壓器的鐵芯損耗是損耗的主要因素，為了降低鐵芯損耗，減少變壓器的最大磁通量是有效的。為了減少變壓器的最大磁通量，需要縮短初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路和次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路中的送電側(cè)的勵磁期間。然而，若為了縮短送電側(cè)的勵磁期間而僅變更控制送電側(cè)的時間比率(占空比)，則由于送電側(cè)和受電側(cè)的脈沖寬度產(chǎn)生差異，所以循環(huán)電流增大。由于該循環(huán)電流無助于電力傳送，所以循環(huán)電流的增大導(dǎo)致傳送效率的降低。
[0009]鑒于此，在本發(fā)明中，不是只變更控制送電側(cè)的時間比率，而通過變更控制送電側(cè)的時間比率，并且與此對應(yīng)地變更控制初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路以及次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的左臂與右臂的相間相位差，來控制成送電側(cè)和受電側(cè)的脈沖寬度相等，抑制循環(huán)電流。
[0010]在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，上述控制電路將上述送電側(cè)的時間比率變更控制為相對于上述初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路與上述次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的相位差Φ成反比例，并且，使用上述次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率來變更控制上述初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的上述相間相位差，使用上述初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率來變更控制上述次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的上述相間相位差。
[0011]在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，上述控制電路將上述送電側(cè)的時間比率δ變更控制為相對于上述初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路與上述次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的相位差Φ為:
[0012]δ=κ/φ，其中，K是系數(shù)，
[0013]并且，使用上述次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率δ2來將上述初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的上述相間相位差T1變更控制為:
[0014]γ ι = 2π —δ2,
[0015]使用上述初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率31來將上述次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的上述相間相位差γ 2變更控制為:
[0016]γ2 = 2π —δ1ο
[0017]根據(jù)本發(fā)明，尤其在輕負(fù)載時，能夠抑制循環(huán)電流并且降低變壓器的鐵芯損耗來提高轉(zhuǎn)換效率。
【附圖說明】
[0018]圖1是實(shí)施方式的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖2是作為實(shí)施方式的前提的基本控制框圖。
[0020]圖3Α是僅對次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率進(jìn)行了調(diào)制的情況下的變壓器電壓的波形圖。
[0021]圖3Β是僅對次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率進(jìn)行了調(diào)制的情況下的變壓器電流的波形圖。
[0022]圖4是實(shí)施方式的控制框圖。
[0023]圖5Α是以往的變壓器電壓的波形說明圖。
[0024]圖5Β是以往的變壓器電流的波形說明圖。
[0025]圖5C是以往的變壓器磁通量的波形說明圖。
[0026]圖6Α是實(shí)施方式的變壓器電壓的波形說明圖。
[0027]圖6Β是實(shí)施方式的變壓器電流的波形說明圖。
[0028]圖6C是實(shí)施方式的變壓器磁通量的波形說明圖。
[0029]圖7是實(shí)施方式的效率說明圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下，根據(jù)附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0031]圖1是本實(shí)施方式中的電力轉(zhuǎn)換電路系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)圖。電力轉(zhuǎn)換電路系統(tǒng)由控制電路1和電力轉(zhuǎn)換電路12構(gòu)成。電力轉(zhuǎn)換電路12是能夠利用磁耦合電抗器在三個直流電源之間進(jìn)行雙向的電力傳送的三個端口的多端口電路。
[0032]多端口電路在初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路具備端口A以及端口 C，在次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路具備端口B。
[0033]在初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的正極母線與初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的負(fù)極母線之間設(shè)置有由彼此串聯(lián)連接的開關(guān)晶體管Si以及S2構(gòu)成的左臂、和由彼此串聯(lián)連接的開關(guān)晶體管S3以及S4構(gòu)成的右臂，這些左臂和右臂彼此并聯(lián)連接而構(gòu)成全橋電路。端口 A被配置于初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的正極母線與負(fù)極母線之間。將端口 A的輸入輸出電壓設(shè)為VA。端口 C被配置于初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的負(fù)極母線與變壓器之間。將端口 C的輸入輸出電壓設(shè)為Vc。
[0034]在構(gòu)成左側(cè)臂的開關(guān)晶體管S1以及S2的連接點(diǎn)與構(gòu)成右側(cè)臂的開關(guān)晶體管S3以及S4的連接點(diǎn)之間，連接有彼此串聯(lián)連接的磁耦合電抗器，并且連接有變壓器的初級側(cè)繞組。即，磁耦合電抗器和變壓器的初級側(cè)繞組連接于兩個雙向斬波電路的中間點(diǎn)。
[0035]另一方面，在次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的正極母線與負(fù)極母線之間設(shè)置有由彼此串聯(lián)連接的開關(guān)晶體管S5以及S6構(gòu)成的左臂、和由彼此串聯(lián)連接的開關(guān)晶體管S7以及S8構(gòu)成的右臂，這些左臂與右臂彼此并聯(lián)連接而構(gòu)成全橋電路。端口 B被配置于次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的正極母線與負(fù)極母線之間。將端口 B的輸入輸出電壓設(shè)為Vb。
[0036]變壓器的次級側(cè)繞組連接于構(gòu)成左臂的開關(guān)晶體管S5以及S6的連接點(diǎn)與構(gòu)成右臂的開關(guān)晶體管S7以及S8的連接點(diǎn)之間。
[0037]控制電路10設(shè)定控制電力轉(zhuǎn)換電路12的各種參數(shù)，并進(jìn)行初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路和次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的開關(guān)晶體管Si?S8的開關(guān)控制?？刂齐娐?0根據(jù)來自外部的模式信號來切換在初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的兩個端口之間進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換的模式、和進(jìn)行初級側(cè)與次級側(cè)之間的絕緣型電力傳送的模式。如果以端口來說，則在端口 A與端口 B之間使電路作為雙向絕緣型轉(zhuǎn)換器動作，在端口 A與端口 C之間使電路作為雙向非絕緣型轉(zhuǎn)換器動作。此時，磁耦合電抗器在雙向絕緣型轉(zhuǎn)換器動作中為了相互減弱磁通量而使用漏電感分量來進(jìn)行電力傳送，磁耦合電抗器在雙向非絕緣型轉(zhuǎn)換器動作中為了相互增強(qiáng)磁通量而使用勵磁電感分量與漏電感分量之和的分量來進(jìn)行電力傳送。
[0038]初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路與次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路之間的絕緣型電力傳送以初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路和次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的開關(guān)晶體管Si?S8的開關(guān)周期的相位差Φ來進(jìn)行控制。
[0039]在從初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路向次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路傳送電力的情況下，以初級側(cè)相對于次級側(cè)相位超前的方式?jīng)Q定相位差Φ。另外，在從次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路向初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路傳送電力的情況下，與此相反以初級側(cè)相對于次級側(cè)相位滯后的方式?jīng)Q定相位差Φ。例如，在從次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路向初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路傳送電力的情況下，在初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路中導(dǎo)通開關(guān)晶體管S1以及S4，截止S2以及S3。另外，在次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路中導(dǎo)通開關(guān)晶體管S5以及S8，截止S6以及S7。在次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路中，電流流動為變壓器次級側(cè)繞組—S8。在初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路中，電流流動為S4—變壓器初級側(cè)繞組^S1。
[0040]在下個期間中，導(dǎo)通開關(guān)晶體管ShS^S8,除此以外的開關(guān)晶體管截止。與前一期間相比，開關(guān)晶體管S5從導(dǎo)通迀移至截止，但若次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的開關(guān)晶體管55截止，則電流經(jīng)由與開關(guān)晶體管S6并聯(lián)連接的二極管繼續(xù)流動，次級側(cè)的兩端電壓下降為零。因此，決定次級側(cè)的兩端電壓的成為開關(guān)晶體管S5的導(dǎo)通截止。
[0041]進(jìn)一步在下個期間中，導(dǎo)通開關(guān)晶體管ShS^ShS8,并將除此以外的開關(guān)晶體管截止。
[0042]進(jìn)一步在下個期間中，導(dǎo)通開關(guān)晶體管S4、S6、S8，將除此以外的開關(guān)晶體管截止。若初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的開關(guān)晶體管S1從導(dǎo)通迀移至截止，則電流經(jīng)由與開關(guān)晶體管S1并聯(lián)連接的二極管繼續(xù)流動，只要開關(guān)晶體管S2不導(dǎo)通，則初級側(cè)的兩端電壓就不為零。因此，決定初級側(cè)的兩端電壓的成為開關(guān)晶體管S2的導(dǎo)通截止。
[0043]也可以按照上下的開關(guān)晶體管不短路的方式設(shè)置數(shù)百納秒?數(shù)微秒左右的死區(qū)時間。即，可以設(shè)置開關(guān)晶體管Si和S2、S3和S4、S5和S6、S7和S8均為截止那樣的期間。
[0044]在將圖1的多端口電路例如搭載于混合動力汽車等的情況下，能夠在端口A連接48V輔機(jī)，在端口 C連接14V輔機(jī)，在端口 B連接主機(jī)電池等。
[0045]圖2是作為本實(shí)施方式的前提的控制電路10的基本構(gòu)成框圖。在將初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路作為受電側(cè)，將次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路作為送電側(cè)，并從設(shè)置有電壓值Vb的電源的端口 B向端口A以及端口C傳送電力的情況下，如果檢測端口A以及端口C各自的電壓參照值VA、VC的值則能夠控制。
[0046]作為功能模塊，控制電路10具備相位差指令值Φ*生成部以及時間比率(占空比)指令值δ*生成部。
[0047]相位差指令值Φ*生成部具備差分器和PI(比例積分)控制器。差分器計(jì)算端口A的電壓指令值Va*與參照值Va的差分。PI控制器對計(jì)算出的差分值進(jìn)行PI控制來生成初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路以及次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的相位差指令值Φ *。通過以所生成的相位差指令值Φ *來控制初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路與次級轉(zhuǎn)換電路的相位差Φ，能夠?qū)⒍丝?A的輸出電壓值維持為恒定。
[0048]另外，時間比率指令值δ*生成部具備差分器、PI控制器以及加法器。差分器計(jì)算端口 C的電壓指令值Vc*與參照值Vc的差分。PI控制器對計(jì)算出的差分值進(jìn)行PI控制。加法器將前饋項(xiàng)SFF與PI控制值相加來生成初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路以及次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率(占空比)指令值S*。在圖中，M是初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率，S1*與次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率
相等。通過以所生成的時間比率指令值&來控制時間比率，能夠?qū)⒍丝?C的輸出電壓值維持為恒定。其中，前饋項(xiàng)SFF是為了使控制穩(wěn)定化而附加的項(xiàng)，例如由
[0049]SFF = 2jt(1 — VC/VA)決定，但在本實(shí)施方式中不一定是必須的。
[0050]在混合動力汽車等的實(shí)際行駛中，由于最經(jīng)常使用輸出電壓為50?150W左右的輕負(fù)載，所以為了提高燃油利用率而需要增大該輕負(fù)載中的效率。在輸出電壓為50?150W左右的輕負(fù)載時，由于電路中流動的負(fù)載電流較小，所以與元件損耗、繞組銅損相比，變壓器的鐵芯損耗為主要損耗。變壓器的鐵芯損耗取決于動作頻率、鐵芯體積以及最大磁通量，但因?yàn)轭l率、鐵芯體積是在電路設(shè)計(jì)時決定的參數(shù)所以無法變更。鑒于此，在輕負(fù)載時實(shí)現(xiàn)最大磁通量Bm的降低是有效的。
[0051]變壓器的最大磁通量由下式賦予。
[0052]Bm = T.Vb/(2N.At)
[0053]此處，N是匝數(shù)，At是截面積，T是勵磁期間。因?yàn)棣?、Ατ是設(shè)計(jì)值，所以無法通過控制來變更。因此，能夠控制的參數(shù)僅是勵磁期間Τ。勵磁期間T是對變壓器的送電側(cè)繞組施加電壓Vb的期間，根據(jù)動作頻率ω sw由下式賦予。
[0054]T= ( I δ〗一Ji I+Ji)/Cosw
[0055]此處，δ2是作為送電側(cè)的次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率的弧度表示，且0<δ2<2π。根據(jù)該式可知，通過將作為送電側(cè)的次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率&從^1的值分開，能夠縮短勵磁期間Τ，降低最大磁通量。
[0056]然而，若僅變更次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率，則因?yàn)槌跫墏?cè)轉(zhuǎn)換電路和次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率產(chǎn)生差異，所以施加于變壓器繞組兩側(cè)的電壓波形產(chǎn)生差，導(dǎo)致產(chǎn)生循環(huán)電流。
[0057]圖3Α以及圖3Β是初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路和次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率不同的情況下的變壓器電壓和變壓器電流的波形圖。圖3Α是變壓器電壓的波形，表示了初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的電壓6XV1以及次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的電壓V2。圖3Β是變壓器電流的波形圖，是將初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率設(shè)為0.75，將次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率32設(shè)為0.6的情況。如圖3Α所示，若初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路和次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率不同，則脈沖寬度產(chǎn)生差異。因此，如圖3Β所示，在非傳送期間中本來變壓器電流必須是零，但在非傳送期間中也流過變壓器電流、即循環(huán)電流。循環(huán)電流例如在開關(guān)晶體管S2導(dǎo)通時流經(jīng)S2—S4—電抗器—變壓器初級側(cè)繞組—電抗器—S2，由于無助于電力傳送地在閉路中循環(huán)，所以成為使轉(zhuǎn)換效率顯著惡化的主要因素。
[0058]因此，在本實(shí)施方式中，為了降低變壓器的最大磁通量而縮短勵磁期間T，并且，為了抑制循環(huán)電流的產(chǎn)生而與次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率的變更對應(yīng)地變更初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路和次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路各自的相間相位差γ:、γ 2。
[0059]相間相位差是初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路以及次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路各自中的左臂(U相)與右臂(V相)之間的相位差。若將初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的U相、V相分別設(shè)為U1相、％相，將次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的U相、V相分別設(shè)為U2相、V2相，則相間相位差γ I是Ui相與Vi相的相位差，相間相位差γ 2是U2相與V2相的相位差。相間相位差γ 1、γ 2基本上相同，但在本實(shí)施方式中，通過考慮δ4Ρδ2不同并將相間相位差設(shè)為不同的值，從而使初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路與次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的電壓V1、V2的脈沖寬度相等。
[0060]圖4是本實(shí)施方式中的控制電路10的功能框圖。與圖2所示的作為前提的基本功能框圖對比，根據(jù)彼此相反側(cè)的橋接電路的時間比率生成初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路以及次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的相間相位差指令值γ:*、γ 2*。即，根據(jù)次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率指令值生成初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的相間相位差指令值γ:*，根據(jù)初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率指令值生成次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的相間相位差指令值γ 2*。
[0061]更詳細(xì)而言，與圖2的情況同樣地根據(jù)端口A的電壓指令值Va*和參照值Va生成相位差指令值Φ *，與圖2的情況同樣地根據(jù)端口 C的電壓指令值Vc*和參照值Vc以及前饋項(xiàng)SFF(但是，它不是必須的)生成初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率指令值
[0062]另一方面，在輕負(fù)載時，通過將次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率指令值δ2*如上述那樣以從η的值分開的方式根據(jù)進(jìn)行變更，來縮短勵磁期間Τ，并且根據(jù)次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率指令值δ2*通過γ ι* = 2π — δ2*生成初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的相間相位差指令值γ ι*，并且，根據(jù)初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率指令值通過7 0 = 231 + 30生成次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的相間相位差指令值γ 2*。具體而言，作為送電側(cè)的次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率指令值δ2*通過δ2*=K/Φ*生成。
[0063]這意味著以與相位差Φ成反比例的方式變更控制次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率指令值δ2*。其中，K是系數(shù)，
[0064]在輕負(fù)載時，伴隨傳送電力的降低、即相位差Φ的降低，次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率指令值&*增大，勵磁期間變小而最大磁通量降低。
[0065]圖5Α、圖5Β、圖5C是控制電路10的構(gòu)成為圖2的情況下的變壓器電壓、變壓器電流、變壓器磁通量的波形圖。圖5Α是變壓器電壓，圖5Β是變壓器電流，圖5C是變壓器磁通量。
[0066]另外，圖6Α、圖6Β、圖6C是控制電路10的構(gòu)成為圖4的情況下的變壓器電壓、變壓器電流、變壓器磁通量的波形圖。圖6Α是變壓器電壓，圖6Β是變壓器電流，圖6C是變壓器磁通量。均是電路模擬結(jié)果。
[0067]若著眼于圖5Β、圖5C和圖6Β、圖6C的變壓器電流以及變壓器磁通量，則在圖6C中，與圖5C相比，變壓器磁通量從200mT降低為160mT，并且，如圖6Β所示，循環(huán)電流被抑制到零附近。
[0068]圖7示出針對控制電路1的構(gòu)成為圖2的情況和圖4的情況下的輸出電力的效率的電路模擬結(jié)果。在圖中，符號100是圖2的情況即不變更控制次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率、也不變更控制相間相位差γ 1、γ 2的情況下的效率，符號200是圖4的情況即變更控制了次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率、以及相間相位差γ:、γ 2的情況下的效率。在本實(shí)施方式中，由于能夠抑制循環(huán)電流，所以效率增大相應(yīng)的量，尤其在輸出電力小到50?150W的情況下，其效果顯著。
[0069]如上所述，在本實(shí)施方式中，當(dāng)在混合動力汽車等中需要進(jìn)行輕負(fù)載(50?150W)下的效率改進(jìn)時，通過一起控制時間比率和相間相位差，能夠在抑制循環(huán)電流的同時降低變壓器的鐵芯損耗，能夠提尚效率。
[0070]在本實(shí)施方式中，通過變更作為送電側(cè)的次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率，并且變更初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的相間相位差Y1，來降低最大磁通量并且抑制循環(huán)電流，但除了在高負(fù)載時(150W以上)以及輕負(fù)載時(50?150W)的任意一個中均通過圖4所示的本實(shí)施方式的控制模塊進(jìn)行控制以外，也可以在高負(fù)載時通過圖2所示的基本的控制模塊進(jìn)行控制，在輕負(fù)載時通過圖4所示的本實(shí)施方式的控制模塊進(jìn)行控制等，根據(jù)負(fù)載來切換控制。
[0071]另外，在本實(shí)施方式中，對從次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路向初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行電力傳送的情況進(jìn)行了說明，但當(dāng)然也能夠同樣地應(yīng)用于從初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路向次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行電力傳送的情況。該情況下，只要以與相位差Φ成反比例的方式設(shè)定作為送電側(cè)的初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率&，并且，根據(jù)次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率S2設(shè)定相間相位差γ:，根據(jù)初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的時間比率&設(shè)定γ 2即可。即，若將送電側(cè)作為初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路，將受電側(cè)作為次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路，則只要通過
[0072]γ I* = 2π — δ〗*
[0073]γ2* = 2π — δι*
[0074]δι* = Κ/Φ*
[0075]生成時間比率指令值δ^、相間相位差指令值γ i*.γ 2*即可。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電力轉(zhuǎn)換電路系統(tǒng)，其特征在于，具備: 初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路，在初級側(cè)正極母線與初級側(cè)負(fù)極母線之間具備左臂和右臂，上述左臂以及上述右臂分別由串聯(lián)連接的兩個開關(guān)晶體管構(gòu)成，在上述左臂的兩個開關(guān)晶體管的連接點(diǎn)與上述右臂的兩個開關(guān)晶體管的連接點(diǎn)之間連接變壓器的初級側(cè)繞組； 次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路，在次級側(cè)正極母線與次級側(cè)負(fù)極母線之間具備左臂和右臂，上述左臂以及上述右臂分別由串聯(lián)連接的兩個開關(guān)晶體管構(gòu)成，在上述左臂的兩個開關(guān)晶體管的連接點(diǎn)與上述右臂的兩個開關(guān)晶體管的連接點(diǎn)之間連接上述變壓器的次級側(cè)繞組；以及 控制電路，控制上述初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路以及上述次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的上述開關(guān)晶體管的開關(guān)， 上述控制電路在輸出電壓相對小的輕負(fù)載時，變更控制上述初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路和上述次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路中的送電側(cè)的占空比，并且變更控制上述初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路以及上述次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的上述左臂與上述右臂的相間相位差。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力轉(zhuǎn)換電路系統(tǒng)，其特征在于， 上述控制電路將上述送電側(cè)的占空比變更控制為相對于上述初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路與上述次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的相位差Φ成反比例，并且，使用上述次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的占空比來變更控制上述初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的上述相間相位差，使用上述初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的占空比來變更控制上述次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的上述相間相位差。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力轉(zhuǎn)換電路系統(tǒng)，其特征在于， 上述控制電路將上述送電側(cè)的占空比δ變更控制為相對于上述初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路與上述次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的相位差Φ為δ =K/Φ，其中，1(是系數(shù)， 并且，使用上述次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的占空比&來將上述初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的上述相間相位差γ I變更控制為γ ι=2π—δ2, 使用上述初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的占空比~來將上述次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路的上述相間相位差γ2變更控制為γ 2 = 231 — S1。
【文檔編號】H02M3/335GK106026660SQ201610164647
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月22日
【發(fā)明人】高木健, 高木健一, 井上俊太郎, 杉山隆英, 長下賢郎, 長下賢一郎, 新見嘉崇, 岡村賢樹
【申請人】豐田自動車株式會社