電力轉(zhuǎn)換裝置及其起動方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及在多個(gè)端口間轉(zhuǎn)換電力的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]已知有一種在多個(gè)輸入輸出端口間轉(zhuǎn)換電力的電力轉(zhuǎn)換裝置(例如，參照日本特開2011 - 193713) ο在該電力轉(zhuǎn)換裝置中，在至少一個(gè)端口連接有電容器。
[0003]然而，若在與端口連接的電容器幾乎未被充電的狀態(tài)下，向端口連接電源，則存在流向電容器的沖擊電流過大的可能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于此，提供一種能夠抑制向與端口連接的電容器流入的沖擊電流的電力轉(zhuǎn)換裝置及其起動方法。
[0005]在一個(gè)方案中提供一種電力轉(zhuǎn)換裝置，具備:變壓器；初級側(cè)全橋電路，其被設(shè)置在上述變壓器的初級側(cè)；第I端口，其與上述初級側(cè)全橋電路連接；第2端口，其與上述變壓器的初級側(cè)中央抽頭連接；次級側(cè)全橋電路，其被設(shè)置在上述變壓器的次級側(cè)?’第3端口，其與上述次級側(cè)全橋電路連接；以及控制部，在以使上述第2端口的電力升壓并向上述第I端口輸出升壓后的電力時(shí)從上述初級側(cè)全橋電路經(jīng)由變壓器傳送至上述次級側(cè)全橋電路的傳送電力對與上述第3端口連接的電容器充電的情況下，該控制部使上述次級側(cè)全橋電路的上臂在有源區(qū)域動作。
[0006]根據(jù)一個(gè)方式，能夠抑制向與端口連接的電容器流入的沖擊電流。
【附圖說明】
[0007]以下參照附圖，來描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例的特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和工業(yè)意義，其中相同的符號表示相同的元件，并且，其中:
[0008]圖1是表示電力轉(zhuǎn)換裝置的構(gòu)成例的圖。
[0009]圖2是表示控制部的構(gòu)成例的框圖。
[0010]圖3是表示初級側(cè)電路以及次級側(cè)電路的開關(guān)例的時(shí)序圖。
[0011]圖4是表示電力轉(zhuǎn)換裝置的起動方法的一個(gè)例子的流程圖。
[0012]圖5是表示電力轉(zhuǎn)換裝置起動時(shí)的動作的一個(gè)例子的時(shí)序圖。
[0013]圖6是用箭頭表示對電容器進(jìn)行充電的電流的朝向和路徑的一個(gè)例子的圖。
[0014]圖7是用箭頭表示對電容器進(jìn)行充電的電流的朝向和路徑的一個(gè)例子的圖。
[0015]圖8是用箭頭表示對電容器進(jìn)行充電的電流的朝向和路徑的一個(gè)例子的圖。
[0016]圖9表示占空比逐漸增加的一個(gè)例子的時(shí)序圖。
[0017]圖10是表示上臂的二極管被對置配置的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖。
[0018]圖11是表示下臂的二極管被對置配置的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖。
[0019]圖12是表示臂在有源區(qū)域中的動作中斷的情況的一個(gè)例子的時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]〈電源裝置101的結(jié)構(gòu)〉
[0021]圖1是表示作為電力轉(zhuǎn)換裝置的一個(gè)實(shí)施方式的電源裝置101的構(gòu)成例的框圖。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電源系統(tǒng)。電源裝置101例如是被搭載于汽車等車輛來對車載的各負(fù)載進(jìn)行配電的系統(tǒng)。作為這樣的車輛的具體例，可列舉混合動力汽車、插電式混合動力汽車、電動汽車等。電源裝置101也可以被搭載于以發(fā)動機(jī)為行駛驅(qū)動源的車輛。
[0022]電源裝置101例如具有連接初級側(cè)高電壓級負(fù)載61a的第I輸入輸出端口 60a、和連接初級側(cè)低電壓級負(fù)載61c以及初級側(cè)低電壓級電源62c的第2輸入輸出端口 60c作為初級側(cè)端口。初級側(cè)低電壓級電源62c向以與初級側(cè)低電壓級電源62c相同的電壓級(例如，12V級)進(jìn)行動作的初級側(cè)低電壓級負(fù)載61c供給電力。另外，初級側(cè)低電壓級電源62c例如向以與初級側(cè)低電壓級電源62c不同的電壓級(例如，比12V級高的48V級)進(jìn)行動作的初級側(cè)高電壓級負(fù)載61a供給被構(gòu)成于電源電路10的初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路20升壓后的電力。作為初級側(cè)低電壓級電源62c的具體例，可舉出鉛電池等二次電池。
[0023]電源裝置101例如具有連接次級側(cè)高電壓級負(fù)載61b以及次級側(cè)高電壓級電源62b的第3輸入輸出端口 60b、和連接次級側(cè)低電壓級負(fù)載61d以及次級側(cè)低電壓級電源62d的第4輸入輸出端口 60d作為次級側(cè)端口。次級側(cè)高電壓級電源62b向以與次級側(cè)高電壓級電源62b相同的電壓級(例如，比12V級以及48V級高的288V級)進(jìn)行動作的次級側(cè)高電壓級負(fù)載61b供給電力。另外，次級側(cè)高電壓級電源62b例如向以與次級側(cè)高電壓級電源62b不同的電壓級(例如，比288V級低的72V級)進(jìn)行動作的次級側(cè)低電壓級負(fù)載61d供給被構(gòu)成于電源電路10的次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路30降壓后的電力。作為次級側(cè)高電壓級電源62b的具體例，可舉出鋰離子電池等二次電池。
[0024]次級側(cè)低電壓級電源62d向以與次級側(cè)低電壓級電源62d相同的電壓級(例如，72V級)進(jìn)行動作的次級側(cè)低電壓級負(fù)載61d供給電力。另外，次級側(cè)低電壓級電源62d例如向以比次級側(cè)低電壓級電源62d高的電壓級(例如，288V級)進(jìn)行動作的次級側(cè)高電壓級負(fù)載61b供給被構(gòu)成于電源電路10的次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路30升壓后的電力。作為次級側(cè)低電壓級電源62d的具體例，可舉出太陽能電源(太陽能發(fā)電裝置)、將工業(yè)交流電力轉(zhuǎn)換為直流電力的AC - DC轉(zhuǎn)換器、二次電池等。
[0025]電源電路10是具有上述的4個(gè)輸入輸出端口，且具有從這4個(gè)輸入輸出端口中選擇任意2個(gè)輸入輸出端口來在這2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3個(gè)以上的多個(gè)輸入輸出端口，且在至少3個(gè)以上的多個(gè)輸入輸出端口中的某2個(gè)輸入輸出端口間也能夠轉(zhuǎn)換電力的裝置。例如，電源電路10也可以是具有沒有第4輸入輸出端口 60d的3個(gè)輸入輸出端口的電路。
[0026]端口電力Pa、Pc、Pb、Pd分別為第I輸入輸出端口 60a、第2輸入輸出端口 60c、第3輸入輸出端口 60b、第4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I輸入輸出端口 60a、第2輸入輸出端口 60c、第3輸入輸出端口 60b、第4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I輸入輸出端口 60a、第2輸入輸出端口 60c、第3輸入輸出端口60b、第4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)。
[0027]電源電路10具備與第I輸入輸出端口 60a連接設(shè)置的電容器Cl、與第2輸入輸出端口 60c連接設(shè)置的電容器C3、與第3輸入輸出端口 60b連接設(shè)置的電容器C2、以及與第4輸入輸出端口 60d連接設(shè)置的電容器C4。作為電容器C1、C2、C3、C4的具體例，可舉出薄膜電容器、鋁電解電容器、陶瓷電容器、固體高分子電容器等。
[0028]電容器Cl被插入在第I輸入輸出端口 60a的高電位側(cè)的端子613與第I輸入輸出端口 60a以及第2輸入輸出端口 60c的低電位側(cè)的端子614之間。電容器C3被插入在第2輸入輸出端口 60c的高電位側(cè)的端子616與第I輸入輸出端口 60a以及第2輸入輸出端口 60c的低電位側(cè)的端子614之間。電容器C2被插入在第3輸入輸出端口 60b的高電位側(cè)的端子618與第3輸入輸出端口 60b以及第4輸入輸出端口 60d的低電位側(cè)的端子620之間。電容器C4被插入在第4輸入輸出端口 60d的高電位側(cè)的端子622與第3輸入輸出端口 60b以及第4輸入輸出端口 60d的低電位側(cè)的端子620之間。
[0029]電容器(:1、02、〇3、(:4可以設(shè)置在電源電路10的內(nèi)部，也可以設(shè)置在電源電路10的外部。
[0030]電源電路10是包含初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路20和次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路30而構(gòu)成的電力轉(zhuǎn)換電路。其中，初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路20和次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路30經(jīng)由初級側(cè)磁耦合電抗器204以及次級側(cè)磁耦合電抗器304連接，并且，通過變壓器400 (中央抽頭式變壓器)磁耦合。由第I輸入輸出端口 60a以及第2輸入輸出端口 60c構(gòu)成的初級側(cè)端口、和由第3輸入輸出端口60b以及第4輸入輸出端口 60d構(gòu)成的次級側(cè)端口經(jīng)由變壓器400連接。
[0031]初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路20是包含初級側(cè)全橋電路200、第I輸入輸出端口 60a、和第2輸入輸出端口 60c而構(gòu)成的初級側(cè)電路。初級側(cè)全橋電路200被設(shè)置在變壓器400的初級偵U。初級側(cè)全橋電路200是包含變壓器400的初級側(cè)線圈202、初級側(cè)磁耦合電抗器204、初級側(cè)第I上臂U1、初級側(cè)第I下臂/U1、初級側(cè)第2上臂V1、以及初級側(cè)第2下臂/Vl而構(gòu)成的初級側(cè)電力轉(zhuǎn)換部。這里，初級側(cè)第I上臂U1、初級側(cè)第I下臂/U1、初級側(cè)第2上臂V1、以及初級側(cè)第2下臂/Vl分別是例如包含N溝道型的M0SFET、和作為該MOSFET的寄生元件的體二極管(寄生二極管)而構(gòu)成的開關(guān)元件。也可以與該MOSFET以并聯(lián)方式追加連接二極管。圖1中例示有二極管81、82、83、84。
[0032]初級側(cè)全橋電路200具有與第I輸入輸出端口 60a的高電位側(cè)的端子613連接的初級側(cè)正極母線298、和與第I輸入輸出端口 60a以及第2輸入輸出端口 60c的低電位側(cè)的端子614連接的初級側(cè)負(fù)極母線299。
[0033]在初級側(cè)正極母線298與初級側(cè)負(fù)極母線299之間，安裝有將初級側(cè)第I上臂Ul和初級側(cè)第I下臂/Ul串聯(lián)連接而成的初級側(cè)第I臂電路207。初級側(cè)第I臂電路207是能夠通過初級側(cè)第I上臂Ul以及初級側(cè)第I下臂/Ul的接通斷開的開關(guān)動作進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換動作的初級側(cè)第I電力轉(zhuǎn)換電路部(初級側(cè)U相電力轉(zhuǎn)換電路部)。并且，在初級側(cè)正極母線298與初級側(cè)負(fù)極母線299之間，與初級側(cè)第I臂電路207并聯(lián)安裝有將初級側(cè)第2上臂Vl和初級側(cè)第2下臂/Vl串聯(lián)連接而成的初級側(cè)第2臂電路211。初級側(cè)第2臂電路211是能夠通過初級側(cè)第2上臂Vl以及初級側(cè)第2下臂/Vl的接通斷開的開關(guān)動作進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換動作的初級側(cè)第2電力轉(zhuǎn)換電路部(初級側(cè)V相電力轉(zhuǎn)換電路部)。
[0034]在將初級側(cè)第I臂電路207的中點(diǎn)207m與初級側(cè)第2臂電路211的中點(diǎn)21 Im連接的橋接部分，設(shè)置有初級側(cè)線圈202和初級側(cè)磁耦合電抗器204。若對橋接部分更詳細(xì)地說明連接關(guān)系，則初級側(cè)第I臂電路207的中點(diǎn)207m與初級側(cè)磁耦合電抗器204的初級側(cè)第I電抗器204a的一端連接。而且，初級側(cè)第I電抗器204a的另一端與初級側(cè)線圈202的一端連接。并且，初級側(cè)線圈202的另一端與初級側(cè)磁耦合電抗器204的初級側(cè)第2電抗器204b的一端連接。然后，初級側(cè)第2電抗器204b的另一端與初級側(cè)第2臂電路211的中點(diǎn)211m連接。其中，初級側(cè)磁耦合電抗器204包含初級側(cè)第I電抗器204a、和以耦合系數(shù)&與初級側(cè)第I電抗器204a磁耦合的初級側(cè)第2電抗器204b而構(gòu)成。
[0035]中點(diǎn)207m是初級側(cè)第I上臂Ul與初級側(cè)第I下臂/Ul之間的初級側(cè)第I中間節(jié)點(diǎn)，中點(diǎn)211m是初級側(cè)第2上臂Vl與初級側(cè)第2下臂/Vl之間的初級側(cè)第2中間節(jié)點(diǎn)。
[0036]第I輸入輸出端口 60a是與初級側(cè)全橋電路200連接并設(shè)置在初級側(cè)正極母線298與初級側(cè)負(fù)極母線299之間的端口。第I輸入輸出端口 60a包含端子613和端子614而構(gòu)成。第2輸入輸出端口 60c是與變壓器400的初級側(cè)的中央抽頭202m連接并設(shè)置在初級側(cè)負(fù)極母線299與初級側(cè)線圈202的中央抽頭202m之間的端口。第2輸入輸出端口60c包含端子614和端子616而構(gòu)成。
[0037]中央抽頭202m與第2輸入輸出端口 60c的高電位側(cè)的端子616連接。中央抽頭202m是被構(gòu)成為初級側(cè)線圈202的初級側(cè)第I繞組202a與初級側(cè)第2繞組202b的中間連接點(diǎn)。
[0038]次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路30是包含次級側(cè)全橋電路300、第3輸入輸出端口 60b、以及第4輸入輸出端口 60d而構(gòu)成的次級側(cè)電路。次級側(cè)全橋電路300被設(shè)置在變壓器400的次級偵U。次級側(cè)全橋電路300是包含變壓器400的次級側(cè)線圈302、次級側(cè)磁耦合電抗器304、次級側(cè)第I上臂U2、次級側(cè)第I下臂/U2、次級側(cè)第2上臂V2、以及次級側(cè)第2下臂/V2而構(gòu)成的次級側(cè)電力轉(zhuǎn)換部。這里，次級側(cè)第I上臂U2、次級側(cè)第I下臂