電力轉(zhuǎn)換裝置和控制該電力轉(zhuǎn)換裝置的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及在初級側(cè)全橋電路與次級側(cè)全橋電路之間轉(zhuǎn)換電力的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在【背景技術(shù)】中，已知一種在初級側(cè)全橋電路與次級側(cè)全橋電路之間轉(zhuǎn)換電力的電 力轉(zhuǎn)換裝置（例如，參見日本特開專利申請第2011-193713號）。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 根據(jù)一種構(gòu)思，電力轉(zhuǎn)換裝置包括：變壓器，具有初級線圈和次級線圈；初級側(cè)全 橋電路，具有并聯(lián)的第一臂電路和第二臂電路，其中第一臂電路的第一中點(diǎn)和第二臂電路 的第二中點(diǎn)經(jīng)由初級線圈的繞組相連；次級側(cè)全橋電路，具有并聯(lián)的第三臂電路和第四臂 電路，其中第三臂電路的第三中點(diǎn)和第四臂電路的第四中點(diǎn)經(jīng)由次級線圈的繞組相連；切 換電路，被配置成切換在第三中點(diǎn)與第四中點(diǎn)之間的次級線圈的繞組的匝數(shù)；以及控制部， 被配置成通過調(diào)整第一臂電路中的切換與第三臂電路中的切換之間的第一相位差以及第 二臂電路中的切換與第四臂電路中的切換之間的第二相位差，來控制在初級側(cè)全橋電路與 次級側(cè)全橋電路之間傳送的傳送電力。
[0004]當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，從以下詳細(xì)描述中，本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更 加顯而易見。
【附圖說明】
[0005] 圖1示出電力轉(zhuǎn)換裝置的配置的一個示例；
[0006] 圖2是示出控制部的配置的一個示例的框圖；
[0007] 圖3是示出除了切換匝數(shù)之外的正常控制的一個示例的時(shí)序圖；
[0008] 圖4示出傳送電力、效率與次級側(cè)全橋電路的電壓之間的關(guān)系的一個示例；
[0009] 圖5示出傳送電力、效率和次級側(cè)全橋電路的電壓與匝數(shù)之間的關(guān)系的一個示 例；
[0010] 圖6是示出切換匝數(shù)的方法的一個示例的流程圖；
[0011] 圖7是示出當(dāng)切換匝數(shù)時(shí)控制每個全橋電路的方法的一個示例的流程圖；
[0012] 圖8是示出切換匝數(shù)的一個示例的時(shí)序圖；
[0013] 圖9示出電力轉(zhuǎn)換裝置的配置的另一示例；
[0014] 圖10示出電力轉(zhuǎn)換裝置的配置的另一示例；以及
[0015] 圖11示出電力轉(zhuǎn)換裝置的配置的又一示例。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 以下，將使用附圖來描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0017] 在上述【背景技術(shù)】中，可能難以根據(jù)各個部分中的初級側(cè)與次級側(cè)之間的電壓比來 在初級側(cè)全橋電路與次級側(cè)全橋電路之間傳送目標(biāo)電力。例如，當(dāng)連接到次級側(cè)全橋電路 的電池的電壓過度地下降時(shí)，可能無法在初級側(cè)全橋電路與次級側(cè)全橋電路之間傳送所需 電力。
[0018] 因此，各實(shí)施例的目的是提供如下電力轉(zhuǎn)換裝置以及控制該電力轉(zhuǎn)換裝置的方 法：通過該裝置和方法，即使當(dāng)初級側(cè)和次級側(cè)的各個部分之間的電壓比變化時(shí)，也可以在 初級側(cè)全橋電路與次級側(cè)全橋電路之間傳送足夠的電力。
[0019] 〈電源裝置101的配置〉
[0020] 圖1是示出根據(jù)電力轉(zhuǎn)換裝置的一個實(shí)施例的電源裝置101的配置示例的框圖。 電源裝置101是例如包括電源電路10、控制部50和傳感器部70的電源系統(tǒng)。電源裝置101 是例如安裝在諸如汽車的車輛中的系統(tǒng)，并且將電力分配給安裝在車輛中的各個負(fù)載。作 為這樣的車輛的具體示例，可以舉出混合動力車、插入式混合動力車、電動車等。電源裝置 101還可以安裝在主要由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的車輛中。
[0021] 電源裝置101包括例如初級側(cè)高壓系統(tǒng)負(fù)載61a所連接的第一輸入/輸出端口 60a以及初級側(cè)低壓系統(tǒng)負(fù)載61c和輔助電池62c所連接的第二輸入/輸出端口 60c，以作 為初級側(cè)端口。輔助電池62c是初級側(cè)低壓系統(tǒng)電源的一個示例，該初級側(cè)低壓系統(tǒng)電源 將電力供給至由與輔助電池62c相同的電壓系統(tǒng)（例如，12V系統(tǒng)）驅(qū)動的初級側(cè)低壓系統(tǒng) 負(fù)載61c。輔助電池62c還將經(jīng)包括在電源電路10中的初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路20升壓的電力供 給至例如由不同于輔助電池62c的電壓系統(tǒng)（例如，電壓比12V系統(tǒng)高的48V系統(tǒng)）驅(qū)動 的初級側(cè)高壓系統(tǒng)負(fù)載61a。作為輔助電池62c的具體示例，可以舉出諸如鉛電池的二次電 池。
[0022] 電源裝置101還具有例如次級側(cè)高壓系統(tǒng)負(fù)載61b和主電池（即，推進(jìn)電池或牽 引電池）62b所連接的第三輸入/輸出端口 60b，以作為次級側(cè)端口。主電池62b是次級側(cè) 高壓系統(tǒng)電源的一個示例，該次級側(cè)高壓系統(tǒng)電源將電力供給至由與主電池62b相同的電 壓系統(tǒng)（例如，電壓比12V系統(tǒng)和48V系統(tǒng)高的288V系統(tǒng)）驅(qū)動的次級側(cè)高壓系統(tǒng)負(fù)載 61b。作為主電池62b的具體示例，可以舉出諸如鋰離子電池的二次電池。
[0023] 電源電路10具有上述三個輸入/輸出端口，并且從這三個輸入/輸出端口選擇任 意兩個輸入/輸出端口。電源電路10是在這樣選擇的兩個輸入/輸出端口之間執(zhí)行電力 轉(zhuǎn)換的電力轉(zhuǎn)換裝置。應(yīng)注意，包括電源電路10的電源裝置101可以是具有三個或更多個 輸入/輸出端口并且能夠在這些輸入/輸出端口中的任意兩個端口之間轉(zhuǎn)換電力的裝置。
[0024] 端口功率Pa、Pc和Pb分別表不至/來自第一輸入/輸出端口 60a、第二輸入/輸 出端口 60c和第三輸入/輸出端口 60b的輸入/輸出功率（g卩，輸入功率或輸出功率）。端 口電壓Va、Vc和Vb分別表示在第一輸入/輸出端口 60a、第二輸入/輸出端口 60c和第三 輸入/輸出端口 60b處的輸入/輸出電壓（S卩，輸入電壓或輸出電壓）。端口電流la、Ic和 lb分別表不至/來自第一輸入/輸出端口 60a、第二輸入/輸出端口 60c和第三輸入/輸 出端口 60b的輸入/輸出電流（即，輸入電流或輸出電流）。
[0025] 電源電路10包括與第一輸入/輸出端口 60a連接的電容器C1、與第二輸入/輸 出端口 60c連接的電容器C3以及與第三輸入/輸出端口 60b連接的電容器C2。作為電容 器C1、C2和C3的具體示例，可以舉出薄膜電容器、鋁電解電容器、陶瓷電容器、固體聚合物 電容器等。
[0026] 電容器Cl插入第一輸入/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插入第二輸入/ 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插入第三輸入/輸出端口 60b的高電位側(cè)端子618 與第三輸入/輸出端口 60b的低電位側(cè)端子620之間。
[0027] 電容器C1、C2和C3可以安裝在電源電路10內(nèi)部或者電源電路10外部。
[0028] 電源電路10是包括初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路20和次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路30的電力轉(zhuǎn)換電路。注 意，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而連接，并且還 由變壓器400磁親合。包括第一輸入/輸出端口 60a和第二輸入/輸出端口 60c的初級側(cè) 端口以及包括第三輸入/輸出端口 60b的次級側(cè)端口經(jīng)由變壓器400而連接。
[0029] 初級側(cè)轉(zhuǎn)換電路20是包括初級側(cè)全橋電路200、第一輸入/輸出端口 60a和第二 輸入/輸出端口 60c的初級側(cè)電路。初級側(cè)全橋電路200設(shè)置在變壓器400的初級側(cè)。初 級側(cè)全橋電路200是包括變壓器400的初級線圈202、初級側(cè)磁耦合電抗器204、初級側(cè)第 一上臂U1、初級側(cè)第一下臂/U1、初級側(cè)第二上臂VI和初級側(cè)第二下臂/VI的初級側(cè)電力 轉(zhuǎn)換部。初級側(cè)第一上臂U1、初級側(cè)第一下臂/U1、初級側(cè)第二上臂VI和初級側(cè)第二下臂/ VI分別是例如包括N溝道M0SFET和作為M0SFET的寄生元件的體二極管（S卩，寄生二極管） 的開關(guān)裝置。二極管另外可以并聯(lián)連接到M0SFET。圖1示出了二極管81、82、83和84。
[0030] 初級側(cè)全橋電路200包括與第一輸入/輸出端口 60a的高電位側(cè)端子613連接的 初級側(cè)正母線298以及與第一輸入/輸出端口 60a和第二輸入/輸出端口 60c的低電位側(cè) 端子614連接的初級側(cè)負(fù)母線299。
[0031] 在初級側(cè)正母線298與初級側(cè)負(fù)母線299之間，初級側(cè)第一上臂U1和初級側(cè)第一 下臂/U1串聯(lián)連接的初級側(cè)第一臂電路207被連接。初級側(cè)第一臂電路207是能夠通過初 級側(cè)第一上臂U1和初級側(cè)第一下臂/U1的接通/關(guān)斷開關(guān)操作來執(zhí)行電力轉(zhuǎn)換操作的初 級側(cè)第一電力轉(zhuǎn)換電路部（即，初級側(cè)U相電力轉(zhuǎn)換電路部）。此外，在初級側(cè)正母線298 與初級側(cè)負(fù)母線299之間，與初級側(cè)第一臂電路207并聯(lián)地連接初級側(cè)第二臂電路211，其 中初級側(cè)第二上臂VI和初級側(cè)第二下臂/VI串聯(lián)連接。初級側(cè)第二臂電路211是能夠通 過初級側(cè)第二上臂VI和初級側(cè)第二下臂/VI的接通/關(guān)斷開關(guān)操作來執(zhí)行電力轉(zhuǎn)換操作 的初級側(cè)第二電力轉(zhuǎn)換電路部（即，初級側(cè)V相電力轉(zhuǎn)換電路部）。
[0032] 在連接初級側(cè)第一臂電路207的中點(diǎn)207m和初級側(cè)第二臂電路211的中點(diǎn)21lm 的橋接部（bridgepart)中，設(shè)置了初級線圈202和初級側(cè)磁親合電抗器204。在橋接部的 連接關(guān)系的更多細(xì)節(jié)中，初級側(cè)磁親合電抗器204的初級側(cè)第一電抗器204a的一端連接到 初級側(cè)第一臂電路207的中點(diǎn)207m。初級線圈202的一端連接到初級側(cè)第一電抗器204a 的另一端。此外，初級側(cè)磁耦合電抗器204的初級側(cè)第二電抗器204b的一端連接到初級線 圈202的另一端。另外，初級側(cè)第二電抗器204b的另一端連接到初級側(cè)第二臂電路211的 中點(diǎn)211m。注意，初級側(cè)磁耦合電抗器204包括初級側(cè)第一電抗器204和以耦合系數(shù)匕磁 連接到初級側(cè)第一電抗器204a的初級側(cè)第二電抗器204b。
[0033] 中點(diǎn)207m是初級側(cè)第一上臂U1與初級側(cè)第一下臂/U1之間的初級側(cè)第一中間節(jié) 點(diǎn)。中點(diǎn)211m是初級側(cè)第二上臂VI與初級側(cè)第二下臂/VI之間的初級側(cè)第二中間節(jié)點(diǎn)。 中點(diǎn)207m經(jīng)由初級側(cè)第一電抗器204a、初級線圈202和初級側(cè)第二電抗器204b按所述順 序連接到中點(diǎn)211m。
[0034] 中點(diǎn)207m和211m經(jīng)由初級線圈202的繞組而連接。初級線圈202的繞組被中心 抽頭202m分離成第一初級繞組202a和第二初級繞組202b。初級線圈202具有從第一初級 繞組202a與第二初級繞組202b之間的中間連接點(diǎn)引出的中心抽頭202m。第一初級繞組 202a的匝數(shù)等于第二初級繞組202b的匝數(shù)。
[0035] 第一輸入/輸出端口 60a連接到初級側(cè)全橋電路200,并且是設(shè)置在初級側(cè)正母線 298與初級側(cè)負(fù)母線299之間的端口。第一輸入/輸出端口 60a包括端子613和614。第 二輸入/輸出端口 60c連接到在變壓器400的初級側(cè)的中心抽頭202m，并且是設(shè)置在初級 側(cè)負(fù)母線299與初級線圈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616。
[0036] 中心抽頭202m連接到第二輸入/輸出端口 60c的高電位側(cè)端子616。中心抽頭 202m是初級線圈202的第一初級繞組202a與第二初級繞組202b之間的中間連接點(diǎn)。 [0037] 次級側(cè)轉(zhuǎn)換電路30是包括次級側(cè)全橋電路300和第三輸入/輸出端口 60b的次 級側(cè)電路。次級側(cè)全橋電路300設(shè)置在變壓器400的次級側(cè)。次級側(cè)全橋電路300是包括 變壓器400的次級線圈302、次級側(cè)第一上臂U2、次級側(cè)第一下臂/U2、次級側(cè)第二上臂V2 和次級側(cè)第二下臂/V2的次級側(cè)電力轉(zhuǎn)換部。次級側(cè)第一上臂U2、次級側(cè)第一下臂/U2、次 級側(cè)第二上臂V2和次級側(cè)第二下臂/V2分別是例如包括N溝道M0SFET和作為M0SFET的 寄生元件的體二極管（即，寄生二極管）的開關(guān)裝置。二極管另外可以并聯(lián)連接到M0SFET。 圖1示出了二極管85、86、87和88。
[0038] 次級側(cè)全橋電路300包括連接到第三輸入/輸出端口 60b的高電位側(cè)端子618的 次級側(cè)正母線398和連接到第三輸入/輸出端口 60b的低電位側(cè)端子620的次級側(cè)負(fù)母線 399 〇
[0039] 其中次級側(cè)第一上臂U2和次級側(cè)第一下臂/U2串聯(lián)連接的次級側(cè)第一臂電路307 連接在次級側(cè)正母線398與次級側(cè)負(fù)母線399之間。次級側(cè)第一臂電路307是能夠通過次