電力變換裝置的制造方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請?zhí)枮?01080067139. 8(PCT/JP2010/071326)、申請日為2010年 11 月 30日（遞交日為2012年11月30日）、發(fā)明名稱為"電力變換裝置"的發(fā)明專利申請的分 案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種電力變換裝置，具備改善輸入功率因數(shù)的電路，在將交流電變換 為直流電之后，得到所期望的直流輸出。
【背景技術(shù)】
[0003] 以往的電力變換裝置具備對商用交流電源進(jìn)行高功率因數(shù)控制而進(jìn)行交流/直 流變換的高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器部、以及在其后級配置且通過變壓器對初級側(cè)和次級側(cè)進(jìn)行了 絕緣的DC/DC轉(zhuǎn)換器部，分別對絕緣了的主電池和副電池進(jìn)行充電。在優(yōu)先對主電池進(jìn)行 充電時，進(jìn)行控制使得變壓器初級側(cè)的開關(guān)電路的占空比（dutyratio)成為恒定，并且使 變壓器次級側(cè)的開關(guān)電路的占空比成為可變。在優(yōu)先對副電池進(jìn)行充電時，進(jìn)行控制使得 變壓器初級側(cè)以及次級側(cè)的開關(guān)電路的占空比成為可變（例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
[0004] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2008-118727號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在上述以往的電力變換裝置中，在對主電池、副電池進(jìn)行充電時，對DC/DC轉(zhuǎn)換器 部的變壓器次級側(cè)開關(guān)電路的占空比進(jìn)行控制、或者對變壓器初級側(cè)以及次級側(cè)的開關(guān)電 路的占空比進(jìn)行控制。這樣通過開關(guān)電路的占空控制（dutycontrol)來進(jìn)行得到所期望 的直流輸出的控制，因此占空比的變化幅度必然變大，在占空比低的期間電力損耗變大，電 力損耗的降低有限度。
[0006] 本發(fā)明是為了解決如上所述那樣的問題點而作出的，其目的在于，在具備改善輸 入功率因數(shù)的電路而將交流電變換為直流電之后得到所期望的直流輸出的電力變換裝置 中，降低電力損耗而提高電力變換效率。
[0007] 本發(fā)明所涉及的第1電力變換裝置具備：AC/DC轉(zhuǎn)換器部，將交流電壓變換為直 流電壓；平滑電容器，連接于所述AC/DC轉(zhuǎn)換器部的直流側(cè)；DC/DC轉(zhuǎn)換器部，具備半導(dǎo)體 開關(guān)元件，對所述平滑電容器的直流電進(jìn)行DC/DC轉(zhuǎn)換而連到負(fù)載；以及控制裝置，控制所 述AC/DC轉(zhuǎn)換器部使得一邊控制交流的功率因數(shù)一邊使所述AC/DC轉(zhuǎn)換器部的直流電壓追 蹤目標(biāo)值，并且通過所述半導(dǎo)體開關(guān)元件的占空控制來控制所述DC/DC轉(zhuǎn)換器部使得所述 DC/DC轉(zhuǎn)換器部與所述負(fù)載之間的直流輸入輸出追蹤指令值。并且，該控制裝置根據(jù)所述 DC/DC轉(zhuǎn)換器部與所述負(fù)載之間的直流輸入輸出，來調(diào)整所述AC/DC轉(zhuǎn)換器部的所述直流 電壓目標(biāo)值。
[0008] 另外，本發(fā)明所涉及的第2電力變換裝置具備：AC/DC轉(zhuǎn)換器部，將交流電壓變換 為直流電壓；平滑電容器，連接于所述AC/DC轉(zhuǎn)換器部的直流側(cè)；DC/DC轉(zhuǎn)換器部，具備半導(dǎo) 體開關(guān)元件，對所述平滑電容器的直流電進(jìn)行DC/DC轉(zhuǎn)換而連到負(fù)載；以及控制裝置，控制 所述AC/DC轉(zhuǎn)換器部使得一邊控制交流的功率因數(shù)一邊使所述AC/DC轉(zhuǎn)換器部的直流電壓 追蹤目標(biāo)值，并且通過所述半導(dǎo)體開關(guān)元件的占空控制來控制所述DC/DC轉(zhuǎn)換器部使得所 述DC/DC轉(zhuǎn)換器部與所述負(fù)載之間的直流輸入輸出追蹤指令值。并且，該控制裝置調(diào)整所 述AC/DC轉(zhuǎn)換器部的所述直流電壓目標(biāo)值，使得所述DC/DC轉(zhuǎn)換器部內(nèi)的所述半導(dǎo)體開關(guān) 元件能夠進(jìn)行軟開關(guān)。
[0009] 根據(jù)上述第1電力變換裝置，控制裝置根據(jù)DC/DC轉(zhuǎn)換器部與負(fù)載之間的直流輸 入輸出來調(diào)整AC/DC轉(zhuǎn)換器部的直流電壓目標(biāo)值，因此能夠恰當(dāng)?shù)乜刂艱C/DC轉(zhuǎn)換器部內(nèi) 的半導(dǎo)體開關(guān)元件的占空比來實現(xiàn)DC/DC轉(zhuǎn)換器部中的電力損耗的降低，能夠提高電力變 換效率。
[0010] 根據(jù)上述第2電力變換裝置，調(diào)整AC/DC轉(zhuǎn)換器部的直流電壓目標(biāo)值使得DC/DC 轉(zhuǎn)換器內(nèi)的半導(dǎo)體開關(guān)元件能夠進(jìn)行軟開關(guān)，因此能夠降低DC/DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)的半導(dǎo)體開關(guān) 元件的開關(guān)損耗，能夠?qū)崿F(xiàn)DC/DC轉(zhuǎn)換器部中的電力損耗的降低，提高電力變換效率。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明的實施方式1的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0012] 圖2是對本發(fā)明的實施方式1的高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器部的動作進(jìn)行說明的各部分的 波形圖。
[0013] 圖3是對本發(fā)明的實施方式1的高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器部的動作進(jìn)行說明的圖。
[0014] 圖4是對本發(fā)明的實施方式1的高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器部的動作進(jìn)行說明的圖。
[0015] 圖5是對本發(fā)明的實施方式1的高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器部的動作進(jìn)行說明的圖。
[0016] 圖6是示出本發(fā)明的實施方式1的高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器部的控制的控制框圖。
[0017] 圖7是對本發(fā)明的實施方式1的DC/DC轉(zhuǎn)換器部的動作進(jìn)行說明的各部分的波形 圖。
[0018] 圖8是本發(fā)明的實施方式1的DC/DC轉(zhuǎn)換器部的控制框圖。
[0019] 圖9是對本發(fā)明的實施方式1的DC/DC轉(zhuǎn)換器部的動作進(jìn)行說明的平滑用電抗器 的電流波形。
[0020] 圖10是示出本發(fā)明的實施方式1的平滑電容器的目標(biāo)電壓的控制的控制框圖。
[0021] 圖11是本發(fā)明的實施方式1的其它例的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0022] 圖12是本發(fā)明的實施方式1的其它例的DC/DC轉(zhuǎn)換器部的控制框圖。
[0023] 圖13是本發(fā)明的實施方式1的第2其它例的高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器部的結(jié)構(gòu)圖。
[0024] 圖14是本發(fā)明的實施方式2的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0025] 圖15是對本發(fā)明的實施方式2的DC/DC轉(zhuǎn)換器部的零電壓開關(guān)動作進(jìn)行說明的 圖。
[0026] 圖16是對本發(fā)明的實施方式2的DC/DC轉(zhuǎn)換器部的零電壓開關(guān)動作進(jìn)行說明的 圖。
[0027] 圖17是對本發(fā)明的實施方式2的DC/DC轉(zhuǎn)換器部的零電壓開關(guān)動作進(jìn)行說明的 圖。
[0028] 圖18是對本發(fā)明的實施方式2的DC/DC轉(zhuǎn)換器部的零電壓開關(guān)動作進(jìn)行說明的 圖。
[0029] 圖19是本發(fā)明的實施方式2的其它例的DC/DC轉(zhuǎn)換器部的結(jié)構(gòu)圖。
[0030] 圖20是對本發(fā)明的實施方式3的DC/DC轉(zhuǎn)換器部的電力損耗進(jìn)行說明的圖。
[0031] 圖21是示出本發(fā)明的實施方式3的平滑電容器的目標(biāo)電壓的控制的控制框圖。
[0032] 圖22是本發(fā)明的實施方式4的DC/DC轉(zhuǎn)換器部的結(jié)構(gòu)圖。
[0033] 圖23是對本發(fā)明的實施方式4的DC/DC轉(zhuǎn)換器部的零電流開關(guān)動作進(jìn)行說明的 波形圖。
[0034] 圖24是對本發(fā)明的實施方式4的DC/DC轉(zhuǎn)換器部的控制進(jìn)行說明的波形圖。
[0035] 圖25是本發(fā)明的實施方式5的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0036] 實施方式1.
[0037] 下面，說明本發(fā)明的實施方式1。
[0038] 圖1是表示本發(fā)明的實施方式1的電力變換裝置的電路結(jié)構(gòu)的圖。如圖1所示， 電力變換裝置的主電路具備：作為AC/DC轉(zhuǎn)換器部的高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器部100,連接于交流 電壓源1，將輸入交流的功率因數(shù)控制為高功率因數(shù)而將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓；平滑 電容器10,使高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器部100的直流輸出平滑；以及DC/DC轉(zhuǎn)換器部200,將平滑 電容器10的電壓變換為通過變壓器12進(jìn)行了絕緣的次級側(cè)直流電壓。另外，DC/DC轉(zhuǎn)換 器部200的輸出例如連接了電池等負(fù)載2。
[0039] 高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器部100具備：連接于交流電壓源1而對輸入交流進(jìn)行全波整流 的二極管橋3、在二極管橋3的后級經(jīng)由電抗器4而串聯(lián)連接的逆變器電路300、以及在逆 變器電路300的后級串聯(lián)連接由半導(dǎo)體開關(guān)元件構(gòu)成的短路用開關(guān)8及二極管9而成的橋 電路。逆變器電路300是將單相逆變器的交流側(cè)串聯(lián)連接一個以上（在這種情況下為一個） 而構(gòu)成的，其中，該單相逆變器包括：由IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor:絕緣 柵雙極晶體管）等自消弧型半導(dǎo)體開關(guān)元件構(gòu)成的半導(dǎo)體開關(guān)元件5a、5b和二極管6a、6b、 以及由電容器構(gòu)成的直流電壓源7。另外，逆變器電路300的輸出連接了使一端與二極管橋 3的輸出連接的短路用開關(guān)8、以及使陰極側(cè)與輸出側(cè)的平滑電容器10連接的二極管9。
[0040] DC/DC轉(zhuǎn)換器部200具備：絕緣了的變壓器12 ;轉(zhuǎn)換器部11，連接于該變壓器12 的初級側(cè)，并通過由半導(dǎo)體開關(guān)元件11a~lid構(gòu)成的全橋轉(zhuǎn)換器而將平滑電容器10的直 流電壓變換為交流電壓；以及作為整流電路的二極管橋13,連接于變壓器12的次級側(cè)。另 外，二極管橋13的輸出連接了輸出平滑用的電抗器14和電容器15,向負(fù)載2輸出直流電 壓。
[0041]而且，在主電路的外部配置了作為控制裝置的控制電路16,向高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器 部100內(nèi)的半導(dǎo)體開關(guān)元件5a、5b以及短路用開關(guān)8輸出驅(qū)動信號30a、30b以及向DC/DC 轉(zhuǎn)換器部200內(nèi)的半導(dǎo)體開關(guān)元件11a~lid輸出驅(qū)動信號30c。另外，平滑電容器10的 電壓Vdc由電壓傳感器17進(jìn)行監(jiān)視，電容器15的電壓Vout由電壓傳感器18進(jìn)行監(jiān)視，直 流電壓源7的電壓Vsub由電壓傳感器19進(jìn)行監(jiān)視，并輸入到控制電路16。
[0042] 接著說明動作。
[0043] 首先，在高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器部100中，通過二極管橋3對來自交流電壓源1的輸入 進(jìn)行全波整流，二極管橋3的后級的電壓Vin、電流Iin成為如圖2所示那樣的波形。Vdc是被控制為作為一定的輸出電壓目標(biāo)值的目標(biāo)電壓Vdc*的平滑電容器10的直流電壓，通 過電壓傳感器17而被檢測。
[0044] 逆變器電路300以使來自交流電壓源1的輸入功率因數(shù)大約成為1的方式通過 PWM控制來控制電流Iin并進(jìn)行輸出，將交流側(cè)的產(chǎn)生電壓重疊到二極管橋3后級的電壓 Vin。逆變器電路300內(nèi)的電流如圖3~圖5所示那樣，在半導(dǎo)體開關(guān)元件5a、5b斷開時， 通過二極管6a而對直流電壓源7進(jìn)行充電，并通過二極管6b而輸出。另外，在只接通半導(dǎo) 體開關(guān)元件5a時，電流通過半導(dǎo)體開關(guān)元件5a和二極管6b而輸出。另外同樣地，在只接 通半導(dǎo)體開關(guān)元件5b時，電流通過二極管6a和半導(dǎo)體開關(guān)元件5b而輸出。另外，在同時 地接通半導(dǎo)體開關(guān)元件5a、5b時，通過半導(dǎo)體開關(guān)元件5a而使直流電壓源7進(jìn)行放電，并 通過半導(dǎo)體開關(guān)元件5b而輸出。通過這四種控制的組合來控制半導(dǎo)體開關(guān)元件5a、5b，從 而對逆變器電路300進(jìn)行PWM控制。
[0045] 將來自交流電壓源1的輸入電壓相位設(shè)為0，并設(shè)電壓Vin與平滑電容器10的目 標(biāo)電壓Vdc*相等時的相位0 = 0 2 (0〈 0 2〈JT/2)，從相位0 = 0至規(guī)定相位0i(0〈 0 ^ 0 2) 將短路用開關(guān)8設(shè)為接通狀態(tài)。在這種情況下，如圖3所示，來自交流電壓源1的電流以交 流電壓源1 -二極管橋3 -電抗器4 -逆變器電路300 -短路用開關(guān)9 -二極管橋3 -交 流電壓源1的路徑進(jìn)行流動。短路用開關(guān)8是接通狀態(tài)，因此在二極管9以及輸出級的平 滑電容器10中不會流過電流。
[0046] 逆變器電路300通過PWM控制，例如將半導(dǎo)體開關(guān)元件5a、5b斷開的情況和只接 通半導(dǎo)體開關(guān)元件5a的情況進(jìn)行組合而產(chǎn)生與電壓Vin的反極性大致相等的電壓，并且以