電力變換系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力變換系統(tǒng)，并且更具體地涉及包括多個輸入/輸出端口的電力變換系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著諸如混合動力車輛、電動車輛和燃料電池車輛的電動汽車的發(fā)展和普遍使用，車載電源電路也趨于變得復雜和龐大。例如，混合動力車輛包括驅(qū)動電池、系統(tǒng)電池、插入式外部電源電路、用于給驅(qū)動電動機提供驅(qū)動電池的直流電的DC/DC變換器、用于將驅(qū)動電池的直流電變換成交流電的DC/AC變換器、用于給電動助力轉(zhuǎn)向(EPS)提供驅(qū)動電池的直流電的DC/DC變換器、用于給輔助設備提供驅(qū)動電池的直流電的DC/DC變換器等，所以混合動力車輛的配置是復雜的。
[0003]對在單個電路中包括多個輸入/輸出端口的多端口電源的開發(fā)已經(jīng)在進行。提出了通過經(jīng)由多端口電源共用線路、半導體元件等來減小電源電路的尺寸。
[0004]日本專利申請公開第2011-193713(JP 2011-193713 A)號描述了以下配置:在包括四個端口的電力變換電路中，允許在多個所選端口之間變換電力。
[0005]圖5是根據(jù)相關(guān)技術(shù)的電力變換電路的電路配置視圖。電力變換電路包括初級變換電路和次級變換電路。初級變換電路包括全橋式電路、端口 A(輸入/輸出端口 A)和端口 C(輸入/輸出端口 C)。全橋式電路包括兩個磁親合電抗器和一個斬波電路。端口 A(輸入/輸出端口 A)設置在全橋式電路的正極母線與負極母線之間。端口 C(輸入/輸出端口C)設置在全橋式電路的負極母線與變壓器的初級線圈的中心抽頭之間。次級變換電路包括全橋式電路、端口 B (輸入/輸出端口 B)和端口 D (輸入/輸出端口 D)。全橋式電路包括兩個磁耦合電抗器和一個斬波電路(右臂和左臂)。端口 B(輸入/輸出端口 B)設置在全橋式電路的正極母線和負極母線之間。端口 D(輸入/輸出端口 D)設置在全橋式電路的負極母線與變壓器的次級線圈的中心抽頭之間。
[0006]在升壓/降壓變換器模式下，例如，關(guān)注初級變換電路的端口 C和端口 A，端口 C通過變壓器的初級線圈連接到左臂的上到下連接點。因為左臂的兩端連接到端口 A，所以升壓/降壓電路連接在端口 C與端口 A之間。另一方面，端口 C連接到右臂的上到下連接點。因為右臂的兩端也連接到端口 A，所以另一升壓/降壓電路連接在端口 C與端口 A之間。因此，兩個升壓/降壓電路彼此并聯(lián)地連接在端口 C與端口 A之間。類似地，對于次級變換電路也一樣，兩個升壓/降壓電路通過右臂和左臂彼此并聯(lián)地連接在端口 D與端口 B之間。
[0007]在隔離(insulating)變換器模式下，例如，關(guān)注初級變換電路的端口 A和次級變換電路的端口 B，變壓器的初級線圈連接到端口 A，并且變壓器的次級線圈連接到端口 B。因此，通過調(diào)整初級變換電路與次級變換電路之間的切換間隔的相位差Φ，能夠?qū)⑤斎氲蕉丝?A的電力變換并傳送到端口 B，或者將輸入到端口 B的電力變換并傳送到端口 A。也就是說，當初級變換電路的端電壓相對于次級變換電路的端電壓相位超前時，能夠?qū)㈦娏某跫壸儞Q電路傳送到次級變換電路；然而，當次級變換電路的端電壓相對于初級變換電路的端電壓相位超前時，能夠?qū)㈦娏拇渭壸儞Q電路傳送到初級變換電路。
[0008]以這種方式，根據(jù)相關(guān)技術(shù)的電力變換電路能夠執(zhí)行升壓/降壓操作和電力傳送；然而，關(guān)注初級變換電路，電壓輸出限于兩個端口，即端口 A和端口 C，另外，需要額外的半導體元件以增加直流端口。這同樣適用于次級變換電路。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本發(fā)明提供了一種電路，在該電路中，在不新增加任何半導體元件的情況下，與相關(guān)技術(shù)相比，初級變換電路或次級變換電路的端口數(shù)目增加。
[0010]本發(fā)明的一方面提供了一種電力變換系統(tǒng)。電力變換系統(tǒng)包括初級變換電路、次級變換電路和控制電路。初級變換電路包括在初級正極母線與初級負極母線之間的左臂和右臂。左臂和右臂中的每個由兩個串聯(lián)連接的開關(guān)晶體管組成。變壓器的初級線圈連接在左臂的兩個開關(guān)晶體管的連接點與右臂的兩個開關(guān)晶體管的連接點之間。次級變換電路包括在次級正極母線與次級負極母線之間的左臂和右臂。次級變換電路中的左臂和右臂中的每個由兩個串聯(lián)連接的開關(guān)晶體管組成。變壓器的次級線圈連接在次級變換電路中的左臂的兩個開關(guān)晶體管的連接點與次級變換電路中的右臂的兩個開關(guān)晶體管的連接點之間?？刂齐娐繁慌渲贸煽刂瞥跫壸儞Q電路和次級變換電路的開關(guān)晶體管的開關(guān)操作。電抗器和連接端口連接在初級變換電路中左臂的兩個開關(guān)晶體管的連接點與右臂的兩個開關(guān)晶體管的連接點之間，或者連接在次級變換電路中左臂的兩個開關(guān)晶體管的連接點與右臂的兩個開關(guān)晶體管的連接點之間。
[0011 ] 根據(jù)本發(fā)明，當電抗器和連接端口連接在初級變換電路中左臂的兩個開關(guān)晶體管的連接點與右臂的兩個開關(guān)晶體管的連接點之間時，不僅提供連接到左臂的端口和連接到右臂的端口，也提供連接端口，即總共提供三個輸入/輸出端口，并且該三個端口是在沒有增加任何半導體元件的情況下獲得的。也就是說，能夠在抑制電路尺寸增加的同時提供多個電源電壓。通過調(diào)整初級變換電路的開關(guān)晶體管的時間比允許在這三個端口之間執(zhí)行非隔離雙向電力變換。另外，初級變換電路和次級變換電路通過變壓器連接，并且能夠通過調(diào)整初級變換電路與次級變換電路之間的開關(guān)間隔的相位差而以隔離方式傳送電力。這同樣適用于電抗器和連接端口連接在次級變換電路中左臂的兩個開關(guān)晶體管的連接點與右臂的兩個開關(guān)晶體管的連接點之間的情形。
[0012]在本發(fā)明的該方面中，電抗器的電感可以小于變壓器的自感。根據(jù)本發(fā)明，因為變壓器的線圈中的任意一個與電抗器彼此并聯(lián)連接在初級變換電路和次級變換電路中的相應變換電路的左臂的兩個開關(guān)晶體管的連接點與右臂的兩個開關(guān)晶體管的連接點之間，所以能夠通過將電抗器的電感設置成比變壓器的自感更小的值來抑制直流電流流入變壓器的線圈中的任意一個中。
[0013]在本發(fā)明的該方面中，電容器可以與初級變換電路中的變壓器和次級變換電路中的變壓器中電抗器和連接端口未連接到的變壓器串聯(lián)連接。當電容器與該變壓器串聯(lián)連接時，能夠抑制變壓器的偏磁。在本發(fā)明的該方面中，電容器可以與初級變換電路中變壓器的初級線圈和次級變換電路中變壓器的次級線圈中電抗器和連接端口未連接到的線圈串聯(lián)連接。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的該方面，在初級變換電路和次級變換電路通過變壓器彼此連接的電力變換系統(tǒng)中，初級變換電路和次級變換電路中的任意一個可以包括三個端口，所以能夠在抑制電路尺寸增加的同時提供多個電源電壓。
【附圖說明】
[0015]下面將參考附圖來描述本發(fā)明的示例性實施例的特征、優(yōu)勢以及技術(shù)和工業(yè)重要性，在附圖中相似的附圖標記表示相似的元件，其中:
[0016]圖1是根據(jù)一個實施例的系統(tǒng)的電路配置視圖；
[0017]圖2是圖示根據(jù)實施例的控制的視圖；
[0018]圖3是示出根據(jù)實施例的輸入/輸出配置示例的電路配置視圖；
[0019]圖4示出根據(jù)實施例的電力、電壓和相位差的操作波形圖；以及
[0020]圖5是根據(jù)相關(guān)技術(shù)的電路配置視圖。
【具體實施方式】
[0021]在下文中，將參考附圖來描述本發(fā)明的實施例。
[0022]圖1是根據(jù)本實施例的電力變換系統(tǒng)的電路配置視圖。電力變換系統(tǒng)包括控制電路10和電力變換電路12。電力變換電路12包括初級變換電路和次級變換電路。在根據(jù)本實施例的電力變換系統(tǒng)中，不同于圖5示出的相關(guān)技術(shù)的電路配置，初級變換電路或次級變換電路具有雙向斬波電路通過連接端口連接的電路配置。在本實施例中，作為示例，示出了雙向斬波電路通過初級變換電路中的連接端口連接的電路配置。也就是說，初級變換電路除了包括端口 A和端口 C之外還包括端口 D，并且次級變換電路包括端口 B。
[0023]更具體地，電路配置如下。左臂和右臂彼此并聯(lián)連接在初級變換電路的正極母線121與初級變換電路的負極母線122之間。左臂由彼此串聯(lián)連接的開關(guān)晶體管S1、S2組成。右臂由彼此串聯(lián)連接的開關(guān)晶體管S3、S4組成。
[0024]端口 A(輸入/輸出端口 A)設置在初級變換電路的正極母線121與初級變換電路的負極母線122之間。端口 A的輸入/輸出電壓為VA。
[0025]端口 C(輸入/輸出端口 C)設置在初級變換電路的負極母線122與右臂的開關(guān)晶體管S3之間。端口 C的輸入/輸出電壓為VC。
[0026]串聯(lián)連接的電抗器L1、L2和變壓器的初級線圈Trl連接在構(gòu)成左臂的開關(guān)晶體管S1、S2的連接點與構(gòu)成右臂的開關(guān)晶體管S3、S4的連接點之間。也就是說，電抗器L1、L2和變壓器的初級線圈Trl彼此并聯(lián)連接至兩個雙向斬波電路的中間點。
[0027]通過將電容器連接在初級變換電路的負極母線122與電抗器L1、L2的連接點之間來設置連接端口 D。端口 D的輸入/輸出電壓為VD。
[0028]另一方面，左臂和右臂彼此并連連接在次級變換電路的正極母線123與負極母線124之間。左臂由彼此串聯(lián)連接的開關(guān)晶體管S5、S6組成。右臂由彼此串聯(lián)連接的開關(guān)晶體管S7、S8組成。
[0029]端口 B(輸入/輸出端口 B)設置在次級變換電路的正極母線123與次級變換電路的負極母線124之間。端口 B的輸入/輸出電壓為VB。
[0030]變壓器的次級線圈Tr2連接在構(gòu)成左臂的開關(guān)晶體管S5、S6的連接點與構(gòu)成右臂的開關(guān)晶體管S7、S8的連接點之間。
[0031]控制電路10設置用于控制電力變換電路12的各參數(shù)，并且執(zhí)行對初級變換電路和次級變換電路的開關(guān)晶體管SI到S8的開關(guān)控制。控制電路10包括作為功能塊的電力變換模式確定處理單元、相位差Φ確定處理單元、初級開關(guān)處理單元和次級開關(guān)處理單元。電力變換模式確定處理單元設置基于來自外部的模式信號變換電力的模式。一個模式是在初級變換電路的三個端口之間變換電力的模式，另一模式是初級側(cè)與次級側(cè)之間的隔離電力傳送模式。相位差Φ確定處理單元設置在隔離電力傳送模式下初級側(cè)與次級側(cè)之間的相位差Φ。初級開關(guān)處理單元根據(jù)電力模式和相位差Φ來控制初級變換電路的開關(guān)晶體管SI到S4的開關(guān)操作。次級開關(guān)處理單元根據(jù)電力模式和相位差Φ來控制次級變換電路的開關(guān)晶體管S5到S8的開關(guān)操作。
[0032]與相關(guān)技術(shù)的情形相同，本實施例中初級變換電路和次級變換電路之間的隔離電力傳送通過使用初級變換電路與次級變換電路之間的開關(guān)晶體管的開關(guān)間隔的相位差Φ來控制。例如，當電力從次級側(cè)傳送到初級側(cè)時，最初，在初級側(cè)開關(guān)晶體管S1、S4接通，并且開關(guān)晶體管S2、S3斷開。在次級側(cè)，開關(guān)晶體管S5、S8接通，并且開關(guān)晶體管S6、S7斷開