專利名稱：Dc-dc轉換器的制作方法
技術領域：
本發明涉及DC-DC轉換器。
背景技術：
在對電動機等進行牽引與再生或進行蓄電池的充放電等情況下，有時會使用雙向DC-DC轉換器(專利文獻I)。現有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特開2008-35675號公報

發明內容
發明所要解決的問題然而，在現有的雙向DC-DC轉換器中，不能簡單地進行從牽引到再生的切換、或者從再生到牽引的切換。另外，由于有必要進行牽引的控制與再生的兩者的控制，因此存在控制系統復雜化等的問題。因此，本發明的目的在于，提供一種能夠簡單地進行從牽引到再生的切換或者從再生到牽引的切換的DC-DC轉換器。解決問題的技術手段為了解決上述問題，根據本發明所涉及的第二 DC-DC轉換器，其特征在于，具備變壓器、在所述變壓器的初級側構成的電壓型電力變換器、檢測所述電壓型電力變換器的輸入輸出端的電壓的第I電壓檢測電路、在所述變壓器的次級側構成的電流型電力變換器、檢測所述電流型電力變換器的輸入輸出端的電壓的第2電壓檢測電路、檢測所述電流型電力變換器的輸入輸出端的輸入輸出電流的電流檢測電路、以及控制從所述變壓器的初級側到次級側的電力變換和從次級側到初級側的電力變換中的所述電壓型電力變換器和所述電流型電力變換器的動作的控制器，所述控制器具備:進行基于由所述第I電壓檢測電路檢測的電壓值的運算處理、基于由所述第2電壓檢測電路檢測的電壓值的運算處理和基于由所述電流檢測電路檢測的電流值的運算處理的控制系統；以及由多個參數集構成的表格，所述控制系統基于從所述表格選擇的參數集進行所述運算處理。本發明所涉及的第二 DC-DC轉換器所涉及的、所述控制系統，其特征在于，具備I個或者多個輸入端子，基于輸入至該輸入端子的電壓從所述表格選擇參數集。本發明所涉及的第二 DC-DC轉換器所涉及的、所述控制系統，其特征在于，僅在起動時進行從所述表格選擇參數集的選擇處理。本發明所涉及的第二 DC-DC轉換器所涉及的、所述控制系統，其特征在于，具備通信接口，基于經由該通信接口所賦予的信息從所述表格選擇參數集。本發明所涉及的第二 DC-DC轉換器所涉及的、所述控制系統，其特征在于，具備通信接口，基于經由該通信接口所賦予的信息更新所述表格。
發明的效果如以上說明的那樣，根據本發明，能夠簡單地進行從牽引到再生的切換或者從再生到牽引的切換。


圖1是表示本發明的第I實施方式所涉及的DC-DC轉換器的概略結構的框圖。圖2是表示圖1的電流型電力變換器2、變壓器3和電壓型電力變換器4的概略結構的電路圖。圖3是表示圖1的控制器5的概略結構的框圖。圖4是表示圖1的柵極驅動信號SI，S2，Sa Sd的波形的時序圖。圖5是表示本發明的第2實施方式所涉及的DC-DC轉換器中所應用的控制器的概略結構的框圖。圖6是表示本發明的第3實施方式所涉及的DC-DC轉換器中所應用的控制器的概略結構的框圖。圖7是表示本發明的第4實施方式所涉及的DC-DC轉換器中所應用的控制器的概略結構的框圖。圖8是表示應用圖1的DC-DC轉換器的電源系統的概略結構的框圖。圖9是表示應用于本發明的第5實施方式所涉及的DC-DC轉換器的電流型電力變換器62和電壓型電力變換器4的概略結構的電路圖。圖10是表示將圖1的DC-DC轉換器應用于電動機的驅動裝置的情況的概略結構的框圖。圖11是表示從本發明的第3實施方式所涉及的DC-DC轉換器中所應用的控制器刪除了不靈敏區12的情況的概略結構的框圖。圖12是表示電壓型電力變換器4的輸入輸出端的電壓Vl或電流型電力變換器2的輸入輸出端的電壓V2與從電流型電力變換器2的輸出輸入端輸入輸出的電流I的關系的圖。圖13是表示參數表格與動作設定入口(entry)的關系的圖。圖14是表示端子的輸入電壓與動作設定的關系的圖。圖15是表示動作設定處理的流程圖。圖16是表示動作設定處理的流程圖。圖17是在表示圖4所示的柵極驅動信號SI，S2, Sa Sd的波形的時序圖中記載了自Tl至T4為止的期間的圖。圖18是表示在圖1所示的控制器中具備用于選擇參數集的端子和通信接口的DC-DC轉換器的概略結構的框圖。符號說明:I蓄電器2，62電流型電力變換器3，63 變壓器4電壓型電力變換器
5控制器L，L2 電感器C平滑電容器Ql, Q2, Qa Qd，QlI Q14 開關元件11，21，32，減法器12不靈敏區13，23CV 控制器14，24，34，41 限制器31加法器32加減法器33CC 控制器51交流電源52AC-DC 轉換器53 負載54DC-DC 轉換器101, 107第I電壓控制系統102第2電壓控制系統103 106電流控制系統
具體實施例方式以下，一邊參照附圖一邊說明本發明的實施方式所涉及的DC-DC轉換器。圖1是表示本發明的第I實施方式所涉及的DC-DC轉換器的概略結構的框圖。在圖1中，在該DC-DC轉換器，設置有變壓器3、通過控制施加于變壓器3的初級側的電壓來進行電力變換的電壓型電力變換器4、通過控制流到變壓器3的次級側的電流來進行電力變換的電流型電力變換器2、以及控制電壓型電力變換器4和電流型電力變換器2的控制器5。在進行從變壓器3的次級側到初級側的電力變換的情況下，輸入到電流型電力變換器2的輸入輸出端的電流被電流型電力變換器2變換成交流。該交流電流經由變壓器3而被提供給電壓型電力變換器4。然后，經由變壓器3而提供給電壓型電力變換器4的交流電流被電壓型電力變換器4變換成直流。該直流電流從電壓型電力變換器4的輸入輸出端輸出。在進行從變壓器3的初級側到次級側的電力變換的情況下，從電壓型電力變換器4的輸入輸出端輸入的直流被電壓型電力變換器4變換成交流。該交流電流經由變壓器3而被提供給電流型電力變換器2。然后，經由變壓器3而提供給電流型電力變換器2的交流電流被電流型電力變換器2變換成直流。該直流電流從電流型電力變換器2的輸入輸出端輸出。這里，令電流型電力變換器2的輸入輸出端的電壓為電壓V2，電壓型電力變換器4的輸入輸出端的電壓為電壓Vl，從電流型電力變換器2的輸入輸出端輸出的電流為電流I。再有，電流I的值在電流從電流型電力變換器2的輸入輸出端輸出時為正值，在電流流入到電流型電力變換器2的輸入輸出端時為負值。控制器5參照電壓V1、電壓V2和電流I，控制電流I的增減。在進行從變壓器3的初級側到次級側的電力變換的情況下，控制器5參照電壓Vl、電壓V2和電流I，控制從電流型電力變換器2的輸入輸出端輸出的電流(I)的增減。例如，在想使電壓V2上升的情況或想使電壓Vl下降的情況下，控制電流型電力變換器2和電壓型電力變換器4，使從電流型電力變換器2的輸入輸出端輸出的電流(I)增加，在想使電壓V2下降的情況或想使電壓Vl上升的情況下，控制電流型電力變換器2和電壓型電力變換器4，使從電流型電力變換器2的輸入輸出端輸出的電流(I)減少。另一方面，在從變壓器3的次級側至初級側的電力變換的情況下，參照電壓Vl、電壓V2和電流I，控制流入到電流型電力變換器2的輸入輸出端的電流(-1)的增減。例如，在想使電壓Vl上升的情況下，控制電流型電力變換器2和電壓型電力變換器4，使流入到電流型電力變換器2的輸入輸出端的電流(-1)增加(使作為負值的電流I的絕對值變大)，在想使電壓Vl下降的情況下，控制電流型電力變換器2和電壓型電力變換器4，使流入到電流型電力變換器2的輸入輸出端的電流(-1)減少(使作為負值的電流I的絕對值變小)。圖2是表示圖1的電流型電力變換器2、變壓器3和電壓型電力變換器4的概略結構的電路圖。再有，在圖2的實施方式中，使用推挽(push-pull)結構作為電流型電力變換器2，使用全橋(full bridge)結構作為電壓型電力變換器4。電流型電力變換器2具備作為主要構成要素的開關元件Ql，Q2和電感器L。再者，開關元件Ql連接于變壓器3的次級線圈的一端與負極端子側之間，開關元件Q2連接于變壓器3的次級線圈的另一端與負極端子側之間。另外，變壓器3的次級線圈的中間抽頭與正極端子側之間連接有電感器L。這里，電流型電力變換器2的輸入輸出端子由正極端子和負極端子構成，正極端子與負極端子之間的電壓與電壓V2對應。電壓型電力變換器4具備作為主要構成要素的開關元件Qa Qd和平滑電容器C。再者，開關元件Qa，Qb彼此串聯連接，開關元件Qc，Qd彼此串聯連接。開關元件Qa，Qb的串聯電路與開關元件Qc，Qd的串聯電路彼此并聯連接，在開關元件Qa，Qb的連接點與開關元件Qc，Qd的連接點之間連接有變壓器3的初級線圈。另外，開關元件Qa，Qb的串聯電路、開關元件Qc，Qd的串聯電路和平滑電容器C連接在正極端子側與負極端子側之間。這里，電壓型電力變換器4的輸入輸出端子由正極端子和負極端子構成，正極端子與負極端子之間的電壓與電壓Vl對應。再有，作為開關元件Ql，Q2, Qa、d，可以使用場效應晶體管，也可以使用雙極型晶體管，還可以使用IGBT。另外，在開關元件01，02，0&、(1，可以形成體二極管。圖3是表示圖1的控制器5的概略結構的框圖。在圖3中，控制器5由第I電壓控制系統101、第2電壓控制系統102和電流控制系統103構成。電流控制系統103配置在第I電壓控制系統101和第2電壓控制系統102的后段。因此，從第I電壓控制系統101輸出的輸出值與從第2電壓控制系統102輸出的輸出值輸入到電流控制系統103。在第I電壓控制系統101中，在減法器11的后段設置有不靈敏區12(不靈敏區電路)，在不靈敏區12的后段設置有CV控制器13，在CV控制器13的后段設置有限制器14。CV控制器13比較電壓Vl與其目標值即Vl_ref，基于該比較結果生成電流I的操作量，輸出該操作量。不靈敏區12為了能夠設定電壓Vl的變動的允許范圍，并在允許范圍內時使CV控制器13不動作而設置。限制器14為了限制從CV控制器13輸出的操作量的范圍而設置。在從CV控制器13輸出的操作量滿足限制器14所設定的范圍的情況下，從CV控制器13輸出的操作量從第I電壓控制系統101照原樣地輸出。另一方面,在從CV控制器13輸出的操作量偏離限制器14所設定的范圍的情況下，限制器14所設定的下限值或上限值從第I電壓控制系統101輸出。在第2電壓控制系統102中，在減法器21的后段設置有CV控制器23，在CV控制器23的后段設置有限制器24。CV控制器23比較電壓V2與其目標值即V2_ref，基于該比較結果生成電流I的操作量，輸出該操作量。限制器24為了限制從CV控制器23輸出的操作量的范圍而設置。在從CV控制器23輸出的操作量滿足限制器24所設定的范圍的情況下，從CV控制器23輸出的操作量從第2電壓控制系統102照原樣地輸出。另一方面，在從CV控制器23輸出的操作量偏離限制器24所設定的范圍的情況下，限制器24所設定的下限值或上限值從第2電壓控制系統102輸出。在電流控制系統103中，在加法器31的后段設置有加減法器32，在加減法器32的后段設置有CC控制器33，在CC控制器33的后段設置有限制器34。CC控制器33比較將從第I電壓控制系統101輸出的操作量和從第2電壓控制系統102輸出的操作量相加之后的值與電流I。然后，基于該比較結果生成PWM(Pulse Width Modulation:脈沖寬度調制)控制中的占空比的指令值，輸出該指令值。限制器34為了限制從CC控制器33輸出的指令值的范圍而設置。在從CC控制器33輸出的指令值滿足限制器34所設定的范圍的情況下，從CC控制器33輸出的指令值從電流控制系統103照原樣地輸出。另一方面，在從CC控制器33輸出的指令值偏離限制器34所設定的范圍的情況下，限制器34所設定的下限值或上限值從電流控制系統103輸出。再有,若是PFM (Pulse Frequency Modulation:脈沖頻率調制)控制，則CC控制器33生成PFM (脈沖頻率調制)控制中的頻率的指令值。另外，CC控制器33的控制參數在從變壓器3的初級側到次級側的電力變換的情況和從變壓器3的次級側到初級側的電力變換的情況下，可以設定為共同的值。在從變壓器3的初級側到次級側的電力變換的情況下，可以如以下所述設定限制器 14，24，34。限制器14:下限值=_Δ I，上限值=Δ I限制器24:下限值=0,上限值=I_ref限制器34:下限值=0，上限值=最大占空比這里，I_ref是從電流型電力變換器2的輸入輸出端輸出的電流I的目標值，Λ I可以設定為規定值。在如上所述設定限制器14，24，34的范圍的情況下，來自于第I電壓控制系統101、第2電壓控制系統102和電流控制系統103的輸出如下所述被限制。在從CV控制器13輸出的操作量比Λ I大的情況下，從第I電壓控制系統101輸出的操作量變為Λ I，在從CV控制器13輸出的操作量比-Λ I小的情況下，從第I電壓控制系統101輸出的操作量變為-Λ I。在從CV控制器23輸出的操作量比I_ref大的情況下，從第2電壓控制系統102輸出的操作量變為I_ref，在從CV控制器23輸出的操作量比O小的情況下，從第I電壓控制系統101輸出的操作量變為O。在從CC控制器33輸出的指令值比最大占空比的值大的情況下，從電流控制系統103輸出的指令值變為最大占空比的值，在從CC控制器33輸出的指令值比O小的情況下，從電流控制系統103輸出的指令值變為O。因此，將從第I電壓控制系統101輸出的操作量和從第2電壓控制系統102輸出的操作量相加之后的值的最大值變為I_ref+ Δ I，最小值變為-Al。其結果是，電流I在I_ref+ Λ I與-Λ I之間變化。另外，在從變壓器3的次級側到初級側的電力變換的情況下，可以如以下所述設定限制器14，24，34。限制器14:下限值=_I_ref,上限值=0限制器24:下限值=0，上限值=0限制器34:下限值=0，上限值=最大占空比在從變壓器3的次級側到初級側的電力變換的情況下，進行使流入到電流型電力變換器2的輸入輸出端的電流增減的控制。電流I的目標值變為負值。在該例子中，從第I電壓控制系統101輸出的操作量被限制在自_I_ref至O的范圍。即，從第I電壓控制系統101，輸出流入到電流型電力變換器2的輸入輸出端的電流在O到I_ref的范圍中變動那樣的操作量。另外，由于限制器24的下限值和上限值被設定為0，因此從第2電壓控制系統102輸出的操作量一直為O。如此，通過限制器24的設定值，能夠使第2電壓控制系統102的功能實質上停止。另外，電流控制系統103比較從第I電壓控制系統101輸出的操作量與電流I，基于該比較結果生成占空比的指令值。說明如上所述進行限制器14，24，34的設定的情況下的動作。首先，說明從變壓器3的次級側到初級側的電力變換的情況。在變壓器3的次級側到初級側的電力變換的情況下，不靈敏區12的變動的允許范圍被設定為O。減法器11輸出從目標值Vl_ref減去了電壓型電力變換器4的輸入輸出端的檢測電壓即電壓Vl后的值。該減法值經由不靈敏區12而輸入至CV控制器13。CV控制器13生成使該減法值靠近O那樣的操作量(使電壓Vl靠近目標值Vl_ref那樣的操作量)。該操作量在由限制器14限制在_I_ref至O的范圍之后，從第I電壓控制系統101輸出。經由加法器31輸出至加減法器32。從第I電壓控制系統101輸出的操作量經由加法器31輸入至加減法器32。加減法器32將加法器13的輸出值與充電電流的目標值I_ref相加，從該加法值減去電流I的檢測值。該算出值輸入至CC控制器33。CC控制器33生成該算出值靠近O那樣的指令值。在限制器34將該指令值限制在O至最大占空比的范圍內后，輸出作為占空指令Duty的占空比。接著，說明從變壓器3的初級側至次級側的電力變換的情況。在變壓器3的初級側到次級側的電力變換的情況下，按照限制器14，24的設定從第I電壓控制系統101和第2電壓控制系統102的兩者輸出操作量。從第I電壓控制系統101輸出的操作量被設定成可以取正負值。第I電壓控制系統101的不靈敏區12的變動的允許范圍被設定為O以上的任意值。減法器11從目標值Vl_ref減去電壓VI。該減法值經由不靈敏區12而輸入至CV控制器13。CV控制器13生成使所輸入的減法值靠近O那樣的操作量(使電壓Vl的檢測值靠近線路電壓的目標值Vl_ref那樣的操作量)。限制器14將該操作量限制在-Λ I至ΛΙ的范圍內。從限制器14輸出的操作量輸入至加法器31。減法器21從目標值V2_ref減去電流型電力變換器2的輸入輸出端的檢測電壓即電壓V2。該減法值輸入至CV控制器23。CV控制器23生成使所輸入的減法值靠近O那樣的操作量(使電壓V2靠近目標值V2_ref那樣的操作量)。限制器24將該操作量限制在O至I_ref的范圍內。從限制器14輸出的操作量輸入至加法器31。加法器31將來自于限制器14，24的輸出值相加。該加法值輸入至加減法器32。加減法器32將加法器31的輸出值與目標值I_ref相加，從該加法值減去從電流型電力變換器2的輸入輸出端輸出的電流的檢測值即電流I。該算出值輸入至CC控制器33。CC控制器33生成加減法器32的輸出值靠近O那樣的指令值。限制器34在將該指令值限制在O至最大占空比的范圍內后，輸出作為占空指令Duty的占空比。接著，說明基于占空指令Duty所生成的柵極驅動信號SI，S2, Sa^Sd0圖2的開關元件Ql，Q2由柵極驅動信號SI，S2驅動，圖2的開關元件Qa、d由柵極驅動信號Sa Sd驅動。圖4是表示圖1的柵極驅動信號SI，S2, Sa^Sd的波形的時序圖。柵極驅動信號Sa Sd的占空比基于占空指令Duty而設定。再者，柵極驅動信號Sa飛d的占空比設定成彼此相同。這里，柵極驅動信號Sa，Sd與柵極驅動信號Sb，Sc，相位僅偏離半個周期。柵極驅動信號SI通過使柵極驅動信號Sb，Sc反轉而生成，柵極驅動信號S2通過使柵極驅動信號Sa，Sd反轉而生成。如此，能夠基于占空指令Duty，生成柵極驅動信號SI，S2，Sa Sd的全部驅動信號。在從變壓 器3的初級側到次級側的電力變換的情況下，圖3的第2電壓控制系統102在電壓V2降低時，進行動作，以使電壓V2上升。第I電壓控制系統101在電壓Vl降低時，進行動作，以使電壓Vl上升。該第I電壓控制系統101和第2電壓控制系統102的動作并行地進行。這樣，通過第I電壓控制系統101的動作與第2電壓控制系統102的動作并行地進行，從而能夠抑制在進行從變壓器3的初級側至次級側的電力變換時的電壓Vl的變動。例如，由于電壓Vl降低，因此在電壓V2降低的情況下，可以抑制電壓V2的上升而使電壓Vl上升。這里，基于圖2和圖17，詳細說明電流值的控制方法。圖17是在表示圖4所示的柵極驅動信號SI，S2, Sa^Sd的波形的時序圖中記載了 Tl至T4為止的期間的圖。最初，說明開關元件Ql，Q2的兩者導通(ON)的情況。在圖17所示的T2，T4的期間，開關元件Ql，Q2導通。開關元件Ql，Q2導通時，開關元件Qa Qd關斷(OFF)，因而變壓器3的初級側線圈的兩端處于開放狀態。即，電壓Vl未被施加在變壓器3的初級線圈的兩端。另一方面，通過開關元件Q1，Q2導通，從變壓器3的次級線圈的中間抽頭向開關元件Ql的電流與向開關元件Q2的電流流到2個線圈。此時，由于變壓器3的次級線圈的兩端變成短路狀態，因此在變壓器3的次級側，不產生電壓。因此，輸入電壓V2與電流I (以圖2的箭頭的方向為正)變成式I的關系。其中，將電感器L的電感在式中作為L。V2+LXdI/dt=0...(式 I)
該期間的電流以滿足式I那樣的變化率(dl/dt)變化。因此，在該期間，若電流向圖2的箭頭的方向流動，則電流以滿足式I那樣的變化率(dl/dt)減少。另一方面，若電流向與圖2的箭頭相反的方向流動，則電流以滿足式I那樣的變化率(dl/dt)增加。接著，說明僅開關元件Ql，Q2中的任意一者導通的情況。在圖17所示的Tl的期間，開關元件Q2，Qb, Qc導通，在T3的期間，開關元件Ql，Qa, Qd導通。開關元件Qb，Qc導通時，或者開關元件Qa，Qd導通時，電壓Vl被施加在變壓器3的初級線圈的兩端。但是，在開關元件Qb, Qc導通時和開關元件Qa, Qd導通時，所施加的電壓Vl的極性相反。若令變壓器的初級側與次級側的圈數比為nl: n2，則在Tl，T3的期間變壓器3的次級側所產生的電壓變為VlX (n2/nl)。因此，在Tl，T3的期間，以下所示的式2成立。V2+LXdI/dt=VlX (n2/nl)—(式 2)該期間的電流以滿足式2那樣的變化率(dl/dt)變化。因此，在該期間，若電流向圖2的箭頭的方向流動，則電流以滿足式2那樣的變化率(dl/dt)增加。另一方面，若電流向與圖2的箭頭相反的方向流動，則電流以滿足式2那樣的變化率(dl/dt)減少。式I和式2在從初級側向次級側傳送電力時成立，在從次級側向初級側傳送電力時也成立。在想使次級側的電壓下降的情況或想使初級側的電壓上升的情況下，使T2，T4的期間即開關元件Ql，Q2的兩者導通的時間(開關元件Qa Qd全部關斷的時間)變長。相反，在想使次級側的電壓上升的情況或想使初級側的電壓下降的情況下，使Tl, Τ3的期間即開關元件Ql，Q2中的任意一者導通的時間(開關元件Qb，Qc導通的時間、或者開關元件Qa，Qd導通的時間)變長。再有，關于電流I流動的方向，基于V2與VlX(n2/nl)的關系(電壓差)和T2，T4的期間與Tl，T3的期間的關系(兩期間的比率(Tl: T2和T3: T4))來決定。在本發明中，與電流I流動的方向沒有關系，通過相同的控制，能夠調整Vl與V2，因而能夠簡單地進行從牽引至再生的切換或者從再生到牽引的切換。圖5是表示本發明的第2實施方式所涉及的DC-DC轉換器中所應用的控制系統的概略結構的框圖。在圖5中，替代圖3的電流控制系統103而設置了電流控制系統104。在該電流控制系統104中，在加減法器32的前段設置有限制器41。在從變壓器3的初級側到次級側的電力變換的情況下，限制器41可以如以下所述設定。限制器41:下限值=0，上限值=I_ref其中，正值表不從電流型電力變換器2的輸入輸出端輸出的電流的電流值,負值表示流入到電流型電力變換器2的輸入輸出端的電流的電流值。在從變壓器3的次級側到初級側的電力變換的情況下，限制器41可以如以下那樣設定。限制器41:下限值=_I_ref,上限值=0通過在加減法器32的前段設置限制器41，從而能夠將加法器31的輸出值限制在O至I_ref的范圍。即，由第I電壓控制系統101的動作提供的操作量與由第2電壓控制系統102提供的操作量的總和被限制在O至I_ref的范圍。
圖6是表示本發明的第3實施方式所涉及的DC-DC轉換器中所應用的控制系統的概略結構的框圖。在圖6中，替代圖3的電流控制系統103而設置了電流控制系統105。在該電流控制系統105中，替代加減法器32而設置了減法器32’。在該減法器32’中，省略目標值1_ref的輸入，從加法器31的輸出值減去電流I的檢測值。在該控制系統中，在從變壓器3的初級側到次級側的電力變換的情況下，可以如以下所述設定限制器14，24，34。限制器14:下限值=_ΛΙ，上限值=ΛΙ限制器24:下限值=0,上限值=I_ref限制器34:下限值=0，上限值=最大占空比其中，正值表示從電流型電力變換器2的輸入輸出端輸出的電流的電流值，負值表示流入到電流型電力變換器2的輸入輸出端的電流的電流值。在該情況下，電流I的范圍變為-ΛΙ到I_ref+AI的范圍。電流I在O到I_ref+AI的范圍中，變為從電流型電力變換器2的輸入輸出端輸出的電流，在從-ΛΙ到O的范圍中，變為流入到電流型電力變換器2的輸入輸出端的電流。另外，在從變壓器3的次級側到初級側的電力變換的情況下，可以將限制器14，24，34如以下所述限制輸出。限制器14:下限值=_I_ref,上限值=0限制器24:下限值=0，上限值=0限制器34:下限值=0，上限值=最大占空比在這種情況下，電流I的范圍變為_I_ref到O的范圍。電流I變為流入到電流型電力變換器2的輸入輸出端的電流。圖7是表示本發明的第4實施方式所涉及的DC-DC轉換器中所應用的控制系統的概略結構的框圖。在圖7中，替代圖6的電流控制系統105而設置了電流控制系統106。在該電流控制系統106中，在電流控制系統105的減法器32’的前段設置了限制器41。在從變壓器3的初級側到次級側的電力變換的情況下，可以如以下所述設定限制器 14，24，34，41。限制器14:下限值=_ΛΙ，上限值=ΛΙ限制器24:下限值=0,上限值=I_ref限制器34:下限值=0，上限值=最大占空比限制器41:下限值=0,上限值=I_ref在此情況下，由第I電壓控制系統101的動作提供的操作量與由第2電壓控制系統102提供的操作量的總和被限制在O至I_ref的范圍。另外，在從變壓器3的次級側到初級側的電力變換的情況下，可以將限制器14，24，34,41如以下所述限制輸出。限制器14:最小值=_I_ref，最大值=0限制器24:最小值=0，最大值=0限制器34:最小值=0，最大值=最大占空比
限制器41:最小值=_I_ref，最大值=0在這種情況下，電流I的范圍變為_I_ref到O的范圍。電流I變為流入到電流型電力變換器2的輸入輸出端的電流。圖8是應用圖1的DC-DC轉換器的電源系統的一個例子的框圖。在圖8中，負載53經由AC-DC轉換器52而連接于交流電源51。再有，作為負載53，例如可以是在直流下工作的電子設備，也可以是直流電動機。或者，可以是太陽能電池，也可以是發電機。蓄電器I經由DC-DC轉換器54而連接于負載53。從交流電源51輸出的交流在AC-DC轉換器52被變換成直流，并提供給負載53。另外，在將在負載53所產生的能量蓄積在蓄電器I的情況下，在DC-DC轉換器54，電壓Vl被變換成電壓V2，以該電壓V2對蓄電器I充電。另一方面，在交流電源51被截斷的情況下，在DC-DC轉換器54電壓V2被變換成電壓VI，該變換后的電力被提供給負載53。這里，通過使用圖1的結構作為DC-DC轉換器54，從而能夠在充電時抑制電壓Vl的變動。例如，由于電壓Vl降低，因此在電壓V2降低的情況下，可以抑制電壓V2的上升而使線路電壓Vl上升。圖9是應用于本發明的第5實施方式所涉及的DC-DC轉換器的電流型電力變換器62和電壓型電力變換器4的概略結構的電路圖。再有，在圖9的實施方式中，作為電流型電力變換器62以全橋結構為例。在圖9中，替代圖1的電流型電力變換器2和變壓器3而設置了電流型電力變換器62和變壓器63。再有，其他結構與圖1相同。電流型電力變換器62由開關元件Qlf Q14和電感器L2構成。再者，開關元件Qll, Q12彼此串聯連接，開關元件Q13，Q14彼此串聯連接。開關元件Qll，Q12的串聯電路與開關元件Q13，Q14的串聯電路彼此并聯連接，開關元件Qll，Q12的連接點與開關元件Q13, Q14的連接點之間連接有變壓器63的次級線圈。再有，在開關元件Qll，Q13的連接點連接有電感器L2。再有，作為開關元件Qlf Q14，可以使用場效應晶體管，也可以使用雙極型晶體管，還可以使用IGBT。另外，在開關元件Qlf Q14，可以形成體二極管。在該DC-DC轉換器中，以圖4的柵極驅動信號SI驅動開關元件Q12，Q13的柵極，以圖4的柵極驅動信號S2驅動開關元件Q11，Q14的柵極。其以外的動作與圖1的DC-DC轉換器相同。再有，在圖2的推挽結構的電流型電力變換器2中，在電壓V2低時或電壓Vl的變動范圍窄時有效。在該電流型電力變換器2中，與圖9的全橋結構的電流型電力變換器62相比能夠使電路結構簡單化。另一方面，電壓V2高時或電壓Vl的變動范圍寬時，開關元件Q1，Q2的電壓應力變大，因而圖9的全橋結構的電流型電力變換器62合適。另外，在本實施例中，檢測電流型電力變換器2的輸入輸出端的輸入輸出電流,生成相對于該電流的控制量來進行控制，但也可以檢測電壓型電力變換器4的輸入輸出端的輸入輸出電流，生成相對于該電流的控制量來進行控制。此外，當從電流型電力變換器2的輸入輸出端輸出電流時，可以檢測電流型電力變換器2的輸入輸出端的輸入輸出電流，生成相對于該電流的控制量來進行控制，當從電壓型電力變換器4的輸入輸出端輸出電流時，可以檢測電壓型電力變換器4的輸入輸出端的輸入輸出電流，生成相對于該電流的控制量來進行控制。另外，如圖10所示，圖1的DC-DC轉換器可以連接在驅動電動機74的逆變器73與蓄電池71之間來使用。在該結構中，進行通過來自于蓄電池71的電力驅動電動機74的牽引動作和從電動機74到蓄電池71再生能量的再生動作。在DC-DC轉換器72中，電流型電力變換器側的輸入輸出端子連接于蓄電池71，電壓型電力變換器側的輸入輸出端子連接于逆變器73。在牽引動作的控制中，將DC-DC轉換器72的連接于逆變器73的一側的輸入輸出端子的電壓維持在規定的電壓值，并控制電壓型電力變換器與電流型電力變換器的動作，使得從蓄電池71流出的電流不超過規定的電流值。在再生動作的控制中，將DC-DC轉換器72的連接于逆變器73的一側的輸入輸出端子的電壓維持在規定的電壓值，并控制電壓型電力變換器與電流型電力變換器的動作，使得流入到蓄電池71的電流不超過規定的電流值。這樣的控制可以通過如以下所述設定圖6的控制系統來實現。限制器14:下限值=-12，上限值=Il限制器24:下限值=0，上限值=0限制器34:下限值=0，上限值=最大占空比

其中，不靈敏區12的寬度被設定為O。在如上所述設定的情況下，再生動作時流入到蓄電池71的電流的電流值被允許到Il為止。另一方面，牽引動作時從蓄電池71流出的電流的電流值被允許到12為止。因此，充電電流(流入到蓄電池 I的電流)在(Tl I之間變化，放電電流(從蓄電池71流出的電流)在(ΓΙ2之間變化。這里，Il與12基于蓄電池71的規格來設定。即，Il在不超過蓄電池71的最大充電電流的范圍內進行設定，12在不超過蓄電池71的最大輸出電流的范圍內進行設定。再有，在不靈敏區12的寬度設定為O的情況下，與從圖6的第I電壓控制系統101刪除不靈敏區12的情形實質上相同。即，如圖11所示，與電壓控制系統101被置換成不具有不靈敏區12的第I電壓控制系統107同等。再有，在本實施例的DC-DC轉換器中，說明了在電流型電力變換器側的輸入輸出端子連接蓄電池71而在電壓型電力變換器側的輸入輸出端子連接逆變器73的結構，但也可以是在電流型電力變換器側的輸入輸出端子連接逆變器而在電壓型電力變換器側的輸入輸出端子連接蓄電池的結構。接著，說明本發明所涉及的DC-DC轉換器的動作設定處理。如上述那樣，本發明所涉及的DC-DC轉換器的控制器5由生成基于電壓型電力變換器4的輸入輸出端的電壓Vl的操作量的第I電壓控制系統、生成基于電流型電力變換器2的輸入輸出端的電壓V2的操作量的第2電壓控制系統、以及生成基于從電流型電力變換器2的輸入輸出端輸入輸出的電流I的操作量的電流控制系統構成。再者，通過設定第I電壓控制系統、第2電壓控制系統和電流控制系統中的參數，DC-DC轉換器以各種動作模式動作。由該設定處理設定的參數包含限制器的設定值、不靈敏區的設定值、驅動信號的死區時間的設定值等。圖12表示動作模式的例子。在模式A中，流入電流型電力變換器2的輸入輸出端的電流I達到Ia時、或者從電流型電力變換器2的輸入輸出端流出的電流I達到Ic時，變為恒定電流動作。再者，電流I為其間的范圍時，變為將電壓Vl維持在電壓值Va的恒定電壓動作。在模式B中，流入電流型電力變換器2的輸入輸出端的電流I達到Ib時、或者從電流型電力變換器2的輸入輸出端流出的電流I達到Ib時，變為恒定電流動作。再者，電流I為其間的范圍時，變為將電壓Vl維持在電壓值Vb的恒定電壓動作。在模式C中，從電流型電力變換器2的輸入輸出端流出的電流I達到Ie時，變為恒定電流動作。再有，電流I在(Tie的范圍，變為將電壓Vl維持在電壓值Vc的恒定電壓動作。控制器5例如使用DSP (Digital Signal Processor:數字信號處理器)來構成。該DSP具備非揮發性存儲元件、AD轉換器和輸出PWM脈沖的接口等。在非揮發性存儲元件儲存有使DSP動作的程序。AD轉換器為了將所檢測的電壓V1、電壓V2和電流I的值變換成數字值而使用。輸出PWM脈沖的接口輸出用于驅動構成電流型電力變換器2的開關元件和構成電壓型電力變換器4的開關元件的信號。另外，圖18是表示在圖1所示的控制器中具備用于選擇參數集的端子和通信接口的DC-DC轉換器的概略結構的框圖。如圖18所示，控制器5優選具備用于從外部選擇后述的參數集的開關用的端子或通信接口。在非揮發存儲元件中，也儲存有圖13所示那樣的參數表格。參數表格由多個參數集(參數集f參數集η)構成。各個的參數集與I個動作模式對應。即，對每一個動作模式，有一個參數集被保持在參數表格。該參數表格所保持的參數集中的任一個寫入動作設定入口(entry)。再者，控制器5基于寫入到動作設定入口的參數集，控制電流型電力變換器2和電壓型電力變換器4的動作。即，DC-DC轉換器以與寫入動作設定入口的參數集對應的動作模式動作。再有，可以替代動作設定入口而設置指示任一個參數集的指針，并基于由該指針指示的參數集進行控制。參數集的選擇基于輸入至例如圖18所示的控制器5的輸入端子的電壓(信號)電平來進行。在圖14所示的例子中，基于連接有開關的3個輸入端子的電壓電平進行參數集的選擇。在該例子中，圖18所示的控制器5的端子1、端子2和端子3的電壓電平全部為低電平時，選擇參數集I。端子I的電壓電平為高電平且端子2和端子3的電壓電平為低電平時，選擇參數集2。在端子2的電壓電平為高電壓且端子I和端子3的電壓電平為低電平時，選擇參數集3。在端子I和端子2的電壓電平為高電平且端子3的電壓電平為低電平時，選擇參數集4。該參數集的選擇即動作模式的設定例如像圖15所示那樣進行。在步驟I中，控制器5的輸入端子(端子1、端子2和端子3)的電壓電平被讀入。在步驟2中，基于所讀入的各端子(端子1、端子2和端子3)的電壓電平，確定應該選擇的參數集。此外，將該確定的參數集與動作設定入口所設定的參數集進行比較。該比較的結果，在兩者一致時，處理的流程返回步驟1，在兩者不一致時，處理的流程前進至步驟3。在步驟3中，基于各端子的電壓電平而將被確定的參數集設定成動作設定入口。動作設定入口的設定結束后，處理的流程返回步驟I。在上述的例子中，響應于輸入至端子的電壓電平的變更而進行動作設定入口的設定變更，但DC-DC轉換器起動時、輸入有擠入控制器5的信號時、或者經由通信接口接收規定的命令時，可以進行圖16所示那樣的處理。圖16所示的例子與圖15所示的例子，以下的部分不同。在該處理的流程中，步驟2的比較結果，在兩者一致時，處理的流程不返回步驟I而結束處理。步驟3的處理完成后，也結束處理。若僅在DC-DC轉換器起動時，進行動作設定入口的設定，則能夠防止因噪聲而產生端子電壓電平變動等原因的誤動作的發生。另外，若輸入有擠入信號時、或者經由通信接口接收規定的命令時，進行動作設定入口的設定，則能夠在所期望時進行動作設定入口的設定。再有，已說明了動作設定入口的設定變更處理，但也可以同樣地進行指針中的設定變更處理。即，在指針中的設定變更處理中，指針所設定的指示信息被變更。例如，指示參數集I的指示信息被變更成指示參數集2的指示信息。另外，可以如圖18所示那樣經由控制器5的通信接口，從外部進行參數集的選擇。即可以經由通信接口，與指示參數集的設定變更的命令一起，將指定其變更目的的參數集的信息傳輸。另外，可以在RAM (Random Access Memory:隨機存取存儲器)上讀出參數表格來使用。此外，也可以經由通信接口改寫參數表格(也可以更新)。例如，按照經由通信接口所提供的指示(命令)，在RAM上改寫參數表格。再者，該改寫的參數表格被再保存在非揮發性存儲元件。作為該非揮發性存儲元件，可以使用閃存或FeRAM (Ferroelectric RandomAccess Memory:鐵電隨機存取存儲器)。產業上的可利用性本發明的DC-DC轉換器能夠作為雙向DC-DC轉換器來利用。
權利要求
1.一種DC-DC轉換器，其特征在于， 具備: 變壓器； 電壓型電力變換器，在所述變壓器的初級側構成； 第I電壓檢測電路，檢測所述電壓型電力變換器的輸入輸出端的電壓； 電流型電力變換器，在所述變壓器的次級側構成； 第2電壓檢測電路，檢測所述電流型電力變換器的輸入輸出端的電壓； 電流檢測電路，檢測所述電流型電力變換器的輸入輸出端的輸入輸出電流；以及控制器，控制從所述變壓器的初級側到次級側的電力變換和從次級側到初級側的電力變換中的所述電壓型電力變換器和所述電流型電力變換器的動作， 所述控制器具備:進行基于由所述第I電壓檢測電路檢測的電壓值的運算處理、基于由所述第2電壓檢測電路檢測的電壓值的運算處理和基于由所述電流檢測電路檢測的電流值的運算處理的控制系統；以及由多個參數集構成的表格， 所述控制系統基于從所述表格選擇的參數集進行所述運算處理。
2.根據權利要求1所述的DC-DC轉換器，其特征在于， 所述控制系統具備I個或者多個輸入端子，基于輸入至該輸入端子的電壓，從所述表格選擇參數集。
3.根據權利要求2所述的DC-DC轉換器，其特征在于， 所述控制系統僅在起動時進行從所述表格選擇參數集的選擇處理。
4.根據權利要求1所述的DC-DC轉換器，其特征在于， 所述控制系統具備通信接口，基于經由該通信接口所賦予的信息，從所述表格選擇參數集。
5.根據權利要求1所述的DC-DC轉換器，其特征在于， 所述控制系統具備通信接口，基于經由該通信接口所賦予的信息，更新所述表格。
全文摘要
本發明提供一種簡單地進行從牽引到再生的切換或者從再生到牽引的切換的DC-DC轉換器。構成在變壓器的初級側具備電壓型電力變換器且在變壓器的次級側具備電流型電力變換器的DC-DC轉換器。控制器基于電壓型電力變換器的輸入輸出端的電壓值生成第1操作量，基于電流型電力變換器的輸入輸出端的電壓值生成第2操作量，進一步基于第1操作量和第2操作量以及電流型電力變換器或電壓型電力變換器的輸入輸出端的輸入輸出電流生成用于PWM控制或PFM控制的指令值。然后，控制器基于該指令值，控制所述電壓型電力變換器和所述電流型電力變換器的動作。
文檔編號H02M3/335GK103187878SQ201210563040
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月21日 優先權日2011年12月28日
發明者竹上榮治, 川上潤, 鴨野武志 申請人:Tdk株式會社