Dc-ac轉(zhuǎn)換裝置和控制電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過全橋電路的切換控制來將DC電壓轉(zhuǎn)換為AC電壓的DC-AC (直流-交流)轉(zhuǎn)換裝置，以及涉及一種用于控制所述DC-AC轉(zhuǎn)換裝置的操作的控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002]插電式油電混合動(dòng)力車輛(PHEV)和電動(dòng)車輛(EV)變得更加流行和普遍，這些車輛中安裝了用于將家用商業(yè)電源供應(yīng)的AC電壓轉(zhuǎn)換為DC電壓的AC-DC轉(zhuǎn)換裝置，以通過在AC-DC轉(zhuǎn)換裝置中轉(zhuǎn)換獲得的DC電壓來為電池充電。
[0003]近年來，期望插電式油電混合動(dòng)力車輛或電動(dòng)車輛的電池用作用于災(zāi)難救援或緊急情況的電源。為了使用電池作為緊急情況電源，有必要雙向地執(zhí)行從AC電壓至DC電壓以及從DC電壓至AC電壓的轉(zhuǎn)換。
[0004]專利文獻(xiàn)I公開了一種雙向AC-DC轉(zhuǎn)換裝置，其通過執(zhí)行雙向AC-DC轉(zhuǎn)換來將AC電壓轉(zhuǎn)換為DC電壓以及進(jìn)行反向轉(zhuǎn)換。雙向AC-DC轉(zhuǎn)換裝置包括:轉(zhuǎn)換電路，其在為電池充電時(shí)用作功率因數(shù)改進(jìn)電路，并且在電池放電時(shí)用作逆變器電路；以及絕緣雙向DC-DC轉(zhuǎn)換電路。雙向DC-DC轉(zhuǎn)換電路包括位于電壓轉(zhuǎn)換器兩側(cè)的兩個(gè)全橋電路，所述全橋電路分別用作逆變器和整流器電路。更具體地說，在為電池充電時(shí)，在AC電源側(cè)的全橋電路用作逆變器，而在電池側(cè)的全橋電路用作整流器電路。在電池放電時(shí)，電池側(cè)的全橋電路用作逆變器，而AC電源側(cè)的全橋電路用作整流器電路。電池側(cè)的全橋電路還設(shè)有在充電時(shí)用于平滑或在放電時(shí)用于去耦的電容器。
[0005]然而，在根據(jù)專利文獻(xiàn)I的雙向AC-DC轉(zhuǎn)換裝置中，當(dāng)為電池充電時(shí)，過量的波紋電流流入電容器，因此會(huì)損壞電容器。
[0006]專利文獻(xiàn)2公開了一種解決了上述問題的雙向AC-DC轉(zhuǎn)換裝置。除與專利文獻(xiàn)I中的電路構(gòu)造相似的電路構(gòu)造以外，根據(jù)專利文獻(xiàn)2的雙向AC-DC轉(zhuǎn)換裝置還包括位于電池側(cè)的全橋電路與電容器之間的線圈。繼電器與線圈并聯(lián)，并且雙向AC-DC轉(zhuǎn)換裝置被構(gòu)造為通過繼電器在充電時(shí)與放電時(shí)之間切換路線。當(dāng)電池充電時(shí)，其切換為使得電流流入線圈，以防止由于切換導(dǎo)致的過量波紋電流流入電容器。當(dāng)電池放電時(shí)，繼電器導(dǎo)通以避免能量在線圈中的積累，以及防止線圈由于切換控制而發(fā)生過量的沖擊電壓，否則可對(duì)全橋電路造成損壞。
[0007]而且，專利文獻(xiàn)3公開了一種雙向AC-DC轉(zhuǎn)換裝置，除與專利文獻(xiàn)I的電路構(gòu)造相似的電路構(gòu)造以外，其還包括在電池側(cè)的全橋電路中布置的線圈。
[0008][現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)]
[0009][專利文獻(xiàn)]
[0010]專利文獻(xiàn)1:日本專利申請(qǐng)公開N0.2010-178566
[0011]專利文獻(xiàn)2:日本專利申請(qǐng)公開N0.2012-70518
[0012]專利文獻(xiàn)3:日本專利N0.4670582

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013][本發(fā)明要解決的技術(shù)問題]
[0014]然而，在專利文獻(xiàn)2中，需要增加繼電器，這使得構(gòu)造復(fù)雜。
[0015]此外，在常規(guī)雙向DC-DC轉(zhuǎn)換電路中，在其中通過控制占空比不能執(zhí)行電壓轉(zhuǎn)換并且將要輸入至雙向AC-DC轉(zhuǎn)換裝置/將要從雙向AC-DC轉(zhuǎn)換裝置輸出的AC電壓和DC電壓的電壓值被預(yù)設(shè)的情況下，會(huì)產(chǎn)生問題。即使通過脈寬調(diào)制(PWM)來控制施加至全橋電路的電壓，電荷也被存儲(chǔ)在了在PWM控制的ON時(shí)段中已被截止的切換元件的寄生電容中，因此由于存儲(chǔ)在寄生電容中的電荷而使得即使在電壓截止的時(shí)段中也保持電流。因此，通過PffM控制不能執(zhí)行電壓轉(zhuǎn)換。雖然理解將被輸出的電壓值可通過改變構(gòu)成電壓轉(zhuǎn)換器的線圈的匝數(shù)比而改變，但是如果可被輸出的DC電壓的電壓值被設(shè)為很高，則可被輸出的AC電壓將很低，很可能無法執(zhí)行電壓轉(zhuǎn)換以滿足預(yù)設(shè)電壓值。
[0016]此外，在專利文獻(xiàn)3中，通過切換控制在線圈中積累的能量作為沖擊電壓被施加至全橋電路，這會(huì)損壞全橋電路。
[0017]在這種情況下，本發(fā)明的發(fā)明人構(gòu)思出的想法是提供一種在雙向AC-DC轉(zhuǎn)換裝置的DC輸入/輸出側(cè)上包含通過線圈提供的電容器的全橋電路，并且執(zhí)行預(yù)定切換控制，以防止電容器被波紋電流損壞，從而防止全橋電路被沖擊電壓損壞，而不用增加諸如繼電器的組件，并且還能升高將被輸出的AC電壓。
[0018]然而，當(dāng)電容器和線圈設(shè)置在雙向AC-DC轉(zhuǎn)換裝置的DC輸入/輸出側(cè)上時(shí)，隨著負(fù)載增大，包括在將從電池輸出的電流中的波紋電流增大，從而導(dǎo)致功率因數(shù)減小的問題。此外，波紋電流的增大會(huì)導(dǎo)致電池壽命縮短的問題。在從雙向AC-DC轉(zhuǎn)換裝置輸出的AC電壓的頻率為60Hz的情況下，產(chǎn)生120Hz的波紋電流。通常，通過增大用于去耦的電容器的電容量來減小波紋電流，然而，這導(dǎo)致成本增大的問題。波紋電流的問題不限于雙向AC-DC轉(zhuǎn)換裝置，并且在DC電壓輸入側(cè)上設(shè)有上述電容器和線圈的DC-AC轉(zhuǎn)換裝置中也發(fā)生相似的問題。
[0019]鑒于上述環(huán)境提出本發(fā)明，并且本發(fā)明致力于提供這樣一種DC-AC轉(zhuǎn)換裝置，其包括通過線圈在DC輸入側(cè)上設(shè)有電容器的全橋電路，其中可執(zhí)行預(yù)定切換控制以減小從電池輸出的波紋電流，而不用增大電容器的電容量，以及提供一種控制電路。
[0020][技術(shù)方案]
[0021]本申請(qǐng)中的本發(fā)明涉及一種DC-AC轉(zhuǎn)換裝置，該DC-AC轉(zhuǎn)換裝置包括:DC_DC轉(zhuǎn)換電路，其具有全橋電路并對(duì)施加至全橋電路的DC端子對(duì)的DC電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以輸出轉(zhuǎn)換后的DC電壓；DC-AC轉(zhuǎn)換電路，其將從DC-DC轉(zhuǎn)換電路輸出的DC電壓轉(zhuǎn)換為AC電壓，并且輸出轉(zhuǎn)換后的AC電壓；線圈，其一端連接至DC端子對(duì)的一個(gè)端子；以及電容器，其連接在線圈的另一端與DC端子對(duì)的另一端子之間，所述DC-AC轉(zhuǎn)換裝置還包括:短路控制部分，其控制全橋電路的切換，以使得全橋電路的橋臂暫時(shí)短路；反相控制部分，在短路控制部分使全橋電路的橋臂暫時(shí)短路之后，該反相控制部分控制全橋電路的切換，以使得從全橋電路輸出的AC電壓的相位反向；以及短路持續(xù)時(shí)間改變部分，其根據(jù)從DC-AC轉(zhuǎn)換電路輸出的AC電壓的周期來以特定周期改變?nèi)珮螂娐返臉虮鄱搪返某掷m(xù)時(shí)間。
[0022][有益效果]
[0023]根據(jù)本發(fā)明，在包括了將電容器通過線圈設(shè)在DC輸入側(cè)上的全橋電路的構(gòu)造中，可執(zhí)行預(yù)定切換控制以減小從電池輸出的波紋電流，而不用增大電容器的電容量。
【附圖說明】
[0024]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的雙向DC-AC轉(zhuǎn)換裝置的構(gòu)造示例的電路圖；
[0025]圖2是示出控制電路的構(gòu)造示例的框圖；
[0026]圖3是示出切換控制的方法的時(shí)序圖；
[0027]圖4是示出第二全橋電路的操作示例的說明性示圖；
[0028]圖5是示出施加至電壓轉(zhuǎn)換器的AC電壓的時(shí)序圖；
[0029]圖6是示出從短路狀態(tài)切換至AC電壓的相位反向的狀態(tài)的方法的操作說明圖；
[0030]圖7是示出從電池輸出的波紋電流的波形；
[0031]圖8是示出短路持續(xù)時(shí)間中的改變的曲線圖；
[0032]圖9是示出通過短路持續(xù)時(shí)間的改變而使波紋電流變化的波形；
[0033]圖10是示出控制單元關(guān)于切換控制執(zhí)行的處理程序的流程圖；
[0034]圖11是示出控制單元關(guān)于切換控制執(zhí)行的處理程序的流程圖；
[0035]圖12是示出控制單元關(guān)于短路持續(xù)時(shí)間的改變而執(zhí)行的處理程序的流程圖；
[0036]圖13是示出控制單元關(guān)于短路持續(xù)時(shí)間的改變而執(zhí)行的另一處理程序的流程圖；
[0037]圖14是示出第二全橋電路的另一操作示例的說明圖；
[0038]圖15是示出第二全橋電路的另一操作示例的說明圖；以及
[0039]圖16是示出雙向DC-AC轉(zhuǎn)換裝置的電壓上升功能的操作說明圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040][本發(fā)明的實(shí)施例的描述]
[0041]首先，將列出和描述本發(fā)明的實(shí)施例的細(xì)節(jié)。
[0042](I)根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例的DC-AC轉(zhuǎn)換裝置是這樣一種裝置，其包括=DC-DC轉(zhuǎn)換電路，其具有全橋電路并對(duì)施加至全橋電路的DC端子對(duì)的DC電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以輸出轉(zhuǎn)換后的DC電壓；DC-AC轉(zhuǎn)換電路，其將從DC-DC轉(zhuǎn)換電路輸出的DC電壓轉(zhuǎn)換為AC電壓，并且輸出轉(zhuǎn)換后的AC電壓；線圈，其一端連接至DC端子對(duì)的一個(gè)端子；以及電容器，其連接在線圈的另一端與DC端子對(duì)的另一端子之間，所述DC-AC轉(zhuǎn)換裝置還包括:短路控制部分，其控制全橋電路的切換，以使得全橋電路的橋臂暫時(shí)短路；反相控制部分，在短路控制部分將全橋電路的橋臂暫時(shí)短路之后，該反相控制部分控制全橋電路的切換，以使得從全橋電路輸出的AC電壓的相位反向；以及短路持續(xù)時(shí)間改變部分，其根據(jù)從DC-AC轉(zhuǎn)換電路輸出的AC電壓的周期來使全橋電路的橋臂短路的持續(xù)時(shí)間以特定周期改變。
[0043]根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例，控制電路控制全橋電路的切換，以使全橋電路的橋臂暫時(shí)短路，以將AC輸入/輸出部分所輸出的AC電壓的相位反向。也就是說，全橋電路的切換將不暫時(shí)阻擋電流的流動(dòng)，并且在DC-AC轉(zhuǎn)換時(shí)積累在線圈中的能量將不作為沖擊電壓施加至全橋電路。
[0044]而且，在全橋電路的橋臂短路的預(yù)定時(shí)段中將能量存儲(chǔ)在線圈中，因此，利用線圈的能量可升尚AC電壓。
[0045]另外，用于使全橋電路的橋臂短路的持續(xù)時(shí)間根據(jù)從DC-AC轉(zhuǎn)換電路輸出的AC電壓的周期來以特定周期改變，從而將要從電池輸出至全橋電路的DC端子對(duì)的波紋電流可減小。在多數(shù)情況下，當(dāng)負(fù)載電流增大時(shí)波紋電流往往通過增加短路持續(xù)時(shí)間而減小，并且當(dāng)負(fù)載電流減小時(shí)波紋電流往往通過減少短路持續(xù)時(shí)間而減小。
[0046]更具體地說，就雙向DC-AC轉(zhuǎn)換裝置而言，由于線圈介于電容器的一端與全橋電路之間，因此在AC-DC轉(zhuǎn)換時(shí)過量的波紋電流將不從全橋電路流入電容器。
[0047](2)在根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例的DC-AC轉(zhuǎn)換裝置中，全橋電路包括:第一橋臂，其具有彼此串聯(lián)的在正電極側(cè)上的第一切換元件和在負(fù)電極側(cè)上的第二切換元件；以及第二橋臂，其具有彼此串聯(lián)的在正電極側(cè)上的第三切換元件和在負(fù)電極側(cè)上的第四切換元件，并且第二橋臂與第一橋臂并聯(lián)連接，并且當(dāng)在第一切換元件和第四切換元件處于接通狀態(tài)(即，導(dǎo)通狀態(tài))而第二切換元件和第三切換元件處于關(guān)斷狀態(tài)(即，截止?fàn)顟B(tài))的一種激勵(lì)狀態(tài)與第一切換元件和第四切換元件處于關(guān)斷狀態(tài)而第二切換元件和第三切換元件處于接通狀態(tài)的一種激勵(lì)狀態(tài)之間相互切換之前，短路控制部分將第一切換元件和第二切換元件暫時(shí)切換為接通狀態(tài)(或關(guān)斷狀態(tài))，并且將第三切換元件和第四切換元件切換為關(guān)斷狀態(tài)(或接通狀態(tài))。
[0048]根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例，在第一切換元件和第四切換元件處于接通狀態(tài)而第二切換元件和第三切換元件處于關(guān)斷狀態(tài)的一種激勵(lì)狀態(tài)與第一切換元件和第四切換元件處于關(guān)斷狀態(tài)而第二切換元件和第三切換元件處于接通狀態(tài)的一種激勵(lì)狀態(tài)之間相互切換之前，在預(yù)定時(shí)間段將第一切換元件和第二切換元件切換為接通狀態(tài)(或關(guān)斷狀態(tài))而將第三切換元件和第四切換元件切換為關(guān)斷狀態(tài)(或接通狀態(tài))，以實(shí)現(xiàn)暫時(shí)短路狀態(tài)。
[0049](3)在根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例的DC-AC轉(zhuǎn)換裝置中，全橋電路的橋臂短路的持續(xù)時(shí)間A T