直流电源装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种直流电源装置及其控制方法。在滤波电容器的初始充电中，能够对滤波电抗器中流动的电流成为过电流、无法实现基于软开关的切断进行防止。此外，通过脉冲间隔剔除动作能防止变压器偏磁。具备禁止主开关元件和谐振用开关元件的门信号从而对接通脉冲进行间隔剔除处理的控制装置，间隔剔除该接通脉冲的处理具备如下单元，即：在与输出侧连接的滤波电容器的电压即直流输出电压从直流输出电压指令值起变大了规定的电压时、或者直流输出电压低于规定的电压的情况下，基于包括谐振电路的DC—DC转换器的电路常数和输入电源电压来决定脉冲的接通次数。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种。在滤波电容器的初始充电中，能够对滤波电抗器中流动的电流成为过电流、无法实现基于软开关的切断进行防止。此外，通过脉冲间隔剔除动作能防止变压器偏磁。具备禁止主开关元件和谐振用开关元件的门信号从而对接通脉冲进行间隔剔除处理的控制装置，间隔剔除该接通脉冲的处理具备如下单元，即：在与输出侧连接的滤波电容器的电压即直流输出电压从直流输出电压指令值起变大了规定的电压时、或者直流输出电压低于规定的电压的情况下，基于包括谐振电路的DC—DC转换器的电路常数和输入电源电压来决定脉冲的接通次数。【专利说明】
本专利技术涉及直流电源装置，尤其涉及基于使用了被设于铁道车辆的半导体开关元件的DC — DC变换的。
技术介绍
在将直流电压的大小改变成任意值的情况下、使不稳定的直流电源稳定化的情况下、或者需要与输入电绝缘的直流电源的情况下等，使用的是绝缘型DC — DC转换器。绝缘型DC — DC转换器由从直流生成交流的初级电路、绝缘用变压器、和将交流变换成直流的次级电路(整流电路)构成。在DC — DC转换器中，通过提高施加频率能够使绝缘用变压器小型化，但是伴随着高频化的开关转换损耗的抑制却成为课题。为了解决该课题，利用谐振电路以使开关转换损耗减低的软开关方式被公知，在图10中示出专利文献I所记载的电路构成。该DC — DC转换器由将直流变换成交流的初级电路、变压器、将交流变换成直流的次级电路、和平滑化滤波器构成，并向直流负载供电。该DC — DC转换器为使初级电路中的开关转换损耗减低，在次级电路的输出端子之间连接了谐振电容器和开关元件(以下略称为谐振开关)的串联电路。而且，由谐振电容器和变压器的次级侧漏电感来形成谐振电路，先于初级电路的主开关元件的关断而使谐振开关接通，利用谐振电容器的充放电电流而使主开关元件应切断的变压器的次级电流为零，使初级电流减低到只有变压器的励磁电流的电平为止，从而实现准零电流切断(以下称作零电流切断)，能够使初级电路的关断损耗大幅减低。另一方面,在这种DC—DC转换器中，在负载为轻负载的情况下、初始启动时存在以下所示的课题。第一个课题在于，如果在连续动作中被连接的负载成为轻负载，则初级电路缩短脉冲宽度以减小所供给的能量，但是根据软开关的情况有时需要使主开关元件和谐振开关的脉冲的宽度比谐振电路的谐振周期的I / 2要长，因此所供给的能量也存在下限值。如果相对于该供给能量的下限值而负载所消耗的能量小，则无法将DC — DC转换器的输出侧滤波电容器电压确保为恒定，故存在成为过电压的课题。第二个课题在于，在DC — DC转换器的输出侧滤波电容器电压低时，例如在进行输出侧滤波电容器的初始充电之际，由于变压器的次级侧端子电压与输出侧滤波电容器电压之间的电压差大，根据该电压差而流动输出电流，因此难以抑制输出电流，故存在会成为过电流的课题。为了解决这两个课题，有通过间隔剔除DC — DC转换器的脉冲而使能量供给停止规定期间的方法，例如在专利文献2中示出如下内容，S卩:具备脉冲数减低单元，该脉冲数减低单元在平滑电路的输出电压大于所述目标电压的情况下减少占空比信号输出单元所输出的脉冲信号的每单位时间的脉冲数，以使平滑电路的输出电压成为目标电压。此外，在专利文献3中示出如下内容，S卩:如果输出电压超过规定的基准电压，则成组地间隔剔除规定的连续脉冲、即间隔剔除I个周期的脉冲，尽管如此在输出电压还超过基准电压的情况下，进一步持续地间隔剔除I个周期的脉冲、即在输出电压超过了基准电压的情况下，以I周期为单位来停止脉冲信号的输出，直到该输出电压变为基准电压以下为止。专利文献1:日本特开平4一368464号专利文献2:日本特开2009— 296763号专利文献3:日本特开2004—159473号在应用于以专利文献2以及专利文献3所公开的现有技术作为本专利技术前提的软开关式DC — DC转换器的情况下，如果是DC — DC转换器的输出侧的滤波电容器被充电成规定的电压值的状态，则防止轻负载状态下的滤波电容器的电压上升较为容易。然而，在输出侧的滤波电容器电压低的情况下(尤其是在滤波电容器以零电压来进行初始充电的情况下)，由于利用谐振电路所产生的谐振能量的同时进行所述电容器的充电，因此尤其在与滤波电容器的电容相比滤波电抗器的电感相对小的情况下，在现有技术的脉冲间隔剔除动作中，存在滤波电容器没有充分充电而输出电流便急剧增加，最差时以至于过电流会破坏设备的这种技术问题。此外，如果输出电流变得大于谐振电路中流动的谐振电流，则无法实现基于软开关的零电流切断。进而，在通常的连续动作中，虽然对变压器正负交替地施加脉冲电压，但是在进行了脉冲间隔剔除动作的情况下，需要注意即将进入脉冲间隔剔除动作之前的最后的脉冲的极性、和脉冲间隔剔除动作被解除而再次被施加脉冲电压之际的脉冲的极性。例如，在即将实施脉冲间隔剔除之前的脉冲的极性、和刚解除脉冲间隔剔除之后的脉冲的极性相同的情况下，在基于脉冲间隔剔除的脉冲的停止时间短时，存在变压器会偏磁的课题。如果偏磁扩大，则变压器引发磁饱和，从而引出励磁电流增大、或者电压波形变形等的问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的特征在于，作为主电路而具备:将直流电力变换成交流电力的初级电路、输入初级电路所输出的交流电力的变压器、将所述变压器所输出的交流电力变换成直流电力的次级电路、与所述次级电路的直流输出侧连接且包括谐振用开关元件和谐振电容器的串联电路的谐振电路、以及对所述次级电路的输出进行平滑的滤波电路，另一方面，作为控制电路而具备向所述初级电路内的主开关元件和谐振用开关元件供给被进行过脉冲宽度调制的门信号、并且禁止所述主开关元件和谐振用开关元件的门信号以进行间隔剔除接通脉冲的处理的控制装置，间隔剔除该接通脉冲的处理具备如下单元，即:在与所述次级电路的输出侧连接的滤波电容器的电压即直流输出电压从直流输出电压指令值起变大了规定的电压时、或者直流输出电压低于规定的电压的情况下，基于包括谐振电路的DC — DC转换器的电路常数和输入电源电压来决定脉冲的接通次数。此外，其特征在于，在间隔剔除接通脉冲的处理中具备如下单元，S卩:存储在即将间隔剔除之前的最后所输出的脉冲的符号，在I个周期的中途能够停止并重新开始脉冲输出以使在刚间隔剔除之后的最初所输出的脉冲的符号与所存储的符号成为相反极性。其结果，能够防止间隔剔除动作中的变压器的偏磁的同时，通过实施间隔尺寸细的间隔剔除处理来抑制DC — DC转换器的输出侧滤波电容器的初始充电中的过电流，从而在经济方面能够提高可靠性。专利技术效果根据本专利技术的优选实施方式，能够在脉冲间隔剔除处理中防止变压器的偏磁的同时，通过实施间隔尺寸细的间隔剔除处理来抑制初始充电时的过电流，由此能够防止设备的破坏，能够提闻系统的可罪性。【专利附图】【附图说明】图1是表示本专利技术的实施例1、2中的直流电源装置的主电路的构成例的图。图2是表示图1所示的直流电源装置中的动作波形的图。图3是表示本专利技术的实施例1中的控制装置的功能框图。图4是本专利技术的实施例1中的脉冲间隔剔除处理部的功能框图。图5是表示图1所示的直流电源装置的以往的、滤波电容器初始充电时的动作波形的图。图6是表示图1所示的直流电源装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流电源装置，其具备：直流电压源；初级电路，其通过开关元件的动作而将所述直流电压源的直流电力变换成交流电力；变压器，其被输入所述初级电路所输出的交流电力；次级电路，其将所述变压器所输出的交流电力变换成直流电力；谐振电路，其与所述次级电路的直流输出侧并联连接，具有谐振用开关元件和谐振电容器被串联连接的串联电路；以及滤波电路，其具有电抗器和电容器，对所述次级电路所输出的直流电力进行平滑，所述直流电源装置还具备：控制装置，其对所述初级电路内的开关元件的接通断开状态进行控制，在将所述开关元件设为接通状态的期间将所述谐振用开关元件设为接通状态，所述直流电源装置的特征在于，所述控制装置具备：控制单元，其在所述滤波电路的电容器为规定的电压值以下时，将所述开关元件和所述谐振用开关元件设为规定次数的接通状态，然后在所述谐振用开关元件的动作周期以上的规定期间将所述开关元件和所述谐振用开关元件设为断开状态。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：筱宫健志，儿岛彻郎，杉浦彻，川本健泰，村冈一史，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所， 日立水户工程技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP