双向DC－DC变换器和双向DC－DC变换器的控制方法技术

本发明专利技术提供一种双向DC-DC变换器和双向DC-DC变换器的控制方法，具有对与第一电源连接的电压型全桥式电路和与第二电源连接的电流型开关电路进行连接的变压器。在此，将由开关元件和钳位电容器构成的电压钳位电路连接到电流型开关电路上，具有使开关元件协调动作的控制电路，以操纵谐振电抗器中流动的电流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有绝缘功能的双向DC-DC变换器及其控制方法。
技术介绍
近年来，随着对全球环境保护意识的提高，逐步普及了效率高的混合动力汽车。混合动力汽车具有驱动行驶马达用的主电池和辅机驱动用的辅机电池。若能够在这2个电压不同的电池间相互供给电力，就能够增加车辆电源系统的设计自由度。日本特开2002-165448号公报中公开了一种在电压不同的2个电源间双向地变换电力的双向DC-DC变换器。专利文献I中记载的双向DC-DC变换器，通过变压器连接了高压侧的电压型电路和具有扼流圈的低压侧的电流型电路。通过使高压侧电路的开关元件工作，从高压侧电源向低压侧电源供给电力，此外，通过使低压侧电路的开关元件工作，从低压侧电源向高压侧电源供给电力。另外，日本特开2006-187147号公报中公开了一种双向DC-DC变换器，其在低压侧电路上连接了包括开关元件和电容器的串联连接体的电压钳位电路。专利文献2中记载的双向DC-DC变换器，利用电压钳位电路来降低在降压动作时由循环电流所产生的损耗。此夕卜，还提供了一种防止在升降压动作时在低压侧电路中产生浪涌电压，降低开关元件的耐压，高效率且小型的双向DC-DC变换器。专利文献I日本特开2002-165448号公报专利文献2日本特开2006-187147号公报在日本特开2002-165448号公报中公开的以往的双向DC-DC变换器中，除了在降压动作时因为循环电流所产生的损耗而导致效率降低以外，还会因为在升降压动作时低压侧电路中产生的浪涌电压而必须要提高开关元件的耐压，这就妨碍了小型化和高效率化。此外，在日本特开2006-187147号公报中公开的以往的双向DC-DC变换器中，在升压动作时升压电压比和输出功率大的情况下，同样必须要提高低压侧电路的开关元件的耐压，这妨碍了小型化和高效率化。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种在升压动作时升压电压比和输出功率大的情况下，也能降低施加到低压侧电路的开关元件上的电压，且小型、高效的双向DC-DC变换器。此外，本专利技术的另一个目的在于提供一种在降压动作时也能够小型且输出大功率的双向DC-DC变换器。为了达到上述目的，本专利技术涉及的双向DC-DC变换器包括高电压侧开关电路，连接在第一直流电源与变压器之间，在直流/交流相互间进行电力变换；低电压侧开关电路，连接在第二直流电源与所述变压器之间，在直流/交流相互间进行电力变换；和控制电路，控制所述各开关电路所包含的开关元件的接通/关断；该双向DC-DC变换器在所述第一和第二直流电源间进行电力的授受，所述高电压侧开关电路包括第一上下臂，串联连接有第一上臂开关元件和第一下臂开关元件；第二上下臂，串联连接有第二上臂开关元件和第二下臂开关元件；第一平滑电容器，与所述第一和第二上下臂及所述第一直流电源并联连接；和谐振电容器、谐振电抗器和所述变压器的初级绕线的串联连接体，连接在所述第一上臂开关元件和第一下臂开关元件的串联连接点、与所述第二上臂开关元件和第二下臂开关元件的串联连接点之间；所述低电压侧开关电路包括第一开关元件组，包括与所述第二直流电源和所述变压器的次级绕线连接的多个开关元件；平滑电抗器，与所述第一开关元件组和/或所述变压器的次级绕线连接；第二平滑电容器，一端与所述第一开关元件组所包含的开关元件的一端连接，另一端与所述平滑电抗器的一端连接，并且与所述第二直流电源并联连接；和电压钳位电路，具备与所述第一开关元件组所包含的开关元件连接的、至少包括一个开关元件的第二开关元件组和钳位电容器；所述控制电路包括第一切换单元，在所述第一上臂开关元件和第二下臂开关元件均为接通状态的期间，将所述第二开关元件组中关断状态的开关元件切换为接通；和第二切换单元，在将由所述第一切换单元切换为接通的开关元件保持为接通状态的情况下，将所述第一下臂开关元件和第二上臂开关元件切换为接通。此外，在本专利技术的一个方式中，其特征在于，所述控制电路还包括下述单元在将由所述第一切换单元切换为接通的开关元件保持为接通状态的情况下，将所述第一下臂开关元件和第二上臂开关元件切换为接通，在所述初级绕线中流动的电流的方向反转之后，将所述接通状态的开关元件切换为关断。此外，在本专利技术的一个方式中，其特征在于，所述控制电路还包括第三切换单元，在所述第一下臂开关元件和第二上臂开关元件均为接通状态的期间，将所述第二开关元件组的关断状态的开关元件切换为接通；和第四切换单元，在将由所述第三切换单元切换为接通的开关元件保持为接通状态的情况下，将所述第一上臂开关元件和第二下臂开关元件切换为接通。此外，在本专利技术的一个方式中，其特征在于，所述控制电路还包括下述单元在将由所述第三切换单元切换为接通的开关元件保持为接通状态的情况下，将所述第一上臂开关元件和第二下臂开关元件切换为接通，在所述初级绕线中流动的电流的方向反转之后，将所述接通状态的开关元件切换为关断。此外，在本专利技术的一个方式中，其特征在于，在由所述第一或第三切换单元切换为接通的开关元件处于接通状态的期间，向所述谐振电抗器和所述谐振电容器的串联连接体施加实质上为所述第一直流电源的2倍的电压。本专利技术涉及的双向DC-DC变换器包括高电压侧开关电路，连接在第一直流电源与变压器之间，在直流/交流相互间进行电力变换；低电压侧开关电路，连接在第二直流电源与所述变压器之间，在直流/交流相互间进行电力变换；和控制电路，控制所述各开关 电路所包含的开关元件的接通/关断；该双向DC-DC变换器在所述第一和第二直流电源间进行电力的授受，所述高电压侧开关电路包括第一上下臂，串联连接有第一上臂开关元件和第一下臂开关元件；第二上下臂，串联连接有第二上臂开关元件和第二下臂开关元件；第一平滑电容器，与所述第一和第二上下臂及所述第一直流电源并联连接；和谐振电容器、谐振电抗器和所述变压器的初级绕线的串联连接体，连接在所述第一上臂开关元件和第一下臂开关元件的串联连接点、与所述第二上臂开关元件和第二下臂开关元件的串联连接点之间；所述低电压侧开关电路包括第一开关元件组，包括与所述第二直流电源和所述变压器的次级绕线连接的多个开关元件；平滑电抗器，与所述第一开关元件组和/或所述变压器的次级绕线连接；第二平滑电容器，一端与所述第一开关元件组所包含的开关元件的一端连接，另一端与所述平滑电抗器的一端连接，并且与所述第二直流电源并联连接；和电压钳位电路，具备与所述第一开关元件组所包含的开关元件连接的、至少包括一个开关元件的第二开关元件组和钳位电容器；所述控制电路包括在向所述第一直流电源供给能量的期间，将所述第一和第二的上或下臂开关元件的一个切换为接通的单元；和控制单元，根据向所述第一直流电源供给的能量，控制从自所述第二直流电源向所述平滑电抗器蓄积能量的期间切换到释放能量的期间的定时、和将接通状态的所述上或下臂开关元件切换为关断的定时。此外，在本专利技术的一个方式中，其特征在于，所述控制单元将接通状态的所述上或下臂开关元件切换为关断，在所述初级绕线中流动的电流的方向反转之后，将接通状态的所述第一开关元件组的开关元件切换为关断，从蓄积所述平滑电抗器的能量切换为释放所述平滑电抗器的能量。此外，在本专利技术的一个方式中，其特征在于，所述控制单元控制从将接通状态的所述第一开关元件组的开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：岛田尊卫，高桥芳秀，谷口辉三彰，庄司浩幸，
申请(专利权)人：日立计算机机器株式会社，
类型：发明
国别省市：