DC电源系统技术方案

本发明专利技术的目的在于，提供通过具有串联连接开关元件的电路来传递具有中性点且高于单个DC电源的输入电压的DC输出的DC电源系统。本发明专利技术的DC电源系统已解决了正端子和中性点之间的电压与负端子和中性点之间的电压不均衡的问题。该DC电源系统包括四个串联连接的开关元件、与四个开关元件中内侧的两个开关元件并联连接的DC电源和电抗器的串联连接电路、以及与串联连接的四个开关元件并联连接的两个串联连接的电容器。从串联连接电容器的两个末端传递DC输出。在操作控制DC电源系统时，将中性点和正端子之间的电容器电压与中性点和负端子之间的电容器电压作比较，并且操作四个开关元件以均衡两个电容器电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及将诸如电池之类的DC电源的DC电压升压到具有中性点的DC电压的DC电源系统，这些DC电源系统包括例如不间断电源系统(UPS)、太阳能发电系统、以及燃料电池。本专利技术具体涉及使设置在DC电源系统的DC输出侧中的串联连接电容器电路中一电容器两端的电压和另一电容器两端的电压之间保持均衡的控制系统。
技术介绍
图8是采用专利文献I中所公开的常规技术的DC电源系统的电路图。主电路包括用于供应DC功率的DC电源8、电抗器I、开关元件2A和2B、二极管3AD和3BD、以及输出电容器4A和4B。开关元件2A和2B执行开关操作来获取电容器4A两端和电容器4B两端的期望电压，从而向负载9供应比DC电源8的电压高的DC输出电压。该电路构造的控制操作通过使用由两个磁耦合绕组构成的电抗器I对具有移相角的开关元件2A和2B进行导通-截止控制来执行。该控制系统减少通过电抗器I的电流中的波纹，从而构造小尺寸且低成本的设备，这是通过控制系统实现的目的。控制系统的细节在专利文献I中进行了描述，并且因此在此予以省略。该电路是用于将来自DC电源8的功率供应到负载9的单向升压斩波电路。然而，该电路还变成用于通过将反并联连接的开关元件添加到二极管3AD和3BD以将来自负载9的功率回收到DC电源8的双向升压斩波电路。[专利文献I]日本未经审查的专利申请公开No. 2002-295228当专利文献I的斩波器连接到诸如不间断电源系统(UPS)之类的三级逆变器时，该逆变器(即，DC-AC转换电路)连接到在电容器4A和4B两端的斩波器、以及两个电容器之间的串联连接点。由于半导体元件的电压降的分散、电路组件的阻抗、以及选通信号、并且由于逆变器引起DC功率的不均衡，电容器4A两端的电压和电容器4B电路的电压变得不均衡。该不均衡导致过大的电压或不足的电压，该电压可引起操作的中断。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于，提供双向升压型DC电源系统，尽管组件特性和操作信号分散、或负载处的功率不均衡，但该双向升压型DC电源系统供应串联连接的DC输出电容器的均衡电压。为了实现以上所述的目的，本专利技术的第一方面提供升压型DC电源，该升压型DC电源包括各自具有反并联连接二极管的串联连接的第一至第四开关元件、其一端连接到串联连接的第一开关元件和第二开关元件之间的点的第一电抗器、其一端连接到串联连接的第三开关元件和第四开关元件之间的点的第二电抗器、其一端连接到第一电抗器的另一端而其另一端连接到第二电抗器的另一端的DC电源、与串联连接的第一开关元件和第二开关元件并联连接的第一电容器、以及与串联连接到第三开关元件和第四开关元件并联连接的第二电容器。DC电源系统的DC输出电压是第一电容器和第二电容器的串联连接电路的电压，并且DC电源系统具有在第一电容器的一端处的正端子、在第一电容器和第二电容器的串 联连接点处的中性端子、以及在第二电容器的一端处的负端子的输出端子。DC电源系统在第一模式和第二模式中操作。第一模式在第一电容器两端的电压和第二电容器两端的电压低于DC电源的电压、第一和第二电抗器中的电流以非连续模式流动、以及第一电容器两端的电压高于第二电容器两端的电压的条件下，通过以下的过程进行操作第二开关元件导通以使电流连续地流过DC电源、第一电抗器、第二开关元件、第二电容器、第四开关元件的二极管、以及第二电抗器，随后第二开关元件截止从而将第一和第二电抗器中所存储的磁能传送到第一和第二电容器以对电容器充电。随后在第一模式中，第一和第四开关兀件导通以使第一电容器放电到处于第二开关元件导通之前的值的电压。第二模式在除第一电容器两端的电压低于第二电容器两端的电压以外与第一模式相同的条件下，通过除第三开关元件代替第二开关元件导通和截止而第四开关元件代替第一开关元件导通和截止以外通过与第一模式相同的过程进行操作。本专利技术的第二方面提供升压型DC电源系统，该升压型DC电源系统包括各自具有反并联连接二极管的串联连接的第一至第四开关元件、其一端连接到串联连接的第一开关元件和第二开关元件之间的点的第一电抗器、其一端连接到串联连接的第三开关元件和第四开关元件之间的点的第二电抗器、其一端连接到第一电抗器的另一端而其另一端连接到第二电抗器的另一端的DC电源、与串联连接的第一开关元件和第二开关元件并联连接的第一电容器、与串联连接的第三开关元件和第四开关元件并联连接的第二电容器、各自具有与串联连接的第一和第二电容器并联连接的反并联连接二极管的串联连接的第五开关元件和第六开关元件、连接在第一和第二电容器的串联连接点与第五和第六开关元件的串联连接点之间的第三电抗器。DC电源系统的DC输出电压是第一电容器和第二电容器的串联连接电路的电压，并且DC电源系统具有在第一电容器的一端处的正端子、在第一电容器和第二电容器的串联连接点处的中性端子、以及在第二电容器的一端处的负端子的输出端子。DC电源系统在第三模式、第五模式、第四模式、以及第六模式中操作。第三模式在第一电容器两端的电压和第二电容器两端的电压低于DC电源的电压、第一和第二电抗器中的电流以非连续模式流动、以及第一电容器两端的电压高于第二电容器两端的电压的条件下，通过以下的过程进行操作其中第一开关元件和第二开关元件交替地导通和截止、且第二开关元件的导通时间长于第一开关元件的导通时间，以及第三开关元件和第四开关元件交替地导通和截止、且第四开关元件的导通时间长于第三开关元件的导通时间。第五模式在与第三模式相同的条件下且通过与第三模式相同的过程进行操作，不同之处在于当第一开关元件的导通时间或第三开关元件的导通时间不存在、且第一电容器两端的电压和第二电容器两端的电压彼此不同时，使第五开关元件的导通时间长于第六开关元件的导通时间。此时，使第五开关元件和第四开关元件的导通时间等于第二开关元件和第三开关元件的导通时间。第四模式在除第一电容器两端的电压低于第二电容器两端的电压以外与第三模式相同的条件下，通过以下的过程进行操作其中第一开关元件和第二开关元件交替地导通和截止、且第一开关元件的导通时间长于第二开关元件的导通时间，以及第三开关元件和第四开关元件交替地导通和截止、且第三开关元件的导通时间长于第四开关元件的导通时间。第六模式在与第四模式相同的条件下且通过与第四模式相同的过程进行操作，不同之处在于当第一电容器两端的电压和第二电容器两端的电压彼此不同时，甚至在第一开关元件或第三开关元件具有最大导通时间的情况下，使第六开关元件的导通时间长于第五开关元件的导通时间。 本专利技术的DC电源系统通过对应于电抗器电流是不连续的还是连续的而改变开关元件的操作来控制，从而实现串联连接电容器的电压之间的均衡。在此情况下，只通过开关元件的操作来控制是不可能的，附加提供的均衡电路执行控制。因此，即使在从第一电容器到负载的放电功率与来自第二电容器的放电功率之间不均衡、或者从负载到第一电容器的充电功率与从负载到第二电容器的放电功率之间不均衡的情况下，也建立电容器的电压之间的均衡。附图说明图I是根据本专利技术的第一实施例中的控制电路的框图；图2是根据本专利技术的第二实施例中的控制电路的框图；图3是根据本专利技术的第一实施例的主电路的电路图；图4示出根据本专利技术的第一实施例的操作中的波形A ；图5示出根据本专利技术的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种升压型DC电源系统，包括：各自具有反并联连接二极管的串联连接的第一至第四开关元件、其一端连接到所述串联连接的第一开关元件和第二开关元件之间的点的第一电抗器、其一端连接到所述串联连接的第三开关元件和第四开关元件之间的点的第二电抗器、其一端连接到所述第一电抗器的另一端而其另一端连接到所述第二电抗器的另一端的DC电源、与所述串联连接的第一开关元件和第二开关元件并联连接的第一电容器、以及与所述串联连接的第三开关元件和第四开关元件并联连接的第二电容器；所述DC电源系统的DC输出电压是所述第一电容器和所述第二电容器的串联连接电路的电压，并且所述DC电源系统具有在所述第一电容器的一端处的正端子、在所述第一电容器和所述第二电容器的串联连接点处的中性端子、以及在所述第二电容器的一端处的负端子的输出端子；所述DC电源系统在第一模式和第二模式中操作，其中所述第一模式：在所述第一电容器两端的电压和所述第二电容器两端的电压低于所述DC电源的电压、所述第一和第二电抗器中的电流以非连续模式流动、以及所述第一电容器两端的电压高于所述第二电容器两端的电压的条件下，通过以下的过程进行操作：所述第二开关元件导通以使电流连续地流过所述DC电源、所述第一电抗器、所述第二开关元件、所述第二电容器、所述第四开关元件的二极管、以及所述第二电抗器，随后所述第二开关元件截止从而将所述第一和第二电抗器中所存储的磁能传送到所述第一和第二电容器以对所述电容器充电，并且随后所述第一和第四开关元件导通以使所述第一电容器放电到处于所述第二开关元件导通之前的值的电压；以及所述第二模式：在除所述第一电容器两端的电压低于所述第二电容器两端的电压以外与所述第一模式相同的条件下，除所述第三开关元件代替所述第二开关元件导通和截止而所述第四开关元件代替所述第一开关元件导通和截止以外通过与所述第一模式相同的过程进行操作。...

【技术特征摘要】
2011.06.20 JP 2011-1363241.一种升压型DC电源系统,包括 各自具有反并联连接二极管的串联连接的第一至第四开关元件、其一端连接到所述串联连接的第一开关元件和第二开关元件之间的点的第一电抗器、其一端连接到所述串联连接的第三开关元件和第四开关元件之间的点的第二电抗器、其一端连接到所述第一电抗器的另一端而其另一端连接到所述第二电抗器的另一端的DC电源、与所述串联连接的第一开关元件和第二开关元件并联连接的第一电容器、以及与所述串联连接的第三开关元件和第四开关元件并联连接的第二电容器； 所述DC电源系统的DC输出电压是所述第一电容器和所述第二电容器的串联连接电路的电压，并且所述DC电源系统具有在所述第一电容器的一端处的正端子、在所述第一电容器和所述第二电容器的串联连接点处的中性端子、以及在所述第二电容器的一端处的负端子的输出端子； 所述DC电源系统在第一模式和第二模式中操作，其中 所述第一模式 在所述第一电容器两端的电压和所述第二电容器两端的电压低于所述DC电源的电压、所述第一和第二电抗器中的电流以非连续模式流动、以及所述第一电容器两端的电压高于所述第二电容器两端的电压的条件下， 通过以下的过程进行操作所述第二开关元件导通以使电流连续地流过所述DC电源、所述第一电抗器、所述第二开关元件、所述第二电容器、所述第四开关元件的二极管、以及所述第二电抗器，随后所述第二开关元件截止从而将所述第一和第二电抗器中所存储的磁能传送到所述第一和第二电容器以对所述电容器充电，并且随后所述第一和第四开关元件导通以使所述第一电容器放电到处于所述第二开关元件导通之前的值的电压；以及所述第二模式 在除所述第一电容器两端的电压低于所述第二电容器两端的电压以外与所述第一模式相同的条件下， 除所述第三开关元件代替所述第二开关元件导通和截止而所述第四开关元件代替所述第一开关元件导通和截止以外通过与所述第一模式相同的过程进行操作。2.一种升压型DC电源系统,包括 各自具有反并联连接二极管的串联连接的第一至第四开关元件、其一端连接到所述串联连接的第一开关元件和第二开关元件之间的点的第一电抗器、其一端连接到所述串联连接的第三开关元件和第四开关元件之间的点的第二电抗器、其一端连接到所述第一电抗器的另一端而其另一端连接到所述第二电抗器的另一端的DC电源、与所述串联连接的第一开关元件和第二开关元件并联连接的第一电容器...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤井干介，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：