双向dc/dc变换器和电力调节器的制作方法

专利名称：双向dc/dc变换器和电力调节器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于双向地传送和接收DC电力的一种双向DC/DC变换器和一种电力
调节器。
背景技术：
在诸如对蓄电池进行充电和放电的双向地传送和接收DC电力时，已需要双向DC/ DC变换器并且迄今也已经开发了大量的这样的双向DC/DC变换器。例如，日本专利特许公开NO. 2002-165448 (专利文献1)公开了以下的隔离型双 向DC/DC变换器。S卩，在专利文献1的图1中，如下地实现了从主电池1向辅助机构电池 (auxiliary machinery battery) 5的下变换的电力馈送。当一对NMOS晶体管211和214 以及一对NMOS晶体管212和213按规定的周期交替导通时，生成单相矩形波AC电压。通 过变压器3对该单相矩形波AC电压进行下变换，作为结果的电压通过开关及整流单元41 经历单相全波整流并且通过次级侧平流电路42进行平滑，并且作为结果的电压被施加到 辅助机构电池5。同时，如下地实现从辅助机构电池5向主电池1的上变换的电力馈送。通 过使开关及整流单元41的NMOS晶体管411和412两者导通，在扼流线圈421中存储磁能。 然后，关断NMOS晶体管41。由此，通过NMOS晶体管412对来自辅助机构电池5的输出电压 进行上变换使得在变压器3的初级线圈中生成AC电压分量。然后，该AC电压分量通过单 相逆变器电路21的续流二极管D经历全波整流并且通过初级侧平流电路22进行平滑，由 此对主电池1充电。现有技术文献专利文献专利文献1 日本专利特许公开NO. 2002-165448

发明内容
本发明要解决的问题在专利文献1中描述的双向DC/DC变换器中，在施加作为在扼流线圈421中存储 磁能的结果而上变换后的电压以及附加的利用处于关断状态中的每个元件施加到辅助机 构电池5的电压的同时，使开关元件411和412导通。另外，由于在开关元件411和412两 者导通并且电流流过开关元件411和412的同时，应当关断开关元件411和412，所以当开 关元件411和412被关断时，施加在开关元件411和412上的负载较高。具体地，在与向光 伏电池和蓄电池提供电能以及从光伏电池和蓄电池接收电能的电力系统互连的电力调节 器中，来自电力系统的电压是AC 200V。因此，在专利文献1中描述的双向DC/DC变换器中， 被施加在开关元件411和412上的瞬态电压变大并且不可避免地应当选择具有高耐受电压 的开关元件。通常，耐受电压越高，开关元件的导通电阻越大。随着导通电阻的增加，双向 DC/DC变换器的效率降低并且用于开关元件的废热散失的散热器的尺寸增加，这产生了问 题。
做出了本发明来解决上述的问题，并且本发明的目的在于提供能够实现开关元件 中的低损耗并且允许使用低耐受电压的开关元件的一种双向DC/DC变换器以及一种电力 调节器。解决问题的手段为了解决上述问题，根据本发明的一方面的双向DC/DC变换器是一种这样的双向 DC/DC变换器，其包括第一电压端子到第四电压端子，并且执行用于将施加到第一电压端 子和第二电压端子的DC电压变换为规定的DC电压并且将该DC电压提供给第三电压端子 和第四电压端子的正向操作，以及将施加到第三电压端子和第四电压端子的DC电压变换 为规定的DC电压并且将该DC电压提供给第一电压端子和第二电压端子的反向操作，所述 双向DC/DC变换器包括隔离变压器，其包含第一绕组和第二绕组；第一双向DC/AC变换电 路，连接在第一电压端子、第二电压端子和第一绕组之间，用于在正向操作中将施加到第一 电压端子和第二电压端子的DC电压变换为AC电压并且将该AC电压输出给第一绕组以及 在反向操作中对在第一绕组中感应的AC电压进行整流和平滑并且将该AC电压输出给第一 电压端子和第二电压端子；以及第二双向DC/AC变换电路，连接在第三电压端子、第四电压 端子和第二绕组之间，用于在正向操作中对第二绕组中感应的AC电压进行整流和平滑并 且将该AC电压输出给第三电压端子和第四电压端子以及在反向操作中将施加到第三电压 端子和第四电压端子的DC电压变换为AC电压并且将该AC电压输出给第二绕组；所述第二 双向DC/AC变换电路包括推挽电路，其包括分别耦接到第二绕组的相对端的第一开关元 件和第二开关元件，耦接到推挽电路、第三电压端子和第四电压端子的上变换电路，并且上 变换电路包括电感器，用于由于所存储的磁能而允许电流通过第二绕组、处于导通状态的 第一开关元件和处于导通状态的第二开关元件；以及第三开关元件，在其导通时形成经过 第三电压端子、该电感器和第四电压端子而不经过第一开关元件和第二开关元件的电流通 路。优选地，该电感器具有连接到第二绕组的除了相对端之外的部分的第一端和连接 到第三电压端子的第二端，第一开关元件具有连接到第二绕组的第一端的第一端和连接到 第四电压端子的第二端，第二开关元件具有连接到第二绕组的第二端的第一端和连接到第 四电压端子的第二端，而第三开关元件具有连接到该电感器的第一端的第一端和连接到第 四电压端子的第二端。优选地，第一双向DC/AC变换电路包括半桥电路。优选地，第一双向DC/AC变换电路包括第四开关元件和第五开关元件，所述第四 开关元件具有体二极管并且连接在第一绕组的第一端和第一电压端子之间，所述第五开关 元件具有体二极管并且在第一绕组的第一端和第二电压端子之间与第四开关元件并联连 接，在正向操作中，第四开关元件和第五开关元件被导通和关断，在反向操作中，第四开关 元件和第五开关元件两者均被关断，并且通过第四开关元件的体二极管和第五开关元件的 体二极管对第一绕组中感应的电流进行整流。优选地，第一开关元件和第二开关元件每一个具有体二极管，并且在反向操作中， 第一开关元件和第二开关元件被导通和关断，在正向操作中，第一开关元件和第二开关元 件两者均被关断，并且通过第一开关元件的体二极管和第二开关元件的体二极管对第二绕 组中感应的电流进行整流。
优选地，蓄电池(secondary battory)耦接到第三电压端子和第四电压端子。优选地，第二双向DC/AC变换电路进一步包括连接在第三电压端子和第四电压端 子之间的平流电容器，并且双向DC/DC变换器进一步包括连接在平流电容器、电感器和第 三电压端子之间的浪涌电流防止电路，用于防止由施加到第三电压端子和第四电压端子的 DC电压产生的浪涌电流。为了解决上述问题，根据本发明的一方面的一种电力调节器是一种耦接到DC电 源、电力存储装置(power storage device)和电力系统(power system)的电力调节器，其 与电力系统互连并且向负载提供电能，所述电力调节器包括单向DC/DC变换器，用于将从 DC电源接收的DC电压变换为规定的DC电压并且输出该DC电压；双向DC/DC变换器，用于 在对电力存储装置充电期间执行将从单向DC/DC变换器接收的DC电压变换为规定的DC电 压并且将该DC电压提供给该电力存储装置的正向操作、以及在对电力存储装置放电期间 执行将从电力存储装置接收的DC电压变换为规定的DC电压并且将该DC电压提供给逆变 器的反向操作；以及逆变器，用于将从单向DC/DC变换器和双向DC/DC变换器接收的DC电 压变换为AC电压并且将该AC电压提供给负载，双向DC/DC变换器包括隔离变压器，其包 含第一绕组和第二绕组；第一双向DC/AC变换电路，连接在单向DC/DC变换器、逆变器和第 一绕组之间，用于在正向操作中将从单向DC/DC变换器接收的DC电压变换为AC电压并且 将该AC电压输出给第一绕组、以及在反向操作中对在第一绕组中感应的AC电压进行整流 和平滑并且将该AC电压输出给逆变器；以及第二双向DC/AC变换电路，连接在电力存储装 置和第二绕组之间，用于在正向操作中对在第二绕组中感应的AC电压进行整流和平滑并 且将该AC电压输出给电力存储装置、以及在反向操作中将从电力存储装置接收的DC电压 变换为AC电压并且将该AC电压输出给第二绕组，所述第二双向DC/AC变换电路包括推 挽电路，其包括分别耦接到第二绕组的相对端的第一开关元件和第二开关元件，耦接到推 挽电路和电力存储装置的上变换电路，并且上变换电路包括电感器，用于由于所存储的磁 能而允许电流通过第二绕组、处于导通状态的第一开关元件和处于导通状态的第二开关元 件；以及第三开关元件，在其导通时形成经过电力存储装置和该电感器而不经过第一开关 元件和第二开关元件的电流通路。本发明的效果根据本发明，可以降低开关元件中的损耗并且可以使用低耐受电压的开关元件。


图1是示出根据本发明的第一实施例的电力调节器的配置的图。图2是示出根据本发明的第一实施例的双向DC/DC变换器的配置的图。图3是示出根据本发明的第一实施例的双向DC/DC变换器的正向操作中的开关控 制的图。图4是示出根据本发明的第一实施例的双向DC/DC变换器的反向操作中的开关控 制的图。图5是示出根据本发明的第二实施例的双向DC/DC变换器的配置的图。
具体实施例方式下文中将参照附图来描述本发明的实施例。在附图中，相同的或者对应的元件具 有所分配的相同的参考标记并且将不对其进行重复描述。<第一实施例>[配置和基本操作]图1是示出根据本发明的第一实施例的电力调节器的配置的图。参照图1，电力调节器301包括双向DC/DC变换器101、单向DC/DC变换器201，以 及逆变器202。电力调节器301与电力系统304互连。在对电力存储装置303充电期间，例如双向DC/DC变换器101对从单向DC/DC变 换器201接收的DC电压进行下变换并且将DC电压输出给电力存储装置303。在对电力存 储装置303放电期间，例如双向DC/DC变换器101对从电力存储装置303接收的DC电压进 行上变换并且将DC电压输出给逆变器202。单向DC/DC变换器201将从DC电源302提供的DC电压变换为规定的DC电压并 且将该DC电压输出给逆变器202。逆变器202将从单向DC/DC变换器201和双向DC/DC变 换器101接收的DC电压变换为AC电压并且将该AC电压提供给负载305。另外，电力系统 304通过电力调节器301向负载305提供AC电压。注意到电力调节器301可以被配置为执 行反向电力流动。即，该配置可以使得逆变器202将从单向DC/DC变换器201和双向DC/DC 变换器101接收的DC电压变换为AC电压并且将该AC电压提供给电力系统304。图2是示出根据本发明的第一实施例的双向DC/DC变换器的配置的图。参照图2，双向DC/DC变换器101包括电压端子Tl到T4、第一双向DC/AC变换电 路81、隔离变压器51和第二双向DC/AC变换电路82。第一双向DC/AC变换电路81例如是 通过半桥电路实现的，并且其包括开关元件11和12、以及电容器31和32。隔离变压器51 包括初级绕组Ml和次级绕组M2。第二双向DC/AC变换电路82包括推挽电路71、上变换电 路72，以及平流电容器33。推挽电路71包括开关元件21和22。上变换电路72包括线圈 (电感器)41和开关元件23。下文中，在双向DC/DC变换器101中，第一 DC电源61侧可以被称为初级侧而第二 DC电源62侧可以被称为次级侧，变压器51位于它们之间。开关元件11和12以及开关元件21和22中每一个例如通过IGBT (绝缘栅双极晶 体管)来实现。隔离变压器51的匝数比被设置为例如1 1。在初级侧上，开关元件11具有连接到电容器31的第一端和电压端子Tl的集电 极、和连接到初级绕组Ml的第一端的发射极。开关元件11的体二极管的阴极对应于开关 元件11的集电极而开关元件11的体二极管的阳极对应于开关元件11的发射极。开关元 件12具有连接到电容器32的第二端和电压端子T2的发射极、和连接到初级绕组Ml的第 一端的集电极。开关元件12的体二极管的阴极对应于开关元件12的集电极而开关元件12 的体二极管的阳极对应于开关元件12的发射极。电容器31的第二端和电容器32的第一 端连接到初级绕组Ml的第二端。在次级侧上，开关元件21具有连接到次级绕组M2的第一端的集电极、和连接到电 压端子T4的发射极。开关元件21的体二极管的阴极对应于开关元件21的集电极而开关 元件21的体二极管的阳极对应于开关元件21的发射极。开关元件22具有连接到次级绕组M2的第二端的集电极、和连接到电压端子T4的发射极。开关元件22的体二极管的阴极 对应于开关元件22的集电极而开关元件22的体二极管的阳极对应于开关元件22的发射 极。线圈41具有连接到次级绕组M2的除了相对端之外的部分(中间点)的第一端和连接 到电压端子T3的第二端。开关元件23具有连接到线圈41的第一端的集电极和连接到电 压端子T4的发射极。开关元件23的体二极管的阴极对应于开关元件23的集电极而开关 元件23的体二极管的阳极对应于开关元件23的发射极。平流电容器33具有连接到电压 端子T3的第一端和连接到电压端子T4的第二端。第一 DC电源61对应于图1中所示的DC电源302并且通过单向DC/DC变换器201 向电压端子Tl和T2施加DC电压。第二 DC电源62对应于图1中所示的电力存储装置303 并且向电压端子T3和T4施加DC电压。S卩，单向DC/DC变换器201和逆变器202连接到电 压端子Tl和T2。电力存储装置303连接到电压端子T3和T4。双向DC/DC变换器101执行用于对施加到电压端子Tl和T2的DC电压进行变换 并且将DC电压提供给电压端子T3和T4的正向操作、以及用于对施加到电压端子T3和T4 的DC电压进行变换并且将DC电压提供给电压端子Tl和T2的反向操作。第一双向DC/AC变换电路81连接在电压端子Tl和T2以及初级绕组Ml之间，在 正向操作中将施加到电压端子Tl和T2的DC电压变换为AC电压并且将该AC电压输出给 初级绕组M1，以及在反向操作中对初级绕组Ml中感应的AC电压进行整流和平滑并且将AC 电压输出给电压端子Tl和T2。第二双向DC/AC变换电路82连接在电压端子T3和T4以及次级绕组M2之间，在 正向操作中对次级绕组M2中感应的AC电压进行整流和平滑并且将AC电压输出给电压端 子T3和T4，以及在反向操作中将施加到电压端子T3和T4的DC电压变换为AC电压并且将 该AC电压输出给次级绕组M2。[正向操作]下文将描述双向DC/DC变换器101的正向操作。图3是示出根据本发明的第一实施例的双向DC/DC变换器的正向操作中的开关控 制的图。参照图3，在正向操作中，开关元件21到23都被关断。初始地，当开关元件12关断并且开关元件11导通时，形成经过开关元件11、变压 器51的初级绕组Ml和电容器32的电流回路使得通过第一 DC电源61提供的电能被传送 给次级侧。在次级侧上，在次级绕组M2中感应的AC电压通过开关元件22的体二极管整流 并且通过平流电容器33平滑，并且该AC电压被提供给电压端子T3和电压端子T4。在该时 间段期间，开关元件22可以执行同步整流(synchronous rectification)(时刻Tl)。然后，当开关元件11关断时，停止从初级侧向次级侧的供电(时刻T2)。然后，当开关元件12导通时，形成经过电容器31、变压器51的初级绕组Ml和开关 元件12的电流回路使得通过第一 DC电源61提供的电能被传送给次级侧。在次级侧上，在 次级绕组M2中感应的AC电压通过开关元件21的体二极管整流并且通过平流电容器33平 滑，并且该AC电压被提供给电压端子T3和电压端子T4。在该时间段期间，开关元件21可 以执行同步整流(时刻T3)。然后，当开关元件12关断时，停止从初级侧向次级侧的供电(时刻T4)。然后双向DC/DC变换器101重复从时刻Tl到T4的操作(时刻T5)。[反向操作]在解释双向DC/DC变换器101的反向操作之前，将描述以下示例中施加到开关元 件21和22的电压，在所述示例中，假定根据本发明的第一实施例的双向DC/DC变换器不具 有开关元件23。这里，第一 DC电源61的输出电压被设置为400V，来自第二 DC电源62的输出电压 被设置为200V，并且变压器51的匝数比被设置为1 1。另外，例如将通过忽略微小的电 压波动来简化描述。初始地，在正向操作中，从初级侧向次级侧提供电能，由于初级侧上的第一双向 DC/AC变换电路81是半桥电路，所以施加到电容器31和32的每个上的电压是200V，而施 加到变压器51的初级绕组Ml的电压也是200V。这里，由于变压器51的匝数比被设置为 1 1，所以200V的电压被施加到节点A(也就是次级绕组M2的第一端)和节点B(也就是 次级绕组M2的中间点)之间，并且200V的电压被施加到节点C(也就是次级绕组M2的第 二端)和节点B之间。因此，400V的电压被施加到节点A和节点C之间，并且400V的电压 也被施加到用作阻止该施加的开关元件21和22。然后，在从次级侧向初级侧提供电能的反向操作中，在开关元件21和22两者均导 通的同时，在线圈41中储能。然后，当开关元件21和22中的任一个关断时，电能被传送给 初级侧。因此，由于存在其中在开关元件21和22两者均导通并且电能未被传送给初级侧 的时段、和其中开关元件21和22中的任一个关断并且电能被传送给初级侧的时段，所以在 其中电能被传送给初级侧的时段期间，用于施加到初级侧的不低于400V的电压绝对是必 须的。尽管要被施加到初级侧的电压受到开关的占空比的影响，但基本上近似600V的电压 被认为是必须的并且因此开关元件21和22也需要具有对应于该600V的耐受电压。具体 地，考虑到开关时刻的瞬态电压，不可避免地应使用具有还要更高的耐受电压的开关元件。然而，根据本发明的第一实施例的双向DC/DC变换器通过包括开关元件23解决了 上述问题。下文将描述双向DC/DC变换器101的反向操作。图4是示出根据本发明的第一实施例的双向DC/DC变换器的反向操作中的开关控 制的图。参照图4，在反向操作中，开关元件11和开关元件12两者均关断。[线圈41的储能操作1]初始地，当开关元件21和22关断并且开关元件23导通时，第二 DC电源62开始 促使线圈41存储电能(时刻Tl)。然后，开关元件22导通。此时，来自第二 DC电源62的电压被全部施加到线圈41。 因此，没有电压被施加到开关元件22，也就是说，开关元件22实现了零电压切换。此外，在 该时间段期间，在线圈41中储能(时刻T2)。[用于向第一DC电源61提供上变换后的电能的操作1]然后，当开关元件23关断时，通过变压器51向电压端子Tl和电压端子T2提供线 圈41中存储的能量。更具体地，在初级侧，通过开关元件11的体二极管对初级绕组Ml中 感应的AC电压进行整流并且通过电容器32对其进行平滑，并且将该AC电压提供给电压端 子Tl和电压端子T2。即，第一双向DC/AC变换电路81中的电流经过开关元件11的体二极管和电容器32并且被提供给电压端子Tl和电压端子T2。当该电流流到开关元件11的体 二极管时，开关元件11可以执行同步整流(时刻T3)。[线圈41的储能操作2]然后，当开关元件23导通时，第二 DC电源62开始促使线圈41存储电能(时刻 T4)。然后，开关元件22关断。此时，形成电流从第二 DC电源62顺序流到线圈41和开 关元件23的电流通路。因此，没有电流流过开关元件22。即，开关元件22实现了零电流切 换。此外，在该时间段期间，在线圈41中储能(时刻T5)。然后，开关元件21导通。此时，来自第二 DC电源62的电压被全部施加到线圈41。 因此，开关元件21实现了零电压切换。此外，在该时间段期间，在线圈41中储能(时刻T6)。[用于向第一DC电源61提供上变换后的电能的操作2]然后，当开关元件23关断时，通过变压器51向电压端子Tl和电压端子T2提供线 圈41中存储的能量。更具体地，在初级侧，通过开关元件12的体二极管对初级绕组Ml中 感应的AC电压进行整流并且通过电容器31对其进行平滑，并且将该AC电压提供给电压端 子Tl和电压端子T2。即，第一双向DC/AC变换电路81中的电流经过开关元件12的体二极 管和电容器31并且被提供给电压端子Tl和电压端子T2。当该电流流到开关元件12的体 二极管时，开关元件12可以执行同步整流(时刻T7)。[线圈41的储能操作3]然后，当开关元件23导通时，第二 DC电源62开始促使线圈41储能(时刻T8)。然后，开关元件21关断。此时，形成电流从第二 DC电源62顺序流到线圈41和开 关元件23的电流通路。因此，没有电流流过开关元件21。即，开关元件21实现了零电流切 换(时刻T9)。然后，双向DC/DC变换器101重复从时刻Tl到T9的操作。在专利文献1中描述的双向DC/DC变换器中，由于施加到开关元件的瞬态电压高， 所以应当选择具有高耐受电压的开关元件。由此，不利的是，由于导通电阻的增加以及用于 开关元件的废热散失的散热器尺寸的增加引起了双向DC/DC变换器的效率的降低。然而，在根据本发明的第一实施例的双向DC/DC变换器中，在上变换电路72中提 供了开关元件23，当开关元件23导通时，其用于形成顺序经过电压端子T3、线圈41和电压 端子T4而不经过开关元件21和开关元件22的电流通路。因此，当从第二 DC电源62向电 压端子Tl和电压端子T2提供电能时，在开关元件23导通并且在线圈41中储能的同时，推 挽电路71内的开关元件21和22导通和关断，以由此实现零电压切换和零电流切换。由此，可以减少开关元件21和22中的开关损耗并且在理想的情况下施加到开关 元件21和22的电压变为零。因此，对于开关元件21和22而言，仅仅应当考虑从第一 DC 电源61向电压端子T3和电压端子T4提供电能时的耐受电压，可以使用具有低耐受电压的 开关元件，并且从而可以降低开关元件21和22的导通电阻。当从第二 DC电源62向电压 端子Tl和电压端子T2提供电能时，电流无例外地(unexc印tionally)流过推挽电路71内 的开关元件21和22，使得当电能经过开关元件21和22时造成的损耗降低并且可以提高双 向DC/DC变换器101的效率。另外，在开关元件21和22的导通电阻降低的情况下，降低了 从开关元件21和22耗散的热量并且可以减少散热器的尺寸。另外，在根据本发明的第一实施例的双向DC/DC变换器中，采用半桥电路作为第一双向DC/AC变换电路81。根据这样的配置，第一 DC电源61和第二 DC电源62之间的电 压差近似被加倍。在其中第一 DC电源61的电压和第二 DC电源62的电压之间的差较大的 这样的示例中，通过根据本发明的第一实施例的、包括上变换电路72的双向DC/DC变换器 所实现的效果是显著的。此外，平流电容器33在正向操作中实现对电能进行平滑的效果，并且通常应采用 具有高电容值的电解电容器。这里，如果第二 DC电源62是蓄电池，则该蓄电池也可以用作 平流电容器33。因此，可以避免对平流电容器33的需要，或者可以采用具有低电容值的电 容器。尽管在根据本发明的第一实施例的双向DC/DC变换器中采用半桥电路作为第一 双向DC/AC变换电路81，但本发明不限于此。可以采用诸如全桥电路之类的用于DC/DC变 换器的通用电路。另外，取决于第一 DC电源61和第二 DC电源62之间的电压差，可以改变 隔离变压器51的匝数比。此外，通过调节用于在线圈41中储能的时间段和用于向第一 DC电源61提供上变 换后的电能的时间段，可以控制要向电压端子Tl和电压端子T2提供的电压的电平。现在将参照附图来描述本发明的另一实施例。在附图中，相同的或者对应的元件 具有所分配的相同的参考标记并且将不对其进行重复描述。〈第二实施例〉本发明涉及与根据第一实施例的双向DC/DC变换器相比、额外地包括保护电路的 一种双向DC/DC变换器。图5是示出根据本发明的第二实施例的双向DC/DC变换器的配置的图。参照图5，与根据本发明的第一实施例的双向DC/DC变换器相比，双向DC/DC变换 器102进一步包括浪涌电流防止电路73。浪涌电流防止电路73包括在线圈41的第二端、 平流电容器33的第一端和电压端子T3之间并联连接的电阻器42和开关元件43。在初始状态中，也就是，紧接在双向DC/DC变换器102上电之后，还没有在双向DC/ DC变换器102内的平流电容器33中存储电荷。因此，如果诸如电池之类的第二 DC电源62 连接到电压端子T3和T4，则造成短路状态并且浪涌电流从第二 DC电源62流到双向DC/DC 变换器102。因此，在初始状态中，关断浪涌电流防止电路73的开关43并且通过电阻器42向 平流电容器33提供电能。在经过某一时间段之后，也就是，在经过了用于在平流电容器33 中存储足够的电荷的时间段之后，开关43导通并且进行到正常操作的转换。根据这样的配 置，可以防止浪涌电流从第二 DC电源62向双向DC/DC变换器102流动。由于其他配置和操作与根据第一实施例的双向DC/DC变换器的配置和操作相同， 因此在此将不重复详细的描述。应当理解，在此公开的实施例在各方面是说明性的和非限制性的。本发明的范围 由权利要求的术语而不是上述的说明书来限定，并且旨在包括在等效于权利要求的术语的 范围和含义内的任何修改。参考标记的描述11、12、21、22、23开关元件；31、32电容器；33平流电容器；41线圈(电感器)；42 电阻器；43开关元件；51隔离变压器；71推挽电路；72上变换电路；73浪涌电流防止电路；
1281第一双向DC/AC变换电路；82第二双向DC/AC变换电路；101双向DC/DC变换器；201单 向DC/DC变换器；202逆变器；301电力调节器；304电力系统；Tl到T4电压端子；Ml初级 绕组；以及M2次级绕组。
权利要求
1.一种双向DC/DC变换器，其包括第一电压端子(T1)到第四电压端子(T4)，并且执行 用于将施加到所述第一电压端子(T1)和第二电压端子(T2)的DC电压变换为规定的DC电 压并且将该DC电压提供给第三电压端子(T3)和所述第四电压端子(T4)的正向操作、以及 将施加到所述第三电压端子(T3)和所述第四电压端子(T4)的DC电压变换为规定的DC电 压并且将该DC电压提供给所述第一电压端子(T1)和所述第二电压端子(T2)的反向操作， 所述双向DC/DC变换器包含隔离变压器(51)，其包含第一绕组(Ml)和第二绕组(M2)；第一双向DC/AC变换电路(81)，连接在所述第一电压端子(T1)、所述第二电压端子 (T2)和所述第一绕组(Ml)之间，用于在所述正向操作中将施加到所述第一电压端子(T1) 和所述第二电压端子(T2)的DC电压变换为AC电压并且将该AC电压输出给所述第一绕组 (Ml)、以及在所述反向操作中对在所述第一绕组(Ml)中感应的AC电压进行整流和平滑并 且将该AC电压输出给所述第一电压端子(T1)和所述第二电压端子(T2)；以及第二双向DC/AC变换电路(82)，连接在所述第三电压端子(T3)、所述第四电压端子 (T4)和所述第二绕组(M2)之间，用于在所述正向操作中对所述第二绕组(M2)中感应的AC 电压进行整流和平滑并且将该AC电压输出给所述第三电压端子(T3)和所述第四电压端子 (T4)、以及在所述反向操作中将施加到所述第三电压端子(T3)和所述第四电压端子(T4) 的DC电压变换为AC电压并且将该AC电压输出给所述第二绕组(M2)； 所述第二双向DC/AC变换电路(82)包括推挽电路(71)，其包括分别耦接到所述第二绕组(M2)的相对端的第一开关元件(21) 和第二开关元件(22)，以及上变换电路(72)，耦接到所述推挽电路(71)、所述第三电压端子(T3)和所述第四电压 端子(T4)，并且所述上变换电路(72)包括电感器(41)，用于由于所存储的磁能而允许电流通过所述第二绕组(M2)、处于导通状 态的所述第一开关元件(21)和处于导通状态的所述第二开关元件(22)；以及第三开关元件(23)，在其导通时形成经过所述第三电压端子(T3)、所述电感器(41)和 所述第四电压端子(T4)而不经过所述第一开关元件(21)和所述第二开关元件(22)的电 流通路。
2.根据权利要求1所述的双向DC/DC变换器，其中所述电感器(41)具有连接到所述第二绕组(M2)的除了相对端之外的部分的第一端和 连接到所述第三电压端子(T3)的第二端，所述第一开关元件(21)具有与所述第二绕组(M2)的第一端连接的第一端和连接到所 述第四电压端子(T4)的第二端，所述第二开关元件(22)具有与所述第二绕组(M2)的第二端连接的第一端和连接到所 述第四电压端子(T4)的第二端，以及所述第三开关元件(23)具有与所述电感器(41)的第一端连接的第一端和连接到所述 第四电压端子(T4)的第二端。
3.根据权利要求1所述的双向DC/DC变换器，其中 所述第一双向DC/AC变换电路(81)包括半桥电路。
4.根据权利要求1所述的双向DC/DC变换器，其中 所述第一双向DC/AC变换电路(81)包括第四开关元件(11)，其具有体二极管并且连接在所述第一绕组的第一端和所述第一电 压端子(T1)之间，以及第五开关元件(12)，其具有体二极管并且在所述第一绕组的第一端和所述第二电压端 子(T2)之间与所述第四开关元件(11)并联连接，以及在所述正向操作中，所述第四开关元件(11)和所述第五开关元件(12)被导通和关断， 在所述反向操作中，所述第四开关元件(11)和所述第五开关元件(12)两者均被关断，并且 通过所述第四开关元件(11)的体二极管和所述第五开关元件(12)的体二极管对所述第一 绕组中感应的电流进行整流。
5.根据权利要求1所述的双向DC/DC变换器，其中所述第一开关元件(21)和所述第二开关元件(22)每一个具有体二极管，并且 在所述反向操作中，所述第一开关元件(21)和所述第二开关元件(22)被导通和关断， 在所述正向操作中，所述第一开关元件(21)和所述第二开关元件(22)两者均被关断，并且 通过所述第一开关元件(21)的体二极管和所述第二开关元件(22)的体二极管对所述第二 绕组中感应的电流进行整流。
6.根据权利要求1所述的双向DC/DC变换器，其中蓄电池被耦接到所述第三电压端子(T3)和所述第四电压端子(T4)。
7.根据权利要求1所述的双向DC/DC变换器，其中所述第二双向DC/AC变换电路(82)进一步包括连接在所述第三电压端子(T3)和所述 第四电压端子(T4)之间的平流电容器(33)，并且所述双向DC/DC变换器进一步包括连接在所述平流电容器(33)、所述电感器(41)和所 述第三电压端子(T3)之间的浪涌电流防止电路(73)，用于防止由施加到所述第三电压端 子(T3)和所述第四电压端子(T4)的DC电压产生的浪涌电流。
8.一种电力调节器，耦接到DC电源(302)、电力存储装置(303)和电力系统(304)，该 电力调节器与所述电力系统(304)互连，并且向负载(305)提供电能，所述电力调节器包 含单向DC/DC变换器(201)，用于将从所述DC电源(302)接收的DC电压变换为规定的 DC电压并且输出该DC电压；双向DC/DC变换器(101)，用于在对所述电力存储装置(303)充电期间执行将从所述单 向DC/DC变换器(201)接收的DC电压变换为规定的DC电压并且将该DC电压提供给所述 电力存储装置(303)的正向操作、以及在对所述电力存储装置(303)放电期间执行将从所 述电力存储装置(303)接收的DC电压变换为规定的DC电压并且输出该DC电压的反向操 作；以及逆变器(202)，用于将从所述单向DC/DC变换器(201)和所述双向DC/DC变换器(101) 接收的DC电压变换为AC电压并且将该AC电压提供给所述负载(305)， 所述双向DC/DC变换器(101)包括 隔离变压器(51)，其包含第一绕组(Ml)和第二绕组(M2)；第一双向DC/AC变换电路(81)，连接在所述单向DC/DC变换器(201)、所述逆变器(202)和所述第一绕组(Ml)之间，用于在所述正向操作中将从所述单向DC/DC变换器 (201)接收的DC电压变换为AC电压并且将该AC电压输出给所述第一绕组(Ml)、以及在所 述反向操作中对在所述第一绕组(Ml)中感应的AC电压进行整流和平滑并且将该AC电压 输出给所述逆变器(202)；以及第二双向DC/AC变换电路(82)，连接在所述电力存储装置(303)和所述第二绕组(M2) 之间，用于在所述正向操作中对在所述第二绕组(M2)中感应的AC电压进行整流和平滑并 且将该AC电压输出给所述电力存储装置(303)、以及在所述反向操作中将从所述电力存储 装置(303)接收的DC电压变换为AC电压并且将该AC电压输出给所述第二绕组(M2)， 所述第二双向DC/AC变换电路(82)包括推挽电路(71)，其包括分别耦接到所述第二绕组(M2)的相对端的第一开关元件(21) 和第二开关元件(22)，上变换电路(72)，耦接到所述推挽电路(71)和所述电力存储装置(303)，并且 所述上变换电路(72)包括电感器(41)，用于由于所存储的磁能而允许电流通过所述第二绕组(M2)、处于导通状 态的所述第一开关元件(21)和处于导通状态的所述第二开关元件(22)；以及第三开关元件(23)，在其导通时形成经过所述电力存储装置(303)和所述电感器(41) 而不经过所述第一开关元件(21)和所述第二开关元件(22)的电流通路。
全文摘要
一种双向DC/DC变换器(101)，包括推挽电路(71)，连接在电压端子(T3，T4)和绕组(M2)之间，并且具有连接到绕组(M2)的两端的开关元件(21，22)；以及双向正交变换电路(82)，其具有连接到推挽电路(71)和电压端子(T3，T4)的升压电路(72)。所述升压电路(72)包括电感器(41)，用于通过所累积的磁能来促使电流经由绕组(M2)、导通状态中的开关元件(21)和导通状态中的开关元件(22)流动；以及开关元件(23)，其导通以形成经过电压端子(T3)、电感器(41)和电压端子(T4)而不经过开关元件(21，22)的电流通路。
文档编号H02M3/335GK102007677SQ200980113640
公开日2011年4月6日 申请日期2009年4月8日 优先权日2008年4月18日
发明者松井亮二, 西村和仁 申请人:夏普株式会社