Dc-dc轉(zhuǎn)換器及其控制方法、以及二次電池充放電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及將直流電源的電力供給到直流負(fù)載、直流電源的DC-DC轉(zhuǎn)換器、以及具備該DC-DC轉(zhuǎn)換器的二次電池充放電系統(tǒng)、以及DC-DC轉(zhuǎn)換器的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由于對地球環(huán)境保護的意識的提高，正在開發(fā)具備了蓄電池、太陽能電池、燃料電池等直流電源的系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，需要從直流電源對負(fù)載、其他直流電源進行電力供給的DC-DC轉(zhuǎn)換器。
[0003]在專利文獻I的說明書的解決手段中，記載了 “在直流電源12與變壓器13之間配設(shè)半導(dǎo)體開關(guān)元件Ql?Q4，在變壓器13與負(fù)載14之間設(shè)置整流電路15與輸出平滑電路16。在整流電路15與輸出平滑電路16之間設(shè)置RCD緩沖器(snubber)電路17，整流電路15的輸出側(cè)電壓Vl中包含的電涌電壓經(jīng)由緩沖器二極管Ds被緩沖器電容器Cs吸收，經(jīng)由緩沖器電阻Rs對緩沖器電容器Cs的電荷進行放電，作為電力供給到負(fù)載14。”
[0004]然而，在該專利文獻I所記載了的轉(zhuǎn)換器中，在將被充電到對電涌電壓進行鉗位的緩沖器電容器的電荷作為電力供給到負(fù)載時，通過緩沖器電阻，所以在緩沖器電阻處能量被消耗。
[0005]另一方面，在專利文獻2的說明書的解決手段中，記載了 “雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器5具備變壓器30，該變壓器30對與第I電源連接了的電壓型全橋電路、和與第2電源連接了的電流型開關(guān)電路進行連接。在這里，具備了控制電路100，該控制電路100將由開關(guān)元件203、204與鉗位電容器48構(gòu)成了的電壓鉗位電路連接到電流型開關(guān)電路，使開關(guān)元件101?104、201?204協(xié)同動作，以便操縱諧振電抗器20中流過的電流?！狈菍＠墨II也公開了與專利文獻2相同的結(jié)構(gòu)。
[0006]這些DC-DC轉(zhuǎn)換器進行從電壓型電路向電流型電路供給電力的降壓動作、以及從電流型電路向電壓型電路供給電力的升壓動作。另外，這些DC-DC轉(zhuǎn)換器在對被充電到鉗位電容器中的電荷進行放電時，不經(jīng)由緩沖器電阻，而是經(jīng)由導(dǎo)通狀態(tài)的鉗位開關(guān)元件來進行放電，所以能夠?qū)⒂删彌_器電阻所致的能量損失防止于未然。
[0007]下面，在本說明書中，降壓動作是指從電壓型電路向電流型電路供給電力。升壓動作是指從電流型電路向電壓型電路供給電力。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0009]專利文獻
[0010]專利文獻1:特開2008-79403號公報
[0011]專利文獻2:特開2009-55747號公報
[0012]非專利文獻
[0013]非專利文獻1:K.Wang, C.Y.Lin, L.Zhu, D.Qu, F.C.Lee andJ.S.Laij “B1-direct1nal DC to DC Converters for Fuel Cell Systems，，，IEEE powerelectronics in transportat1n, IEEE, 1998, pp.47-51

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]一般來說，在DC-DC轉(zhuǎn)換器中，在開始電力變換動作的情況下，為了使電路中不流過過大的電流，以縮小了輸出的狀態(tài)開始動作，其后逐漸增加輸出的情況較多。在專利文獻2、非專利文獻I所記載了的DC-DC轉(zhuǎn)換器中，在以縮小了輸出的狀態(tài)開始升壓動作的情況下，成為電流型電路所具備的開關(guān)元件的導(dǎo)通時間比率低、鉗位開關(guān)元件的導(dǎo)通時間比率高的狀態(tài)。
[0015]然而，在這些DC-DC轉(zhuǎn)換器中，鉗位電容器在降壓動作時，被充電到比其動作時的輸出電壓更高的電壓。進一步地，鉗位電容器在升壓動作時，被充電到比其輸入電壓更高的電壓。鉗位電容器在這些降壓動作、升壓動作停止后，也在規(guī)定時間內(nèi)保持該電壓。因此，如果在鉗位電容器被充電到高的電壓狀態(tài)下開始升壓動作，則鉗位開關(guān)元件的導(dǎo)通時間的比率高，所以有在鉗位開關(guān)元件、平滑電感器中流過過大的電流的擔(dān)憂。
[0016]為了抑制該過電流，存在鉗位電容器的電荷經(jīng)由電阻分量逐漸放電，在鉗位電容器的電壓壓降了之后開始升壓動作的方法。在該方法中，存在從停止降壓動作、升壓動作起直到接下來開始升壓動作為止需要規(guī)定的時間這樣的問題。
[0017]為了抑制過電流，也考慮了另外附加用于對鉗位電容器進行放電的電路，但存在成為成本上升的主要原因的擔(dān)憂。
[0018]因此，本發(fā)明的課題在于，提供一種直到開始升壓動作為止所需的時間短、且低成本的DC-DC轉(zhuǎn)換器、以及使用了該DC-DC轉(zhuǎn)換器的二次電池充放電系統(tǒng)、以及DC-DC轉(zhuǎn)換器的控制方法。
[0019]為了達到所述目的，第I發(fā)明涉及一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，其特征在于，具備:第I開關(guān)電路，在直流端子之間連接有第I平滑電容器，并且在交流端子之間連接有初級繞組；第2開關(guān)電路，在直流端子之間串聯(lián)連接有平滑電感器與第2平滑電容器，并且在交流端子之間連接有次級繞組；變壓器，將所述初級繞組與所述次級繞組磁耦合；電壓鉗位電路，包括被串聯(lián)連接了的鉗位電容器與鉗位開關(guān)元件，該電壓鉗位電路被連接在所述第2開關(guān)電路的直流端子之間、或者所述第2開關(guān)電路的交流端子與所述第2平滑電容器的一端之間；控制部，能夠以第I動作模式或者第2動作模式來進行控制，在與所述第I動作模式之后或者所述第2動作模式中斷之后實施的所述第2動作模式之間，以第3動作模式來進行控制，其中，在所述第I動作模式下將輸入到所述第I平滑電容器的兩端之間即第I端子間的電力，輸出到所述第2平滑電容器的兩端之間即第2端子間，在所述第2動作模式下將輸入到所述第2端子間的電力輸出到所述第I端子間，在所述第3動作模式下對所述鉗位開關(guān)元件進行開關(guān)而將所述鉗位電容器所放電出的電力輸出到所述第I端子間和/或所述第2端子間。
[0020]在第2發(fā)明中，涉及一種二次電池充放電系統(tǒng)，其特征在于，具備所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器。。
[0021]在第3發(fā)明中，涉及一種DC-DC轉(zhuǎn)換器的控制方法，其特征在于，所述DC-DC轉(zhuǎn)換器具備:第I開關(guān)電路，在直流端子之間連接有第I平滑電容器，并且在交流端子之間連接有初級繞組；第2開關(guān)電路，在直流端子之間串聯(lián)連接有第2平滑電容器與平滑電感器，并且在交流端子之間連接有次級繞組；變壓器，將所述初級繞組與所述次級繞組磁耦合；電壓鉗位電路，包括被串聯(lián)連接了的鉗位電容器與鉗位開關(guān)元件，該電壓鉗位電路被連接在所述第2開關(guān)電路的直流端子之間、或者所述第2開關(guān)電路的交流端子與所述第2平滑電容器的一端之間；以及控制部，控制所述第I開關(guān)電路以及所述第2開關(guān)電路。所述控制部執(zhí)行以下步驟:以將輸入到所述第I平滑電容器的兩端之間即第I端子間的電力輸出到所述第2平滑電容器的兩端之間即第2端子間的第I動作模式進行控制，或者，以將輸入到所述第2端子間的電力輸出到所述第I端子間的第2動作模式進行控制之后進行中斷的步驟；以對所述鉗位開關(guān)元件進行開關(guān)而將所述鉗位電容器所放電了的電力輸出到所述第I端子間和/或所述第2端子間的第3動作模式進行控制的步驟；以及在所述第3動作模式之后，開始所述第2動作模式的控制的步驟。
[0022]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種直到開始升壓動作為止所需的時間短、且低成本的DC-DC轉(zhuǎn)換器、以及使用了該DC-DC轉(zhuǎn)換器的二次電池充放電系統(tǒng)、以及DC-DC轉(zhuǎn)換器的控制方法。
【附圖說明】
[0023]圖1是第I實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路圖。
[0024]圖2是示出第I實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的降壓動作中的模式al的圖。
[0025]圖3是示出第I實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的降壓動作中的模式a2的圖。
[0026]圖4是示出第I實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的降壓動作中的模式a3的圖。
[0027]圖5是示出第I實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的降壓動作中的模式a4的圖。
[0028]圖6是示出第I實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的降壓動作中的模式a5的圖。
[0029]圖7是示出第I實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的降壓動作中的模式a6的圖。
[0030]圖8是示出第I實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的升壓動作中的模式bl的圖。
[0031]圖9是示出第I實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的升壓動作中的模式b2的圖。
[0032]圖10是示出第I實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的升壓動作中的模式b3的圖。
[0033]圖11是示出第I實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的升壓動作中的模式b4的圖。
[0034]圖12是示出第I實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的升壓動作中的模式b5的圖。
[0035]圖13是示出第I實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的升壓動作中的模式b6的圖。
[0036]圖14是示出第I實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的升壓動作中的模式b7的圖。
[0037]圖15是示出第I實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的升壓動作中的模式b8的圖。
[0038]圖16是示出第I實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的升壓動作中的開關(guān)動作(其I)的時序圖。
[0039]圖17是示出第I實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的升壓動作中的開關(guān)動作(其2)的時序圖。
[0040]圖18是示出第I實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的升壓動作中的開關(guān)動作(其3)的時序圖。
[0041]圖19是示出第I實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的放電動作中的模式Cl的圖。
[0042]圖20是示出第I實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的放電動作中的模式c2的圖。
[0043]圖21是示出第I實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的放電動作中的模式c3的圖。
[0044]圖22是示出第I實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的從降壓動作向升壓動作的切換的圖。
[0045]圖23是示出第I實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的變形例的升壓動作中的開關(guān)動作的時序圖。
[0046]圖24是示出第I實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的從降壓動作向變形例的升壓動作的切換的圖。
[0047]圖25是示出第2實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路圖。
[0048]圖26是示出第3實施方式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器的電路圖。
[0049]符號說明
[0050]I開關(guān)電路(第I開關(guān)電路)
[0051]2、21、22開關(guān)電路(第2開關(guān)電路)
[0052]3、31電壓鉗位電路
[0053]4直流負(fù)載
[0054]5控制部
[0055]10、11、12 電壓傳感器
[0056]13電流傳感器
[0057]Vl直流電源(第I直流電源)
[0058]V2直流電源(第2直流電源)
[0059]Cl平滑電容器(第I平滑電容器)
[0060]C2平滑電容器(第2平滑電容器)
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