DE112017003265T5 - Parallele stromversorgungsvorrichtung - Google Patents

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Yusuke HIGAKI
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Abstract

Eine parallele Stromversorgungsvorrichtung (100) weist eine Vielzahl von parallelgeschalteten DC/DC-Wandlern (30) auf, und jeder DC/DC-Wandler (30) weist Folgendes auf: eine erste und eine zweite Schaltung (5, 8) mit einem Transformator (3) dazwischen; erste und zweite Drosseln (9, 10); und eine Steuerschaltung (20). Die Steuerschaltung (20) erzeugt einen Arbeitszyklus, so dass eine Abweichung zwischen einer Spannung an einer Last und einer Sollspannung zu 0 wird; die Korrektur wird so durchgeführt, dass dann, wenn die Größe des Arbeitszyklus kleiner als ein vorgegebener Wert Vth ist, die Größe auf Null (0) festgelegt wird, und sonst die Größe um den vorgegebenen Wert Vth verringert wird. Anschließend werden die Phasenverschiebungsbeträge (θ1, θ2) für Ansteuersignale (21a, 21b) für die erste und zweite Schaltung (5, 8) bestimmt und die erste und zweite Schaltung (5, 8) einer Phasenverschiebungssteuerung unterzogen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine parallele Stromversorgungsvorrichtung, bei der eine Vielzahl von Stromversorgungsvorrichtungen parallelgeschaltet ist und eine gemeinsame Last betrieben wird.
  • STAND DER TECHNIK
  • Eine herkömmliche parallele Stromversorgungsvorrichtung hat eine Vielzahl von parallel geschalteten Stromversorgungsvorrichtungen und betreibt eine gemeinsame Last. Jede Stromversorgungsvorrichtung erzeugt ein Stromdetektionssignal durch Erfassen des Aus-gangsstroms der Stromversorgungsvorrichtung, vergleicht das Stromdetektionssignal der Stromversorgungsvorrichtung mit einem Stromdetektionssignal einer anderen Stromversorgungsvorrichtung, um ein erstes Vergleichsergebnis zu erhalten, vergleicht das Strom-detektionssignal der Stromversorgungsvorrichtung mit dem ersten Vergleichsergebnis, um ein zweites Vergleichsergebnis zu erhalten, und passt die Ausgangsspannung der Stromversorgungsvorrichtung auf der Grundlage des zweiten Vergleichsergebnisses an (siehe z.B. Patentdokument 1).
  • Ein herkömmlicher DC/DC-Wandler, der in jeder der parallel geschalteten Stromversorgungsvorrichtungen bei der parallelen Stromversorgungsvorrichtung verwendet wird, ist beispielsweise ,wie nachfolgend beschrieben, konfiguriert. In einem solchen DC/DC-Wandler wird eine erste Schaltung zwischen eine erste Wicklung eines Transformators und eine Gleichstromversorgung geschaltet, und eine zweite Schaltung wird zwischen eine zweiten Wicklung und eine Batterie geschaltet.
  • Beim Laden der Batterie schaltet eine Steuerschaltung Elemente einer zweiten Brückenschaltung in der zweiten Schaltung aus und steuert, bezogen auf eine Ansteuerphase für ein erstes Bezugselement einer ersten Brückenschaltung in der ersten Schaltung, einen Phasenverschiebungsbetrag für ein erstes Diagonalelement davon und einen Phasenverschiebungsbetrag für ein zweites Diagonalelement in einer zweiten Brückenschaltung.
  • Im Falle einer Entladung der Batterie schaltet die Steuerschaltung Elemente der ersten Brückenschaltung aus und steuert, bezogen auf eine Ansteuerphase für ein zweites Bezugselement der zweiten Brückenschaltung, einen Phasenverschiebungsbetrag für das zweite Diagonalelement und einen Phasenverschiebungsbetrag für das erste Diagonalelement (siehe z.B. Patentdokument 2).
  • STAND DER TECHNIK
    • Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2001-209 437 A
    • Patentdokument 2: Internationale Veröffentlichung Nr. WO 2015/ 004 825 A1
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Mit der Erfindung zu lösende Probleme
  • Bei der in Patentdokument 1 beschriebenen parallelen Stromversorgungsvorrichtung werden Ausgangsspannungswerte der Vielzahl von Stromversorgungsvorrichtungen so gesteuert, dass sie ausgeglichen sind und miteinander übereinstimmen. Bei der Steuerung jeder Stromversorgungsvorrichtung ist es jedoch notwendig, nicht nur ein Stromdetektionssignal der Stromversorgungsvorrichtung zu erhalten, sondern auch ein Stromdetektionssignal, das von einer anderen Stromversorgungsvorrichtung erzeugt wird. Daher ist es unmöglich, jede Stromversorgungsvorrichtung unabhängig zu steuern, und da die vielen Stromversorgungsvorrichtungen miteinander verbunden werden müssen, ist es unmöglich, Stromversorgungsvorrichtungen frei bereitzustellen oder solche hinzuzufügen.
  • Wenn eine Vielzahl von den in dem Patentdokument 2 beschriebenen bidirektionalen DC/DC-Wandlern parallel betrieben wird, unterscheiden sich die Ausgangsströme der vielen DC/DC-Wandler voneinander durch einen Detektionsfehler von Spannung/Strom, der für die Steuerung der DC/DC-Wandler relevant ist. Der Differenzstrom zirkuliert zwischen den mehreren DC/DC-Wandlern und wirkt somit als Blindstrom. Insbesondere dann, wenn sich die Polaritäten der Ausgangsströme der Vielzahl von DC/DC-Wandlern voneinander unterscheiden, besteht das Problem, dass die in den DC/DC-Wandlern auftretenden Verluste zunehmen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die oben genannten Probleme zu lösen und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine parallele Stromversorgungsvorrichtung bereitzustellen, bei der eine Vielzahl von bidirektionalen DC/DC-Wandlern parallel geschaltet ist, und die jeden der DC/DC-Wandler, die Stromversorgungsvorrichtungen bilden, unabhängig voneinander steuert und dabei verhindert, dass sich die Polaritäten der Ausgangsströme der Vielzahl von DC/DC-Wandlern voneinander unterscheiden, so dass die Ausgangsströme ausgeglichen und eine Verlustreduzierung erreicht wird.
  • Mittel zum Lösen der Probleme
  • Eine parallele Stromversorgungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Vielzahl von DC/DC-Wandlern auf, die jeweils eine bidirektionale Leistungsübertragung durchführen und parallelgeschaltet sind, um eine gemeinsame Last mit Strom zu versorgen. Jeder DC/DC-Wandler weist Folgendes auf: einen Transformator; eine erste Schaltung, die als Vollbrückenschaltung mit zwei Brückenschaltungen mit einer Vielzahl von Halbleiterschaltelementen konfiguriert ist, mit denen Dioden jeweils antiparallel verbunden sind, wobei die erste Schaltung zwischen die gemeinsame Last und eine erste Wicklung des Transformators geschaltet ist und eine Leistungsumwandlung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom durchführt; eine zweite Schaltung, die als Vollbrückenschaltung mit zwei Brückenschaltungen konfiguriert ist mit einer Vielzahl von Halbleiterschaltelementen, mit denen Dioden jeweils antiparallel verbunden sind, wobei die zweite Schaltung zwischen eine Gleichstromversorgung und eine zweiten Wicklung des Transformators geschaltet ist und eine Leistungsumwandlung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom durchführt; eine erste Drossel und eine zweite Drossel, die mit Wechselstrom-Ein-/Ausgangsleitungen der ersten Schaltung bzw. der zweiten Schaltung verbunden sind; und eine Steuerschaltung zur Steuerung der ersten Schaltung und der zweiten Schaltung.
  • Jede Steuerschaltung hat eine Spannungssteuerschaltung mit einem Kompensator und erzeugt einen Arbeitszyklus (Tastverhältnis), so dass eine Abweichung zwischen der Spannung der gemeinsamen Last und einer Sollspannung zu Null wird. Auf der Grundlage des Arbeitszyklus bestimmt die Steuerschaltung erste und zweite Phasenverschiebungsbeträge für Ansteuersignale für die erste und zweite Schaltung, um die erste und zweite Schaltung zu steuern. Jede Steuerschaltung verwendet den Arbeitszyklus, der so korrigiert ist, dass dann, wenn die Größe des von der Spannungssteuerschaltung erzeugten Arbeitszyklus kleiner als ein Sollwert ist, die Größe auf Null (0) festgelegt wird, während sonst die Größe um den Sollwert verringert wird.
  • Effekt der Erfindung
  • Bei der parallelen Stromversorgungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Steuerschaltung die Vielzahl der DC/DC-Wandler jeweils unabhängig voneinander steuern, und es wird dafür gesorgt, dass sich die Polaritäten der Ausgangsströme der Vielzahl der DC/DC-Wandler nicht voneinander unterscheiden, so dass die Ausgangsströme ausgeglichen werden können. Daher ist es möglich, eine parallele Stromversorgungsvorrichtung zu erhalten, die einen hohen Grad an Freiheit bei der Bereitstellung oder Ergänzung von DC/DC-Wandlern aufweist und verlustarm ist.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein schematisches Schaltbild einer parallelen Stromversorgungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 2 ist ein Schaltbild, das die Konfiguration eines DC/DC-Wandlers gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt;
    • 3 ist ein Ansteuersignal-Wellenformdiagramm bei einer aufwärts-Ladung des DC/DC-Wandlers gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 4 ist ein Ansteuersignal-Wellenformdiagramm bei abwärts-Ladung des DC/DC-Wandlers gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 5 ist ein Ansteuersignal-Wellenformdiagramm bei abwärts-Entladung des DC/DC-Wandlers gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 6 ist ein Ansteuersignal-Wellenformdiagramm bei einer aufwärts-Entladung des DC/DC-Wandlers gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 7 ist ein Wellenformdiagramm, das die grundlegende Steuerfunktion des DC/DC-Wandlers gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 8 ist ein Steuerblockschaltbild, das eine Steuerschaltung des DC/DC-Wandlers gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt;
    • 9 ist ein Steuerblockschaltbild, das die Steuerschaltung des DC/DC-Wandlers gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt;
    • 10 ist ein Steuerblockschaltbild, das eine Spannungssteuerschaltung des DC/DC-Wandlers gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt;
    • 11 ist ein Wellenformdiagramm, das den Steuerbetrieb des DC/DC-Wandlers gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt;
    • 12 ist ein Wellenformdiagramm der Ausgangsströme einer Vielzahl von DC/DC-Wandlern in einem Vergleichsbeispiel;
    • 13 ist ein Steuerblockschaltbild, das eine Steuerschaltung eines DC/DC-Wandlers gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung darstellt;
    • 14 ist ein Steuerblockschaltbild, das die Steuerschaltung des DC/DC-Wandlers gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung darstellt;
    • 15 ist ein Steuerblockschaltbild, das eine Spannungssteuerschaltung des DC/DC-Wandlers gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung darstellt;
    • 16 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer parallelen Stromversorgungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;
    • 17 ist ein schematisches Schaltbild einer parallelen Stromversorgungsvorrichtung gemäß einem weiteren Beispiel der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung, und
    • 18 ist ein schematisches Schaltbild einer parallelen Stromversorgungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Ausführungsform 1
  • Im Folgenden wird die Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 1 ist ein Diagramm, das den schematischen Aufbau einer parallelen Stromversorgungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in 1 dargestellt, weist eine parallele Stromversorgungsvorrichtung 100 eine Vielzahl von parallel geschalteten DC/DC-Wandlern 30a bis 30e auf, zwischen einer gemeinsamen Last 1 als Last oder Stromquelle und einer Vielzahl von Gleichstromversorgungen 2a bis 2e als Stromquellen oder Lasten.
  • Die Vielzahl der DC/DC-Wandler 30a bis 30e haben auf der Seite der gemeinsamen Last 1 parallelgeschaltete und mit der gemeinsamen Last 1 verbundene Klemmen oder Anschlüsse, und die DC/DC-Wandler 30a bis 30e sind jeweils mit den Gleichstromversorgungen 2a bis 2e verbunden. Es sei angemerkt, dass die Anzahl der DC/DC-Wandler 30a bis 30e nur „mehrere“ sein muss.
  • Jeder DC/DC-Wandler 30a bis 30e führt eine Leistungsübertragung in beide Richtungen durch und weist Folgendes auf: einen Transformator 3; eine erste Schaltung 5, die zwischen den Transformator 3 und die gemeinsame Last 1 geschaltet ist und eine Leistungsumwandlung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom durchführt; eine zweite Schaltung 8, die zwischen den Transformator 3 und die entsprechenden Gleichstromversorgungen 2a bis 2e geschaltet ist; und eine Steuerschaltung 20.
  • Jeder DC/DC-Wandler 30a bis 30e ist mit einem Spannungsdetektor 16 zum Erfassen der Spannung V1 zwischen beiden Enden der gemeinsamen Last 1, die an die erste Schaltung 5 angeschlossen ist, und einem Stromdetektor 17 ausgestattet zum Erfassen der Ströme Ia bis Ie zwischen der zweiten Schaltung 8 und der entsprechenden Gleichstromversorgung 2a bis 2e. Ausgehend von der erfassten Spannung V1 und dem Strom Ia bis Ie, erzeugt jede Steuerschaltung 20 Ansteuersignale 21a, 21b zur Steuerung der ersten und zweiten Schaltung 5, 8.
  • In diesem Fall ist die Richtung der Ströme Ia bis Ie von der zweiten Schaltung 8 zur Gleichstromversorgungen 2a bis 2e als positiv definiert. Der Betrieb der Stromübertragung von der gemeinsamen Last 1 zu den Gleichstromversorgungen 2a bis 2e, bei dem die Ströme Ia bis Ie positiv sind, wird als Ladevorgang bezeichnet. Der Betrieb der Stromübertragung von den Gleichstromversorgungen 2a bis 2e zur gemeinsamen Last 1, bei dem die Ströme Ia bis Ie negativ sind, wird als Entladebetrieb bezeichnet.
  • 2 ist ein Schaltbild, das die detaillierte Konfiguration des DC/DC-Wandlers 30a zeigt. Es sei angemerkt, dass die Konfigurationen und Operationen der anderen DC/DC-Wandler 30b bis 30e auch die gleichen sind wie die des DC/DC-Wandlers 30a, so dass in der folgenden Beschreibung eine gesonderte Beschreibung der DC/DC-Wandler 30b bis 30e weggelassen wird.
  • Der DC/DC-Wandler 30a weist Folgendes auf: den isolierten Transformator 3; einen ersten Glättungskondensator 4, der parallel zur gemeinsamen Last 1 geschaltet ist; die erste Schaltung 5; einen zweiten Glättungskondensator 7, der parallel zur Gleichstromversorgung 2a geschaltet ist; die zweite Schaltung 8; und eine erste Drossel 9 und eine zweite Drossel 10, die an Wechselstrom-Ein-/Ausgangsleitungen der ersten Schaltung 5 bzw. der zweiten Schaltung 8 angeschlossen sind. Der DC/DC-Wandler 30a weist weiterhin die Steuerschaltung 20 zur Steuerung der ersten Schaltung 5 und der zweiten Schaltung 8 auf.
  • Die erste Schaltung 5 ist eine Vollbrückenschaltung mit einer Vielzahl von Halbleiterschaltelementen Q1A, Q1B, Q1C, Q1D (im Folgenden einfach als Q1A, Q1B, Q1C, Q1D oder Halbleiterschaltelemente Q bezeichnet), die aus IGBTs, MOSFETs oder dergleichen bestehen, mit denen die Dioden 12 antiparallel verbunden sind. Die erste Schaltung 5 hat eine Gleichstromseite, die mit dem ersten Glättungskondensator 4, und eine Wechselstromseite, die mit einer ersten Wicklung 3a des Transformators 3 verbunden ist, und führt eine bidirektionale Leistungsumwandlung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom durch.
  • Außerdem ist die erste Schaltung 5 eine Nullspannungs-Schaltung, in der die Spannung zwischen beiden Enden jedes Halbleiterschaltelements Q zum Zeitpunkt des Schaltens gegen Null geführt werden kann. Kondensatoren 13 sind parallel zu den jeweiligen Halbleiterschaltelementen Q geschaltet. Die erste Drossel 9 ist mit der Wechselstrom-Ein-/Ausgangsleitung zwischen den Halbleiterschaltelementen Q und dem Transformator 3 verbunden und die erste Drossel 9 und die erste Wicklung 3a sind in Reihe geschaltet.
  • Die zweite Schaltung 8 ist eine Vollbrückenschaltung mit einer Vielzahl von Halbleiterschaltelementen Q2A, Q2B, Q2C, Q2D (im Folgenden einfach als Q2A, Q2B, Q2C, Q2D oder Halbleiterschaltelemente Q bezeichnet) aus IGBTs, MOSFETs oder dergleichen, mit denen die Dioden 12 antiparallel verbunden sind. Die zweite Schaltung 8 hat eine Gleichstromseite, die mit dem zweiten Glättungskondensator 7, und eine Wechselstromseite, die mit einer zweiten Wicklung 3b des Transformators 3 verbunden ist, und führt eine bidirektionale Leistungsumwandlung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom durch.
  • Außerdem ist die zweite Schaltung 8 eine Nullspannungs-Schaltung, in der die Spannung zwischen beiden Enden des Halbleiterschaltelements Q zum Zeitpunkt des Schaltens gegen Null geführt werden kann. Kondensatoren 13 sind parallel zu den jeweiligen Halbleiterschaltelementen Q geschaltet. Die zweite Drossel 10 ist mit der Wechselstrom-Ein-/Ausgangsleitung zwischen dem Transformator 3 und den Halbleiterschaltelementen Q verbunden, und die zweite Drossel 10 und die zweite Wicklung 3b sind in Reihe geschaltet. Eine Drossel 11 ist mit der Gleichstromseite der zweiten Schaltung 8 verbunden.
  • Der Stromdetektor 17 (siehe 1) zum Erfassen des durch die Drossel 11 fließenden Stroms Ia ist zwischen dem zweiten Glättungskondensator 7 und der Gleichstromversorgung 2a angeordnet und der erfasste Ausgang wird in die Steuerschaltung 20 eingegeben. Der Spannungsdetektor 16 (siehe 1) ist zum Erfassen der Spannung V1 des ersten Glättungskondensators 4 angeordnet, und der erfasste Ausgang wird in die Steuerschaltung 20 eingegeben.
  • Ausgehend von den eingegebenen Werten von Strom Ia und Spannung V1 erzeugt die Steuerschaltung 20 Ansteuersignale 21a, 21b zur Durchführung der Schaltsteuerung der Halbleiterschaltelemente Q der ersten Schaltung 5 und der zweiten Schaltung 8, so dass die Ansteuer- oder Treibersteuerung der ersten Schaltung 5 und der zweiten Schaltung 8 erfolgt.
  • Der Stromdetektor 17 kann an einer Stelle in Bezug auf den zweiten Glättungskondensator 7 auf der Seite der zweiten Schaltung 8 angeordnet werden.
  • Im Folgenden wird der Betrieb des DC/DC-Wandlers 30a beschrieben.
  • Die Steuerschaltung 20 im DC/DC-Wandler 30a führt eine Phasenschiebesteuerung der ersten und der zweiten Schaltung 5, 8 durch die Ansteuersignale 21a, 21b durch und stellt damit den Strom Ia ein. In der Phasenschiebesteuerung werden auf der Basis eines Arbeitszyklus erste und zweite Phasenschiebebeträge θ1, θ2 für die Ansteuersignale 21a, 21b für die erste und die zweite Schaltung 5, 8 bestimmt, so dass die erste und die zweite Schaltung 5, 8 gesteuert werden. Im Folgenden wird diese Steuerung im Detail beschrieben.
  • 3 zeigt die Wellenformen der Ansteuersignale 21a, 21b für die Halbleiterschaltelemente Q der ersten Schaltung 5 und die zweite Schaltung 8 im Aufwärts-Ladebetrieb des DC/DC-Wandlers 30a. In diesem Fall ist der Strom Ia positiv, und der Betrieb der Leistungsübertragung von der gemeinsamen Last 1 zur Gleichstromversorgung 2a wird durchgeführt.
  • In den Zeichnungen sind einer Vielzahl von Gate-Mustern, die Kombinationsmuster der Ansteuersignale sind, jeweils die Perioden A bis J zugeordnet. In 3 werden aus Gründen der Übersichtlichkeit die Ansteuersignale für Q1A, Q1B, Q1C, Q1D, Q2C, Q2D, Q2A, Q2B durch die Bezugszeichen der jeweiligen Elemente gekennzeichnet.
  • Alle Ansteuersignale werden unter Verwendung einer ersten Brückenschaltung (Q1A, Q1B) erzeugt, die eine der Brückenschaltungen in der ersten Schaltung 5 als leistungsübertragungsseitige Schaltung ist. Q2A und Q2B der zweiten Brückenschaltung (Q2A, Q2B), die eine der Brückenschaltungen in der zweiten Schaltung 8 als leistungsempfangsseitige Schaltung ist, werden in einem AUS-Zustand gehalten.
  • In drei Brückenschaltungen außer der zweiten Brückenschaltung (Q2A, Q2B) werden Q1A, Q1C, Q2C auf der positiven Seite (Hochspannungsseite) und Q1B, Q1D, Q2D auf der negativen Seite (Niederspannungsseite), die die jeweiligen Brückenschaltungen bilden, mit einem Einschaltzeitverhältnis von 50 % gesteuert, außer der Kurzschlussverhinderungszeit. Die Kurzschlussverhinderungszeit ist eine Zeit, die vorgegeben ist, um zu verhindern, dass ein Halbleiterschaltelement auf der positiven Seite und ein Halbleiterschaltelement auf der negativen Seite gleichzeitig eingeschaltet werden, so dass dann, wenn die eingestellte Kurzschlussverhinderungszeit nach dem Ausschalten eines der Halbleiterschaltelemente vergeht, das andere Halbleiterschaltelement eingeschaltet wird.
  • Damit jedes Halbleiterschaltelement Q der ersten Schaltung 5 auf der Leistungsübertragungsseite eine Nullspannungsumschaltung durchführt, wird so gesteuert, dass innerhalb der Kurzschlussverhinderungszeit die Spannung des parallel zum Halbleiterschaltelement Q geschalteten Kondensators 13 auf die Spannung des ersten Glättungskondensators 4 ansteigt oder sich auf eine Spannung nahe Null verringert.
  • Q1A in der ersten Brückenschaltung (Q1A, Q1B) ist als erstes Bezugselement und Q2A in der zweiten Brückenschaltung (Q2A, Q2B) als zweites Bezugselement definiert. Die Q1D-Diagonale zum ersten Bezugselement Q1A ist definiert als ein erstes Diagonalelement und Q2D-Diagonale zum zweiten Bezugselement Q2A ist definiert als ein zweites Diagonalelement.
  • Ein Phasenverschiebungsbetrag θ1 (erster Phasenverschiebungsbetrag) für das Ansteuersignal für das erste Diagonalelement Q1D relativ zur Phase des Ansteuersignals für das erste Bezugselement Q1A (Bezugselement der leistungsübertragenden Schaltung) und ein Phasenverschiebungsbetrag θ2 (zweiter Phasenverschiebungsbetrag) für das Ansteuersignal für das zweite Diagonalelement Q2D relativ zur Phase des Ansteuersignals für das erste Bezugselement Q1A, werden gemäß einem Arbeitszyklus bestimmt, der ein Steuerbefehl ist.
  • Das heißt, die Phasenverschiebungsbeträge θ1, θ2 werden gemäß dem Arbeitszyklus gesteuert. Während die Details der Steuerung der Phasenverschiebungsbeträge θ1, θ2 später beschrieben werden, wird in diesem Fall der Phasenverschiebungsbetrag θ1 minimal gehalten und der Phasenverschiebungsbetrag θ2 entsprechend dem Arbeitszyklus geändert.
  • Wie in den Zeichnungen dargestellt, ist eine Periode, in der das erste Bezugselement Q1A und das erste Diagonalelement Q1D beide eingeschaltet sind, als diagonale Einschaltzeit t1 definiert, und die diagonale Einschaltzeit t1 wird durch die Phasenverschiebungsgröße θ1 bestimmt. Es sei angemerkt, dass eine diagonale Einschaltzeit t1a, in der Q1B und Q1C beide EIN sind, auch gleich der diagonalen Einschaltzeit t1 ist.
  • Für die zweite Brückenschaltung (Q2A, Q2B) werden Ansteuersignale gleich denen der ersten Brückenschaltung (Q1A, Q1B) als virtuelle Ansteuersignale angenommen, und eine Periode, in der sich eine virtuelle Einschaltzeit von Q2A aufgrund des virtuellen Ansteuersignals für das zweite Bezugselement Q2A und eine Einschaltzeit des zweiten Diagonalelements Q2D überlappen, ist als virtuelle diagonale Einschaltzeit t2 definiert.
  • Die virtuelle diagonale Einschaltzeit t2 wird durch den Phasenverschiebungsbetrag θ2 für das Ansteuersignal für das zweite Diagonalelement Q2D relativ zur Phase des Ansteuersignals für das erste Bezugselement Q1A bestimmt. Es sei angemerkt, dass eine virtuelle diagonale Einschaltzeit t2a, in der sich eine virtuelle EIN-Zeit von Q2B aufgrund des virtuellen Ansteuersignals für Q2B und eine EIN-Zeit von Q2C überlappen, auch gleich der virtuellen diagonalen Einschaltzeit t2 ist.
  • Im Folgenden wird der Betrieb des DC/DC-Wandlers 30a in einem Zyklus mit Bezug auf 3 kurz beschrieben. Es sei angemerkt, dass die Spannung der Gleichstromversorgung 2a als höher angenommen wird als die auf der zweiten Wicklung 3b auftretende Spannung und dass die Leistung von der gemeinsamen Last 1 auf die Gleichstromversorgung 2a übertragen wird.
  • Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird die Beschreibung ab der Periode B begonnen.
  • Während der Periode B wird die Polarität des Stroms in der ersten Schaltung 5 von der Polarität in der Periode A umgekehrt und Energie von der Seite der gemeinsamen Last 1 übertragen, und in der zweiten Schaltung 8 fließt der Rückflussstrom. Deshalb sind die erste Drossel 9 und die zweite Drossel 10 erregt.
  • Während der Periode C wird in der ersten Schaltung 5 Energie von der Seite der gemeinsamen Last 1 übertragen, und in der zweiten Schaltung 8 wird Energie auf die Seite Gleichstromversorgung 2a übertragen. Daher wird die Erregungsenergie der ersten Drossel 9 und der zweiten Drossel 10 auf die Seite Gleichstromversorgung 2a übertragen.
  • Während der Periode D wird in der ersten Schaltung 5 Energie von der Seite der gemeinsamen Last 1 übertragen und in der zweiten Schaltung 8 wird Q2D eingeschaltet, aber die Energie wird weiterhin auf die Seite Gleichstromversorgung 2a übertragen. Daher wird die Erregungsenergie der ersten Drossel 9 und der zweiten Drossel 10 auf die Seite der Gleichstromversorgung 2a übertragen.
  • Während der Periode E wird Q1A in der ersten Schaltung 5 abgeschaltet, und der Strom fließt zurück; in der zweiten Schaltung 8 nimmt der Rückflussstrom durch die Spannung der Gleichstromversorgung 2a allmählich ab, und wenn der Rückflussstrom 0 erreicht, wird dieser Zustand gehalten.
  • Während der Periode F wird Q1B in der ersten Schaltung 5 durch ZVS (Nullspannungsumschaltung) eingeschaltet, und wenn ein Rückflussstrom übrig bleibt, wird der Rückflussstrom zur Seite der gemeinsamen Last 1 zurückgewonnen. In der zweiten Schaltung 8 nimmt der Rückflussstrom allmählich ab, und wenn der Rückflussstrom 0 erreicht, wird dieser Zustand beibehalten.
  • Während der Periode G, wird die Polarität des Stroms in der ersten Schaltung 5 von der Polarität in der Periode F umgekehrt und Energie von der Seite der gemeinsamen Last 1 übertragen und in der zweiten Schaltung 8 fließt der Rückflussstrom. Deshalb sind die erste Drossel 9 und die zweite Drossel 10 erregt.
  • Während der Periode H wird in der ersten Schaltung 5 Energie von der Seite der gemeinsamen Last 1 übertragen, und in der zweiten Schaltung 8 wird Energie auf die Seite der Gleichstromversorgung 2a übertragen. Daher wird die Erregungsenergie der ersten Drossel 9 und der zweiten Drossel 10 auf die Seite der Gleichstromversorgung 2a übertragen.
  • Während der Periode I wird in der ersten Schaltung 5 Energie von der Seite der gemeinsamen Last 1 übertragen und in der zweiten Schaltung 8 wird Q2C eingeschaltet, aber die Energie wird weiterhin auf die Seite Gleichstromversorgung 2a übertragen. Daher wird die Erregungsenergie der ersten Drossel 9 und der zweiten Drossel 10 auf die Seite Gleichstromversorgung 2a übertragen.
  • Während der Periode J wird Q1B in der ersten Schaltung 5 abgeschaltet und der Strom fließt zurück, und in der zweiten Schaltung 8 nimmt der Rückflussstrom durch die Spannung der Gleichstromversorgung 2a allmählich ab, und wenn der Rückflussstrom 0 erreicht, wird dieser Zustand beibehalten.
  • Während der Periode A wird Q1A in der ersten Schaltung 5 durch ZVS (Nullspannungsumschaltung) eingeschaltet und wenn der Rückflussstrom in der Periode J weiter fließt, wird der Rückflussstrom zur Seite der gemeinsamen Last 1 zurückgewonnen. In der zweiten Schaltung 8 nimmt der Rückflussstrom allmählich ab, und wenn der Rückflussstrom 0 erreicht, wird dieser Zustand beibehalten.
  • Durch die Wiederholung der Reihe von vorstehend beschriebenen Steuerungsvorgängen (Perioden A bis J) erhöht der DC/DC-Wandler 30a die an der zweiten Wicklung 3b des Transformators 3 erzeugte Spannung und versorgt die Gleichstromversorgung 2a mit Energie.
  • Die erste Schaltung 5 gibt einen positiven Spannungsimpuls V1 der gemeinsamen Last 1 während der diagonalen Einschaltzeit t1 aus, in der Q1A und Q1D beide EIN sind, und gibt einen negativen Spannungsimpuls (-V1) während der diagonalen Einschaltzeit t1 aus, in der Q1B und Q1C beide EIN sind, um diese Spannungen an den Transformator 3 anzulegen. Dann führt die zweite Schaltung 8 einen Aufwärts-Betrieb durch, wobei sie eine Periode aufweist, in der die zweite Drossel 10 erregt wird, d.h. die zweite Drossel 10 wirkt als Aufwärts-Drossel, in den diagonalen EIN-Zeiten (t1, t1a), in denen Spannung an den Transformator 3 angelegt wird.
  • Alle Schaltvorgänge der Halbleiterschaltelemente Q in der ersten Schaltung 5 auf der Primärseite des Transformators 3 werden durch den Kondensator 13 und die erste Drossel 9 spannungslos geschaltet. Es sei angemerkt, dass einige der Schaltungen in der zweiten Schaltung 8 auf der Sekundärseite Nullspannungsschaltungen sind.
  • Q2A und Q2B in der zweiten Brückenschaltung (Q2A, Q2B) werden in einem AUS-Zustand gehalten. Daher wird während der Perioden E, F, wenn der umgekehrte Strom auf Null sinkt, die Diode von Q2A ausgeschaltet, so dass kein umgekehrter Strom fließt. Auch während der Perioden J und A, in denen der Rückflussstrom auf Null sinkt, wird die Diode von Q2B ausgeschaltet, so dass kein Rückstrom fließt.
  • 4 zeigt nun die Wellenformen der Ansteuersignale 21a, 21b für die Halbleiterschaltelemente Q der ersten Schaltung 5 und die zweite Schaltung 8 im Abwärts-Ladebetrieb des DC/DC-Wandlers 30a. Auch in diesem Fall werden in den Zeichnungen die Perioden A bis J jeweils für eine Vielzahl von Gate-Mustern zugeordnet, die Kombinationsmuster der Ansteuersignale sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden die Ansteuersignale für Q1A, Q1B, Q1C, Q1D, Q2C, Q2D, Q2A, Q2B durch die Bezugszeichen der jeweiligen Elemente gekennzeichnet.
  • Wie bei der in 3 dargestellten Aufwärts-Ladung werden alle Ansteuersignale erzeugt, mit einer ersten Brückenschaltung (Q1A, Q1B) in der ersten Schaltung 5 als Bezug, die eine leistungsübertragende Schaltung ist. Q2A und Q2B der zweiten Brückenschaltung (Q2A, Q2B) in der zweiten Schaltung 8 werden in einem AUS-Zustand gehalten. In drei Brückenschaltungen außer der zweiten Brückenschaltung (Q2A, Q2B) werden Q1A, Q1C, Q2C auf der positiven Seite (Hochspannungsseite) und Q1B, Q1D, Q2D auf der negativen Seite (Niederspannungsseite), die die jeweiligen Brückenschaltungen bilden, mit einem Einschaltzeitverhältnis von 50 % gesteuert, mit Ausnahme der Kurzschlussverhinderungszeit.
  • Ein Phasenverschiebungsbetrag θ1 (erster Phasenverschiebungsbetrag) für das Ansteuersignal für das erste Diagonalelement Q1D in Bezug auf die Phase des Ansteuersignals für das erste Bezugselement Q1A (Bezugselement der leistungsübertragenden Schaltung) und ein Phasenverschiebungsbetrag θ2 (zweiter Phasenverschiebungsbetrag) für das Ansteuersignal für das zweite Diagonalelement Q2D in Bezug auf die Phase des Ansteuersignals für das erste Bezugselement Q1A, werden gemäß einem Arbeitszyklus bestimmt, der ein Steuerbefehl ist. In diesem Fall sind der Phasenverschiebungsbetrag θ1 und der Phasenverschiebungsbetrag θ2 gleich und beide Phasenverschiebungsbeträge θ1, θ2 werden entsprechend dem Arbeitszyklus geändert.
  • Auch in diesem Fall werden die diagonalen EIN-Zeiten t1, t1a durch den Phasenverschiebungsbetrag θ1 bestimmt. Für die zweite Brückenschaltung (Q2A, Q2B) werden Ansteuersignale gleich denen der ersten Brückenschaltung (Q1A, Q1B) als virtuelle Ansteuersignale angenommen, und dann werden die virtuellen Diagonal-EIN-Zeiten t2, t2a, wie vorstehend beschrieben, durch den Phasenverschiebungsbetrag θ2 bestimmt. In diesem Fall sind die diagonalen EIN-Zeiten t1, t1a und die virtuellen diagonalen EIN-Zeiten t2, t2a gleich.
  • Im Folgenden wird der Betrieb des DC/DC-Wandlers 30a in einem Zyklus mit Bezug auf 4 kurz beschrieben. Es sei angemerkt, dass die Spannung der Gleichstromversorgung 2a niedriger angenommen wird als die auf der zweiten Wicklung 3b auftretende Spannung, und dass die Leistung von der gemeinsamen Last 1 auf die Gleichstromversorgung 2a übertragen wird.
  • Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird die Beschreibung ab der Periode D begonnen.
  • Während der Periode D wird Energie in die ersten Schaltung 5 von der Seite der gemeinsamen Last 1 übertragen, und in der zweiten Schaltung 8 wird Energie auf die Seite Gleichstromversorgung 2a übertragen.
  • Während der Periode E wird Q1A in der ersten Schaltung 5 abgeschaltet und der Strom fließt zurück, und in der zweiten Schaltung 8 nimmt der Rückflussstrom durch die Spannung der Gleichstromversorgung 2a allmählich ab. Wenn der Rückflussstrom 0 erreicht, wird dieser Zustand gehalten.
  • In den Perioden F, G wird Q1B in der ersten Schaltung 5 durch ZVS (Nullspannungsumschaltung) eingeschaltet und der Strom fließt zurück. In der zweiten Schaltung 8 nimmt der Rückflussstrom allmählich ab, und wenn der Rückflussstrom 0 erreicht, wird dieser Zustand beibehalten.
  • Während der Periode H wird in der ersten Schaltung 5, wenn ein Rückflussstrom übrigbleibt, der Rückflussstrom zur Seite der gemeinsamen Last 1 zurückgewonnen. In der zweiten Schaltung 8 nimmt der Rückflussstrom allmählich ab, und wenn der Rückflussstrom 0 erreicht, wird dieser Zustand beibehalten.
  • Während der Periode I wird in der ersten Schaltung 5 die Polarität des Stroms gegenüber der Polarität in der Periode H invertiert und die Energie von der Seite der gemeinsamen Last 1 übertragen. In der zweiten Schaltung 8 wird die Energie auf die Seite der Gleichstromversorgung 2a übertragen.
  • Während der Periode J wird Q1B in der ersten Schaltung 5 ausgeschaltet, und der Strom fließt zurück. In der zweiten Schaltung 8 nimmt der Rückflussstrom durch die Spannung der Gleichstromversorgung 2a allmählich ab, und wenn der Rückflussstrom 0 erreicht, wird dieser Zustand beibehalten.
  • Anschließend wird in den Perioden A, B das Element Q1A in der ersten Schaltung 5 durch ZVS (Nullspannungsumschaltung) eingeschaltet, und der Strom fließt zurück. In der zweiten Schaltung 8 nimmt der Rückflussstrom allmählich ab, und wenn der Rückflussstrom 0 erreicht, wird dieser Zustand beibehalten.
  • Während der Periode C wird in der ersten Schaltung 5 dann, wenn ein Rückflussstrom übrigbleibt, der Rückflussstrom zur Seite der gemeinsamen Last 1 zurückgewonnen. In der zweiten Schaltung 8 nimmt der Rückflussstrom allmählich ab, und wenn der Rückflussstrom 0 erreicht, wird dieser Zustand beibehalten.
  • Durch Wiederholung der vorstehend beschriebenen Reihe von Steuerungen (Perioden A bis J) bringt der DC/DC-Wandler 30a die an der zweiten Wicklung 3b des Transformators 3 erzeugte Spannung nach unten und versorgt die Gleichstromversorgung 2a.
  • Alle Schaltvorgänge der Halbleiterschaltelemente Q in der ersten Schaltung 5 auf der Primärseite des Transformators 3 sind durch den Kondensator 13 und die erste Drossel 9 spannungslos geschaltet. Es sei angemerkt, dass einige der Schaltungen in der zweiten Schaltung 8 auf der Sekundärseite Nullspannungsschaltungen sind.
  • Q2A und Q2B in der zweiten Brückenschaltung (Q2A, Q2B) werden in einem AUS-Zustand gehalten. Daher wird in den Perioden E bis H dann, wenn der Rückflussstrom auf Null sinkt, die Diode von Q2A ausgeschaltet, so dass kein umgekehrter Strom fließt. Auch während der Perioden J und A bis C wird die Diode von Q2B ausgeschaltet, wenn der Rückflussstrom auf Null sinkt, so dass kein umgekehrter Strom fließt.
  • Als Nächstes wird der Fall beschrieben, in dem der DC/DC-Wandler 30a Leistung von der Gleichstromversorgung 2a an die gemeinsame Last 1 überträgt. In diesem Fall ist der Strom Ia negativ.
  • 5 zeigt Wellenformen der Ansteuersignale 21a, 21b für die Halbleiterschaltelemente Q der ersten Schaltung 5 und der zweiten Schaltung 8 im abwärts-Entladebetrieb des DC/DC-Wandlers 30a. 6 zeigt Wellenformen der Ansteuersignale 21a, 21b für die Halbleiterschaltelemente Q der ersten Schaltung 5 und der zweiten Schaltung 8 im Aufwärts-Entladebetrieb des DC/DC-Wandlers 30a.
  • Die Wirkungsrichtung des DC/DC-Wandlers 30a bei Abwärts-Entladung ist entgegengesetzt zu der bei Abwärts-Ladung gemäß 4 und 5, und somit werden die Ansteuersignale für die erste Schaltung 5 und die Ansteuersignale für die zweite Schaltung 8 bei Abwärts-Ladung durcheinander ersetzt. Die Wirkungsweise des DC/DC-Wandlers 30a bei Aufwärts-Entladung ist entgegengesetzt zu der bei Aufwärts-Ladung, wie in 3 und 6 dargestellt, und somit werden die Ansteuersignale für die erste Schaltung 5 und die Ansteuersignale für die zweite Schaltung 8 bei Aufwärts-Ladung durch einander ersetzt.
  • Im Entladebetrieb, in dem der DC/DC-Wandler 30a Leistung von der Gleichstromversorgung 2a an die gemeinsame Last 1 überträgt, werden die erste Schaltung 5 und die zweite Schaltung 8 wie folgt gesteuert.
  • Alle Ansteuersignale werden unter Benutzung der zweiten Brückenschaltung (Q2A, Q2B) in der zweiten Schaltung 8 als Bezug erzeugt, die eine leistungsübertragungsseitige Schaltung ist. Q1A und Q1B der ersten Brückenschaltung (Q1A, Q1B) in der ersten Schaltung 5 werden in einem AUS-Zustand gehalten.
  • In drei Brückenschaltungen, mit Ausnahme der ersten Brückenschaltung (Q1A, Q1B), werden Q1C, Q2A, Q2C auf der positiven Seite (Hochspannungsseite) und Q1D, Q2B, Q2D auf der negativen Seite (Niederspannungsseite), die die jeweiligen Brückenschaltungen bilden, mit einem Einschaltzeitverhältnis von 50 % gesteuert, mit Ausnahme der Kurzschlussverhinderungszeit. In diesem Fall führt die Steuerschaltung 20 zum Zeitpunkt des Schaltens jedes Halbleiterschaltelements Q im leistungsübertragenden Stromkreis (zweite Schaltung 8) Steuerungen durch, so dass innerhalb der Kurzschlussverhinderungszeit die Spannung des parallel zu jedem Halbleiterschaltelement Q geschalteten Kondensators 13 auf die Spannung des zweiten Glättungskondensators 7 ansteigt oder abnimmt und damit eine Nullspannungsumschaltung erfolgt.
  • Ein Phasenverschiebungsbetrag θ1 (erster Phasenverschiebungsbetrag) für das Ansteuersignal für das erste Diagonalelement Q1D relativ zur Phase des Ansteuersignals für das zweite Bezugselement Q2A (Bezugselement der leistungsübertragenden Schaltung) und ein Phasenverschiebungsbetrag θ2 (zweiter Phasenverschiebungsbetrag) für das Ansteuersignal für das zweite Diagonalelement Q2D relativ zur Phase des Ansteuersignals für das zweite Bezugselement Q2A werden gemäß einem Arbeitszyklus bestimmt, der ein Steuerbefehl ist. Das heißt, die Phasenverschiebungsbeträge θ1 und θ2 werden gemäß dem Arbeitszyklus gesteuert.
  • Bei der in 5 dargestellten Abwärts-Entladung sind der Phasenverschiebungsbetrag θ1 und der Phasenverschiebungsbetrag θ2 gleich, und beide Phasenverschiebungsbeträge θ1, θ2 werden gemäß dem Arbeitszyklus geändert. Bei der in 6 dargestellten Aufwärts-Entladung wird der Phasenverschiebungsbetrag θ2 minimal gehalten und der Phasenverschiebungsbetrag θ1 wird entsprechend dem Arbeitszyklus geändert.
  • Wie in 5 und 6 dargestellt, wird eine diagonale Einschaltzeit t2, in der Q2A und Q2D beide EIN sind, durch den Phasenverschiebungsbetrag θ2 bestimmt, und eine diagonale Einschaltzeit t2a, in der Q2B und Q2C beide EIN sind, ist ebenfalls gleich der diagonalen Einschaltzeit t2.
  • Darüber hinaus nimmt die Steuerschaltung 20 für die erste Brückenschaltung (Q1A, Q1B) Ansteuersignale gleich denen der zweiten Brückenschaltung (Q2A, Q2B) als virtuelle Ansteuersignale an und gibt eine Periode vor, in der sich eine virtuelle Einschaltzeit von Q1A aufgrund des virtuellen Ansteuersignals für Q1A und eine Einschaltzeit von Q1D als virtuelle diagonale Einschaltzeit t1 überlappen. Die virtuelle diagonale Einschaltzeit t1 wird durch den Phasenverschiebungsbetrag θ1 bestimmt. Es sei angemerkt, dass eine virtuelle diagonale Einschaltzeit t1a, in der sich eine virtuelle EIN-Zeit von Q1B aufgrund des virtuellen Ansteuersignals für Q1B und eine EIN-Zeit von Q1C überschneiden, auch gleich der virtuellen diagonale Einschaltzeit t1 ist.
  • Wie vorstehend beschrieben, führt der DC/DC-Wandler 30a eine bidirektionale Stromübertragung über vier Steuerungsmodi durch, d.h. Aufwärts-Ladung, Abwärts-Ladung, Abwärts-Entladung und Aufwärts-Entladung. Weiterhin werden, wie vorstehend beschrieben, der Phasenverschiebungsbetrag θ1 für das Ansteuersignal für das erste Diagonalelement Q1D und der Phasenverschiebungsbetrag θ2 für das Ansteuersignal für das zweite Diagonalelement Q2D in Bezug auf die Phase des Ansteuersignals für das Bezugselement der leistungsübertragenden Schaltung gemäß dem Arbeitszyklus gesteuert. Das Bezugselement der leistungsübertragenden Schaltung ist das erste Bezugselement Q1A beim Laden und das zweite Bezugselement Q2A beim Entladen.
  • 7 ist ein Wellenformdiagramm, das die grundlegende Steuerfunktion des DC/DC-Wandlers 30a veranschaulicht und die Phasenverschiebungsbeträge θ1 und θ2 gemäß dem Arbeitszyklus und die diagonalen Einschaltzeiten (virtuelle diagonale Einschaltzeiten) t1, t2 zeigt. In diesem Fall ist die Leistung in Laderichtung positiv.
  • Es sei angemerkt, dass hier, um die grundlegende Steuerungsfunktion darzustellen, der Fall dargestellt wird, in dem der Arbeitszyklus im Verhältnis zur Übertragungsleistung bestimmt wird. Wie später beschrieben, wird jedoch der berechnete Arbeitszyklus korrigiert und der korrigierte Arbeitszyklus dann verwendet.
  • Im Folgenden wird die Steuerung im Ladefall mit Bezug auf 7 beschrieben. Die Steuerung im Entladefall erfolgt durch bloße Umkehrung der Leistungsübertragungsrichtung, weshalb auf eine erneute Beschreibung verzichtet wird.
  • Bei der Steuerung im Falle einer Aufwärts-Ladung setzt die Steuerschaltung 20 die diagonale Einschaltzeit t1 (= t1a) auf eine maximale Einschaltzeit tmax, um die Periode zu maximieren, in der die Spannung an die erste Wicklung 3a des Transformators 3 angelegt wird. Die maximale Einschaltzeit tmax wird auf der Grundlage der Kurzschlussverhinderungszeit vorgegeben, die für jedes Halbleiterschaltelement Q der ersten Schaltung 5 zur Durchführung der Nullspannungsumschaltung benötigt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist der Phasenverschiebungsbetrag θ1 minimal und entspricht der Kurzschlussverhinderungszeit.
  • Im Falle einer Aufwärts-Ladung ist der Phasenverschiebungsbetrag θ2 gleich dem oder größer als der Phasenverschiebungsbetrag θ1, und in der diagonalen Einschaltzeit (t1, t1a), während der Spannung an den Transformator 3 angelegt wird, liegt eine Periode vor, in der die zweite Drossel 10 durch die zweite Schaltung 8 erregt wird. Die Steuerschaltung 20 führt eine Steuerung so durch, dass von einem ersten Bezugspunkt 22 als Basispunkt, an dem die Phasenverschiebungen θ1, θ2 beide minimal sind (Kurzschlussverhinderungszeit), mit zunehmendem Arbeitszyklus der Phasenverschiebungsbetrag θ2 erhöht wird, während der Phasenverschiebungsbetrag θ1 minimal gehalten wird.
  • Wenn die Phasenverschiebung θ1, θ2 beträgt, befinden sich beide am Bezugspunkt 22, bei dem beide Phasenverschiebungen minimal sind (Kurzschlussverhinderungszeit). Die diagonale Einschaltzeit t1 und die virtuelle diagonale Einschaltzeit t2 liegen dann an einem Punkt 22a, bei dem beide die maximale Einschaltzeit tmax sind. Die Steuerschaltung 20 führt eine Steuerung so durch, dass ab dem Punkt 22a als Basispunkt mit zunehmendem Arbeitszyklus die virtuelle diagonale Einschaltzeit t2 verringert wird, während die diagonale Einschaltzeit t1 auf der maximalen EIN-Zeit tmax gehalten wird.
  • Bei der Abwärts-Ladung sind der Phasenverschiebungsbetrag θ1 und der Phasenverschiebungsbetrag θ2 gleich, und beide Phasenverschiebungsbeträge θ1, θ2 werden gemäß dem Arbeitszyklus geändert.
  • Wenn die Phasenverschiebung θ1, θ2 maximal ist, sind die diagonale Einschaltzeit t1 und die virtuelle diagonale Einschaltzeit t2 beide minimal (Kurzschlussverhinderungszeit), und die Leistungsübertragung wird nicht durchgeführt. Im Falle einer Abwärts-Ladung führt die Steuerschaltung 20 eine Steuerung so durch, dass bei einem Arbeitszyklus von 0 die Phasenverschiebungsbeträge θ1, θ2 maximal sind und bei steigendem Arbeitszyklus die Phasenverschiebungsbeträge θ1, θ2 jeweils verringert werden. Zu diesem Zeitpunkt erhöhen sich die diagonale Einschaltzeit t1 und die virtuelle diagonale Einschaltzeit t2.
  • Wenn die Phasenverschiebungen θ1 und θ2 beide maximal sind, schaltet die Steuerschaltung 20 von der Steuerung des Haltens der zweiten Brücke (Q2A, Q2B) in einem AUS-Zustand auf die Steuerung des Haltens der ersten Brücke (Q1A, Q1B) in einem AUS-Zustand um und schaltet damit die Richtung der Leistungsübertragung. Zum Zeitpunkt dieser Umschaltung sind die diagonalen Einschaltzeiten (virtuelle diagonale Einschaltzeiten) t1, t2 beide minimal (Kurzschlussverhinderungszeit), d.h. die Leistungsübertragung wird nicht durchgeführt und es gibt daher keinen Einfluss durch die Umschaltung, und es ist möglich, die Umschaltung problemlos durchzuführen.
  • 8 und 9 sind Steuerblockschaltbilder, die die Funktion der Steuerschaltung 20 im DC/DC-Wandler 30a veranschaulichen. Die Steuerschaltung 20 beinhaltet eine Spannungssteuerschaltung 24, eine Stromsteuerschaltung 27 und eine Korrekturschaltung 36. In diesem Fall bilden die Spannungssteuerschaltung 24 und die Stromsteuerschaltung 27 eine Spannungssteuerschaltung der Steuerschaltung 20.
  • 8 zeigt die Spannungssteuerschaltung 24 und die Stromsteuerschaltung 27. 9 zeigt die Korrekturschaltung 36 zur Korrektur eines von der Stromsteuerschaltung 27 berechneten Arbeitszyklus.
  • Wie vorstehend beschrieben, werden die Spannung V1 der gemeinsamen Last 1 und der Strom Ia zwischen der zweiten Schaltung 8 und der Gleichstromversorgung 2a vom Spannungsdetektor 16 und dem Stromdetektor 17 detektiert und dann in die Steuerschaltung 20 eingegeben.
  • Wie in 8 dargestellt, weist die Spannungssteuerschaltung 24 einen Fehlerdetektor 25 und einen ersten Kompensator 26 auf. Die Spannungssteuerschaltung 24 empfängt die vorgegebene Sollspannung V1* für die gemeinsame Last 1 und die erfasste Spannung V1, und der Fehlerdetektor 25 zieht die Sollspannung V1* von der Spannung V1 ab und gibt eine Spannungsabweichung ΔV aus. Dann berechnet der erste Kompensator 26 den Sollstrom Ia* für den Strom Ia so, dass die Spannungsabweichung ΔV zu 0 wird.
  • Die Stromsteuerschaltung 27 weist einen Fehlerdetektor 28 und einen zweiten Kompensator 29 auf. Die Stromsteuerschaltung 27 empfängt den von der Spannungssteuerschaltung 24 ausgegebenen Sollstrom Ia* und den erfassten Strom Ia, und der Fehlerdetektor 28 subtrahiert den Sollstrom Ia* vom Strom Ia und gibt eine aktuelle Abweichung ΔIa aus. Dann berechnet der zweite Kompensator 29 einen Arbeitszyklus Da für den DC/DC-Wandler 30a so, dass die aktuelle Abweichung ΔIa zu 0 wird.
  • Der erste Kompensator 26 und der zweite Kompensator 29 werden jeweils durch die Reihenschaltung von einer Proportionalregelung und einem Filter (Phasenanschnittskompensation, Phasenverzögerungskompensation, Tiefpassfilter usw.) gebildet. Die Verstärkung der Proportionalregelung bestimmt in etwa das Steuerverhalten, und der Filter verbessert die Stabilität und die stationäre Abweichung. Es sei angemerkt, dass der erste Kompensator 26 und der zweite Kompensator 29 keine integrierende Steuerung bzw. Regelungskomponente verwenden und somit die Spannungsabweichungen und die Stromabweichungen nicht weiter ansammeln.
  • Wenn der Arbeitszyklus Da, wie oben beschrieben, berechnet wird, so wird der Sollstrom Ia* zu einem positiven Wert und der Arbeitszyklus Da zu einem positiven Wert, wenn die Spannung V1 der gemeinsamen Last 1 größer als die Sollspannung V1* ist. Wenn die Spannung V1 der gemeinsamen Last 1 gleich oder kleiner als Sollspannung V1 * ist, wird der Sollstrom Ia* gleich oder kleiner als 0 und der Arbeitszyklus Da ebenfalls gleich oder kleiner als 0.
  • Wenn die erfassten Werte der Spannungen V1 der Vielzahl der DC/DC-Wandler 30a bis 30e alle gleich sind, stimmen die Polaritäten der Zielströme Ia* bis Ie* überein und die Polaritäten der Arbeitszyklen Da bis De stimmen auch überein. In diesem Fall werden die Ströme Ia bis Ie auf die gleiche Polarität eingestellt.
  • In der Praxis tritt jedoch, wenn die Steuerschaltung 20 jedes DC/DC-Wandlers 30a bis 30e die Spannung V1 erfasst, der Detektionsfehler Verr innerhalb eines bestimmten Spannungsbereichs auf.
  • Wie in 10 dargestellt, erhält die Spannungssteuerschaltung 24 die Spannung V1 der gemeinsamen Last 1, zu der oder von der der Detektionsfehler Verr addiert oder subtrahiert worden ist. Anschließend wird die Spannung V1, zu der oder von der der Detektionsfehler Verr addiert oder subtrahiert worden ist, in den Fehlerdetektor 25 eingegeben, und der erste Kompensator 26 berechnet den Sollstrom Ia* auf der Basis der Spannungsabweichung ΔV einschließlich des Detektionsfehlers Verr.
  • Der Detektionsfehler Verr wird auf charakteristische Fehler von Teilen der DC/DC-Wandler 30a bis 30e zurückgeführt, und der Wert und die Polarität des Detektionsfehlers Verr variieren zwischen den DC/DC-Wandlern 30a bis 30e. Daher können sich auch die von den Steuerschaltungen 20 der DC/DC-Wandler 30a bis 30e berechneten Sollströme Ia* bis Ie* voneinander unterscheiden und auch deren Polaritäten voneinander abweichen.
  • Daher verwenden die jeweiligen Steuerschaltungen 20 Werte, die durch die Korrekturschaltungen 36 erhalten werden, welche die von der Stromsteuerschaltungen 27 berechneten Arbeitszyklen Da bis De auf der Grundlage der Sollströme Ia* bis Ie* korrigieren.
  • Wie in 9 dargestellt, weist die Korrekturschaltung 36 Differenzdetektoren 31, 33, Begrenzer 32, 34 und einen Addierer 35 auf.
  • Wenn der Arbeitszyklus auf 0 gestellt ist, wird keine Energieübertragung durchgeführt, und der Strom Ia wird ebenfalls zu 0. Ein Bereich des Arbeitszyklus, in dem die Polarität des Stroms Ia aufgrund des Detektionsfehlers Verr wahrscheinlich umgekehrt wird, liegt in der Nähe von 0. Dieser Bereich wird mit einem positiven Wert Vth als Bereich von -Vth bis Vth vorgegeben. Da der Wert Vth beispielsweise dem Detektionsfehler Verr zugeordnet ist, wird der Wert Vth unter Verwendung eines Maximalwerts ΔE des Detektionsfehlers wie folgt vorgegeben. Vth = Δ E × Verstärkung des ersten Kompensators 26 × Verstärkung des zweiten Kompensators 29 .
    Figure DE112017003265T5_0001
  • Der Maximalwert ΔE des Detektionsfehlers wird anhand der Eigenschaften von Hardwareteilen bestimmt, die für den Spannungsdetektor 16 verwendet werden.
  • Der Differenzdetektor 31 empfängt den von der Stromsteuerschaltung 27 berechneten Arbeitszyklus Da und den vorgegebenen Wert Vth und gibt einen Wert (Da - Vth) aus, der durch Subtraktion des vorgegebenen Werts Vth vom Arbeitszyklus Da erhalten wird. Der Begrenzer 32 begrenzt den Ausgang des Differenzdetektors 31 durch eine untere Grenze 0 und gibt den resultierenden Wert aus.
  • Der Differenzdetektor 33 empfängt den von der Stromsteuerschaltung 27 berechneten Arbeitszyklus Da und einen Wert (-Vth), der durch Umkehrung der Polarität des vorgegebenen Werts Vth erhalten wird, und gibt einen Wert (Da + Vth) aus, der durch Subtraktion des Wertes (-Vth) vom Arbeitszyklus Da erhalten wird. Der Begrenzer 34 begrenzt den Ausgang des Differenzdetektors 33 durch eine obere Grenze 0 und gibt den resultierenden Wert aus. Der Addierer 35 summiert die Ausgänge der beiden Begrenzer 32, 34 und gibt einen Arbeitszyklus Daa aus.
  • 11 ist ein Wellenformdiagramm, das den Steuerbetrieb des DC/DC-Wandlers 30a veranschaulicht. Wie in 11 dargestellt, wird der aus der Stromsteuerschaltung 27 berechnete Arbeitszyklus Da auf den Arbeitszyklus Daa korrigiert. Das heißt, die Korrektur wird so durchgeführt, dass dann, wenn der Absolutwert (Betrag) des Arbeitszyklus Da kleiner als Vth ist, der Wert auf 0 festgelegt wird und sonst der Wert um Vth verringert wird, so dass der Arbeitszyklus Daa erzeugt wird.
  • In dem Bereich, in dem der Absolutwert des Arbeitszyklus Da kleiner als Vth ist, d.h. der Arbeitszyklus Daa auf 0 festgelegt ist, werden die entsprechend dem Arbeitszyklus Daa bestimmten Phasenverschiebungsbeträge θ1, θ2 auf den Maximalwert festgelegt.
  • Das heißt, der maximale Festwertbereich liegt im mittleren Teil der Wellenformen der in 7 dargestellten Phasenverschiebungsbeträge θ1, θ2. Wenn die Größe des Arbeitszyklus Da gleich oder größer als Vth ist, werden in einem Bereich, der einen Bezugspunkt A, -A des Arbeitszyklus Da nicht überschreitet, bei dem die Phasenverschiebung θ1, θ2 beide minimal sind, die Phasenverschiebungsbeträge θ1, θ2 mit zunehmender Größe des Arbeitszyklus um einen gleichen Betrag verringert.
  • Überschreitet der Arbeitszyklus Da dann den Bezugspunkt A, -A, wird einer der Phasenverschiebungsbeträge θ1, θ2 minimal gehalten und der andere mit zunehmender Größe des Arbeitszyklus erhöht. Es sei angemerkt, dass die Bezugspunkte A, -A des Arbeitszyklus Da die Werte des Arbeitszyklus Da anzeigen, die den Bezugspunkten 22 der Phasenverschiebungsbeträge θ1, θ2 entsprechen.
  • Wie vorstehend beschrieben, werden in den Steuerschaltungen 20 der DC/DC-Wandler 30a bis 30e die von den Stromsteuerschaltungen 27 berechneten Arbeitszyklen Da bis De auf die oben genannte Weise korrigiert. Anschließend werden die DC/DC-Wandler 30a bis 30e auf der Basis der korrigierten Arbeitszyklen Daa bis Dee einer Phasenschiebersteuerung unterzogen.
  • So werden in dem Bereich, in dem die Polaritäten der Ströme Ia bis Ie aufgrund des Detektionsfehlers Verr wahrscheinlich umgekehrt werden, die Arbeitszyklen Daa bis Dee auf 0 und die Ströme Ia bis Ie ebenfalls auf 0 gesetzt. Dadurch können die Polaritäten der Ströme Ia bis Ie aus der Vielzahl der DC/DC-Wandler 30a bis 30e nicht voneinander abweichen und somit der Zirkulationsstrom unterdrückt und die Strombalance verbessert werden, so dass eine Verlustreduzierung erreicht werden kann.
  • 12 zeigt Ausgangsströme in einem Vergleichsbeispiel, in dem zwei DC/DC-Wandler ohne Korrektur des Arbeitszyklus gesteuert werden.
  • Der Gesamtstrom Ix + Iy der Ströme Ix, Iy von den beiden DC/DC-Wandlern variiert nicht, aber um einen Gesamtstrom von 5 A zu erzeugen, gibt einer der DC/DC-Wandler einen Strom von 25 A und der andere DC/DC-Wandler einen Strom von -20 A aus. In diesem Fall sind die Ströme Ix und Iy der jeweiligen DC/DC-Wandler im Vergleich zum Gesamtstrom Ix + Iy, der zur Leistungsübertragung der parallelen Stromversorgungsvorrichtung beiträgt, groß, und es wird somit festgestellt, dass die Belastungen der DC/DC-Wandler groß sind und ein unzureichender Betrieb durchgeführt wird.
  • Tritt bei beiden DC/DC-Wandlern eine Inversion der Polarität des Stroms aufgrund von Detektionsfehlern Verr auf, kann der Gesamtstrom von 5 A nicht gewährleistet und damit ein zuverlässiger Betrieb nicht gewährleistet werden, da die parallele Stromversorgung nicht durchgeführt werden kann.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird bei der vorliegenden Ausführungsform der von der Stromsteuerschaltungen 27 berechnete Arbeitszyklus korrigiert, um die Phasenverschiebung für die DC/DC-Wandler 30a bis 30e durchzuführen. Dadurch wird verhindert, dass sich die Polaritäten der Ausgangsströme (Ia bis Ie) voneinander unterscheiden und somit Ausgangsströme ausgeglichen/balanciert werden können, so dass eine Verlustreduzierung erreicht werden kann. Da die Steuerschaltungen 20 die jeweiligen DC/DC-Wandler 30a bis 30e unabhängig voneinander steuern, weist die parallele Stromversorgungsvorrichtung 100 eine Gerätekonfiguration auf, die in Bezug auf den Freiheitsgrad der Bereitstellung oder Ergänzung von DC/DC-Wandlern hoch ist.
  • Der Bereich von -Vth bis Vth, in dem der Arbeitszyklus auf 0 festgelegt ist, wird auf der Grundlage des Maximalwerts ΔE des Detektionsfehlers Verr der Spannung V1 bestimmt. Dadurch kann eine effiziente und effektive Korrektur durchgeführt und die Umkehrung der Polarität des Stroms aufgrund von Detektionsfehlern Verr unterdrückt werden.
  • Bei der obigen Ausführungsform ist der Fall dargestellt, dass die Steuerschaltung 20 die Korrekturschaltung 36 zur Korrektur des Arbeitszyklus Da aufweist und die Phasenverschiebungsbeträge θ1, θ2 anhand des aus der Korrekturschaltung 36 ausgegebenen Arbeitszyklus Daa bestimmt werden. Es kann jedoch auch eine andere Konfiguration verwendet werden. So können beispielsweise die dem Arbeitszyklus Daa entsprechenden Phasenverschiebungsbeträge θ1, θ2 in Verbindung mit dem Arbeitszyklus Da vorab gespeichert und die gespeicherten Werte verwendet werden.
  • Alternativ können die dem Arbeitszyklus Da entsprechenden Phasenverschiebungsbeträge θ1, θ2 (siehe 7) direkt auf die dem Arbeitszyklus Daa entsprechenden Phasenverschiebungsbeträge θ1, θ2 korrigiert werden. In jedem Fall werden die Phasenverschiebungsbeträge θ1, θ2 mit dem korrigierten Arbeitszyklus Daa bestimmt und der gleiche Effekt erzielt.
  • Ausführungsform 2
  • Als Nächstes wird die Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Bei der obigen Ausführungsform 1 weist die Spannungssteuerschaltung in der Steuerschaltung 20 die Spannungssteuerschaltung 24 und die Stromsteuerschaltung 27 auf. Bei der vorliegenden Ausführungsform 2 berechnet jedoch eine Spannungssteuerschaltung 24A als Spannungssteuerschaltung den Arbeitszyklus des DC/DC-Wandlers.
  • 13 und 14 sind Steuerblockschaltbilder, die die Funktion der Steuerschaltung 20 im DC/DC-Wandler 30a gemäß der vorliegenden Ausführungsform 2 veranschaulichen. Die Steuerschaltung 20 weist die Spannungssteuerschaltung 24A und die Korrekturschaltung 36 auf. 13 zeigt die Spannungssteuerschaltung 24A, und 14 zeigt die Korrekturschaltung 36 zur Korrektur des Arbeitszyklus.
  • In diesem Fall wird der Strom Ia zwischen der zweiten Schaltung 8 und der Gleichstromversorgung 2a nicht zur Steuerung verwendet und somit der Stromdetektor 17 nicht benötigt. Die anderen Konfigurationen sind die gleichen wie bei der obigen Ausführungsform 1.
  • Wie in 13 dargestellt, wird die Spannung V1 der gemeinsamen Last 1 vom Spannungsdetektor 16 erfasst und dann in die Spannungssteuerschaltung 24A in der Steuerschaltung 20 eingegeben. Die Spannungssteuerschaltung 24A weist den Fehlerdetektor 25 und einen Kompensator 23 auf. Die Spannungssteuerschaltung 24A empfängt die vorgegebene Sollspannung V1* für die gemeinsame Last 1 und die erfasste Spannung V1 und der Fehlerdetektor 25 zieht die Sollspannung V1* von der Spannung V1 ab und gibt eine Spannungsabweichung ΔV aus. Dann berechnet der Kompensator 23 den Arbeitszyklus Da für den DC/DC-Wandler 30a so, dass die Spannungsabweichung ΔV zu 0 wird.
  • Der Kompensator 23 wird konfiguriert, indem die Proportionalregelung und ein Filter (Phasenanschnittskompensation, Phasennachlaufkompensation, Tiefpassfilter usw.) in Reihe geschaltet werden. Die Verstärkung der Proportionalregelung bestimmt in etwa das Steuerverhalten, und der Filter verbessert die Stabilität und die stationäre Abweichung. Es sei angemerkt, dass der Kompensator 23 keine integrierende Steuerung bzw. Regelungskomponente verwendet und somit die Spannungsabweichung nicht weiter ansammelt.
  • Wenn der Arbeitszyklus Da wie oben beschrieben berechnet wird und die Spannung V1 der gemeinsamen Last 1 größer als die Sollspannung V1* ist, wird der Arbeitszyklus Da zu einem positiven Wert. Wenn die Spannung V1 der gemeinsamen Last 1 gleich oder kleiner als Sollspannung V1* ist, wird der Arbeitszyklus Da gleich oder kleiner als 0.
  • Wenn die erfassten Werte der Spannungen V1 der Vielzahl der DC/DC-Wandler 30a bis 30e alle gleich sind, stimmen die Polaritäten der Arbeitszyklen Da bis De überein. In diesem Fall werden die Spannungen V1 der Vielzahl der DC/DC-Wandler 30a bis 30e auf die gleiche Polarität eingestellt, d.h. ihre Anstiegs-/Abfallrichtung wird auf die gleiche eingestellt.
  • In der Praxis tritt jedoch, wenn die Steuerschaltung 20 jedes DC/DC-Wandlers 30a bis 30e die Spannung V1 erfasst, ein Detektionsfehler Verr innerhalb eines bestimmten Spannungsbereichs auf.
  • Wie in 15 dargestellt, erhält die Spannungssteuerschaltung 24A die Spannung V1 der gemeinsamen Last 1, zu der oder von der der Detektionsfehler Verr addiert oder subtrahiert worden ist. Anschließend wird die Spannung V1, zu der oder von der der Detektionsfehler Verr addiert oder subtrahiert worden ist, in den Fehlerdetektor 25 eingegeben und der Kompensator 23 berechnet den Arbeitszyklus Da auf der Basis der Spannungsabweichung ΔV einschließlich des Detektionsfehlers Verr.
  • Der Detektionsfehler Verr wird auf charakteristische oder Merkmalsfehler von Teilen der DC/DC-Wandler 30a bis 30e zurückgeführt, und der Wert und die Polarität des Detektionsfehlers Verr variieren zwischen den DC/DC-Wandlern 30a bis 30e. Daher können sich auch die von den Steuerschaltungen 20 der DC/DC-Wandler 30a bis 30e berechneten Arbeitszyklen Da bis De unterscheiden.
  • Daher verwenden die jeweiligen Steuerschaltungen 20 Werte, die durch die Korrekturschaltungen 36 erhalten werden, die die von den Spannungssteuerschaltungen 24A berechneten Arbeitszyklen Da bis De korrigieren.
  • Wie in 14 dargestellt, weist die Korrekturschaltung 36 Differenzdetektoren 31, 33, Begrenzer 32, 34 und einen Addierer 35 auf.
  • Wenn der Arbeitszyklus auf 0 gesteuert wird, erfolgt keie Leistungsübertragung und die Spannung V1 wird auch nicht eingestellt, der Einstellungsbetrag der Spannung V1 ist 0. Ein Bereich des Arbeitszyklus, in dem die Polarität der Einstellgröße der Spannung V1 aufgrund des Detektionsfehlers von Verr wahrscheinlich invertiert wird, liegt in der Nähe von 0. Dieser Bereich wird mit einem positiven Wert Vth als Bereich von -Vth bis Vth eingestellt. Da der Wert Vth beispielsweise dem Detektionsfehler Verr zugeordnet ist, wird der Wert Vth unter Verwendung eines Maximalwerts ΔE des Detektionsfehlers wie folgt eingestellt. Vth = Δ E × Verstärkung des Kompensators 23
    Figure DE112017003265T5_0002
  • Der Maximalwert ΔE des Detektionsfehlers wird anhand der Eigenschaften von Hardwareteilen bestimmt, die für den Spannungsdetektor 16 verwendet werden.
  • Der Differenzdetektor 31 empfängt den von der Spannungssteuerschaltung 24A basierend auf dem Sollwert Vth berechneten Arbeitszyklus Da und gibt einen Wert (Da - Vth) aus, der durch Subtraktion des vorgegebenen Werts Vth vom Arbeitszyklus Da erhalten wird. Der Begrenzer 32 begrenzt die Leistung des Differenzdetektors 31 durch eine untere Grenze 0 und gibt den resultierenden Wert aus.
  • Der Differenzdetektor 33 empfängt den von der Spannungssteuerschaltung 24A berechneten Arbeitszyklus Da und einen Wert (-Vth), der durch Umkehrung der Polarität des Sollwertes Vth erhalten wird, und gibt einen Wert (Da + Vth) aus, der durch Subtraktion des Wertes (-Vth) vom Arbeitszyklus Da erhalten wird. Der Begrenzer 34 begrenzt die Leistung des Differenzdetektors 33 durch eine obere Grenze 0 und gibt den resultierenden Wert aus. Der Addierer 35 summiert die Ausgaben der beiden Begrenzer 32, 34 und gibt einen Arbeitszyklus Daa aus.
  • Der Steuerbetrieb des wie vorstehend beschrieben gesteuerten DC/DC-Wandlers 30a wird durch das in 11 dargestellte Wellenformdiagramm, wie bei der obigen Ausführungsform 1 dargestellt. Das heißt, der von der Spannungssteuerschaltung 24A berechnete Arbeitszyklus Da wird auf den Arbeitszyklus Daa korrigiert. Die Korrektur erfolgt so, dass dann, wenn der Absolutwert (Betrag) des Arbeitszyklus Da kleiner als Vth ist, der Wert auf 0 festgelegt wird, ansonsten der Wert um Vth verringert wird, so dass der Arbeitszyklus Daa erzeugt wird.
  • In dem Bereich, in dem der Absolutwert des Arbeitszyklus Da kleiner als Vth ist, d.h. der Arbeitszyklus Daa auf 0 festgelegt ist, werden die nach dem Arbeitszyklus Daa bestimmten Phasenverschiebungsbeträge θ1, θ2 auf den Maximalwert festgelegt.
  • Das heißt, der Maximalwert-Festbereich wird im mittleren Teil der Wellenformen der in 7 dargestellten Phasenverschiebungsbeträge θ1, θ2 eingefügt. Wenn die Größe des Arbeitszyklus Da in einem Bereich, der einen Bezugspunkt A, -A des Arbeitszyklus Da nicht überschreitet, bei dem die Phasenverschiebungen θ1, θ2 beide minimal sind, gleich oder größer als Vth ist, werden die Phasenverschiebungsbeträge θ1, θ2 mit zunehmender Größe des Arbeitszyklus um einen gleichen Betrag verringert.
  • Überschreitet der Arbeitszyklus Da dann den Bezugspunkt A, -A, dann wird der eine der Phasenverschiebungsbeträge θ1, θ2 minimal gehalten und der andere mit zunehmender Größe des Arbeitszyklus erhöht. Es sei angemerkt, dass die Bezugspunkte A und -A des Arbeitszyklus Da die Werte des Arbeitszyklus Da anzeigen, die den Bezugspunkten 22 der Phasenverschiebungsbeträge θ1, θ2 entsprechen.
  • Wie vorstehend beschrieben, werden in den Steuerschaltungen 20 der DC/DC-Wandler 30a bis 30e die von den Spannungssteuerschaltungen 24A berechneten Arbeitszyklen Da bis De auf die oben genannte Weise korrigiert. Anschließend werden die DC/DC-Wandler 30a bis 30e auf der Basis der korrigierten Arbeitszyklen Daa bis Dee einer Phasenschieberregelung unterzogen.
  • So sind in dem Bereich, in dem die Polaritäten der Anpassungsbeträge der Spannungen V1 aufgrund des Detektionsfehlers Verr sich wahrscheinlich umkehren, die Arbeitszyklen Daa bis Dee auf 0 und die Anpassungsbeträge der Spannungen V1 ebenfalls auf 0 festgelegt, so dass die Polaritäten der Anpassungsbeträge der Spannungen V1 unter der Vielzahl der DC/DC-Wandler 30a bis 30e nicht unterschiedlich werden können, d.h. die Spannungen V1 können auf die gleiche Anstiegs-/Abwärtsrichtung eingestellt werden.
  • Dadurch kann verhindert werden, dass sich die Polaritäten der Ausgangsströme der DC/DC-Wandler 30a bis 30e voneinander unterscheiden und somit werden der Zirkulationsstrom unterdrückt und die Strombalance verbessert, so dass eine Verlustreduzierung erreicht werden kann.
  • Ausführungsform 3
  • Als Nächstes wird die Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 16 ist ein Diagramm, das den schematischen Aufbau einer parallelen Stromversorgungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • In den obigen Ausführungsformen 1, 2 sind die DC/DC-Wandler 30a bis 30e jeweils an die Gleichstromversorgungen 2a bis 2e angeschlossen. Bei der vorliegenden Ausführungsform 3 sind die DC/DC-Wandler 30a bis 30e jedoch an eine gemeinsame Gleichstromversorgung 2 angeschlossen. Die anderen Konfigurationen sind die gleichen wie bei der obigen Ausführungsform 1 (oder Ausführungsform 2). Auch in diesem Fall arbeiten die DC/DC-Wandler 30a bis 30e auf die gleiche Weise wie bei der obigen Ausführungsform 1 (oder Ausführungsform 2) und es wird der gleiche Effekt erzielt.
  • Wie in 17 dargestellt, können von den DC/DC-Wandlern 30a bis 30e eine Vielzahl von DC/DC-Wandlern 30a, 30b an eine gemeinsame Gleichstromversorgung 2ab angeschlossen werden, und die anderen DC/DC-Wandler 30c bis 30e können jeweils an den Gleichstromversorgungen 2c bis 2e angeschlossen sein.
  • Ausführungsform 4
  • Als Nächstes wird die Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 18 zeigt den schematischen Aufbau einer parallelen Stromversorgungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform werden den DC/DC-Wandlern 30a bis 30e Spannungsdetektoren 18 zum Erfassen der Spannungen V2 der Gleichstromversorgungen 2a bis 2e zur Verfügung gestellt. Ausgehend von der erfassten Spannung V1 der gemeinsamen Last 1 und den erfassten Spannungen V2 und Strömen Ia bis Ie der Gleichstromversorgungen 2a bis 2e erzeugen die Steuerschaltungen 20 jeweils Ansteuersignale 21a, 21b zur Steuerung der ersten und der zweiten Schaltung 5, 8. Die anderen Konfigurationen sind die gleichen wie bei der Ausführungsform 1.
  • In diesem Fall stellt jede Steuerschaltung 20 die Verstärkung des zweiten Kompensators 29 in der Stromsteuerschaltung 27 entsprechend der Spannung V2 ein. In diesem Fall wird die Einstellung so vorgenommen, dass die Verstärkung mit zunehmender Spannung V2 abnimmt. Somit bietet die parallele Stromversorgungsvorrichtung 100 den gleichen Effekt wie bei der obigen Ausführungsform 1 und bietet weiterhin den folgenden Effekt. Auch wenn die Spannungen V2 der Gleichstromversorgungen 2a bis 2e in einem weiten Bereich variieren, ist es möglich, die DC/DC-Wandler 30a bis 30e mit einer gewissen Steuerungsleistung zu steuern.
  • Es sei angemerkt, dass die vorliegende Ausführungsform 4 in gleicher Weise auch bei der obigen Ausführungsform 2 verwendbar ist. In diesem Fall erzeugen die Steuerschaltungen 20 auf der Grundlage der erfassten Spannung V1 der gemeinsamen Last 1 und der erfassten Spannungen V2 der Gleichstromversorgungen 2a bis 2e jeweils Ansteuersignale 21a, 21b zur Steuerung des ersten und zweiten Schaltung 5, 8. Dann wird die Verstärkung des Kompensators 23 in der Spannungssteuerschaltung 24A entsprechend der Spannung V2 eingestellt. Somit ergibt sich der gleiche Effekt wie bei der obigen Ausführungsform 2, und selbst wenn die Spannungen V2 der Gleichstromversorgungen 2a bis 2e in einem weiten Bereich variieren, ist es möglich, die DC/DC-Wandler 30a bis 30e mit einer gewissen Steuerungsleistung zu steuern.
  • Bei den obigen Ausführungsformen kann die gemeinsame Last 1 eine Widerstandslast, eine Kondensatorlast, ein AC/DC-Wechselrichter oder eine Gleichstromversorgung sein, und die Gleichstromversorgungen 2a bis 2e können Speicherbatterien sein.
  • Es sei angemerkt, dass die oben genannten Ausführungsformen im Rahmen der vorliegenden Erfindung frei miteinander kombiniert werden können oder jede der oben genannten Ausführungsformen entsprechend geändert oder vereinfacht werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2001209437 A [0005]

Claims (9)

  1. Parallele Stromversorgungsvorrichtung in der eine Vielzahl von DC/DC-Wandlern, die jeweils eine bidirektionale Leistungsübertragung durchführen, parallel geschaltet ist, um einer gemeinsamen Last Energie zuzuführen, wobei jeder DC/DC-Wandler Folgendes aufweist: einen Transformator; eine erste Schaltung die als Vollbrückenschaltung mit zwei Brückenschaltungen konfiguriert ist, mit einer Vielzahl von Halbleiterschaltelementen, mit denen Dioden jeweils antiparallel verbunden sind, wobei die erste Schaltung zwischen die gemeinsame Last und eine erste Wicklung des Transformators geschaltet ist und eine Leistungsumwandlung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom durchführt; eine zweite Schaltung, die als Vollbrückenschaltung mit zwei Brückenschaltungen konfiguriert ist, mit einer Vielzahl von Halbleiterschaltelementen, mit denen Dioden jeweils antiparallel verbunden sind, wobei die zweite Schaltung zwischen eine Gleichstromversorgung und eine zweite Wicklung des Transformators geschaltet ist und eine Leistungsumwandlung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom durchführt; eine erste Drossel und eine zweite Drossel, die mit den Wechselstrom-Ein-/Ausgangsleitungen der ersten Schaltung bzw. der zweiten Schaltung verbunden sind; und eine Steuerschaltung zum Steuern der ersten Schaltung und der zweiten Schaltung, wobei jede Steuerschaltung eine Spannungssteuerschaltung mit einem Kompensator aufweist und einen Arbeitszyklus so erzeugt, dass eine Abweichung zwischen der Spannung der gemeinsamen Last und der Sollspannung zu 0 wird, und wobei die Steuerschaltung auf der Grundlage des Arbeitszyklus erste und zweite Phasenverschiebungsbeträge für Ansteuersignale für die erste und die zweite Schaltung bestimmt, um die erste und die zweite Schaltung zu steuern, und wobei jede Steuerschaltung den so korrigierten Arbeitszyklus derart verwendet, dass dann, wenn die Größe des von der Spannungssteuerschaltung erzeugten Arbeitszyklus kleiner als ein vorgegebener Wert ist, die Größe auf 0 festgelegt, und ansonsten die Größe um den vorgegebenen Wert verringert wird.
  2. Parallele Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Spannungssteuerschaltung in jeder Steuerschaltung Folgendes aufweist: einen ersten Kompensator und einen zweiten Kompensator als Kompensator; eine Spannungssteuerschaltung zum Erzeugen von Sollstrom derart, dass die Abweichung zwischen der Spannung der gemeinsamen Last und der Sollspannung durch den ersten Kompensator zu Null wird; und eine Stromsteuerschaltung zum Erzeugen des Arbeitszyklus, derart, dass eine Abweichung zwischen dem Sollstrom und einem Strom zwischen der zweiten Schaltung und der Gleichstromversorgung durch den zweiten Kompensator zu Null wird.
  3. Parallele Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei Kondensatoren in der ersten und der zweiten Schaltung parallel zu den jeweiligen Halbleiterschaltelementen geschaltet sind, so dass die Halbleiterschaltelemente eine Nullspannungsumschaltung durchführen können.
  4. Parallele Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eines der Halbleiterschaltelemente in jeder von der ersten und der zweiten Schaltung als Bezugselement definiert ist und eines der Halbleiterschaltelemente, das in jeder von der ersten und der zweiten Schaltung diagonal hierzu angeordnet ist, als Diagonalelement definiert ist, und wobei jede Steuerschaltung als erste und zweite Phasenverschiebungsbeträge Phasendifferenzen von Ansteuersignalen bestimmt für die jeweiligen Diagonalelemente in der ersten und der zweiten Schaltung relativ zu Phasen von Ansteuersignalen für die Bezugselemente in einer leistungsübertragungsseitigen Schaltung der ersten und der zweiten Schaltung.
  5. Parallele Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei dann, wenn die Größe des von der Spannungssteuerschaltung erzeugten Arbeitszyklus kleiner als der vorgegebene Wert ist, die Steuerschaltung den ersten und den zweiten Phasenverschiebungsbetrag auf einen Maximalwert festlegt.
  6. Parallele Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei dann, wenn die Größe des Arbeitszyklus dem gleich oder größer als der eingestellte Wert ist, die Steuerschaltung eine solche Steuerung durchführt, dass in einem Bereich, der einen Bezugspunkt des Arbeitszyklus nicht überschreitet, bei dem sowohl der erste als auch der zweite Phasenverschiebungsbetrag minimal sind, der erste und der zweite Phasenverschiebungsbetrag mit zunehmender Größe des Arbeitszyklus um den gleichen Betrag verringert werden, und dass in einem Bereich, in dem die Größe des Arbeitszyklus den Bezugspunkt überschreitet, der eine der ersten und zweiten Phasenverschiebungsbeträge minimal gehalten und der andere mit zunehmender Größe des Arbeitszyklus erhöht wird.
  7. Parallele Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der vorgegebene Wert in Bezug auf die Größe des Arbeitszyklus auf der Grundlage einer Detektionsfehlergrenze der Spannung der gemeinsamen Last und einer Verstärkung des Kompensators bestimmt wird.
  8. Parallele Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei jede Steuerschaltung die Verstärkung des Kompensators entsprechend der Spannung der Gleichstromversorgung einstellt.
  9. Parallele Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei von der Vielzahl der DC/DC-Wandler zwei oder mehr DC/DC-Wandler gemeinsam mit der Gleichstromversorgung verbunden sind.
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