TWI362173B

TWI362173B - Power supply apparatus

Info

Publication number: TWI362173B
Application number: TW094133902A
Authority: TW
Inventors: Hiroyuki Eguchi; Motohiro Shimizu
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2012-04-11
Also published as: US20080259666A1; TW200625777A; US7830680B2; WO2006035612A1; JP2006101668A

Description

1362173 . --一年月日修正替換頁 100· 10 i 4__ 第94133902號專利申請案補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份九、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明係有關一種電源裝置’具備變流器（Inverter) ：可將電源所供應之直流變換為規定頻率之交流者，尤其是有關具備調節器（Regulator)可調整輸入至變流器之直流者。【先前技術】 • 已知之變流器式發電裝置等之電源裝置，係使用引擎驅動式發電機或小型燃料電池作為發電電力源。此等發電電力源其輸出容量一般均不大β因此，由於負載之增減而發電電壓亦隨其大為變動，為抑制此變動已知有變流器之輸入端裝設調節器調整輸入電壓之裝置（日本特公平7-101994號公報）。【發明内容】使用調節器以穩定變流器之輸入電壓得以穩定維持變流器之輸出電壓，但是當負載電流急激增大超過發電能力時，輸出隨其降低，而此輸出之降低再引起輸出更降低之惡性循環，其結果可能使發電停止。例如連接水 • 銀燈或發電機等，在啓動時瞬間會流大電流之負載時， : 發生一時的超載狀態而超過發電能力時，輪出將停止。 . 本發明之目的在於提供一種電源裝置，町避免對負載提供超過發電電力源之發電能力之電力。為解決上述問題，本發明之電源裝置具備：調節器，可將發電電力調整成規定直流電壓；及變流器，可將調 5 1362173 日好替賴

第94133902號專利中請案補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份節器調整之直流電壓變換為敎頻率之交流而輸出。龙 I哭Hi輸入電壓降低至規定値以下時能抑制ϊ 流器之輸出為第1特徵。雙又’本發明具備變流器之電源裝置，可將發變換為規㈣率之交流而輸出，其中，具電力 2換器(con_r)，可將第2電力源所供給之直流電壓供應至上述變流器，當上述變換器之輸入電壓降低：定電壓値以下時能抑制變流器之輸出為立第2特徵又，本發明之電源裝置係具備整流電路，可^ = 流電路之輸出輪入至上心器或上述變流器為其第3特徵。又，本發明之上述變流H之輸出限制，係由變流器之輸出目標電壓而進行’當輸出目標電輕定限制電壓Va高電壓之限制開始電壓Vlim以下壓振幅値為1GG% ’限制電壓Va時為使電壓振幅値 %，能依上述輸入電壓VI由下式算出為第4特徵：電壓振幅値(％)=(Vl-Vlim)/(Va-Vlim)xlOO (式 1) 依據具第1〜第6特徵之本發明，當調節器或變流器之輪入電壓降低至規定値以下時，可抑制調節器或變^ 器之輸出，因此可避免上述輸入電壓降低至超載時之= 壓値，而判斷為超載。如是，可在電池或發電機等之電力源之容量範圍内確保最大限度之輸出而繼續運轉。依據第2特徵，可使變流器之輸入電壓穩定，輸出 6 1362173 第94133902號專利申請案補充、修正後無劃線之說明^修正頁一式三份電壓維持穩定。依據第3、第5特徵，在第2雷力源〜可補助另一方之電力減至最大。 ’、令量範圍内， ^ ’依據第4特徵’例如欲使用弓i擎發電力時，在進行低㈣運轉時，遇大機之發電參低時，首先在綠保輸出電流之下縮小電=電壓降 :昇=器之超載’隨後由調整機-¾ 【實施方式】參照圖式詳細說明本發明。圖2 方式有關電源裝置之栅冬方掄固 +發月之一實施 ίΐίΐ為，例如為無圖示之_驅動轉子之3 動作之電動機兼用=機亦可作為引擎啓動型之轸具備電橋連接之整流元件，將發電機1 J王/正/7IL。整流元件並聯連接有FET等開關元關元件在啓動發電機用引擎時，控制二 „驅動。由整流電路2之開關元件之接通·關才電力源之電池5經雙向DC-DC變換器4外加直流電璧變換為3相AC電塵供應至發電機i。即，整机電，2係機能作為電動機之發電機1之驅動用變換器。，向變換部3具備DC調節器（開關·變換器與峨器3-2’將整流電路2之輸出變換為規定頻率之交流 7 1362173 . ___ — Ί 年月Θ修正#锋1)'|

Lman_lA_J 第94133902號專利中請案補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份電力而輸出。此開關.變換器具有使發電機1或電池5 之輸出變動不致影響變流器3-2之輸入電壓之機能。變流器3-2連接於瞬時會流大電流之包含水銀燈或電動機等各種負載。電池5為，對於電力依賴發電機ί之直流電源，視需要可供應補助電力之外部直流電源。即，此電源裝置為可利用發電機1與電池5之電力之混合式型（Hybrid)。 ^ 作為昇壓電池5之電壓供應至逆向變換部3之裝置，於整流電路2之輸出端，即逆向變換部3之輸入端’連接昇壓型雙向DC-DC變換器4。雙向DC-DC變換器4之機能為，當整流電路2之輸出，即發電機輸出足够，但電池5殘量少時，可由整流電路2之輸出用以充電電池。在以下稱雙向DC-DC變換器4之電池5端為初級端，整流電路2稱為次級端。電池5為，例如引擎啓動電動機用電源，為一般使用之12V電池，或小型燃料電池。 φ 其次說明上述電源裝置之動作。雙向DC-DC變換器 4之初級端與次級端為完全同步而由同一驅動訊號驅動。由此驅動形態，雙向DC-DC變換器4將如下之說明 ’ 自動作雙方向之電力變換。

在引擎啓動時，依據雙向DC-DC變換器4之變壓器 • 線圈比之初級端與次級端之相對電壓差，電池5之DC 電壓由雙向DC-DC變換器4昇壓，所昇壓之DC電壓加於驅動用變流器（整流電路)2 »驅動用變流器2受無圖示之控制部之啓動指令而開關驅動，將此DC電壓變換為3 8 1362173 第94133902號專利申請案補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份加於發電機卜將發電機1作利擎起動用電 =擎啓動後，發電機1由引擎驅動，驅動之開關動作停止。發電機丨之㈣ 2 被整流，在逆向變換部3之在二電變=用 ::壓，再在變流器3-2變換為規定頻率之交流電力 1

Φ 載狀態時’由整流電路對負載量有足够之輸出’僅由發電機對負載供應電力即可。此時，電池J 經過雙向DC-DC變換器4供應電力。因雙向DC-DC變換器4連接於整流電路2之輸出端在非超載狀態而是電池5殘量少時，經過雙向dc_dc 變換器4由整流電路2之輸出自動充電電池5。即電池5 之變換輸出低於整流電路2之輸出電壓時，依據雙向 DC DC變換器4之變壓器線圈比之初級端與次級端之相

對電壓差’進行電力變換由整流電路2之輸出充電電池 5 ° 另一方’負載量增加而發電機1之輸出無法應付負載20時，整流電路2之輸出降低。隨此降低，雙向DC-DC 變換器4自動進行初級端至次級端之電力變換，自電池5 亦供應電力。因此，在超載狀態，發電機丨之變換輸出加上電池5之變換輸出，發電機丨在受助於電池5之狀態對負載供應電力。又，發電機1因故停止時，電池5 可單獨經雙向DC-DC變換器4、逆向變換器3而自動對 9 1362173 . & α I 年月日修正替換劑施川1 4 | 第94133902號專利中請案補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份負載供應電力。圖3為本發明㈣發電裝置之—實施方式 =，其中與圖2相同或同等部分附上相同號碼。3相| 電機1連結於引擎㈣4發電機丨之輸出端連接於驅動用變流器2。驅動㈣流器2係由例如等6個開關7L件(以下稱FET)2-1〜2-6連接成電橋狀態。 FET2-卜FET2-6分別並聯連接二極體等整流元件 D1〜D6構成整流電路2。此等整流元件D1〜D6如 MOS-FET時，因MOS-FET構造上産生之寄生二極體‘，或另連接之二極體亦可。

整流電路2之輸出端連接於逆向變換部3之開關· 變換部3_卜於圖3之例’開關·變換部3-1為降壓型，例如包含FET30、扼流圈31、電容器32、33、二極體34 等，變流器3-2例如為連接4個fethujw構成電橋0 整流電路2與逆向變換部3之連接點，連接於雙向 DC-DC變換器4之次級端，而雙向DC-DC變換器4之初級端連接於電池5。雙向DC_DC變換器4係在電池5與整流電路2輸出之間雙方向通融電力者，包含初級端之低壓端線圏4-1-1 與次級端之尚壓端線圏4-1 -2之變壓器4-1。此雙向 DC-DC變換器4之昇壓比經由低壓端線圈4·Μ與高壓端線圈4-1-2之線圈比所決定。低壓端開關部4-2，挿入於低壓端線圏4-1-1。高壓 10 1362173 第94133902號專利申請案補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份端開關部4-3挿入於高壓端線圈4-1-2。低壓端開關部 4-2，例如由4個FET4-2-1〜4-2-4電橋連接所構成，高壓端開關部4-3亦同様由4個FET4-3-1〜4-3-4所構成。低壓端開關部4-2及高壓端開關部4-3之各FET 4-2-1〜4-2-4、4-3-1~4-3-4並聯連接二極體等整流元件 D7〜D10、D11〜D14。此等整流元件D7〜D10、D11〜D14 可為FET之寄生二極體，或另外連接之二極體亦可。合攀併並聯連接之整流元件D7〜D10、D11〜D14，則低壓端開關部4-2及高壓端開關部4-3，分別可視為開關·整流部。變壓器4-1之高壓端線圈4-1_2端挿入LC諧振電路 4_4。LC諧振電路4-4係在低壓端開關部4-2及高壓端開關部4-3之至少一方，使驅動時所流之電流成為正弦波，降低開關損失，又有可避免FET受大電流破壞之機能。此係正弦波狀之電流在零交差點可使FET接通·關閉之故。再者，LC諧振電路4-4設在次級端或初級端亦可。 • ^ 低壓端開關部4-2之FET4-2-1〜4-2-4及高壓端開關 4 4-3之FET4-3-1〜4-3-4，係由CPU等所成之控制電路 ^圖不)控制開關。再者’連接於初級端及次級端之電容為6、7為平滑用電容器。其次，由圖3說明動作。如雙向DC_Dc變換器4自 2订雙方向電力變換’其低壓端開關部4-2與高壓端邹4-3由同一訊號驅動使其完全同歩。此驅動係如 ’於低壓端開關部4_2之FET4-2-1與4-2-4成對， 4·2·2與4·2_3成對’互相接通關閉^及於高壓端工 3621.73 賴，94133902號專利申請案補充、修正後無劃線之說明:jr修正頁一式三份開關部 4-3 之 FET4-3-1 與 4-3-4 之成鮮，fet4-3-2 與 4-3-3 成對’互相接通·關閉而進行。在引擎啓動時，雙向DC-DC變換器4之初級端向次級端作電力變換，由此經昇壓之電池5之DC電壓加於驅動用變流器（整流電路)2。驅動用變流器2將此DC；電壓變換為3相AC電壓外加於發電機丨，使其作為引擎起動用電動機啓動。此啓動係將驅動用變流器之 FET2-1〜2-6以如衆知之PWM驅動而進行。此時，利用 •W發電機（電動機)1之動作産成逆向電壓使電流分配變化而判別相位，可進行無傳感器控制之同歩驅動。引擎啓動後’發電機1由引擎驅動而發生輸出。發電機1之輸出，在整流電路(驅動用變流器)2整流。此時，構成驅動用變流器之FET2-1〜2-6不被驅動，發電機1之輸出在整流電路2之整流元件D1〜D6被全波整流。整流電路2之輸出在逆向變換器3之開關·變換部3-1受平滑·調整’再在變流器3-2變換為規定頻率之交流電力而輸出。開關.變換部3-1之DC調節，係將FET30作 PWM調制而進行。電池5之殘量少時，如圖2之說明，在雙向DC-DC 變換器4降壓之整流電路2之輸出用以充電電池5。又，成為超載狀態而發電機1之輸出無法應付負載時，電池5 經雙向DC-DC變換器4供給電力至負載。如此，雙向DC-DC變換器4係按變壓器4-1之線圈比之初級端與次級端之相對電壓差，在初級端與次級端 12 1 11362173 第94133902號專利申請案補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份間自動交換電力，互相通融電力。在本實施方式’為關·變換部3]保護機能發電機丨或電池5之容量不匹配影響電力輸出停止而裝設回避装置。圖4為以發電機丨作為電力源之電源裝置之輸出特 f生圖於圖4，線A1為發電機丨之輸出特性，線b 開關·變換部3-1之初級端電壓特性(電源電壓特性）。輪

St達預定値I〇C時’開關·變換部3-1之初級端電墨特性=低，隨錢—3·2之輸出電力亦急激降低。，5為電池5作為電力源之電源裳置之輸出特性圖。於圖5，線Α2為變流器3-2之輸出電力特性，換部3]之初級端電壓特性(電源電壓 Ϊ = 預定値I〇4，開關.變換部3·1之初級端電、-，隨其變流器3-2之輸出電力亦急激降低。激降低。^任一電源裝置’在超載時輸出電力均會急 =低於是，為與電源電壓因超載電流而降低之電流 ί 應之電壓（限制電壓㈧稍高之電壓VUm作為閾 =虽電源電壓V1降低至Vlim以下時開始限制對變流器3-2之控制（參照圖6)。圖1為發電機1因超載而輸出停止回避控制裝置之 ’與圖3同符號為表示同―或同等部分。於圖1 f檢測部15,檢測開關·變換部3-1之初級端電壓V1。 ==量決定部16，在電壓檢測部i5所檢測之初級端為限制開始電壓Va以下時，視初級端電壓V1 13 1362173 第94133902號專利申請案補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份

位於限制電壓viim及限制開始電壓Va間之何處，可由比例計算算出變流器3_2之輸出電壓値。比例計算待後述。所算出之輸出電壓値輸入於變流器驅動部17,而變流器驅動部17依據此輸出電力値，即以此輸出電壓値為目標値驅動變流器3-2之FET3-2-1〜3-2-4。由此初級端電壓V1成為限制開始電壓Va以下時使變流器3-2之輸出電壓降低，電力源即自發電機1或電池5所見到之輸出降低’為此使電力源有寬裕而可避免輸出停止。圖6為說明決定輸出電壓値之比例計算之電源裝置之特性圖。於該圖中，電流增大時電源電壓VI降低，當此電源電壓VI降低至限制開始電壓Va時，開始限制輪出控制°即’初級端電壓VI降低至限制開始電壓Va時，視電源電壓在開始限制電壓Va至限制電壓Vlim間之何處而由下式計算輸出電壓値(電壓振幅値(％)): 電壓振幅値(％)=(Vl-Vlim)/(Va-Vlim)x丨00 (式 j) 電力源如為具引擎旋轉自動調速機構之發電機1 時了在引擎每一目標旋轉數設定限制電壓viim。由上述控制，例如衝入電流大之電動機在負载h 時，可防止衝入時成為超載而避免電力源停止輸出。入過後輪出電流減少，電壓振幅即可回復100%進行正常運轉。又’電力源如為具引擎旋轉自動調速機構之發電機^ 時’可在引擎每一目標旋轉數設定限制開始電壓Va。於 14 13621.73 年月日修正替換頁| inn in 1 4-1 第94133902號專利申請案補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份

具引擎旋轉自動調速機構之發電機丨，在低旋轉數時，初級端電壓VI降低至與其旋轉數對應之限制開始電壓Va 以下時，開始限制輸出。於是在限制中引擎是為額定内之輸出即為負載。如此，一旦使負載電力成為一定可避免發電機1停止輸出後，使引擎旋轉數上昇應付大負載，提升發電機1之輸出之同時將電壓振幅値回復為100 %。如是，在低旋轉時遇大負載時，可限制輸出成為能配合各旋轉數之電力，而在其限制中增大輸出以對付負載變動。於上述實施方式係說明含變流器3-2之電源裝置。但是’本發明亦可適用於不設變流器，直接將開關·變換部3-1作為電源裝置之輸出者。不設變流器時，需在初級端電壓VI到達限制開始電壓Va時，開始開關•變換部3-1之輸出限制。具体的是改變開關·變換部3-1之 FET30之功能比降低輸出電力。又’本發明不限於具發電機1與電池5之混合塑電源裝置。亦可構成為僅以引擎驅動式發電機1或電池5 之任一方作為電力源，由此等電力源供給之直流電壓經過開關·變換部，即經調節器調整而直接輸出，或由變流器變換為交流而輸出。例如有以電池5為主電源，發電機1為補助電源之方式。即有僅以電池5供應輸出至負載而啓動發電機1 之情形。此時，電池5對負載供應輸出之同時，為啓動發電機而供應電流。即，電池5在發電機1啓動時’除 15 1362173 年月日修正替換頁第94133902號專利申請案補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份負載20還需加上發電機1之啓動能量之負載。對如此一時的負載增大，本發明可檢測調節器之初級端電壓，裝設調節器或變流器時可限制變流器之輸出。又，如圖3之實施方式具有作為第2電力源之電池5 之直流電壓加以昇壓之變換器4時，加檢測變換器4之輸入電壓，而以此輸入電壓與限制開始電壓用以限制變流器3-2之輸出亦可。 16 1362173 . _一年月曰修正替換頁 100. 1ft. 4 4 - 第94133902號專利申請案補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份【圖式簡單說明】圖1本發明之一實施方式有關之輸出限制用控制裝置之方塊圖；圖2 本發明之電源裝置之概念方塊圖；圖3 本發明之電源裝置之一實施方式之具體電路之電路圖；圖4引擎發電機之輸出特性圖；

圖5電池之輸出特性圖；圖6 為說明輸出限制所示引擎發電機之輸出特性圖。【主要元件符號說明】發電機 2整流電路(驅動用變流器）逆向變換部 3-1 DC調節器 3- 2 4- 1

15 17 變流器 4雙向DC-DC變換器變壓器 5電池平滑用電容器電壓檢測部 16輸出限制量決定部變流器驅動部20負載 30 FET 31扼流圈 17

Claims

1362173 . _ I ""~ 年月日修正终換頁 100. 10,. tA·—— 第94133902號專利申請案補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份十、申請專利範圍： 1. 一種電源裝置，備有：用以將發電電力調整為規定 ' 之直流電壓之一調節器及用以將該經調節器調整電壓之 ; 直流變換為規定頻率之交流之一變流器，其特徵在於： . 另備有用以檢測上述調節器之輸入電壓，而當此輸入電壓降低至預定値以下時，可抑制上述變流器之輸出之一控制裝置。 2. 根據請求項1之電源裝置，其中該發電電力係由發電機及可將此發電機之輸出整流之整流電路形成，且可將此整流電路之輸出輸入至上述調節器為其特徵。 3. —種電源裝置，備有：可將發電電力變換為規定頻率之交流而輸出之一變流器，其特徵在於：另備有不同於上述發電電力之電力源之一第2電力源； ® 用以將來自該第2電力源之直流電壓供應至上述變流器之一變換器；及 • 用以檢測上述變換器之輸入電壓，而當此輸入電壓；降低至預定値以下時，可抑制上述變流器之輸入之一控 . 制裝置。 4. 根據請求項3之電源裝置，其中該發電電力係由發電機及可將此發電機之輸出整流之整流電路形成，且可 18 1362173 41〇日ft替換頁第94133902號專利申請案 '~ 補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份將此整流電路之輸出輸人至上述魏^為其特徵。請》求項1〜4之任-項之電源裝置，其中’ 雷懕以推二器之輸出限制係藉降低此變流器之輸出目標 1 .而’订’其特徵係依上述之輸入電壓V卜使用下式電壓振幅値(％)=(v l-Vlim)/(Va-Vlim)x 100 (式 1) 算出當輸出目標電壓低於較規定之限制電壓Vlim為间電壓之限制開始電壓Va時’設電壓振幅值為1〇〇%而限制電壓Vlim時，使電壓振幅値成為〇%。 19 1362173 . _ 年月曰修正替換頁 M 10, i 4 第94133902號專利申請案補充、修正後無劃線之說明書修正頁一式三份七、指定代表圖： (一）本案指定代表圖為：第（1 )圖。 • (二)本代表圖之元件符號簡單說明： : 1 發電機 2 整流電路(驅動用變流器） • 3-1 DC調節器 3-2變流器 φ 4 雙向DC-DC變換器 5 電池 15 電壓檢測部 16 輸出限制量決定部 17 變流器驅動部 20負載八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：