專利名稱：轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)換器，特別涉及一種通過使功率變換暫時停止，重新開始
來防止輸出電壓的瞬時電壓變動、向輸出側(cè)提供所希望的直流電壓的DC/DC轉(zhuǎn) 換器或者AC/DC轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
在過去的電車用DC/DC轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，將從微型計算機所產(chǎn)生的輸 出電壓基準(zhǔn)與輸出電壓檢測值相比較，控制開關(guān)元件的導(dǎo)通率，從而使輸出電 壓與電壓基準(zhǔn)一致(例如，參照非專利文獻(xiàn)l)。
上述非專利文獻(xiàn)l中所記載的面向國內(nèi)的輸出電壓標(biāo)準(zhǔn)允許變動范圍在土 10%內(nèi)。 一般，在國外的標(biāo)準(zhǔn)中電壓變動范圍只允許在±1%左右，如果與國 內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)相比，則要求更高精度。因此，為了實現(xiàn)滿足國外標(biāo)準(zhǔn)的高精度轉(zhuǎn)換器 裝置，針對瞬時電壓變動，需要提高開關(guān)頻率以提高控制響應(yīng)速度、或者增大 平滑電容器的電容量、或者附加防止過電壓用的硬件等的應(yīng)對措施。
非專利文獻(xiàn)l:澤野英二、其它6人、[采用IGBT的高頻連接方式DC/DC轉(zhuǎn) 換器裝置]、平成7年電氣學(xué)會全國大會演講論文集、1995年
用過去的方法對于瞬時電壓變動，必須通過提高開關(guān)頻率，來提高控制響 應(yīng)速度，或者增大平滑電容器的電容量，從而緩和電壓變動的影響，或者附加 防止過電壓用的硬件，通過這樣來應(yīng)對高精度標(biāo)準(zhǔn)，則存在使裝置大型化、同 時成本提高的問題。
本發(fā)明正是用于解決相關(guān)問題而提出的，目的在于得到一種轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn) 換器能夠不提高開關(guān)頻率，并且不會由于增大平滑電容器的電容量以及附加防 止過電壓用的硬件而引起裝置大型化以及成本提高，能夠抑制瞬時電壓變動， 且能夠輸出高精度的所希望的直流功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是轉(zhuǎn)換器，具有通過開關(guān)元件對提供的功率進(jìn)行功率變換的功率 變換單元；將通過上述功率變換單元進(jìn)行了功率變換的上述功率進(jìn)行平滑的平 滑濾波器；檢測從上述平滑濾波器輸出的上述功率的電壓的電壓檢測單元；以 及為了使通過上述電壓檢測單元檢測出的輸出電壓為所希望的電壓值、而輸出 用于控制上述開關(guān)元件的提供功率的導(dǎo)通率的脈沖信號的控制單元，上述控制 單元當(dāng)上述輸出電壓上升到預(yù)先設(shè)定的第l規(guī)定電壓時，停止供電，從而使上 述輸出電壓不會成為比所述希望的電壓值超出規(guī)定的第l允許范圍的過電壓。
如果采用本發(fā)明，則由于采用上述結(jié)構(gòu)，利用控制單元能夠暫時地停止供 電，使得輸出電壓不會超過所希望的電壓值而成為過電壓，所以具有的效果是， 能夠不提高開關(guān)頻率以提高控制響應(yīng)速度，而且也不會由于增大平滑電容器的 電容量和附加防止過電壓用硬件而引起裝置大型化，能夠利用控制單元的動作 來抑制瞬時電壓變動，能夠提供高精度的所希望的直流功率。


圖1是表示與本發(fā)明實施形態(tài)1相關(guān)的電車用的DC/DC轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)的結(jié) 構(gòu)圖。
圖2是表示設(shè)置在與本發(fā)明實施形態(tài)1和2相關(guān)的轉(zhuǎn)換器中的微型計算機的 動作的流程圖。
圖3是表示與本發(fā)明實施形態(tài)2相關(guān)的DC/DC功率變換部的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。 圖4是表示與本發(fā)明實施形態(tài)3相關(guān)的AC/DC轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
實施形態(tài)l
圖l是表示本發(fā)明實施形態(tài)l中的轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)的圖。圖l的例子是將本發(fā) 明的轉(zhuǎn)換器用于電車用DC/DC轉(zhuǎn)換器的例子，圖2是表示設(shè)置在該轉(zhuǎn)換器中的 微型計算機的動作的流程圖。
在圖1中，DC/DC轉(zhuǎn)換器18由電壓檢測器8、功率變換部ll、平滑濾波器12、 以及控制部17組成。DC/DC轉(zhuǎn)換器18是對從架空線1通過導(dǎo)電弓2得到直流功率 進(jìn)行DC/DC變換、并對由蓄電池負(fù)載9和電負(fù)載10構(gòu)成的負(fù)載部13提供直流功 率的裝置。
功率變換部11由逆變器3、變壓器4以及整流器5構(gòu)成。逆變器3的開關(guān)元件 由例如IGBT構(gòu)成，利用來自控制部17的柵極脈沖進(jìn)行控制，通過導(dǎo)電弓2取得 由架空線l提供的直流功率，并進(jìn)行DC/AC變換。變壓器4將逆變器3變換了的 交流功率進(jìn)行AC/AC變換。整流器5將變壓器4變換了的交流功率進(jìn)行AC/DC變 換。
平滑濾波器12由平滑電抗器6和平滑電容器7組成，使得由功率變換部ll變 換了的紋波多的直流功率平滑。
電壓檢測器8檢測輸出電壓，并將電壓檢測值輸入到控制部17的計算部15 和微型計算機16中。另外，計算部15可以是由模擬電路等組成的，也可以是由 軟件組成的。
控制部17是由柵極脈沖發(fā)生電路14、計算部15和微型計算機16組成的。微 型計算機16輸出電壓基準(zhǔn)，從而使輸出電壓成為所希望的電壓。計算部15將電 壓檢測值與電壓基準(zhǔn)進(jìn)行比較，為了使得該兩個值一致，計算用于功率變換的 開關(guān)元件中的供電的導(dǎo)通率。柵極脈沖發(fā)生電路14產(chǎn)生該導(dǎo)通率大小的柵極脈 沖。
一邊參照圖2的流程圖， 一邊更加詳細(xì)地說明微型計算機16的工作情況。 首先，在步驟S1中讀入從電壓檢測器8輸出的輸出電壓(電壓檢測值)的值。然后， 在步驟S2中，判斷繼續(xù)或停止電壓基準(zhǔn)的輸出動作的狀態(tài)。
在步驟S2中，繼續(xù)電壓基準(zhǔn)的輸出動作，則在步驟S3中，如果判斷來自電 壓檢測器8的輸出電壓小于預(yù)先設(shè)定的第1規(guī)定值，則在步驟S4中繼續(xù)輸出電壓 基準(zhǔn)。
反之，在步驟S2中，雖然繼續(xù)電壓基準(zhǔn)的輸出動作，但是在步驟S3中，如 果判斷來自電壓檢測器8的輸出電壓大于上述第1規(guī)定值，則在步驟S5中，使電 壓基準(zhǔn)的輸出動作停止，并停止供電。這是因為，即，當(dāng)輸出電壓上升到第l 規(guī)定電壓之時，暫時地停止供電，從而使得來自電壓檢測器8的輸出電壓不超 過所希望的電壓值而成為過電壓(即不會成為超過規(guī)定的允許范圍的過電壓)。
另外，在步驟S2中，停止電壓基準(zhǔn)的輸出動作，則在步驟S6中，如果判斷 來自電壓檢測器8的輸出電壓大于預(yù)先設(shè)定的第2規(guī)定值，則處理就這樣結(jié)束， 電壓基準(zhǔn)的輸出動作也就這樣停止。
反之，在步驟S2中，停止電壓基準(zhǔn)的輸出動作，但是在步驟S6中，如果判 斷來自電壓檢測器8的輸出電壓小于上述第2規(guī)定值，則在步驟S7中，使電壓基
準(zhǔn)的輸出動作再次開始，并在步驟S4中輸出電壓基準(zhǔn)。這是因為，SP，在停止 發(fā)生電壓基準(zhǔn)的期間中，當(dāng)輸出電壓低于第2規(guī)定電壓之時，使供電再次開始， 從而使得輸出電壓不會低于所希望的電壓值而成為低電壓(即不會成為超過規(guī) 定的允許范圍的低電壓)。
再者，第1規(guī)定值和第2規(guī)定值之間的關(guān)系滿足第2規(guī)定值<第1規(guī)定值的
關(guān)系。另外，由于第1規(guī)定值和第2規(guī)定值是相對于所希望的電壓值的允許的變 動范圍，因此如果是國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，則適當(dāng)?shù)卦O(shè)定在±10%的范圍內(nèi)，如果是國外
標(biāo)準(zhǔn)，則適當(dāng)?shù)卦O(shè)定在±1%的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明中，當(dāng)不輸出電壓基準(zhǔn)時，即電壓基準(zhǔn)為OV的情況下，計算部15 如果比較來自電壓檢測器8的輸出電壓和(應(yīng)該是輸出本來所希望的電壓的值的) 電壓基準(zhǔn)，則因為判斷輸出電壓大幅度地超出所希望的電壓值，所以對供電進(jìn) 行急劇地節(jié)流控制，指令逆變器3對低電壓進(jìn)行功率變換。但是，當(dāng)計算部15 指令功率變換的電壓低于實際輸出電壓時，不從功率變換部11向平滑濾波器12 和負(fù)載部13供電，而停止供電。
這樣在本發(fā)明中，因為能夠暫時地停止供電，所以具有抑制瞬時電壓變動 的功能，并具有能夠提供高精度的所希望的直流功率的效果。另外，在本發(fā)明 中，因為能夠利用微型計算機的工作來實現(xiàn)對供電的控制，所以存在以下優(yōu)點 即沒必要提高開關(guān)頻率以提高控制響應(yīng)的速度，或者無需大型化硬件，或者不 用為了附加防止過電壓用的硬件而提高成本等。
而且，因為微型計算機16能夠再次開始輸出電壓基準(zhǔn)，所以能夠容易地再 次開始供電。因此，具有防止輸出電壓過于降低、能夠向輸出側(cè)提供高精度的 所希望的直流功率的效果。
實施形態(tài)2
在圖3中，表示上述實施形態(tài)l所示的功率變換部ll的其它結(jié)構(gòu)圖。本實施 形態(tài)中的功率變換部11不是由圖1中的逆變器3、變壓器4和整流器5組成的，而 是如圖3所示，是由開關(guān)元件GT026和二極管27組成的斬波器。即使在本實施 形態(tài)中的功率變換部ll中，也能夠進(jìn)行與實施形態(tài)1同樣的DC/DC變換，微型 計算機16的工作即使對于圖3所示的本實施形態(tài)的功率變換部11，也具有與圖2 同樣的控制效果。
實施形態(tài)3
圖4是本發(fā)明實施形態(tài)3中的轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)的圖。圖3的例子是將本發(fā)明的
轉(zhuǎn)換器用于AC/DC轉(zhuǎn)換器的例子，因為表示設(shè)置在該轉(zhuǎn)換器中的微型計算機的
工作的流程圖與圖2是相同的，所以請參照圖2。 AC/DC轉(zhuǎn)換器31由電壓檢測器 8、功率變換部ll、平滑濾波器12以及控制部17組成，是從交流電壓源28通過 開關(guān)29取入交流功率、再進(jìn)行AC/DC變換并輸出所希望的直流功率的轉(zhuǎn)換器。
功率變換部11是僅僅由采用開關(guān)元件MOSFET的整流器30構(gòu)成。該開關(guān)元 件利用控制部17進(jìn)行控制，從交流電壓源28取入交流功率，再進(jìn)行AC/DC變換。 因為平滑濾波器12、電壓檢測器8和控制部17的結(jié)構(gòu)以及動作與實施形態(tài)1相 同，所以參照圖l，這里省略其說明。設(shè)置在控制部17內(nèi)的微型計算機16(參照 圖1)的工作，即使對于圖4的電壓變換部11，也具有與實施形態(tài)l同樣的控制效 果。
如上所述，即使是本實施形態(tài)，因為也與實施形態(tài)l相同，能夠暫時地停 止供電，所以具有抑制瞬時電壓變動的功能，并具有能夠提供高精度的所希望 的直流功率的效果。另外，在本發(fā)明中，因為能夠利用微型計算機的工作來實 現(xiàn)對供電的控制，所以存在以下優(yōu)點即沒必要提高開關(guān)頻率以提高控制響應(yīng) 的速度，或者無需大型化硬件，或者不用為了附加防止過電壓用的硬件而提高 成本等。
而且，因為微型計算機16能夠再次開始輸出電壓基準(zhǔn)，所以能夠容易地再 次開始供電。因此，具有防止輸出電壓過于降低、能夠向輸出側(cè)提供高精度的 所希望的直流功率的效果。
實施形態(tài)4
在上述實施形態(tài)1和2中，雖然說明的是關(guān)于電車用的DC/DC轉(zhuǎn)換器的控 制，但也可以不使用蓄電池充電設(shè)備，這種情況也具有與上述實施形態(tài)1和2同 樣的控制效果。當(dāng)使用蓄電池充電設(shè)備時，圖1和圖3中的功率變換部11的開關(guān) 元件即使是MOSFET或晶閘管或晶體管，也具有同樣的效果。
實施形態(tài)5
在實施形態(tài)3中，雖然使用MOSFET作為開關(guān)元件，但是即使使用IGBT或
晶閘管或晶體管，也具有同樣的控制效果。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)換器，其特征在于，具有利用開關(guān)元件對提供的功率進(jìn)行功率變換的功率變換單元；將由所述功率變換單元進(jìn)行了功率變換的所述功率進(jìn)行平滑的平滑濾波器；檢測從所述平滑濾波器輸出的所述功率的電壓的電壓檢測單元；以及為了使由所述電壓檢測單元檢測出的輸出電壓成為所希望的電壓值、而輸出用于控制所述開關(guān)元件中的供電的導(dǎo)通率的脈沖信號的控制單元，所述控制單元當(dāng)所述輸出電壓上升到預(yù)先設(shè)定的第1規(guī)定電壓之時，停止供電，從而使得所述輸出電壓不會成為比所述希望的電壓值超過規(guī)定的第1允許范圍的過電壓。
2. 如權(quán)利要求l中所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述控制單元在停止輸出為了控制所述開關(guān)元件中的供電的導(dǎo)通率的電壓基 準(zhǔn)的期間中，當(dāng)所述輸出電壓低于預(yù)先設(shè)定的第2規(guī)定電壓(<第1規(guī)定電壓)之時， 再次開始供電，從而使得所述輸出電壓不會成為比所述希望的電壓值超過規(guī)定的第 2允許范圍的低電壓。
3. 如權(quán)利要求1或2中所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于， 利用所述功率變換單元的所述功率變換是DC/DC變換。
4. 如權(quán)利要求1或2中所述的轉(zhuǎn)換器，其特征在于， 利用所述功率變換單元的所述功率變換是AC/DC變換。
全文摘要
本發(fā)明目的在于得到一種能夠抑制瞬時電壓變動、輸出高精度的所希望的直流功率的轉(zhuǎn)換器。具有對所提供的功率進(jìn)行功率變換的功率變換部11；將經(jīng)過功率變換的所述功率進(jìn)行平滑的平滑濾波器12；檢測出平滑了的功率的電壓的電壓檢測器8；以及為了使來自電壓檢測器8的輸出電壓成為所希望的電壓值、而輸出用于控制功率變換部11內(nèi)的開關(guān)元件的導(dǎo)通率的脈沖信號的控制部17?？刂撇?7當(dāng)該輸出電壓上升到第1規(guī)定電壓之時，暫時停止供電，從而使得來自電壓檢測器8的輸出電壓不會超過所希望的電壓值而成為過電壓，同時在停止供電中，當(dāng)該輸出電壓低于第2規(guī)定電壓之時，再次開始供電，從而使得來自電壓檢測器8的輸出電壓不會低于所希望的電壓值而成為低電壓。
文檔編號H02M3/155GK101111986SQ20058004731
公開日2008年1月23日 申請日期2005年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月15日
發(fā)明者楠林千代 申請人:三菱電機株式會社