特許第6594927号(P6594927)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許6594927バスキャパシタの放電方法、コントローラ、DC−DCコンバータ及びインバータ
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6594927
(24)【登録日】2019年10月4日
(45)【発行日】2019年10月23日
(54)【発明の名称】バスキャパシタの放電方法、コントローラ、DC−DCコンバータ及びインバータ
(51)【国際特許分類】
   H02M 3/155 20060101AFI20191010BHJP
【FI】
   H02M3/155 H
   H02M3/155 G
   H02M3/155 C
【請求項の数】4
【外国語出願】
【全頁数】17
(21)【出願番号】特願2017-68184(P2017-68184)
(22)【出願日】2017年3月30日
(65)【公開番号】特開2018-7538(P2018-7538A)
(43)【公開日】2018年1月11日
【審査請求日】2017年3月30日
(31)【優先権主張番号】201610518900.4
(32)【優先日】2016年6月30日
(33)【優先権主張国】CN
(73)【特許権者】
【識別番号】517112122
【氏名又は名称】陽光電源股▲ふん▼有限公司
(74)【代理人】
【識別番号】100101454
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 卓二
(74)【代理人】
【識別番号】100081422
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 光雄
(74)【代理人】
【識別番号】100125874
【弁理士】
【氏名又は名称】川端 純市
(72)【発明者】
【氏名】江 涛
(72)【発明者】
【氏名】陳 鵬
(72)【発明者】
【氏名】王 暁飛
(72)【発明者】
【氏名】李 飛
【審査官】 坂東 博司
(56)【参考文献】
【文献】 特開2016−015828(JP,A)
【文献】 特開平05−068379(JP,A)
【文献】 特開昭63−209467(JP,A)
【文献】 特開2009−273336(JP,A)
【文献】 特開2015−223057(JP,A)
【文献】 特開2005−184965(JP,A)
【文献】 特開2004−201439(JP,A)
【文献】 特開2008−29058(JP,A)
【文献】 米国特許第8111052(US,B2)
【文献】 国際公開第2008/010062(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02M 3/155
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
DC−DCコンバータに適用されるバスキャパシタの放電方法であって、
前記DC−DCコンバータは、第1のバスキャパシタと、第2のバスキャパシタと、第1のスイッチと、第2のスイッチと、第3のスイッチと、第4のスイッチと、リアクトルと、コントローラとを備え、
前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ及び前記第4のスイッチにはそれぞれ逆並列ダイオードが設けられ、
前記第1のスイッチのエミッタは前記第2のスイッチのコレクタに接続され、前記第1のスイッチのエミッタと前記第2のスイッチのコレクタとの接続点は前記リアクトルの一端に接続され、
前記第3のスイッチのエミッタは前記第4のスイッチのコレクタに接続され、前記第3のスイッチのエミッタと前記第4のスイッチのコレクタとの接続点は前記リアクトルの他端に接続され、
前記第1のスイッチのコレクタは前記第1のバスキャパシタの一端に接続され、
前記第2のスイッチのエミッタは前記第1のバスキャパシタの他端に接続され、
前記第3のスイッチのコレクタは前記第2のバスキャパシタの一端に接続され、
前記第4のスイッチのエミッタは前記第2のバスキャパシタの他端に接続され、
前記コントローラの第1の入力端子は前記第1のバスキャパシタの2つの端子に接続され、
前記コントローラの第2の入力端子は前記第2のバスキャパシタの2つの端子に接続され、
前記コントローラの出力端子は、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ及び前記第4のスイッチの各ベースに接続され、
前記バスキャパシタの放電方法は、
前記第1のバスキャパシタの両端の電圧及び前記第2のバスキャパシタの両端の電圧を検出するステップと、
前記DC−DCコンバータの電源が切断された後、前記第1のバスキャパシタの両端の電圧と前記第2のバスキャパシタの両端の電圧がそれぞれ放電しきい値以上であるか否かを判定するステップと、
(A)前記第1のバスキャパシタの両端の電圧が放電しきい値以上である場合には、前記第1のバスキャパシタの両端の電圧が前記放電しきい値未満になるまで、前記第4のスイッチをオンに制御しかつ第1のプリセット周期パルスに応答して前記第1のスイッチがオンされるように制御するステップとを含み、ここで、前記第1のプリセット周期パルスが前記コントローラから前記第1のスイッチのベースに送られ、前記第1のプリセット周期パルスの各2つの連続パルスの間に、前記第1のスイッチはオフにされ、前記リアクトルの電流はゼロに減衰し、
(B)前記第2のバスキャパシタの両端の電圧が前記放電しきい値以上である場合には、前記第2のバスキャパシタの両端の電圧が前記放電しきい値未満になるまで、前記第2のスイッチをオンに制御しかつ前記第1のプリセット周期パルスに応答して前記第3のスイッチがオンされるように制御するステップを含み、ここで、前記第1のプリセット周期パルスが前記コントローラから前記第3のスイッチのベースに送られ、前記第1のプリセット周期パルスの各2つの連続パルスの間に、第3のスイッチはオフにされ、前記リアクトルの電流はゼロに減衰する、バスキャパシタの放電方法。
【請求項2】
DC−DCコンバータに適用されるバスキャパシタの放電方法であって、
前記DC−DCコンバータは、第1のバスキャパシタと、第2のバスキャパシタと、第1のスイッチと、第2のスイッチと、第3のスイッチと、第4のスイッチと、リアクトルと、コントローラとを備え、
前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ及び前記第4のスイッチにはそれぞれ逆並列ダイオードが設けられ、
前記第1のスイッチのエミッタは前記第2のスイッチのコレクタに接続され、前記第1のスイッチのエミッタと前記第2のスイッチのコレクタとの接続点は前記リアクトルの端子に接続され、
前記第3のスイッチのエミッタは前記第4のスイッチのコレクタに接続され、前記第3のスイッチのエミッタと前記第4のスイッチのコレクタとの接続点は前記リアクトルの他端に接続され、
前記第1のスイッチのコレクタは前記第1のバスキャパシタの一端に接続され、
前記第2のスイッチのエミッタは前記第1のバスキャパシタの他端に接続され、
前記第3のスイッチのコレクタは前記第2のバスキャパシタの一端に接続され、
前記第4のスイッチのエミッタは前記第2のバスキャパシタの他端に接続され、
前記コントローラの第1の入力端子は前記第1のバスキャパシタの2つの端子に接続され、
前記コントローラの第2の入力端子は前記第2のバスキャパシタの2つの端子に接続され、
前記コントローラの出力端子は、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ及び前記第4のスイッチの各ベースに接続され、
前記バスキャパシタの放電方法は、
前記第1のバスキャパシタの両端の電圧及び前記第2のバスキャパシタの両端の電圧を検出するステップと、
前記DC−DCコンバータの電源が切断された後、前記第1のバスキャパシタの両端の電圧と前記第2のバスキャパシタの両端の電圧がそれぞれ放電しきい値以上であるか否かを判定するステップと、
前記第1のバスキャパシタの両端の電圧及び/又は第2のバスキャパシタの両端の電圧が前記放電しきい値以上である場合には、前記第1のバスキャパシタの両端の電圧及び第2のバスキャパシタの両端の電圧が放電しきい値未満になるまで、第2のプリセット周期パルスに応答して2つのスイッチ群を交互にオンに制御するステップとを含み、
前記2つのスイッチ群のうちの一方のスイッチ群は、同時にオン又はオフされる前記第1のスイッチ及び前記第4のスイッチを備え、
前記2つのスイッチ群の他方のスイッチ群は、同時にオン又はオフされる前記第2のスイッチ及び前記第3のスイッチを備え、
前記2つのスイッチ群は同時にオンされず、
前記第1のスイッチ及び前記第4のスイッチは、前記コントローラから前記第1のスイッチ及び前記第4のスイッチの各ベースに送られる前記第2のプリセット周期パルスの各2つの連続パルスのうちの一方のパルスによってオンされ、
前記第2のスイッチ及び前記第3のスイッチは、前記コントローラから前記第2のスイッチ及び前記第3のスイッチの各ベースに送られる前記第2のプリセット周期パルスの各2つの連続パルスのうちの他方のパルスによってオンされ、
前記第2のプリセット周期パルスの各2つの連続パルスの間において、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ及び前記第4のスイッチがオフされ、前記リアクトルの電流はゼロに減衰する、バスキャパシタの放電方法。
【請求項3】
DC−DCコンバータに適用されるコントローラであって、
前記DC−DCコンバータは、第1のバスキャパシタと、第2のバスキャパシタと、第1のスイッチと、第2のスイッチと、第3のスイッチと、第4のスイッチと、リアクトルと、コントローラとを備え、
前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ及び前記第4のスイッチにはそれぞれ逆並列ダイオードが設けられ、
前記第1のスイッチのエミッタは前記第2のスイッチのコレクタに接続され、前記第1のスイッチのエミッタと前記第2のスイッチのコレクタとの接続点は前記リアクトルの一端に接続され、
前記第3のスイッチのエミッタは前記第4のスイッチのコレクタに接続され、前記第3のスイッチのエミッタと前記第4のスイッチのコレクタとの接続点は前記リアクトルの他端に接続され、
前記第1のスイッチのコレクタは前記第1のバスキャパシタの一端に接続され、
前記第2のスイッチのエミッタは前記第1のバスキャパシタの他端に接続され、
前記第3のスイッチのコレクタは前記第2のバスキャパシタの一端に接続され、
前記第4のスイッチのエミッタは前記第2のバスキャパシタの他端に接続され、
前記コントローラの第1の入力端子は前記第1のバスキャパシタの2つの端子に接続され、
前記コントローラの第2の入力端子は前記第2のバスキャパシタの2つの端子に接続され、
前記コントローラの出力端子は、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ及び前記第4のスイッチの各ベースに接続され、
前記コントローラは、
前記第1のバスキャパシタの両端の電圧及び前記第2のバスキャパシタの両端の電圧を検出する検出部と、
前記DC−DCコンバータの電源が切断された後、前記第1のバスキャパシタの両端の電圧と前記第2のバスキャパシタの両端の電圧がそれぞれ放電しきい値以上であるか否かを判定する判定部と、
制御部とを備え、
前記制御部は、
(A)前記第1のバスキャパシタの両端の電圧が放電しきい値以上である場合には、前記第1のバスキャパシタの両端の電圧が前記放電しきい値未満になるまで、前記第4のスイッチをオンに制御しかつ第1のプリセット周期パルスに応答して前記第1のスイッチがオンされるように制御し、ここで、前記第1のプリセット周期パルスが前記コントローラから前記第1のスイッチのベースに送られ、前記第1のプリセット周期パルスの各2つの連続パルスの間に、前記第1のスイッチはオフにされ、前記リアクトルの電流はゼロに減衰し、
(B)前記第2のバスキャパシタの両端の電圧が前記放電しきい値以上である場合には、前記第2のバスキャパシタの両端の電圧が前記放電しきい値未満になるまで、前記第2のスイッチをオンに制御しかつ前記第1のプリセット周期パルスに応答して前記第3のスイッチがオンされるように制御し、ここで、前記第1のプリセット周期パルスが前記コントローラから前記第3のスイッチのベースに送られ、前記第1のプリセット周期パルスの各2つの連続パルスの間に、第3のスイッチはオフにされ、前記リアクトルの電流はゼロに減衰する、コントローラ。
【請求項4】
DC−DCコンバータに適用されるコントローラであって、
前記DC−DCコンバータは、第1のバスキャパシタと、第2のバスキャパシタと、第1のスイッチと、第2のスイッチと、第3のスイッチと、第4のスイッチと、リアクトルと、コントローラとを備え、
前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ及び前記第4のスイッチにはそれぞれ逆並列ダイオードが設けられ、
前記第1のスイッチのエミッタは前記第2のスイッチのコレクタに接続され、前記第1のスイッチのエミッタと前記第2のスイッチのコレクタとの接続点は前記リアクトルの端子に接続され、
前記第3のスイッチのエミッタは前記第4のスイッチのコレクタに接続され、前記第3のスイッチのエミッタと前記第4のスイッチのコレクタとの接続点は前記リアクトルの他端に接続され、
前記第1のスイッチのコレクタは前記第1のバスキャパシタの一端に接続され、
前記第2のスイッチのエミッタは前記第1のバスキャパシタの他端に接続され、
前記第3のスイッチのコレクタは前記第2のバスキャパシタの一端に接続され、
前記第4のスイッチのエミッタは前記第2のバスキャパシタの他端に接続され、
前記コントローラの第1の入力端子は前記第1のバスキャパシタの2つの端子に接続され、
前記コントローラの第2の入力端子は前記第2のバスキャパシタの2つの端子に接続され、
前記コントローラの出力端子は、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ及び前記第4のスイッチの各ベースに接続され、
前記コントローラは、
前記第1のバスキャパシタの両端の電圧及び前記第2のバスキャパシタの両端の電圧を検出する検出部と、
前記DC−DCコンバータの電源が切断された後、前記第1のバスキャパシタの両端の電圧と前記第2のバスキャパシタの両端の電圧がそれぞれ放電しきい値以上であるか否かを判定する判定部と、
制御部とを備え、
前記制御部は、前記第1のバスキャパシタの両端の電圧及び/又は第2のバスキャパシタの両端の電圧が前記放電しきい値以上である場合には、前記第1のバスキャパシタの両端の電圧及び第2のバスキャパシタの両端の電圧が放電しきい値未満になるまで、第2のプリセット周期パルスに応答して2つのスイッチ群を交互にオンに制御し、
前記2つのスイッチ群のうちの一方のスイッチ群は、同時にオン又はオフされる前記第1のスイッチ及び前記第4のスイッチを備え、
前記2つのスイッチ群の他方のスイッチ群は、同時にオン又はオフされる前記第2のスイッチ及び前記第3のスイッチを備え、
前記2つのスイッチ群は同時にオンされず、
前記第1のスイッチ及び前記第4のスイッチは、前記コントローラから前記第1のスイッチ及び前記第4のスイッチの各ベースに送られる前記第2のプリセット周期パルスの各2つの連続パルスのうちの一方のパルスによってオンされ、
前記第2のスイッチ及び前記第3のスイッチは、前記コントローラから前記第2のスイッチ及び前記第3のスイッチの各ベースに送られる前記第2のプリセット周期パルスの各2つの連続パルスのうちの他方のパルスによってオンされ、
前記第2のプリセット周期パルスの各2つの連続パルスの間において、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ及び前記第4のスイッチがオフされ、前記リアクトルの電流はゼロに減衰する、コントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、電力変換の技術分野に関し、特にバスキャパシタの放電方法、コントローラ、DC−DCコンバータ及びインバータに関する。
【背景技術】
【0002】
現在、様々なDC−DCコンバータ又はインバータの電源を切った後、直流母線キャパシタに蓄えられた電気エネルギーを追加の放電回路を介して放電する必要があり、さもなければ、放電のための待ち時間は非常に長く、安全上の懸念が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
従来の放電回路では、高抵抗の放電抵抗がバスキャパシタに直接に並列に接続される。
電源がオフにされた後、バスキャパシタは放電抵抗を介して連続的に放電する。しかしながら、このような連続放電は、システムの動作中にも発生し、エネルギー損失と効率低下という短所がある。加えて、高電圧バスに並列に接続された放電抵抗器については、絶縁方法、放熱方法、及び設置方法を考慮する必要がある。
【0004】
別の従来の放電回路では、スイッチングユニットと、前記スイッチングユニットを介して前記バスキャパシタに接続された放電ユニットと、前記スイッチングユニットに連結された制御ユニットとを含む。前記制御ユニットは、電源オフ状態において、スイッチングユニットをオンに制御することで、前記放電ユニットと前記バスキャパシタとにおいて放電ループを形成させるように制御し、電源投入時には、スイッチングユニットをオフにする。この種の放電回路を高電圧DC−DCコンバータに適用すると、2つの放電回路が必要であり、ハードウェアコストが高くなり、大きな構造スペースが占有される。このため、モジュール型DC−DCコンバータのために、小さな体積及び高密度の設計傾向に対する障壁が形成される。
【0005】
前記問題点に鑑みて、従来技術において追加の放電回路を必要とせずにバスキャパシタの放電方法を提供することが急務である。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記に鑑みて、従来技術において追加の放電回路を必要とするという問題点を解決するために、本開示にかかる、バスキャパシタの放電方法、コントローラ、DC−DCコンバータ及びインバータを提供する。
【0007】
前記目的を達成するために、以下の技術的解決策が本開示に従って提供される。
【0008】
本開示によれば、バスキャパシタの放電方法が提供される。この方法は、DC−DCコンバータ又はインバータのコントローラに適用される。DC−DCコンバータ又はインバータは、バスキャパシタ、スイッチ及びリアクトルを含む。バスキャパシタの放電方法は以下のステップを含む。
【0009】
前記方法は、前記バスキャパシタの両端の電圧を検出するステップを含む。
【0010】
前記方法は、DC−DCコンバータ又はインバータの電源が切断された後、バスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たしているかどうかを判定するステップを含む。
【0011】
前記方法は、バスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たす場合には、バスキャパシタの両端の電圧がプリセット条件を満たさなくなるまで、スイッチをオン又はオフに制御することで、バスキャパシタ、スイッチ及びリアクトルに電流ループを形成させるステップを含む。
【0012】
前記方法は、好ましくは、バスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たすかどうかを判定するステップは、バスキャパシタの両端の電圧が放電しきい値以上であるか否かを判定するステップを含む。
【0013】
好ましくは、双方向DC−DCコンバータにバスキャパシタの放電方法を適用する場合において、前記バスキャパシタは第1のバスキャパシタ及び第2のバスキャパシタを含み、前記スイッチは直列に接続された第1のスイッチと第2のスイッチと、直列に接続された第3のスイッチ及び第4のスイッチとを備え、リアクトルの2つの端子にそれぞれ2つの直列接続点が接続される。
【0014】
前記方法は、バスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たす場合には、バスキャパシタの両端の電圧がプリセット条件を満たさなくなるまで、スイッチをオン又はオフに制御することで、バスキャパシタ、スイッチ及びリアクトルに電流ループを形成させるステップは以下のステップを含む。
【0015】
前記方法は、第1のバスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たす場合には、前記第1のバスキャパシタの両端の電圧が前記プリセット条件を満たさなくなるまで、第4のスイッチがオンに制御され、第1のプリセット周期パルスに応答して前記第1のスイッチがオンされるように制御するステップを含む。
【0016】
前記方法は、第2のバスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たす場合には、第2のバスキャパシタの両端の電圧がプリセット条件を満たさなくなるまで、第2のスイッチをオンに制御され、前記第1のプリセット周期パルスに応答して前記第3のスイッチがオンされるように制御するステップを含む。
【0017】
好ましくは、双方向DC−DCコンバータにバスキャパシタの放電方法を適用する場合、バスキャパシタは第1のバスキャパシタと第2のバスキャパシタとを含み、スイッチは、直列に接続された第1のスイッチと第2のスイッチと、直列に接続された第3のスイッチ及び第4のスイッチとを備え、リアクトルの2つの端子にそれぞれ2つの直列接続点が接続される。
【0018】
バスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たす場合には、バスキャパシタの両端の電圧がプリセット条件を満たさなくなるまで、スイッチをオン又はオフに制御することで、バスキャパシタ、スイッチ及びリアクトルに電流ループを形成させることは、以下のステップを含む。
【0019】
第1のバスキャパシタの両端の電圧及び/又は第2のバスキャパシタの両端の電圧がプリセット条件を満たす場合には、第1のバスキャパシタの両端間の電圧も第2のバスキャパシタの両端間の電圧もプリセット条件を満足しなくなるまで、第2のプリセット周期パルスに応答して2つのスイッチ群を交互にオン又はオフするように制御するステップを含み、2つのスイッチ群のうちの1つは、同時にオン又はオフされる第1のスイッチ及び第4のスイッチを含み、前記2つのスイッチ群のうちの他の1つは、同時にオン又はオフされる第2のスイッチと第3のスイッチを含む。
【0020】
コントローラは、本開示に従って提供される。コントローラは、DC−DCコンバータ又はインバータに適用される。DC−DCコンバータ又はインバータは、バスキャパシタ、スイッチ及びリアクトルを含む。前記コントローラは以下を含む。
【0021】
前記コントローラは、DC−DCコンバータ又はインバータの電源が切断された後、前記バスキャパシタの両端の電圧を検出する検出手段を含む。
【0022】
前記コントローラは、前記バスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たすか否かを判定する判定手段を含む。
【0023】
前記コントローラは、バスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たす場合には、バスキャパシタの両端の電圧がプリセット条件を満たさなくなるまで、スイッチをオン又はオフに制御することでバスキャパシタ、スイッチ及びリアクトルに電流ループを形成させる制御ユニットを含む。
【0024】
好ましくは、判定ユニットは、バスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たすか否かを判定するように構成されるとき、判定ユニットは、バスキャパシタの両端の電圧が放電しきい値以上であるか否かを判定するように特に構成される。
【0025】
本開示によれば、DC−DCコンバータが提供される。DC−DCコンバータは、第1の回路遮断器、第2の回路遮断器、第1のコンタクタ、第2のコンタクタ、第1のバスキャパシタ、第2のバスキャパシタ、第1のスイッチ、第2のスイッチ、第3のスイッチ、リアクトル及び上述したコントローラを含む。
【0026】
第1のスイッチ、第2のスイッチ、第3のスイッチ及び第4のスイッチにはそれぞれ逆並列ダイオードが設けられている。
【0027】
第1のスイッチのエミッタは第2のスイッチのコレクタに接続され、接続点はリアクトルの端子に接続される。
【0028】
第3のスイッチのエミッタは第4のスイッチのコレクタに接続され、接続点はリアクトルの他端に接続される。
【0029】
第1のスイッチのコレクタは、第1のバスキャパシタの端子に接続されるとともに、第1のコンタクタを介して第1の回路遮断器の第1の端子の正極に接続される。
【0030】
第2のスイッチのエミッタは、第1のバスキャパシタの他方の端子、及び第1の回路遮断器の第1の端子の負極に接続される。
【0031】
第3のスイッチのコレクタは、第2のバスキャパシタの端子に接続されるとともに、第2のコンタクタを介して第2の回路遮断器の第1の端子の正極に接続される。
【0032】
第4のスイッチのエミッタは、第2のバスキャパシタの他方の端子、及び第2の回路遮断器の第1の端子の負極に接続される。
【0033】
コントローラの第1の入力端子は、第1のバスキャパシタの2つの端子に接続され、前記コントローラの第2の入力端子は前記第2のバスキャパシタの2つの端子に接続され、前記コントローラの出力端子は、前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、前記第3のスイッチ及び前記第4のスイッチのベースに接続される。
【0034】
好ましくは、バスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たす場合において、コントローラの制御ユニットが、スイッチをオン又はオフに制御することで、バスキャパシタ、スイッチ及びリアクトルに電流ループを形成させるように構成されるとき、コントローラの制御ユニットは、具体的には、以下のように構成される。
【0035】
コントローラの制御ユニットは、第1のバスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たす場合には、第1のバスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たさなくなるまで、第4のスイッチがオンにされ、第1のプリセット周期パルスに応答して第1のスイッチがオンされるように制御する。
【0036】
コントローラの制御ユニットは、第2のバスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たす場合には、第2のバスキャパシタの両端の電圧がプリセット条件を満たさなくなるまで、第2のスイッチをオンにし、第1のプリセット周期パルスに応答して第3のスイッチをオンに制御する。
【0037】
好ましくは、バスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たす場合には、コントローラの制御ユニットが、スイッチをオン又はオフに制御することで、バスキャパシタ、スイッチ及びリアクトルに電流ループを形成させるように制御するように構成されるとき、コントローラの制御ユニットは、具体的には、以下のように構成される。
【0038】
コントローラの制御ユニットは、第1のバスキャパシタの両端の電圧及び/又は第2のバスキャパシタの両端の電圧がプリセット条件を満たす場合には、第1のバスキャパシタの両端の電圧も第2のバスキャパシタの両端の電圧もプリセット条件を満足しなくなるまで、第2のプリセット周期パルスに応答して2つのスイッチ群を交互にオン又はオフするように制御する。2つのスイッチ群のうちの1つは、同時にオン又はオフされる第1のスイッチ及び第4のスイッチを含み、前記2つのスイッチ群のうちの他の1つは、同時にオン又はオフされる前記第2のスイッチと前記第3のスイッチを含む。
【0039】
本開示によれば、上述のコントローラを含むインバータが提供される。インバータは、三相フルブリッジ型太陽光発電(光起電力)インバータ、三相フルブリッジ型エネルギー貯蔵インバータ、マルチレベル太陽光発電(光起電力)インバータ、又はマルチレベルエネルギー貯蔵インバータである。
【0040】
本発明に係るバスキャパシタの放電方法においては、DC−DCコンバータ又はインバータの電源がオフされた後、DC−DCコンバータ又はインバータの母線キャパシタの検出電圧が設定条件を満たしていると判定された場合には、DC−DCコンバータ又はインバータのスイッチをオン又はオフに制御することで、バスキャパシタの両端の電圧がプリセット条件を満たさなくなるまで、DC−DCコンバータ又はインバータのバスキャパシタ、スイッチ及びリアクトルに電流ループを形成させる。
【発明の効果】
【0041】
この方法に基づいて、DC−DCコンバータ又はインバータの電源がオフされた後、バスキャパシタの放電機能が達成され、追加の放電回路を必要とせずに、従来技術で要求されていた放電回路の追加による問題点を解決することができる。
【0042】
本発明は、本開示の実施形態又は従来技術における技術的解決策をより明確に示すために、以下では、実施形態の説明に用いた図面や従来技術を簡単に紹介する。明らかなように、以下に記載される図面は、単に本開示のいくつかの実施形態を例示するだけであり、当業者であれば、これらの図面に基づいて創造的な努力をすることなく他の図面を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0043】
図1】本発明の一実施形態にかかるバスキャパシタの放電方法を示すフローチャートである。
図2】本開示の一実施形態にかかるDC−DCインバータの回路の概略図である。
図3】本開示の一実施形態にかかるスイッチのオン制御信号の波形図である。
図4】本開示の別の実施形態にかかる、スイッチ用のオン制御信号の波形図である。
図5】本開示の一実施形態にかかるコントローラの概略的な構造図である。
【発明を実施するための形態】
【0044】
本開示の実施形態における技術的解決策は、本開示の実施形態の図面と併せて参照して、以下に明確かつ完全に記載される。明らかなように、記載された実施形態は、本発明の実施形態のすべてではなく、ほんのわずかである。本開示の実施形態に基づいて当業者によって得られる他のすべての実施形態はいかなる創造的努力もなしに、本開示の保護範囲内に入る。
【0045】
本発明は、従来の技術ではさらに放電回路が必要となるという問題点を解決するために、バスキャパシタの放電方法を提供する。バスキャパシタの放電方法は、DC−DCコンバータのコントローラやインバータに適用される。DC−DCコンバータ又はインバータは、バスキャパシタ、スイッチ及びリアクトルを含む。バスキャパシタの放電方法は、図1に示すように、ステップS101〜S103を含む。
【0046】
ステップS101において、バスキャパシタの両端の電圧が検出される。
【0047】
実際のアプリケーションでは、バスキャパシタの両端の電圧をリアルタイムで検出することができる。DC−DCコンバータ又はインバータの電源がオフになった後、バスキャパシタに電力が残っているが、バスキャパシタの両端には依然として高い電圧が存在する。理論的には、放電回路がない場合には、電圧は維持される。実際には、電圧はバスの寄生インピーダンスのためにゆっくりと減衰し、放電時間は長くなる。このため、本実施形態に係るバスキャパシタの放電方法は、バスキャパシタの放電に適用することができる。
【0048】
ステップS102において、DC−DCコンバータ又はインバータの電源がオフされた後、バスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たすか否かが判定される。
【0049】
バスキャパシタの両端の電圧が検出された後、バスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満足するか否かが判定され、放電が必要かどうかの結果が得られる。
【0050】
ステップS103において、バスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たす場合には、バスキャパシタの両端の電圧がプリセット条件を満たさなくなるまで、スイッチがオン又はオフに制御されることで、バスキャパシタ、スイッチ及びリアクトルに電流ループを形成させる。
【0051】
バスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たす場合、バスキャパシタに放電が必要であることが示されており、そうしないと、潜在的な危険が生じる可能性がある。具体的には、電流ループは、スイッチを有するバスキャパシタ及びリアクトルによって形成されてもよく、バスキャパシタの両端の電圧がプリセット条件を満たさなくなるまで、電流ループ内の電力の流れを介して、バスキャパシタ上の残留電力は、ループのデバイス及び回路内で消費され、これにより、バスキャパシタを放電する。
【0052】
本実施形態に係るバスキャパシタの放電方法においては、DC−DCコンバータ又はインバータの電源がオフされた後、追加の放電回路を必要とすることなく、前記のステップを経てバスキャパシタに対して放電機能が達成される。結果として、ハードウェアコンポーネントが追加されず、回路の通常動作に追加の損失を生じさせることなく、エネルギー損失、低効率、断熱、放熱、設置方法などの考慮事項などの、放電抵抗による従来技術の問題点を回避する。加えて、モジュール型DC−DCコンバータのための小さな体積及び高密度の設計傾向への障壁が回避される。このため、従来の技術で要求されていた放電回路の追加による問題点が解決される。
【0053】
好ましくは、ステップS102は、バスキャパシタの両端間の電圧が放電しきい値より高いか否かを判定することを含む。
【0054】
双方向DC−DCコンバータの場合、放電しきい値は60Vとすることができるが、これは特に限定されず、実際の適用環境に基づいて決定することができる。
【0055】
本発明の他の実施形態によれば、バスキャパシタの詳細な放電方法がさらに提供される。すなわち、バスキャパシタの放電方法は、図2に示す双方向DC−DCインバータに適用される。バスキャパシタは、第1のバスキャパシタC1及び第2のバスキャパシタC2を含む。当該スイッチは、直列に接続された第1のスイッチQ1及び第2のスイッチQ2と、直列に接続された第3のスイッチQ3及び第4のスイッチQ4とを含む。リアクトルLの2つの端子はそれぞれ2つの直列接続点に接続される。
【0056】
図1に基づいて、ステップS103は以下のステップを含む。
【0057】
ステップS103は、第1のバスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たす場合には、第4のスイッチをオンにするように制御し、第1のバスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たさなくなるまで、第1のプリセット周期パルスに応答して第1のスイッチがオンされるように制御するステップを含む。
【0058】
ステップS103は、第2のバスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たす場合には、第2のスイッチをオンにするように制御し、第2のバスキャパシタの両端の電圧がプリセット条件を満たさなくなるまで、前記第1のプリセット周期パルスに応答して前記第3のスイッチがオンされるように制御するステップを含む。
【0059】
具体的には、図2を参照する。双方向DC−DCコンバータの電源が切断された後、コントローラは、第1のバスキャパシタC1及び第2のバスキャパシタC2の両端の電圧を検出する。第1のバスキャパシタC1の電圧V1が予め設定された条件を満たす場合(例えば、V1が60Vの放電しきい値以上である)場合、コントローラは、第4のスイッチQ4をオンに制御し、第1のプリセット周期パルスに応答して第1のスイッチQ1がオンされるように制御する。第1のスイッチQ1及び第4のスイッチQ4のオン制御信号の波形を図3に示す。第1のスイッチQ1のオン制御信号の波形は(図3の点線で示すように)連続的なハイレベルであり、第4のスイッチQ4のオン制御信号の波形は(図3の実線で示すように)パルスである。
【0060】
第1のスイッチQ1がオンされると、第1のバスキャパシタC1、第1のスイッチQ1、リアクトルL及び第4のスイッチQ4は、電力の流れの電流ループを形成し、低い順方向電流がリアクトルLを流れる。
【0061】
第1のスイッチQ1がオフされる場合、リアクトルLの電流はフリーホイールし、第2のスイッチQ2の逆並列ダイオードがオンされ、第2のスイッチQ2の逆並列ダイオード、リアクトルL及び第4のスイッチQ4は、電力の流れの電流ループを形成する。
【0062】
第1のスイッチQ1は、第1のプリセット周期パルスに応答してオンされ、その結果、第1のスイッチQ1のオン時間が短くなり、リアクトルLの電流が小さくなる。このため、第1のスイッチQ1のオフ時には、リアクトルL内の電流は、ダイオードのオン損失及びラインインピーダンスのために、ゼロ又はほぼゼロに減衰することがあり、このことは、スイッチング期間中にリアクトルLの電流が正味に増加するのを回避し、リアクトルL内の電流が制御不能になることを回避する。このように、複数のスイッチング期間の後、複数のスイッチング期間の後に、第1のバスキャパシタC1を横切る電圧V1は放電しきい値を下回って低下し、第1のバスキャパシタC1の放電を停止させることができる。
【0063】
第2のバスキャパシタC2の放電原理は、上述した第1のバスキャパシタC1の放電原理と同じであり、ここでは説明しない。
【0064】
とって代わって、本開示の別の実施形態では、バスキャパシタの放電方法は、図2に示す双方向DC−DCインバータに適用される。バスキャパシタは、第1のバスキャパシタC1及び第2のバスキャパシタC2を含む。当該スイッチは、直列に接続された第1のスイッチQ1と第2のスイッチQ2と、直列に接続された第3のスイッチQ3と第4のスイッチQ4とを含む。リアクトルLの2つの端子にはそれぞれ2つの直列接続点が接続される。
【0065】
ステップS103は以下のステップを含む。
【0066】
ステップS103は、第1のバスキャパシタの両端の電圧及び/又は第2のバスキャパシタの両端の電圧がプリセット条件を満たす場合には、第1のバスキャパシタの両端の電圧も第2のバスキャパシタの両端の電圧もプリセット条件を満足しなくなるまで、2つのスイッチ群を第2のプリセット周期パルスに応答して交互にオン又はオフするように制御する。ここで、2つのスイッチ群のうちの1つは、同時にオン又はオフされる第1のスイッチ及び第4のスイッチと、前記2つのスイッチ群のうちの他の1つは、同時にオン又はオフされる第2のスイッチと第3のスイッチを含む。
【0067】
この実施形態では、図2に示すように、第1のバスキャパシタC1の両端の電圧及び/又は第2のバスキャパシタC2の両端の電圧が所定の条件を満たす場合(例えば、V1が60Vの放電しきい値以上である)場合、コントローラは、第1のスイッチQ1及び第4のスイッチQ4のスイッチ群と、第2のスイッチQ2及び第3のスイッチQ3のスイッチ群とを、交互にオン又はオフするように制御する。第1のスイッチQ1と第4のスイッチQ4は同時にオン又はオフされ、第2のスイッチQ2と第3のスイッチQ3は同時にオン又はオフになる。
【0068】
第1のスイッチQ1と第4のスイッチQ4とが同時にオンされる場合、第1のバスキャパシタC1、リアクトルL、第1のスイッチQ1及び第4のスイッチQ4は、電力の電流ループを形成し、リアクトルLの電流は順方向に増加する。
【0069】
第1のスイッチQ1と第4のスイッチQ4が同時にオフされる場合、リアクトルLの電流はフリーホイールし、第2のスイッチQ2及び第3のスイッチQ3の逆並列ダイオードを介して第2のバスキャパシタC2を充電する。コントローラは、第2プリセット周期パルスに応答して第1のスイッチQ1及び第4のスイッチQ4をオンさせるように制御し、第1のスイッチQ1及び第4のスイッチQ4のオン時間を短くするように制御することができる。リアクトルL内の電流は、急速にゼロ又はゼロに近づくことがある。スイッチのオン制御信号の波形を図4に示す。第1のスイッチQ1及び第4のスイッチQ4が最初にオンになる場合を例に説明する。複数のパルスのシーケンス番号が奇数であるパルスは、(図4の太い破線で示すように)第1のスイッチQ1及び第4のスイッチQ4のオン制御信号である。複数のパルスのシーケンス番号が偶数であるパルスは、(図4の細い実線で示すように)第2のスイッチQ2及び第3のスイッチQ3のオン制御信号である。
【0070】
次の期間において、第2のスイッチQ2及び第3のスイッチQ3のスイッチ群はオン又はオフになる。同様に、第2のスイッチQ2と第3のスイッチQ3とが同時にオンされる場合、第2のバスキャパシタC2、リアクトルL、第2のスイッチQ2及び第3のスイッチQ3は、電力の電流ループを形成し、リアクトルLの電流が逆方向に増加する。
【0071】
第2のスイッチQ2と第3のスイッチQ3とが同時にオフされる場合、リアクトルLの電流はフリーホイールし、第1のスイッチQ1及び第4のスイッチQ4の逆並列ダイオードを介して第1のバスキャパシタC1を充電する。コントローラは、第2の所定の周期パルスに応答して第2のスイッチQ2及び第3のスイッチQ3をオンに制御し、第2のスイッチQ2及び第3のスイッチQ3のオン時間を短くするように制御することができる。リアクトルL内の電流は、急速にゼロ又はゼロに近づく。
【0072】
電力損失は、スイッチのオン及びオフプロセスにおいて、及び上述した潮流を形成するプロセスにおいて発生する可能性がある。複数のオン及びオフ期間の後、電圧V1及び電圧V2が放電しきい値よりも低い場合には、コントローラは、第1のバスキャパシタC1及び第2のバスキャパシタC2の放電を停止することができる。
【0073】
本開示の別の実施形態にかかるコントローラがさらに提供され、当該コントローラはDC−DCコンバータ又はインバータに適用される。DC−DCコンバータ又はインバータは、バスキャパシタ、スイッチ及びリアクトルを含む。図5に示すように、コントローラは、以下を含む。
【0074】
コントローラは、バスキャパシタの両端の電圧を検出する検出部101を含む。
【0075】
コントローラは、DC−DCコンバータ又はインバータの電源が切断された後、バスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たすか否かを判定する判定ユニット102を含む。
【0076】
コントローラは、バスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たす場合に、スイッチをオン又はオフに制御することで、バスキャパシタ、スイッチ及びリアクトルに電流ループを形成させる制御ユニット103を含む。
【0077】
本実施形態のコントローラによれば、DC−DCコンバータ又はインバータの電源がオフされた後、追加の放電回路を必要とせずに、前記の原理によりバスキャパシタの放電機能を実現することができ、このことは、エネルギー損失、低効率、断熱、放熱、設置方法などの考慮事項などの、従来の放電抵抗による問題点を回避することができる。加えて、モジュール型DC−DCコンバータのための小さな体積及び高密度の設計傾向への障壁が回避される。このため、従来の技術で要求されていた放電回路の追加による問題点が解決される。
【0078】
コントローラをDC−DCコンバータ又はインバータに適用する場合、コントローラは別個の制御ユニットであってもよく、もしくは、DC−DCコンバータ又はインバータの元のコントローラに集積されてもよく、このことは特に限定されない。前記の両方の場合は、本開示の保護する権利範囲内に入る。
【0079】
好ましくは、判定ユニット102がバスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たすか否かを判定するように構成される場合、判定ユニット102は、具体的には、バスキャパシタの両端の電圧が放電しきい値よりも高いかどうかを判定するように構成される。
【0080】
双方向DC−DCコンバータの場合、放電しきい値を60Vとすることができ、このことは特に限定されず、実際の適用環境に基づいて決定されてもよい。
【0081】
本開示の別の実施形態にかかるDC−DCコンバータがさらに、図2に示すように提供される。DC−DCコンバータは、第1の回路遮断器、第2の回路遮断器、第1のコンタクタK1、第2のコンタクタK2、第1のバスキャパシタC1、第2のバスキャパシタC2、第1のスイッチQ1、第2のスイッチQ2、第3のスイッチQ3、第4のスイッチQ4、リアクトルL、及び前記各実施形態に係るコントローラを備える。
【0082】
第1のスイッチQ1、第2のスイッチQ2、第3のスイッチQ3、第4のスイッチQ4にはそれぞれ逆並列ダイオードが設けられている。
【0083】
第1のスイッチQ1のエミッタは第2のスイッチQ2のコレクタに接続され、接続点はリアクトルLの一端に接続される。
【0084】
第3のスイッチQ3のエミッタは第4のスイッチQ4のコレクタに接続され、接続点はリアクトルLの他端に接続される。
【0085】
第1のスイッチQ1のコレクタは、第1のバスキャパシタC1の端子に接続されるとともに、第1のコンタクタK1を介して第1遮断器の第1の端子の正極に接続される。
【0086】
第2のスイッチQ2のエミッタは、第1のバスキャパシタC1の他端及び第1の回路遮断器の第1の端子の負極に接続される。
【0087】
第3のスイッチQ3のコレクタは、第2のバスキャパシタC2の一端に接続されるとともに、第2のコンタクタK2を介して第2の回路遮断器の第1の端子の正極に接続される。
【0088】
第4のスイッチQ4のエミッタは、第2のバスキャパシタC2の他端及び第2の回路遮断器の第1の端子の負極に接続される。
【0089】
コントローラの第1の入力端子は、第1のバスキャパシタC1の2つの端子に接続され、コントローラの第2の入力端子は第2のバスキャパシタC2の2つの端子に接続され、コントローラの出力端子は第1のスイッチQ1、第2のスイッチQ2、第3のスイッチQ3、第4のスイッチQ4のベースに接続される。
【0090】
図2に示すDC−DCコンバータにおいて、第1のスイッチQ1は順方向バック(BUCK)スイッチであり、第2のスイッチQ2は逆方向ブースト(BOOST)スイッチであり、第3のスイッチQ3は逆方向バック(BUCK)スイッチであり、第4のスイッチQ4は順方向ブースト(BOOST)スイッチであり、これにより、DC−DCコンバータは双方向DC−DC変換を実現する。すなわち、図2に示すDC−DCコンバータは、双方向DC−DCコンバータである。
【0091】
本実施形態のDC−DCコンバータでは、前記実施形態に係るコントローラが提供される。DC−DCコンバータの電源がオフになった後、追加の放電回路を必要とせずに、前記の原理によりバスキャパシタの放電機能を実現することができ、エネルギー損失、低効率、断熱、放熱、設置方法などの考慮事項などの、従来の放電抵抗による問題点を回避できる。加えて、モジュール型DC−DCコンバータのための小さな体積及び高密度の設計傾向への障壁が回避される。このため、従来の技術で要求されていた放電回路の追加による問題点が解決される。
【0092】
好ましくは、コントローラの制御ユニットが、バスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たす場合に、スイッチをオン又はオフにするように制御することでバスキャパシタ、スイッチ及びリアクトルに電流ループを形成させるように構成されるときに、コントローラの制御ユニットは、具体的には、以下のように構成される。
【0093】
コントローラの制御ユニットは、第1のバスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たす場合には、第4のスイッチをオンに制御し、第1のバスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たさなくなるまで、第1のプリセット周期パルスに応答して第1のスイッチがオンされるように制御する。
【0094】
コントローラの制御ユニットは、第2のバスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たす場合には、第2のスイッチをオンに制御し、第2のバスキャパシタの両端の電圧がプリセット条件を満たさなくなるまで、第1のプリセット周期パルスに応答して第3のスイッチをオンに制御する。
【0095】
好ましくは、バスキャパシタの両端の電圧が予め設定された条件を満たす場合には、コントローラの制御ユニットは、スイッチをオン又はオフに制御することで、バスキャパシタ、スイッチ及びリアクトルに電流ループを形成させるときに、コントローラの制御ユニットは、具体的には、以下のように構成される。
【0096】
コントローラの制御ユニットは、第1のバスキャパシタの両端の電圧及び/又は第2のバスキャパシタの両端の電圧がプリセット条件を満たす場合には、第1のバスキャパシタの両端の電圧も第2のバスキャパシタの両端の電圧もプリセット条件を満足しなくなるまで、2つのスイッチ群を第2のプリセット周期パルスに応答して交互にオン又はオフするように制御する。ここで、2つのスイッチ群のうちの1つは、同時にオン又はオフされる第1のスイッチ及び第4のスイッチを含み、前記2つのスイッチ群のうちの他の1つは、同時にオン又はオフされる前記第2のスイッチと前記第3のスイッチを含む。
【0097】
詳細な動作原理は、前記実施形態のものと同じであり、ここでは説明しない。
【0098】
本開示の別の実施形態にかかるインバータがさらに提供され、前記インバータは上述したコントローラを含む。インバータは、三相フルブリッジ型太陽光発電インバータ、三相フルブリッジ型エネルギー貯蔵インバータ、マルチレベル太陽光発電インバータ、又はマルチレベルエネルギー貯蔵インバータである。
【0099】
詳細な動作原理は、前記実施形態のものと同じであり、ここでは説明しない。前記実施形態のコントローラによれば、追加の放電回路を必要とせずに、バスキャパシタに対して放電機能が達成され、エネルギー損失、低効率、断熱、放熱、設置方法などの考慮事項などの、従来の放電抵抗による問題点を回避できる。加えて、元の放電回路の高圧リレーや放電抵抗が不要となり、ハードウェアコストを削減することができる。このため、従来の技術で要求されていた放電回路の追加による問題点が解決される。
【0100】
本開示の様々な実施形態は、漸進的に説明され、各実施形態において他の実施形態との相違点が強調されて示されており、同一又は類似の部分を理解するために互いに参照することができる。実施形態によって開示された装置は、実施形態によって開示される方法に対応するため、装置について簡単に説明し、関連セクションを理解するための方法の説明を参照することができる。
【0101】
前記の説明は本発明の好ましい実施形態に過ぎず、当業者が本開示を理解又は実施することを可能にする。実施形態に対する様々な変更は、当業者には明らかであり、本明細書で定義される一般的な原理は、本開示の精神又は範囲から逸脱することなく、他の実施形態において実装され得る。このため、本発明は、ここに開示された実施形態に限定されず、原理と一致する最も広い範囲に従うことであり、及び本明細書に開示される新規な特徴を含む。
図1
図2
図3
図4
図5