[发明专利]电力变换装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力变换装置，例如使用普通家用交流(AC)电源来为电动车(EV)、插入式混合动力车(HV)等的电池充电的电力变换装置。

背景技术

在EV或插入式HV中，使用普通家用电源来为行驶用主电池充电。此时，将普通家用交流电变换成直流(DC)电的装置是必需的。例如，已经提出了将交流电变换成直流电的各种切换电源装置，尽管这些装置的提出并非用于为EV等的主电池充电(专利文献1至3)。

根据这种切换电源装置，对交流电进行全波整流，并将其引导至电容器。在相对于电容器的前级，设置成对的前级开关元件，并在后级设置成对的后级开关元件。通过交替开关这些成对的前级开关元件和成对的后级开关元件，交替地对电容器进行充电和放电。即，在前级开关元件导通并且后级开关元件断开的状态下，通过已经过全波整流的电压对电容器充电。另一方面，在前级开关元件断开并且后级开关元件导通的状态下，通过使已充电的电容器放电，将电力输出至后级。这种输出方式可以称作分批电源中继方法(batch power-relay method)。

因此无需使用变压器，从而可以实现微型化。此外，即使以很高的频率执行开/关操作也不会产生由变压器导致的损耗，因此能够高效率地提供DC功率。另外，通过所述分批电源中继方法，可以将交流输入侧与直流电侧(负载侧)彼此隔离。

已经提出的方案还包括接收直流电并输出直流电的DC/DC变换器(专利文献4)。利用上述不使用变压器的分批电源中继方法，这种方案也可以实现微型化并同时减小重量和损耗。

不过，使用上述开关电源装置和DC/DC变换器时，要求输出侧的电压低于输入电压。在此条件下，无法使用普通家用交流电源对EV等的主电池充电。

引用文献列表

专利文献

专利文献1：日本未审查专利公开第2008-079425号

专利文献2：日本未审查专利公开第2008-079426号

专利文献3：日本未审查专利公开第2008-079427号

专利文献4：日本未审查专利公开第2004-222379号

发明内容

本发明的目的是提供一种在输入侧电压和输出侧电压上不存在任何限制并且尺寸和损耗较小的电力变换装置。

(1)本发明的电力变换装置对交流电和直流电进行相互变换。该电力变换装置的特征在于包括：整流单元，其对交流电进行整流；升压/降压单元，其包括用于校正功率系数的元件并且对来自整流单元的直流电压进行升压或降压；中央电容器，其通过来自升压/降压单元的直流电压进行充电，并向后级的输出部分放电；第一前级开关元件，其串联在升压/降压单元的正电势侧和中央电容器的正电势侧之间；第二前级开关元件，其串联在升压/降压单元的接地侧和中央电容器的接地侧之间；第一后级开关元件，其串联在中央电容器的正电势侧和输出部分的正电势侧之间；第二后级开关元件，其串联在中央电容器的接地侧和输出部分的接地侧之间；和控制单元，其控制所述升压/降压单元、第一和第二前级开关元件、以及第一和第二后级开关元件。

第一和第二前级开关元件以及第一和第二后级开关元件交替导通和断开。在第一和第二前级开关元件处于导通状态(即第一和第二后级开关元件处于断开状态)从而对中央电容器进行充电之后，第一和第二后级开关元件处于导通状态(即第一和第二前级开关元件处于断开状态)从而输出直流电。

利用上述构造，由于升压/降压单元相对于中央电容器提供在交流输入侧，因此可以使用普通家用电源将直流电提供至具有高额定电压的直流装置。例如，可以对EV等的主电池(额定电压为330V)充电。然后，根据占空比的设置，可以输出高于或低于输入电压的电压。此外，升压/降压单元不仅可以构造为将普通家用电源提供至如上文所述的EV主电池的高额定电压直流装置，还可以构造来校正功率系数。也即，使用开关元件、电感器、电容器等，可以对来自交流电源的输入电流波形进行整流，并且可以降低无功功率。

此外，由于第一和第二前级开关元件以及第一和第二后级开关元件交替导通和断开，因此当存储在中央电容器中的电荷(电力)馈至输出侧时，处于断开状态的开关元件始终介于交流输入侧和输出侧之间。这种介入处于断开状态的开关元件可以改善安全性。此外，在某些情况下，特别可以确保隔离性能。

应当注意，所述正电势侧是使得电流流经整流单元的线路侧，而接地侧是与其相对的线路侧。此外，用于校正功率系数的升压/降压单元可以是仅升高电压的升压单元。或者，其可以是能够升压和降压的升压/降压单元。