Преобразователь мощности
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях мощности. Преобразователь мощности включает в себя одну или более первых схем преобразования, одну или более вторых схем преобразования и контроллер. Первая схема преобразования выполнена с возможностью использовать транзистор с щелевой структурой. Вторая схема преобразования выполнена с возможностью использовать планарный транзистор. Все из указанных одной или более первых схем преобразования и все из указанных одной или более вторых схем преобразования соединяются параллельно друг другу или соединяются последовательно друг с другом. Контроллер останавливает все из указанных одной или более вторых схем преобразования и эксплуатирует по меньшей мере одну из указанных одной или более первых схем преобразования, в то время когда выходное значение команды управления ниже заданного выходного порогового значения. Контроллер эксплуатирует все из указанных одной или более первых схем преобразования и эксплуатирует по меньшей мере одну из указанных одной или более вторых схем преобразования в случае, если выходное значение команды управления превышает заданное выходное пороговое значение. Технический результат – уменьшение потерь на переключение. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к преобразователю мощности. В частности, настоящее изобретение относится к преобразователю мощности с использованием переключающих элементов, имеющих различные характеристики.
Уровень техники
Известен преобразователь мощности с использованием переключающих элементов, имеющих различные характеристики, в качестве переключающих элементов для преобразования мощности. Публикация не прошедшей экспертизу заявки на патент Японии № 08-182342 (JP 08-182342 А) раскрывает пример вышеописанного преобразователя мощности. Преобразователь мощности, раскрытый в JP 08-182342 А, представляет собой устройство, которое выводит импульсный сигнал трех уровней. В преобразователе мощности, первая схема преобразования для формирования длиннопериодного импульсного сигнала и вторая схема преобразования для формирования короткопериодного импульсного сигнала соединяются параллельно друг другу. Выходная мощность преобразователя мощности получается посредством наложения выходного сигнала первой схемы преобразования и выходного сигнала второй схемы преобразования. Запираемый тиристор (так называемый GTO) используется в качестве первой схемы преобразования для формирования длиннопериодного импульсного сигнала. Биполярный транзистор с изолированным затвором (так называемый IGBT) используется в качестве второй схемы преобразования для формирования короткопериодного импульсного сигнала. По сравнению с IGBT, GTO имеет небольшое сопротивление во включенном состоянии (потери при переходе в установившееся состояние), но большие потери на переключение. Напротив, по сравнению с GTO, IGBT имеет небольшие потери на переключение, но большое сопротивление во включенном состоянии. В преобразователе мощности, раскрытом в JP 08-182342 А, GTO приспосабливается в качестве первой схемы преобразования для формирования длиннопериодного импульсного сигнала, имеющего относительно небольшое число времен переключения, и IGBT приспосабливается в качестве второй схемы преобразования для формирования короткопериодного импульсного сигнала, имеющего относительно большое число времен переключения, за счет этого подавляя потери всего преобразователя.
Сущность изобретения
Преобразователю мощности, раскрытый в JP 08-182342 А, требуются два типа элементов, называемых "тиристором" и "транзистором", имеющих существенно отличающиеся структуры. Следовательно, возрастают затраты на разработку. В преобразователе мощности, раскрытом в JP 08-182342 А, переключающие элементы избирательно используются на частоте выходного импульсного сигнала. Следовательно, преобразователь мощности, раскрытый в JP 08-182342 А, не может применяться в качестве преобразователя мощности, допускающего изменение абсолютной величины выходной мощности. Настоящее изобретение относится к преобразователю мощности, допускающему изменение абсолютной величины выходной мощности, и предоставляет преобразователь мощности, который позволяет дополнительно подавлять затраты на разработку и дополнительно подавлять потери всего преобразователя.
Аспект настоящего изобретения относится к преобразователю мощности, включающему в себя одну или более первых схем преобразования, одну или более вторых схем преобразования и контроллер. Первая схема преобразования выполнена с возможностью использовать транзистор с щелевой структурой в качестве переключающего элемента для преобразования мощности. Вторая схема преобразования выполнена с возможностью использовать планарный транзистор в качестве переключающего элемента для преобразования мощности. Все из указанных одной или более первых схем преобразования и все из указанных одной или более вторых схем преобразования соединяются параллельно друг другу, либо все из указанных одной или более первых схем преобразования и все из указанных одной или более вторых схем преобразования соединяются последовательно друг с другом. Контроллер выполнен с возможностью выбирать схему преобразования, которая должна эксплуатироваться, согласно выходному значению команды управления для преобразователя мощности (в дальнейшем в этом документе, называемому просто "выходным значением команды управления"). Контроллер выполнен с возможностью останавливать все из указанных одной или более вторых схем преобразования и эксплуатировать, по меньшей мере, одну из указанных одной или более первых схем преобразования, в то время, когда выходное значение команды управления ниже заданного выходного порогового значения. Контроллер выполнен с возможностью эксплуатировать все из указанных одной или более первых схем преобразования и эксплуатировать, по меньшей мере, одну из указанных одной или более вторых схем преобразования в случае, если выходное значение команды управления превышает заданное выходное пороговое значение.
Транзистор с щелевой структурой имеет меньшее сопротивление во включенном состоянии (потери при переходе в установившееся состояние), чем планарный транзистор. С другой стороны, планарный транзистор имеет меньшие потери на переключение, чем транзистор с щелевой структурой. Следовательно, в преобразователе мощности согласно аспекту настоящего изобретения, в случае если выходное значение команды управления меньше заданного выходного порогового значения, используется только первая схема преобразования, приспосабливающая транзистор с щелевой структурой, имеющий относительно небольшое сопротивление во включенном состоянии (потери при переходе в установившееся состояние). В области расхода топлива, в которой выходное значение команды управления меньше заданного выходного порогового значения, влияние потерь на переключение на количество теплообразования транзистора меньше влияния сопротивления во включенном состоянии (потерь при переходе в установившееся состояние) на количество теплообразования транзистора. В области высокой нагрузки, в которой выходное значение команды управления превышает заданное выходное пороговое значение, влияние потерь на переключение на количество теплообразования транзистора превышает влияние сопротивления во включенном состоянии (потерь при переходе в установившееся состояние) на количество теплообразования транзистора. Тем не менее, в диапазоне, в котором выходное значение команды управления меньше заданного выходного порогового значения, даже в случае, если небольшое число схем преобразования мощности эксплуатируется с возможностью вырабатывать тепло, охладитель может интенсивно охлаждать первую схему преобразования, включающую в себя транзистор, имеющий относительно большое количество теплообразования, при условии, что количество теплообразования всего преобразователя мощности является относительно небольшим. В диапазоне, в котором выходное значение команды управления меньше заданного выходного порогового значения, потери всего устройства могут подавляться посредством предпочтительного использования первой схемы преобразования, приспосабливающей транзистор с щелевой структурой, имеющий относительно небольшое сопротивление во включенном состоянии (потери при переходе в установившееся состояние).
С другой стороны, в случае если выходное значение команды управления увеличивается, множество схем преобразования, т.е. множество транзисторов должны эксплуатироваться. В этом случае, количество теплообразования всех транзисторов становится проблемой. Следовательно, планарный транзистор, имеющий относительно небольшие потери на переключение, приспосабливается в качестве схемы преобразования, которая должна эксплуатироваться в случае, если выходное значение команды управления превышает заданное выходное пороговое значение. Таким образом, поскольку количество теплообразования всех транзисторов подавляется, потери всего устройства подавляются.
Использование другого типа транзистора согласно выходному значению команды управления является, в частности, подходящим для преобразователя мощности электротранспортного средства, в котором частота, на которой требуется низкая выходная мощность, выше частоты, на которой требуется высокая выходная мощность (преобразователь мощности для преобразования выходной мощности источника мощности постоянного тока в электрическую мощность приведения в действие электромотора для движения).
Различие структуры между транзистором с щелевой структурой и планарным транзистором не настолько большое, как различие между GTO и IGBT. Следовательно, можно подавлять затраты одновременной разработки двух типов переключающих элементов. Транзистор с щелевой структурой и планарный транзистор могут представлять собой IGBT или полевые транзисторы со структурой "металл-оксид-полупроводник" (MOSFET).
В преобразователе мощности согласно аспекту настоящего изобретения, контроллер может быть выполнен с возможностью задавать несущую частоту для случая, в котором все из указанных одной или более первых схем преобразования и все из указанных одной или более вторых схем преобразования эксплуатируются, выше несущей частоты для случая, в котором вторая схема преобразования не эксплуатируется.
Преобразователь мощности согласно аспекту настоящего изобретения дополнительно может включать в себя дроссель для преобразования мощности, и температурный датчик, выполненный с возможностью отслеживать температуру дросселя. В случае если температура дросселя превышает заданное первое пороговое значение температуры, контроллер может быть выполнен с возможностью задавать несущую частоту выше несущей частоты до превышения первого порогового значения температуры.
Преобразователь мощности согласно аспекту настоящего изобретения дополнительно может включать в себя конденсатор и температурный датчик, выполненный с возможностью отслеживать температуру конденсатора. В случае если температура конденсатора превышает заданное первое пороговое значение температуры, контроллер может быть выполнен с возможностью задавать несущую частоту выше несущей частоты до превышения первого порогового значения температуры.
В случае, если несущая частота увеличивается, можно подавлять амплитуду переменного компонента тока для тока, протекающего через дроссель или конденсатор. Следовательно, перегрев дросселя или конденсатора может предотвращаться. Преобразователь мощности согласно настоящему изобретению увеличивает несущую частоту в случае, если эксплуатируются все из указанных одной или более вторых схем преобразования, приспосабливающих планарный транзистор, имеющий относительно небольшие потери на переключение. Следовательно, даже в случае, если количество теплообразования дросселя или конденсатора является относительно большим, можно подавлять потери всего преобразователя мощности.
В преобразователе мощности согласно аспекту настоящего изобретения, в случае если температура транзистора любой одной из всех из указанных одной или более первых схем преобразования и всех из указанных одной или более вторых схем преобразования превышает заданное второе пороговое значение температуры, контроллер может быть выполнен с возможностью задавать несущую частоту ниже несущей частоты до превышения второго порогового значения температуры. В случае если несущая частота увеличивается, перегрев дросселя или конденсатора может подавляться, в то время как количество теплообразования транзистора увеличивается (в случае, если множество планарных транзисторов и множество транзисторов с щелевой структурой эксплуатируются, даже если потери на переключение планарного транзистора являются относительно небольшими, количество теплообразования всего транзистора увеличивается). Следовательно, в случае если температура транзистора превышает заданное второе пороговое значение температуры, несущая частота может понижаться снова, чтобы защищать транзистор.
Поскольку подавление потерь всего устройства приводит к подавлению количества теплообразования всего устройства, нагрузка на охладитель уменьшается. Следовательно, в вышеприведенной структуре, может получаться преимущество уменьшения размера всей системы преобразования мощности, включающей в себя охладитель. Ниже в разделе "Подробное описание вариантов осуществления" описываются подробности и дополнительные улучшения настоящего изобретения.
Краткое описание чертежей
Ниже описываются признаки, преимущества и техническая и промышленная значимость примерных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых аналогичные номера обозначают аналогичные элементы, и на которых:
Фиг. 1 является блок-схемой системы подачи мощности электротранспортного средства, включающей в себя преобразователь мощности первого варианта осуществления;
Фиг. 2 является графиком, иллюстрирующим различие между характеристиками транзистора с щелевой структурой и планарного транзистора;
Фиг. 3 является графиком, иллюстрирующим управление переключением числа фаз возбуждения;
Фиг. 4 является графиком, иллюстрирующим первый пример управления переключением несущей частоты;
Фиг. 5 является графиком, иллюстрирующим второй пример управления переключением несущей частоты;
Фиг. 6 является графиком, иллюстрирующим управление переключением числа фаз возбуждения в примере модификации;
Фиг. 7 является блок-схемой системы подачи мощности электротранспортного средства, включающей в себя преобразователь мощности второго варианта осуществления;
Фиг. 8 является графиком, иллюстрирующим управление переключением числа фаз возбуждения в преобразователе мощности второго варианта осуществления; и
Фиг. 9 является графиком, иллюстрирующим управление переключением числа фаз возбуждения в справочном примере.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
Первый вариант осуществления
Ниже описывается преобразователь мощности первого варианта осуществления со ссылкой на схемы. Преобразователь 2 мощности первого варианта осуществления монтируется в электротранспортном средстве 100. Фиг. 1 показывает блок-схему системы подачи электрической мощности электротранспортного средства 100. Электротранспортное средство 100 включает в себя источник 21 мощности постоянного тока, преобразователь 2 мощности, инвертор 31 и электромотор 32 для обеспечения движения. Преобразователь 2 мощности представляет собой устройство, которое повышает выходное напряжение источника 21 мощности постоянного тока и подает повышенное выходное напряжение в инвертор 31. Инвертор 31 преобразует мощность постоянного тока (мощность постоянного тока), повышенную посредством преобразователя 2 мощности, в мощность переменного тока, подходящую для приведения в действие электромотора 32 для обеспечения движения. Таким образом, преобразователь 2 мощности представляет собой устройство, которое эксплуатируется вместе с инвертором 31 и преобразует мощность источника 21 мощности постоянного тока в электрическую мощность приведения в действие электромотора 32 для обеспечения движения. Источник 21 мощности постоянного тока представляет собой аккумуляторную батарею, к примеру, литий-ионный аккумулятор. Источник 21 мощности постоянного тока может представлять собой топливный элемент.
Преобразователь 2 мощности включает в себя четыре схемы 10a-10d преобразования мощности, конденсаторы 22, 24 и контроллер 17.
Четыре схемы 10a-10d преобразования мощности соединяются параллельно друг другу между общими входными контактными выводами 12a, 12b и общими выходными контактными выводами 13a, 13b. Все четыре схемы 10a-10d преобразования мощности представляют собой повышающие преобразователи, которые повышают и выводят напряжение входной мощности. Схемы 10a, 10b преобразования мощности имеют идентичную структуру. Схемы 10c, 10d преобразования мощности имеют идентичную структуру в качестве схемы 10a преобразования мощности, за исключением типа используемого переключающего элемента.
Конденсатор 22 соединяется между общими входными контактными выводами 12a, 12b. Конденсатор 24 соединяется между общими выходными контактными выводами 13a, 13b. Конденсатор 22 сглаживает ток, вводимый в схемы 10a-10d преобразования мощности. Конденсатор 24 сглаживает ток, выводимый из схем 10a-10d преобразования мощности. Конденсатор 22 включает в себя температурный датчик 23. Конденсатор 24 включает в себя температурный датчик 25. Значения измерения температурных датчиков 23, 25 передаются в контроллер 17.
Ниже описывается схема 10a преобразования мощности. Схема 10a преобразования мощности включает в себя переключающий элемент 3a, диод 4a, дроссель 5a, диод 6a и два температурных датчика 7a, 8a. Один конец дросселя 5a соединяется с положительным электродом 12a входного контактного вывода, и другой конец дросселя 5a соединяется с анодом диода 6a. Катод диода 6a соединяется с положительным электродом 13a выходного контактного вывода.
Отрицательный электрод 12b входного контактного вывода и отрицательный электрод 13b выходного контактного вывода схемы 10a преобразования мощности непосредственно соединяются друг с другом. Переключающий элемент 3a соединяется между промежуточной точкой между дросселем 5a и диодом 6a и отрицательным электродом 12b входного контактного вывода (отрицательным электродом 13b выходного контактного вывода). Диод 4a соединяется антипараллельно с переключающим элементом 3a.
Переключающий элемент 3a управляется посредством контроллера 17. В случае если переключающий элемент 3a включается и выключается с заданной скважностью импульсов, напряжение мощности источника 21 мощности постоянного тока, приложенное к входным контактным выводам 12a, 12b, повышается и выводится из выходных контактных выводов 13a, 13b. Поскольку схема и работа схемы 10a преобразования мощности, показанной на фиг. 1, известна, ее подробное описание опускается.
Температурный датчик 7a располагается около переключающего элемента 3a. Температурный датчик 8a располагается около дросселя 5a. Температурный датчик 7a измеряет температуру переключающего элемента 3a. Температурный датчик 8a измеряет температуру дросселя 5a. Значения измерения температурных датчиков 7a, 8a передаются в контроллер 17.
Схема 10b преобразования мощности включает в себя переключающий элемент 3b, диод 4b, дроссель 5b, диод 6b и два температурных датчика 7b, 8b. Структура схемы 10b преобразования мощности является идентичной структуре схемы 10a преобразования мощности. Значения измерения температурных датчиков 7b, 8b передаются в контроллер 17. "toCntller" в конце пунктирной линии, идущей из температурных датчиков 7b, 8b, является сокращением для "в контроллер (в контроллер 17)".
Как переключающий элемент 3a схемы 10a преобразования мощности, так и переключающий элемент 3b схемы 10b преобразования мощности представляют собой щелевой полевой транзистор со структурой "металл-оксид-полупроводник" (MOSFET).
Схемы 10c, 10d преобразования мощности также имеют структуру, идентичную структуре схемы 10a преобразования мощности. Единственное различие между схемами 10c, 10d преобразования мощности и схемой 10a преобразования мощности заключается в том, что переключающие элементы 3c, 3d схем 10c, 10d преобразования мощности не являются щелевыми, а являются планарными MOSFET.
Ниже кратко описывается различие между транзистором с щелевой структурой и планарным транзистором. Фиг. 2 показывает график, иллюстрирующий различие между характеристиками транзистора с щелевой структурой и планарного транзистора. На графике по фиг. 2, горизонтальная ось указывает абсолютную величину потерь на переключение, и вертикальная ось указывает абсолютную величину сопротивления во включенном состоянии (потерь при переходе в установившееся состояние). В нижней правой области графика, сопротивление во включенном состоянии (потери при переходе в установившееся состояние) меньше потерь на переключение. В верхней левой области графика, потери на переключение меньше сопротивления во включенном состоянии (потерь при переходе в установившееся состояние).
Точка P1 указывает характеристики транзистора с щелевой структурой, и точка P2 указывает характеристики планарного транзистора. Характеристики (точка P1) транзистора с щелевой структурой принадлежат нижней правой области графика по фиг. 2, и характеристики (точка P2) планарного транзистора принадлежат верхней левой области графика. Таким образом, транзистор с щелевой структурой имеет такой признак, что сопротивление во включенном состоянии (потери при переходе в установившееся состояние) меньше сопротивления во включенном состоянии (потерь при переходе в установившееся состояние) планарного транзистора, и планарный транзистор имеет такой признак, что потери на переключение меньше потерь на переключение транзистора с щелевой структурой.
MOSFET с щелевой структурой не имеет сопротивления полевого транзистора с управляющим р-n-переходом (JFET) по сравнению с планарным MOSFET. Соответственно, можно сокращать шаг. В принципе, MOSFET с щелевой структурой имеет относительно небольшое сопротивление во включенном состоянии (потери при переходе в установившееся состояние), но его емкость является относительно большой. Помимо этого, затраты на изготовление MOSFET с щелевой структурой являются относительно высокими вследствие необходимости щелевой структуры и технических трудностей. Между тем, затраты на изготовление планарного MOSFET являются относительно низкими, поскольку не должны формироваться щели. В принципе, планарный MOSFET имеет меньшую емкость, чем MOSFET с щелевой структурой, так что потери на переключение являются относительно небольшими. Это является подходящим для увеличения несущей частоты. Поскольку потери на переключение являются относительно небольшими, охладитель для охлаждения транзистора может задаваться относительно небольшим. Следовательно, системные затраты дополнительно могут подавляться.
Различия между щелевым и планарным описываются, например, в документе "Fundamentals of Power Semiconductor Devices", B. Jayant Baliga, Springer, 2008.
Контроллер 17 преобразователя 2 мощности выбирает схему преобразования мощности, которая должна эксплуатироваться, из схем 10a-10d преобразования мощности согласно абсолютной величине значения команды управления выходным током, передаваемого из хост-контроллера (не показан). Для удобства описания, схема 10a преобразования мощности упоминается как первая схема 10a фазового преобразования, схема 10b преобразования мощности упоминается как вторая схема 10b фазового преобразования, схема 10c преобразования мощности упоминается как третья схема 10c фазового преобразования, и схема 10d преобразования мощности упоминается как четвертая схема 10d фазового преобразования. По мере того, как значение команды управления выходным током увеличивается, контроллер 17 увеличивает число схем преобразования, которые должны эксплуатироваться, в порядке первой фазы - четвертой фазы.
В случае если значение команды управления выходным током для преобразователя 2 мощности ниже заданного выходного порогового значения, контроллер 17 останавливает третью схему 10c фазового преобразования и четвертую схему 10d фазового преобразования и определяет то, следует эксплуатировать только первую схему 10a фазового преобразования либо эксплуатировать как первую схему 10a фазового преобразования, так и вторую схему 10b фазового преобразования, согласно абсолютной величине значения команды управления выходным током. Таким образом, в то время, когда значение команды управления выходным током является относительно небольшим, контроллер 17 предпочтительно использует схему преобразования мощности, включающую в себя транзистор с щелевой структурой (первую схему 10a фазового преобразования и вторую схему 10b фазового преобразования).
Как описано выше, значение команды управления выходным током передается из хост-контроллера (не показан) в контроллер 17. Хост-контроллер определяет электрическую мощность (целевую мощность), которая должна выводиться из электромотора 32 для обеспечения движения, из рабочей величины нажатия педали акселератора, скорости транспортного средства, оставшейся величины источника 21 мощности постоянного тока и т.п. Хост-контроллер определяет значение тока (значение команды управления выходным током), которое должно выводиться из преобразователя 2 мощности, из напряжения источника 21 мощности постоянного тока и целевой мощности и выдает инструкцию в контроллер 17. Контроллер 17 выбирает схему преобразования мощности, которая должна эксплуатироваться, согласно абсолютной величине значения команды управления выходным током и подает сигнал возбуждения с заданной скважностью импульсов в переключающий элемент выбранной схемы преобразования мощности.
Фиг. 3 является графиком, иллюстрирующим управление переключением числа фаз возбуждения. На графике по фиг. 3, горизонтальная ось указывает значение команды управления выходным током, и вертикальная ось указывает число схем преобразования, которые должны возбуждаться. "Одна фаза" на вертикальной оси на фиг. 3 означает возбуждение исключительно первой схемы 10a фазового преобразования. "Две фазы" на вертикальной оси означают, что третья схема 10c фазового преобразования и четвертая схема 10d фазового преобразования остановлены, и первая схема 10a фазового преобразования и вторая схема 10b фазового преобразования возбуждаются. "Три фазы" на вертикальной оси означают, что четвертая схема 10d фазового преобразования остановлена, и первая схема 10a фазового преобразования - третья схема 10c фазового преобразования возбуждаются.
В то время, когда значение команды управления выходным током ниже тока Ir4, контроллер 17 останавливает третью схему 10c фазового преобразования и четвертую схему 10d фазового преобразования и определяет то, следует эксплуатировать только первую схему 10a фазового преобразования либо эксплуатировать как первую схему 10a фазового преобразования, так и вторую схему 10b фазового преобразования, согласно абсолютной величине значения команды управления выходным током. В случае если значение команды управления выходным током превышает ток Ir4, контроллер 17 определяет, в дополнение к первой схеме 10a фазового преобразования и второй схеме 10b фазового преобразования, то, следует эксплуатировать третью схему 10c фазового преобразования либо эксплуатировать третью схему 10c фазового преобразования и четвертую схему 10d фазового преобразования, согласно абсолютной величине значения команды управления выходным током.
В частности, в случае если значение команды управления выходным током ниже тока Ir2, контроллер 17 возбуждает только первую схему 10a фазового преобразования. Контроллер 17 подает сигнал возбуждения с заданной скважностью импульсов в переключающий элемент 3a первой схемы 10a фазового преобразования таким образом, что выходная мощность преобразователя 2 мощности совпадает со значением команды управления выходным током.
В случае если значение команды управления выходным током превышает ток Ir2, контроллер 17 возбуждает вторую схему 10b фазового преобразования в дополнение к первой схеме 10a фазового преобразования. Контроллер 17 подает сигнал возбуждения с заданной скважностью импульсов в каждый из переключающих элементов 3a, 3b первой схемы 10a фазового преобразования и второй схемы 10b фазового преобразования таким образом, что полная выходная мощность первой схемы 10a фазового преобразования и второй схемы 10b фазового преобразования совпадает со значением команды управления выходным током. На фиг. 3, I1max указывает максимальный выходной ток первой схемы 10a фазового преобразования, и I2max указывает максимальный выходной ток второй схемы 10b фазового преобразования.
Как описано выше, в то время, когда значение команды управления выходным током ниже тока Ir4, контроллер 17 останавливает третью схему 10c фазового преобразования и четвертую схему 10d фазового преобразования, приспосабливающие планарные транзисторы, и реализует значение команды управления выходным током только с первой схемой 10a фазового преобразования и второй схемой 10b фазового преобразования, приспосабливающими транзисторы с щелевой структурой.
Ток Ir4, используемый при определении того, следует или нет эксплуатировать третью схему 10c фазового преобразования, соответствует вышеописанному выходному пороговому значению. Выходное пороговое значение задается равным значению, полученному посредством вычитания небольшого допустимого запаса Mg из полного максимального выходного тока (I1max+I2max) первой схемы 10a фазового преобразования и второй схемы 10b фазового преобразования, приспосабливающих транзисторы с щелевой структурой. Ток Ir4, соответствующий выходному пороговому значению, задается равным значению, большему максимального выходного тока I1max первой схемы 10a фазового преобразования.
В случае если значение команды управления выходным током превышает ток Ir4, контроллер 17 эксплуатирует планарную третью схему 10c фазового преобразования в дополнение к первой схеме 10a фазового преобразования с щелевой структурой и второй схеме 10b фазового преобразования с щелевой структурой, чтобы реализовывать значение команды управления выходным током. В случае если значение команды управления выходным током превышает ток Ir6, контроллер 17 эксплуатирует все схемы 10a-10d преобразования мощности. I3max указывает максимальный выходной ток третьей схемы 10c фазового преобразования. Контроллер 17 эксплуатирует все схемы 10a-10d преобразования мощности в случае, если значение команды управления выходным током превышает полный максимальный выходной ток (I1max+I2max+I3max) первой схемы 10a фазового преобразования - третьей схемы 10c фазового преобразования. На практике, ток Ir6, полученный посредством вычитания допустимого запаса Mg из полного максимального выходного тока первой схемы 10a фазового преобразования - третьей схемы 10c фазового преобразования, также становится пороговым значением, при котором начинается работа четвертой схемы 10d фазового преобразования.
После того, как значение команды управления выходным током превышает ток Ir6, и все схемы 10a-10d преобразования мощности начинают эксплуатироваться, контроллер 17 останавливает четвертую схему 10d фазового преобразования в случае, если значение команды управления выходным током становится ниже тока Ir5 (<Ir6). В то время, когда первая схема 10a фазового преобразования - третья схема 10c фазового преобразования эксплуатируются, контроллер 17 останавливает третью схему 10c фазового преобразования в случае, если значение команды управления выходным током становится ниже тока Ir3 (<тока Ir4). В то время, когда первая схема 10a фазового преобразования и вторая схема 10b фазового преобразования эксплуатируются, контроллер 17 останавливает вторую схему 10b фазового преобразования в случае, если значение команды управления выходным током ниже тока Ir1 (<тока Ir2).
Причина, по которой пороговые значения Ir1, Ir3, Ir5 в случае уменьшения числа фаз возбуждения немного меньше пороговых значений Ir2, Ir4, Ir6 в случае увеличения числа фаз возбуждения, заключается в том, чтобы предотвращать рыскание, при котором число фаз возбуждения часто переключается.
В случае если число фаз, которые должны эксплуатироваться, равно трем или меньше, несущая частота во время определения сигнала широтно-импульсной модуляции (PWM), который является значением команды управления возбуждения для переключающих элементов 3a-3c, составляет fa. В случае если контроллер 17 начинает эксплуатировать все фазы, несущая частота увеличивается с fa до fc. Преобразователь 2 мощности включает в себя охладитель (не показан). Он служит для того, чтобы подавлять теплообразование дросселей 5a-5d, предоставленных в схемах 10a-10d преобразования мощности, поскольку емкость охладителя становится недостаточной в случае, если все схемы 10a-10d преобразования мощности эксплуатируются.
Преобразователь 2 мощности использует только первую схему 10a фазового преобразования и вторую схему 10b фазового преобразования, приспосабливающие транзисторы с щелевой структурой (переключающие элементы 3a, 3b), в то время, когда значение команды управления выходным током является относительно небольшим. В случае если значение команды управления выходным током увеличивается, преобразователь 2 мощности использует третью схему 10c фазового преобразования и четвертую схему 10d фазового преобразования, приспосабливающие планарные транзисторы (переключающие элементы 3c, 3d), в дополнение к первой схеме 10a фазового преобразования и второй схеме 10b фазового преобразования. Ниже описываются преимущества вышеуказанного контента. Хотя не показано, преобразователь 2 мощности включает в себя охладитель для охлаждения переключающих элементов 3a-3d и дросселей 5a-5d соответствующих схем преобразования мощности. Охладитель также охлаждает конденсаторы 22, 24 (следует обратиться к фиг. 1).
Как описано выше, сопротивление во включенном состоянии (потери при переходе в установившееся состояние) транзистора с щелевой структурой ниже сопротивления во включенном состоянии (потерь при переходе в установившееся состояние) планарного транзистора. В частности, сопротивление во включенном состоянии (потери при переходе в установившееся состояние) имеет влияние на количество теплообразования устройства. Таким образом, количество теплообразования транзистора с щелевой структурой меньше количества теплообразования планарного транзистора. В то время, когда третья схема 10c фазового преобразования и четвертая схема 10d фазового преобразования остановлены, общее количество теплообразования преобразователя 2 мощности является относительно небольшим. Следовательно, даже в случае, если количество теплообразования переключающих элементов 3a, 3b (транзисторов с щелевой структурой) первой схемы 10a фазового преобразования и второй схемы 10b фазового преобразования является относительно большим, охладитель может интенсивно охлаждать переключающие элементы 3a, 3b. С другой стороны, поскольку сопротивление во включенном состоянии (потери при переходе в установившееся состояние) транзистора с щелевой структурой является относительно небольшим, суммарные потери преобразователя 2 мощности сохраняются относительно низкими, в то время, когда эксплуатируются только первая схема 10a фазового преобразования и вторая схема 10b фазового преобразования.
С другой стороны, в случае если значение команды управления выходным током увеличивается, значение команды управления выходным током не может быть реализовано, если третья схема 10c фазового преобразования и четвертая схема 10d фазового преобразования не используются в дополнение к первой схеме 10a фазового преобразования и второй схеме 10b фазового преобразования. В случае если значение команды управления выходным током увеличивается, общее количество теплообразования преобразователя 2 мощности также увеличивается. Здесь, переключающие элементы 3c, 3d, приспосабливаемые в третьей схеме 10c фазового преобразования и четвертой схеме 10d фазового преобразования, представляют собой планарные транзисторы, и потери на переключение, имеющие большое влияние на количество теплообразования в области высокой нагрузки, являются относительно небольшими. По этой причине, поскольку увеличение количества теплообразования в случае, если третья схема 10c фазового преобразования и четвертая схема 10d фазового преобразования эксплуатируются, подавляется, охладитель может продолжать охлаждать весь преобразователь 2 мощности. Посредством подавления роста температуры преобразователя 2 мощности, также могут подавляться потери всего преобразователя 2 мощности.
Структура MOSFET с щелевой структурой и структура планарного MOSFET существенно не отличаются. Предоставляется такое преимущество, что затраты по одновременной разработке обоих MOSFET являются относительно низкими.
Описание возвращается к управлению переключением числа фаз возбуждения, выполняемому посредством контроллера 17. В дополнение к управлению переключением числа фаз возбуждения, показанного на фиг. 3, контроллер 17 переключает несущую частоту согласно температурам дросселей 5a-5d и конденсаторов 22, 24. Схемы 10a-10d преобразования мощности имеют температурные датчики 8a-8d для измерения температур дросселей 5a-5d, соответственно, и значения измерения температурных датчиков 8a-8d передаются в контроллер 17. Преобразователь 2 мощности включает в себя температурный датчик 23 для измерения температуры конденсатора 22 и температурный датчик 25 для измерения температуры конденсатора 24, и значения измерения температурных датчиков 23, 25 передаются в контроллер 17. Контроллер 17 увеличивает несущую частоту в случае, если температура любого из дросселей 5a-5d и конденсаторов 22, 24 превышает пороговое значение. Фиг. 4 является графиком, иллюстрирующим управление переключением несущей частоты согласно температуре дросселя/конденсатора.
Начальное значение несущей частоты каждого из переключающих элементов 3a-3d составляет fa. Контроллер 17 увеличивает несущую частоту до fb в случае, если температура любого из дросселей 5a-5d и конденсаторов 22, 24 превышает температуру T2. Контроллер 17 увеличивает несущую частоту до fc в случае, если температура любого из дросселей 5a-5d и конденсаторов 22, 24 превышает температуру T4. Чем выше несущая частота, тем меньше амплитуда переменного компонента тока для тока, протекающего через дроссели 5a-5d и конденсаторы 22, 24, за счет этого подавляя теплообразование. Взаимосвязь между частотами fa, fb, fc представляет собой fc>fb>fa. Частота fa не ограничена конкретным образом и предпочтительно составляет 10 (кГц).
В случае если наибольшая температура из температур компонентов становится ниже температуры T3 после того, как температура любого из дросселей 5a-5d и конденсаторов 22, 24 превышает температуру T4, и несущая частота изменяется на fc, контроллер 17 понижает несущую частоту до fb. В случае если наибольшая температура из температур дросселей 5a-5d и конденсаторов 22, 24 становится ниже температуры T1, в то время, когда несущая частота составляет fb, контроллер 17 понижает несущую частоту до fa. Причина, по которой пороговые значения T2, T4 в случае увеличения несущей частоты немного ниже пороговых значений T1, T3 в случае понижения несущей частоты, заключается в том, чтобы предотвращать рыскание, при котором несущая частота часто переключается. Управление переключением, описанное выше, заключается в следующем. Преобразователь 2 мощности включает в себя конденсаторы 22, 24 и дроссели 5a-5d для преобразования мощности. В случае если температуры дросселей 5a-5d или температуры конденсаторов 22, 24 превышают первые пороговые значения T2, T4 температуры, контроллер 17 задает несущую частоту выше несущей частоты до превышения первого порогового значения температуры.
Контроллер 17 также изменяет несущую частоту согласно температурам переключающих элементов 3a-3d. Фиг. 5 является графиком, иллюстрирующим управление переключением несущей частоты согласно температуре переключающего элемента. На фиг. 5, горизонтальная ось указывает температуру переключающего элемента, и вертикальная ось указывает несущую частоту. Температура T5 на фиг. 5 составляет температуру выше температуры T4 на фиг. 4. Температуры переключающих элементов 3a-3d измеряются посредством температурных датчиков 7a-7d, соответственно, и данные измерений передаются в контроллер 17 (следует обратиться к фиг. 1).
Как описано выше, контроллер 17 увеличивает несущую частоту до fc (кГц) в случае, если температура любого из дросселей 5a-5d и конденсаторов 22, 24 превышает температуру T4. По мере того, как несущая частота увеличивается, число времен переключения переключающего элемента увеличивается, и количество теплообразования переключающего элемента увеличивается. Контроллер 17 понижает несущую частоту от fc до fa в случае, если температура любого из переключающих элементов 3a-3d превышает температуру T6 (>T4). Таким образом, в случае если температура любого из переключающих элементов 3a-3d схем 10a-10d преобразования мощности превышает заданное второе пороговое значение T6 температуры, контроллер 17 задает несущую частоту ниже несущей частоты до превышения второго порогового значения температуры. Это обусловлено тем, что предотвращение перегрева переключающего элемента является более значительным, чем предотвращение перегрева дросселя или конденсатора при управлении, описанном выше.
В случае если температура переключающего элемента становится ниже температуры T5, контроллер 17 увеличивает несущую частоту до fc снова. Причина, по которой пороговое значение (температура T5) в случае увеличения несущей частоты немного ниже порогового значения (температуры T6) в случае понижения несущей частоты, заключается в том, чтобы предотвращать рыскание, при котором несущая частота часто переключается.
Фиг. 6 показывает пример модификации управления переключением числа фаз возбуждения согласно значению команды управления выходным током. При управлении переключением, показанном на фиг. 6, в то время, когда значение команды управления выходным током ниже тока Ir4 (выходного порогового значения), контроллер 17 останавливает третью схему 10c фазового преобразования и четвертую схему 10d фазового преобразования и эксплуатирует как первую схему 10a фазового преобразования, так и вторую схему 10b фазового преобразования. В случае если значение команды управления выходным током превышает ток Ir4, контроллер 17 эксплуатирует третью схему 10c фазового преобразования в дополнение к первой схеме 10a фазового преобразования и второй схеме 10b фазового преобразования. В случае если значение команды управления выходным током превышает ток Ir6, контроллер 17 эксплуатирует все схемы 10a-10d преобразования мощности. Как описано выше, в случае если значение команды управления выходным током ниже тока Ir4 (выходное пороговое значение), первая схема 10a фазового преобразования и вторая схема 10b фазового преобразования, т.е. все схемы преобразования мощности, приспосабливающие транзисторы с щелевой структурой, могут эксплуатироваться.
Также в примере, показанном на фиг. 6, причина, по которой пороговые значения Ir3, Ir5 в случае уменьшения числа фаз возбуждения немного меньше пороговых значений Ir4, Ir6 в случае увеличения числа фаз возбуждения, заключается в том, чтобы предотвращать рыскание, при котором число фаз возбуждения часто переключается.
Второй вариант осуществления
Ниже описывается преобразователь 2a мощности второго варианта осуществления со ссылкой на фиг. 7 и 8. Преобразователь 2a мощности второго варианта осуществления монтируется в электротранспортном средстве 100a. Фиг. 7 является блок-схемой, показывающей электротранспортное средство 100a, включающее в себя преобразователь 2a мощности. Поскольку электротранспортное средство 100a является идентичным электротранспортному средству 100 первого варианта осуществления, за исключением внутренней части преобразователя 2a мощности, его описание опускается.
Преобразователь 2a мощности второго варианта осуществления включает в себя четыре схемы 10a-10d преобразования мощности, конденсаторы 22, 24 и контроллер 17. Конфигурация каждой из схем 10a-10d преобразования мощности является идентичной конфигурации схемы преобразования мощности в первом варианте осуществления. Преобразователь 2a мощности второго варианта осуществления отличается от преобразователя 2 мощности первого варианта осуществления тем, что четыре схемы 10a-10d преобразования мощности соединяются последовательно друг с другом. Каждая из четырех схем 10a-10d преобразования мощности представляет собой повышающий преобразователь. Выходное напряжение преобразователя 2a мощности является значением, полученным посредством умножения напряжения источника 21 мощности постоянного тока в качестве ввода на коэффициент повышения схемы преобразования мощности (повышающего преобразователя), которая должна эксплуатироваться.
Контроллер 17 преобразователя 2a мощности принимает команду (значение команды управления выходным напряжением) напряжения, которое должно выводиться из преобразователя 2a мощности, из хост-контроллера (не показан). Контроллер 17 определяет число схем преобразования мощности, которые должны эксплуатироваться, согласно абсолютной величине значения команды управления выходным напряжением для преобразователя 2a мощности. Фиг. 8 показывает график, иллюстрирующий управление переключением числа фаз возбуждения схемы преобразования мощности. На фиг. 8, горизонтальная ось указывает значение команды управления выходным напряжением, и вертикальная ось указывает число фаз возбуждения. Как и в случае первого варианта осуществления, схемы 10a, 10b преобразования мощности, приспосабливающие транзисторы с щелевой структурой в качестве переключающих элементов для преобразования мощности, упоминаются как первая схема 10a фазового преобразования и вторая схема 10b фазового преобразования, соответственно. Схемы 10c, 10d преобразования мощности, приспосабливающие планарные транзисторы в качестве переключающих элементов для преобразования мощности, упоминаются как третья схема 10c фазового преобразования и четвертая схема 10d фазового преобразования, соответственно. "Одна фаза" на вертикальной оси на фиг. 8 означает возбуждение исключительно первой схемы 10a фазового преобразования. "Две фазы" на вертикальной оси означают, что третья схема 10c фазового преобразования и четвертая схема 10d фазового преобразования остановлены, и первая схема 10a фазового преобразования и вторая схема 10b фазового преобразования возбуждаются. "Три фазы" на вертикальной оси означают, что четвертая схема 10d фазового преобразования остановлена, и первая схема 10a фазового преобразования - третья схема 10c фазового преобразования возбуждаются.
В то время, когда значение команды управления выходным напряжением ниже напряжения Vr4 (выходного порогового значения), контроллер 17 останавливает третью схему 10c фазового преобразования и четвертую схему 10d фазового преобразования и определяет число схем преобразования, которые должны возбуждаться, из первой схемы 10a фазового преобразования и второй схемы 10b фазового преобразования согласно значению команды управления выходным напряжением. В случае если значение команды управления выходным напряжением превышает напряжение Vr4, контроллер 17 останавливает первую схему 10a фазового преобразования и вторую схему 10b фазового преобразования и определяет число схем преобразования, которые должны возбуждаться, из третьей схемы 10c фазового преобразования и четвертой схемы 10d фазового преобразования согласно значению команды управления выходным напряжением.
В частности, в случае если значение команды управления выходным напряжением ниже напряжения Vr2, контроллер 17 возбуждает только первую схему 10a фазового преобразования. Контроллер 17 подает сигнал возбуждения с заданной скважностью импульсов в переключающий элемент 3a первой схемы 10a фазового преобразования таким образом, что выходная мощность преобразователя 2 мощности совпадает со значением команды управления выходным напряжением.
В случае если значение команды управления выходным напряжением превышает напряжение Vr2, контроллер 17 возбуждает вторую схему 10b фазового преобразования в дополнение к первой схеме 10a фазового преобразования. Контроллер 17 подает сигнал возбуждения с заданной скважностью импульсов в каждый из переключающих элементов 3a, 3b первой схемы 10a фазового преобразования и второй схемы 10b фазового преобразования таким образом, что выходное напряжение преобразователя 2a мощности совпадает со значением команды управления выходным напряжением.
В случае если значение команды управления выходным напряжением превышает напряжение Vr4, контроллер 17 эксплуатирует третью схему 10c фазового преобразования, включающую в себя планарный транзистор, в дополнение к первой схеме 10a фазового преобразования и второй схеме 10b фазового преобразования, включающим в себя транзистор с щелевой структурой, чтобы реализовывать значение команды управления выходным напряжением. В случае если значение команды управления выходным напряжением превышает напряжение Vr6, контроллер 17 эксплуатирует все схемы 10a-10d преобразования мощности.
Напряжения Vr1, Vr3, Vr5 на фиг. 8 составляют пороговые значения в случае уменьшения числа фаз возбуждения. Причина, по которой пороговые значения Vr1, Vr3, Vr5 в случае уменьшения числа фаз возбуждения немного меньше пороговых значений Vr2, Vr4, Vr6 в случае увеличения числа фаз возбуждения, заключается в том, чтобы предотвращать рыскание, при котором число фаз возбуждения часто переключается.
Преобразователь 2a мощности второго варианта осуществления также имеет преимущества, идентичные преимуществам преобразователя 2 мощности первого варианта осуществления.
Справочные примеры
Чтобы реализовывать значение команды управления выходным током (напряжением), преобразователь 2 мощности (2a) может рассеивать нагрузку по схемам 10a-10d преобразования мощности. Посредством использования вышеописанных признаков, можно не допускать ситуации, в которой количества теплообразования дросселей 5a-5d отличаются. Управление переключением числа фаз возбуждения в этом случае описывается со ссылкой на фиг. 9. Фиг. 9 может применяться к преобразователю 2 мощности, показанному на фиг. 1, и также может применяться к преобразователю 2a мощности, показанному на фиг. 7.
Контроллер 17 отслеживает температуру каждого из дросселей 5a-5d схем 10a-10d преобразования мощности. Как показано на фиг. 1 и 7, температуры дросселей 5a-5d измеряются посредством температурных датчиков 8a-8d, соответственно, и данные измерений передаются в контроллер 17 (см. фиг. 1 и 7). Во-первых, контроллер 17 эксплуатирует только первую схему 10a фазового преобразования. В случае если наибольшая температура (в этом случае, температура дросселя 5a) из температур дросселей 5a-5d превышает температуру T2, контроллер 17 эксплуатирует вторую схему 10b фазового преобразования. Затем в случае, если наибольшая температура (в этом случае, температура дросселя 5a или 5b) из температур дросселей 5a-5d превышает температуру T4, контроллер 17 также эксплуатирует третью схему 10c фазового преобразования. Затем в случае, если наибольшая температура (в этом случае, температура дросселя 5a или 5b, или 5c) из температур дросселей 5a-5d превышает температуру T6, контроллер 17 также эксплуатирует четвертую схему 10d фазового преобразования. Как описано выше, в случае если температура дросселя превышает заданные пороговые значения T2, T4, T6 температуры, можно предотвращать увеличение количества теплообразования конкретного дросселя посредством увеличения числа схем преобразования, которые должны эксплуатироваться, с тем чтобы распределять нагрузку.
Причина, по которой пороговые значения T1, T3, T5 в случае уменьшения числа фаз возбуждения немного меньше пороговых значений T2, T4, T6 в случае увеличения числа фаз возбуждения на фиг. 9, заключается в том, чтобы предотвращать рыскание, при котором число фаз возбуждения часто переключается.
Выбор числа фаз возбуждения для выравнивания нагрузки не ограничен случаем на основе температуры дросселя. Например, контроллер может выбирать число фаз возбуждения согласно максимальной температуре переключающего элемента каждой схемы преобразования мощности.
Ниже описываются аспекты, которые следует отметить относительно технологии, описанной в вариантах осуществления. Первая схема 10a фазового преобразования и вторая схема 10b фазового преобразования, включающие в себя транзистор с щелевой структурой в качестве переключающего элемента для преобразования мощности, представляют собой примеры первой схемы преобразования. Третья схема 10c фазового преобразования и четвертая схема 10d фазового преобразования, включающие в себя планарный транзистор в качестве переключающего элемента для преобразования мощности, представляют собой примеры второй схемы преобразования.
Транзистор с щелевой структурой, приспосабливаемый в первой схеме преобразования, и планарный транзистор, приспосабливаемый во второй схеме преобразования, не ограничены конкретным образом. Тем не менее, желательно, если транзистор с щелевой структурой, приспосабливаемый в первой схеме преобразования, и планарный транзистор, приспосабливаемый во второй схеме преобразования, имеют следующие признаки. Суммарные потери транзистора с щелевой структурой и суммарные потери планарного транзистора являются почти идентичными при определенных условиях. Тем не менее, транзистор с щелевой структурой и планарный транзистор имеют такой баланс потерь, что транзистор с щелевой структурой является более преимущественным, чем планарный транзистор, в ситуации низкой частоты и низкой нагрузки, и планарный транзистор является более преимущественным, чем транзистор с щелевой структурой, в ситуации высокой частоты и высокой нагрузки. Транзистор с щелевой структурой и планарный транзистор представляют собой устройства, которые существенно не отличаются по размеру.
Значение команды управления выходным током и значение команды управления выходным напряжением представляют собой примеры выходного значения команды управления. Ток Ir4 на фиг. 3 и напряжение Vr4 на фиг. 8 представляют собой примеры выходного порогового значения. В случае если преобразователь мощности включает в себя n схем преобразования мощности, приспосабливающих транзисторы с щелевой структурой, выходное пороговое значение может задаваться между полной выходной мощностью n схем преобразования мощности и полной выходной мощностью n-1 схем преобразования мощности.
Схемы 10a-10d преобразования мощности, включенные в каждый из преобразователей 2, 2a мощности, представляют собой повышающие преобразователи. Настоящее изобретение не ограничено повышающим преобразователем. Схемы преобразования мощности, включенные в преобразователь мощности, могут представлять собой понижающие преобразователи или инверторы. Альтернативно, схемы преобразования мощности, включенные в преобразователь мощности, могут представлять собой двунаправленные преобразователи постоянного тока в постоянный. Конфигурация типовой схемы двунаправленного преобразователя постоянного тока в постоянный представляет собой конфигурацию, в которой антипараллельная схема из переключающего элемента и диода, вместо диода, предоставляется в позиции диода 6a (6b-6d) в схеме, показанной на фиг. 1. Антипараллельная схема из переключающего элемента и диода предоставляется в направлении, в котором катод соединяется с положительным электродом 13a выходного контактного вывода.
Переключающий элемент для преобразования мощности не ограничен MOSFET и может представлять собой биполярный транзистор (BJT), полевой транзистор с гетеропереходом (HFET), транзистор с высокой подвижностью электронов (HEMT), FET с управляющим р-n-переходом (JFET), биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), IGBT с обратной проводимостью (RC-IGBT) и запираемый тиристор (GTO). Независимо от типа приспосабливаемого переключающего элемента, достаточно того, что основные структуры транзисторов являются идентичными, и один из транзисторов является щелевым, а другой - планарным. В случае если основные структуры являются идентичными, затраты на одновременную разработку элемента с щелевой структурой и планарного элемента могут подавляться.
Каждый из преобразователей 2, 2a мощности вариантов осуществления включает в себя две схемы преобразования мощности, приспосабливающие транзистор с щелевой структурой, и две схемы преобразования мощности, приспосабливающие планарный транзистор. Тем не менее, в настоящем изобретении, могут быть включены одна или более схем преобразования мощности, приспосабливающих транзистор с щелевой структурой, и одна или более схем преобразования мощности, приспосабливающих планарный транзистор.
Транзисторы, приспосабливаемые в первой схеме преобразования и второй схеме преобразования, могут формироваться из карбида кремния (SiC) либо могут формироваться из кремния. Транзисторы, приспосабливаемые в первой схеме преобразования и второй схеме преобразования, могут иметь тип, называемый полупроводником с широкой запрещенной зоной (SiC, нитрид галлия (GaN), оксид галлия (Ga2O3), алмаз). В настоящем изобретении, тип транзистора не важен.
Настоящее изобретение является подходящим для преобразователя мощности для электротранспортных средств (устройства для преобразования мощности постоянного тока в электрическую мощность приведения в действие электромотора). Электротранспортные средства эксплуатируются только с выходной мощностью приблизительно в 50% или менее от максимальной выходной мощности приблизительно в течение 90% от полного периода работы. Технологии настоящих вариантов осуществления, часто использующих транзистор с щелевой структурой, имеющий относительно небольшое сопротивление во включенном состоянии (потери при переходе в установившееся состояние), являются подходящими для преобразователей мощности, используемых в вышеописанной ситуации. Здесь, "электротранспортные средства" включают в себя гибридное транспортное средство, имеющее и электромотор и двигатель для движения, и транспортное средство, имеющее генератор мощности, такой как топливный элемент, в качестве источника мощности. Помимо этого, настоящее изобретение также является подходящим для преобразователей мощности, используемых для вариантов применения, отличных от транспортных средств.
Хотя выше подробно описываются конкретные примеры настоящего изобретения, они являются просто иллюстративными и не ограничивают объем формулы изобретения. Технологии, описанные в формуле изобретения, включают в себя различные изменения и модификации конкретных примеров, примерно проиллюстрированных выше. Технические элементы, описанные в этом подробном описании или на схемах, демонстрируют техническую применимость отдельно или в различных комбинациях и не ограничены комбинациями, описанными в формуле изобретения на момент подачи заявки. Технологии, примерно проиллюстрированные в этом подробном описании или на схемах, позволяют достигать множества целей одновременно и иметь техническую применимость, непосредственно достигающую одной цели.
1. Преобразователь мощности, содержащий:
одну или более первых схем преобразования, выполненных с возможностью использования транзистора с щелевой структурой в качестве переключающего элемента для преобразования мощности;
одну или более вторых схем преобразования, выполненных с возможностью использования планарного транзистора в качестве переключающего элемента для преобразования мощности; и
контроллер, выполненный с возможностью выбора схемы преобразования, которая должна эксплуатироваться, согласно выходному значению команды управления для преобразователя мощности,
при этом все из указанных одной или более первых схем преобразования и все из указанных одной или более вторых схем преобразования соединены параллельно друг другу или все из указанных одной или более первых схем преобразования и все из указанных одной или более вторых схем преобразования соединены последовательно друг с другом;
причем контроллер выполнен с возможностью:
- остановки всех из указанных одной или более вторых схем преобразования и эксплуатации по меньшей мере одной из указанных одной или более первых схем преобразования, в то время когда выходное значение команды управления ниже заданного выходного порогового значения, и
- эксплуатации всех из указанных одной или более первых схем преобразования и эксплуатации по меньшей мере одной из указанных одной или более вторых схем преобразования в случае, если выходное значение команды управления превышает заданное выходное пороговое значение.
2. Преобразователь мощности по п. 1, в котором контроллер выполнен с возможностью задания несущей частоты для случая, в котором эксплуатируются все из указанных одной или более первых схем преобразования и все из указанных одной или более вторых схем преобразования, выше несущей частоты для случая, в котором вторая схема преобразования не эксплуатируется.
3. Преобразователь мощности по п. 1, дополнительно содержащий:
дроссель для преобразования мощности и
температурный датчик, выполненный с возможностью отслеживания температуры дросселя,
при этом в случае, если температура дросселя превышает заданное первое пороговое значение температуры, контроллер выполнен с возможностью задания несущей частоты выше несущей частоты до превышения первого порогового значения температуры.
4. Преобразователь мощности по п. 1, дополнительно содержащий:
конденсатор и
температурный датчик, выполненный с возможностью отслеживания температуры конденсатора,
при этом в случае, если температура конденсатора превышает заданное первое пороговое значение температуры, контроллер выполнен с возможностью задания несущей частоты выше несущей частоты до превышения первого порогового значения температуры.
5. Преобразователь мощности по любому из пп. 2-4, в котором в случае, если температура транзистора любой одной из всех из указанных одной или более первых схем преобразования и всех из указанных одной или более вторых схем преобразования превышает заданное второе пороговое значение температуры, контроллер выполнен с возможностью задания несущей частоты ниже несущей частоты до превышения второго порогового значения температуры.
