專利名稱：共振型逆變裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種與需要高效的電力變換器的太陽能發(fā)電用系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的逆變器、以及與燃料電池用系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的逆變器等的共振型逆變裝置。
背景技術(shù)：
作為降低開關(guān)損失的共振型逆變裝置的具有代表性的電路，具有切斷DC振的方式。
圖11表示有關(guān)的切斷DC鏈路電壓方式的共振型逆變裝置的一例。該共振型逆變裝置具有由構(gòu)成全橋的MOSFET組成的開關(guān)Q1 Q4、電容器C1 C4、電抗器L1和L2、電容器C5、 DC鏈路電壓切斷用開關(guān)Q6、共振用開關(guān)Q5、共振用電抗器L3、維持共振用電壓的電容器C6。作為相關(guān)聯(lián)的專利文獻(xiàn)，例如有日本專利公開公報(bào)特開平10-178785號。
該共振型逆變裝置具有構(gòu)成全橋的開關(guān)Q1 Q4、電容器C1 C4、電抗器Ll和L2、電容器C7、共振用電抗器L3和L4、共振用開關(guān)Q5 Q8、用于生成直流電源VDC的電壓的1/2的電壓的電容器C5和C6。作為相關(guān)聯(lián)的專利文獻(xiàn)，例如有日本專利公開公報(bào)特開平11-341831號。

發(fā)明內(nèi)容
圖11以及圖12所示的共振型逆變裝置通過電抗器L3、 L4以及與開關(guān)Q1 Q4并列連接的電容器C1 C4的共振動(dòng)作，進(jìn)行開關(guān)Q1 Q4的軟開關(guān)，可以降低開關(guān)損失。但是，在各個(gè)共振電路中產(chǎn)生了損失。
在圖ll所示的電路結(jié)構(gòu)中，為了進(jìn)行共振動(dòng)作需要進(jìn)ff切斷DC鏈路電壓的動(dòng)作，必須將切斷用開關(guān)Q6與DC供電線連接。因此，因?yàn)槭冀K在開關(guān)Q6中流過了直流電流，所以產(chǎn)生了大的導(dǎo)通損失。
此外，共振電流的周期成為正弦波l周期，所以有效電流增大，并且因?yàn)樵诠舱駝?dòng)作中在一定期間內(nèi)不能使電壓上升，所以電壓利用率降低。
此外，在圖12所示的電路方式中，因?yàn)樵贒C鏈路中沒有圖ll所示的切 斷用開關(guān)Q6,所以可以降低該部分的損失。但是，為了進(jìn)行共振動(dòng)作設(shè)置4 個(gè)共振用開關(guān)Q5 Q8和2個(gè)電抗器L3、L4，所以共振電路的損失和成本增加， 部件占空間增大。因此，在共振電路的損失降低以及小型化方面存在限制。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種降低共振電路的損失和成本，并且可以小型化 的共振型逆變裝置。
為了解決上述課題，根據(jù)本發(fā)明的第一方式，共振型逆變裝置具備與所 述直流電源的兩端連接，由第一電容器和第二電容器構(gòu)成的第1串聯(lián)電路；與 所述直流電源的兩端連接，由第一開關(guān)和第二開關(guān)構(gòu)成的第二串聯(lián)電路；與所 述第一開關(guān)并列連接的第三電容器；與所述第二開關(guān)并列連4妾的第四電容器； 與所述直流電源的兩端連接，由第三開關(guān)和第四開關(guān)構(gòu)成的第三串聯(lián)電路；與 所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)的連接點(diǎn)、所述第三開關(guān)和第四開關(guān)的連接點(diǎn)連 接，除去高頻成分來生成正弦波電壓的、由電抗器和電容器構(gòu)成的濾波電路； 連接在所述第一電容器和所述第二電容器的連接點(diǎn)與所述第一開關(guān)和所述第 二開關(guān)的連接點(diǎn)之間，由雙向開關(guān)和共振用電抗器構(gòu)成的第四串聯(lián)電路；以及 對所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)進(jìn)行PWM控制，并且交替地使所述第三開關(guān) 和所述第四開關(guān)接通180度的期間，在所述第一開關(guān)以及所述第二開關(guān)關(guān)斷的 期間，使所述雙向開關(guān)導(dǎo)通，并且通過所述第三電容器和所述第四電容器與所 述共振用電抗器的共振動(dòng)作，進(jìn)行零電壓開關(guān)的控制電路。
根據(jù)本發(fā)明的第二方式，在第一方式的共振型逆變裝置中，在所述濾波電 路的電容器的輸出端連接商用電力系統(tǒng)，所述控制電路在所述商用電力系統(tǒng)的 正弦波電壓為正電壓的期間，持續(xù)所述第四開關(guān)的導(dǎo)通，在所述商用電力系統(tǒng) 的正弦波電壓為負(fù)電壓的期間，持續(xù)所述第三開關(guān)的導(dǎo)通，4艮據(jù)所述第三開關(guān) 以及所述第四開關(guān)的開關(guān)沖莫式圖，生成所述第一開關(guān)以及所述第二開關(guān)的開關(guān) 模式圖，以便輸出與所述商用電力系統(tǒng)的正弦波電壓的相位為相同相位的正弦 波電流。
根據(jù)本發(fā)明的第三方式，在第二方式的共振型逆變裝置中，所述控制電路 具有檢測所述商用電力系統(tǒng)的正弦波電壓的電壓檢測器；判斷由所述電壓檢
8測器檢測到的正弦波電壓的零交叉，輸出表示正弦波電壓對于零交叉為正或負(fù)
的切換信號的零交叉切斷判斷部；輸出用于生成與所述商用電力系統(tǒng)的正弦波 電壓的相位為相同相位的正弦波電流的正弦波指令Vr的正弦波指令生成電 路；生成由鋸齒波形成的上升載波信號以及下降載波信號的載波部；(i)根據(jù) 所述切換信號，在所述正弦波的電壓為正電壓的期間，通過比較基于所述正弦 波指令Vr的第一操作量(Vr-1)和所述上升載波信號來生成第一PWM信號， 然后將其輸出給所述第一開關(guān)，并且把對所述第一 PWM信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的信 號輸出給所述第二開關(guān)，(ii)根據(jù)所述切換信號，在所述正弦波電壓為負(fù)電壓 的期間，通過比較基于所述正弦波指令Vr的第二操作量(Vr+1)和所述下降 載波信號來生成第二PWM信號，然后將其輸出給所述第一開關(guān)，并且把對所 述第二 PWM信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的信號輸出給所述第二開關(guān)的第一 PWM生成電 路。
根據(jù)本發(fā)明的第四方式，在第三方式的共振型逆變裝置中，所述控制電路 具有第一導(dǎo)通信號生成電路，該第一導(dǎo)通信號生成電路，才艮據(jù)所述切換信號， 在所述正弦波的電壓為正電壓的期間，通過比較第三操作量(-1)和所述上升 載波信號來生成第一導(dǎo)通信號，然后將其輸出給所述第四開關(guān)，并且把對所述 第一導(dǎo)通信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的信號輸出給所述第三開關(guān)，根據(jù)所述切換信號，在 所述正弦波電壓為負(fù)電壓的期間，通過比較第四操作量(+1 )和所述下降載波 信號來生成第二導(dǎo)通信號，然后將其輸出給所述第三開關(guān)，并且把對所述第二 導(dǎo)通信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的信號輸出給所述第四開關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明第五方式，在第三方式或第四方式的共振型逆變裝置中，所述 控制電路具有雙向開關(guān)控制電路，其根據(jù)所述濾波電路的電抗器中流過的電 流、所述共振用電抗器的電感值、基于所述第一電容器和所述第二電容器的連 接點(diǎn)與所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)的連接點(diǎn)之間的電壓的第一周期、基于所 述共振用電抗器的電感值和所述第三電容器以及第四電容器的電容值的第二 周期、以及所述上升載波信號，控制所述雙向開關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷。
根據(jù)本發(fā)明的第一方式，控制電路可以交替地使第三開關(guān)和第四開關(guān)導(dǎo)通 180度的期間，所以不會(huì)產(chǎn)生高頻開關(guān)導(dǎo)致的損失。此外，控制電路在第一開 關(guān)以及第二開關(guān)關(guān)斷的期間使雙向開關(guān)導(dǎo)通，通過第三電容器、第四電容器與共振用電抗器的共振動(dòng)作，進(jìn)行零電壓開關(guān)，所以不會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)通損失。此外，
與相關(guān)聯(lián)的圖12相比，可以削減針對全橋結(jié)構(gòu)中的一個(gè)橋臂的雙向開關(guān)和電 抗器，所以可以降低共振電路的損失和成本，并且可以實(shí)現(xiàn)小型化。
根據(jù)本發(fā)明的第二方式，控制電路在商用電力系統(tǒng)的正弦波電壓為正電壓 的期間持續(xù)第四開關(guān)的導(dǎo)通，在商用電力系統(tǒng)的正弦波電壓為負(fù)電壓的期間持 續(xù)第三開關(guān)的導(dǎo)通，根據(jù)第三開關(guān)以及第四開關(guān)的的開關(guān)沖莫式圖，生成第一開 關(guān)以及第二開關(guān)的開關(guān)模式圖，以便輸出與商用電力系統(tǒng)的正弦波電壓的相位
為相同相位的正弦波電壓，所以可以在商用電力系統(tǒng)中流過功率因數(shù)為1的正 弦波電5危。
根據(jù)本發(fā)明的第三方式，當(dāng)電壓檢測器檢測商用電力系統(tǒng)的正弦波電壓 時(shí)，零交叉切換判斷部判斷由電壓檢測器檢測到的正弦波電壓的零交叉，輸出 表示正弦波電壓對于零交叉為正或負(fù)的切換信號，正弦波指令生成電路輸出用 于生成與商用電力系統(tǒng)的相位為相同相位的正弦波電流的正弦波指令Vr,載 波部生成由鋸齒波形成的上升載波信號以及下降載波信號，第一PWM生成電 路根據(jù)切換信號在正弦波電壓為正電壓的期間，通過比較基于正弦波指令Vr 的第一操作量(Vr-1)和上升載波信號來生成第一PWM信號，然后將其輸出 給第一開關(guān)，并且把對第一PWM信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的信號輸出給第二開關(guān)，所 以可以根據(jù)第一PWM信號交替地使第一開關(guān)和第二開關(guān)導(dǎo)通/關(guān)斷。
此外，第一 PWM生成電路在基于切換信號的正弦波電壓為負(fù)電壓的期 間，通過比較基于正弦波指令Vr的第二操作量(Vr+1)和下降載波信號來生 成第二PWM信號，然后將其輸出給第一開關(guān)，并且把對第二PWM信號進(jìn)行 翻轉(zhuǎn)后的信號輸出給第二開關(guān)，所以可以根據(jù)第二PWM信號交替地使第一開 關(guān)和第二開關(guān)導(dǎo)通/關(guān)斷。
根據(jù)本發(fā)明的第四方式，第一導(dǎo)通信號生成電路，根據(jù)切換信號在正弦波 電壓為正電壓的期間，通過比較第三操作量(-1 )和上升載波信號來生成第一 導(dǎo)通信號，然后將其輸出給第四開關(guān)并且把對第一導(dǎo)通信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的信號 輸出給第三開關(guān)，所以可以根據(jù)第一導(dǎo)通信號交替地使第三開關(guān)和第四開關(guān)導(dǎo) 通180度的期間。
此外，第一導(dǎo)通信號生成電路，根據(jù)切換信號在正弦波電壓為負(fù)電壓的期間，通過比較第四揭:作量(+l)和下降載波信號來生成第二導(dǎo)通信號，然后將 其輸出給第三開關(guān)，并且4巴對第二導(dǎo)通信號進(jìn)4亍翻轉(zhuǎn)后的信號輸出給第四開 關(guān)，所以可以根據(jù)第二導(dǎo)通信號交互地使第三開關(guān)和第四開關(guān)導(dǎo)通180度的期 間。
根據(jù)本發(fā)明的第五方式，雙向開關(guān)控制電路，根據(jù)濾波電路的電抗器中流 過的電流、共振用電抗器的電感值、基于第一電容器和第二電容器的連接點(diǎn)與 第一開關(guān)和第二開關(guān)的連接點(diǎn)之間的電壓的第一周期、基于共振用電抗器的電 感值和第三電容器以及第四電容器的電容值的第二周期、以及上升載波信號， 控制雙向開關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷，所以可以在第一開關(guān)以及第二開關(guān)關(guān)斷的期間使 雙向開關(guān)導(dǎo)通，通過第三電容器、第四電容器與第三電抗器的共振動(dòng)作，進(jìn)行 零電壓開關(guān)。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施例1的共振型逆變裝置的電路圖。
圖2表示設(shè)置在實(shí)施例1的共振型逆變裝置中的控制電路的詳細(xì)構(gòu)造。
圖3A 圖3D是對設(shè)置在實(shí)施例1的共振型逆變裝置中的控制電路的指令
值進(jìn)行變換的概念圖。
圖4是實(shí)施例1的共振型逆變裝置的共振動(dòng)作的概要圖。
圖5A以及圖5B表示實(shí)施例1的共振型逆變裝置的共^^展電流的路徑。
圖6表示實(shí)施例1的共振型逆變裝置的商用1周期的系統(tǒng)電流波形和共振
電抗器電流波形。
圖7表示設(shè)置在實(shí)施例2的共振型逆變裝置中的控制電路的詳細(xì)構(gòu)造。 圖8A以及圖8B表示在實(shí)施例2的控制電路中，根據(jù)上升載波和正弦波
電壓的零交叉時(shí)，生成柵極信號的樣態(tài)。
圖9表示設(shè)置在實(shí)施例3的共振型逆變裝置中的控制電路的詳細(xì)構(gòu)造。 圖IO表示在實(shí)施例3的控制電路中，根據(jù)下降載波和正弦波電壓的零交
叉時(shí)，生成柵極信號的樣態(tài)。
圖11表示相關(guān)聯(lián)的切斷DC鏈路電壓的方式的共振型逆變裝置的一例。 圖12表示相關(guān)聯(lián)的不切斷DC鏈路電壓的方式的共振型逆變裝置的一例。
具體實(shí)施例方式
ii下面，參照附圖對本發(fā)明的共振型逆變裝置的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)地說明。 (實(shí)施例1 )
圖1是表示本發(fā)明實(shí)施例1的共振型逆變裝置的電路圖。在圖1所示的共 振型逆變裝置中，在對太陽能電池或燃料電池等的直流電壓進(jìn)行升壓后的直流
電源VDC (例如350V)的兩端連接電容器C5 (第一電容器)和與電容器C5 為相同電容值的電容器C6 (第二電容器)的串聯(lián)電路(第一串聯(lián)電路)，在電 容器C5和電容器C6的連接點(diǎn)B生成直流電源VDC的電壓的1/2的電壓。
開關(guān)Q1 Q6是具備回流二極管的MOSFET等半導(dǎo)體開關(guān)元件。串聯(lián)地連 接開關(guān)Ql (第一開關(guān))和開關(guān)Q2 (第二開關(guān))來構(gòu)成全橋結(jié)構(gòu)的U臂(U 相臂)，該串聯(lián)電路(第二串聯(lián)電路)的兩端連接在直流電源VDC的兩端。 串聯(lián)連接開關(guān)Q3 (第三開關(guān))和開關(guān)Q4 (第四開關(guān))來構(gòu)成全橋結(jié)構(gòu)的V 臂(V相臂)，該串聯(lián)電路(第三串聯(lián)電路)的兩端連接在直流電源VDC的兩 端。
在開關(guān)Q1的漏極-源極之間連接電容器Cl (第三電容器)，在開關(guān)Q2的 漏極-源極之間連接電容器C2 (第四電容器)。開關(guān)Q1 Q4以及電容器Cl、 C2構(gòu)成單相逆變電路。
在開關(guān)Ql和開關(guān)Q2的連接點(diǎn)A連接電抗器Ll的一端，在開關(guān)Q3和開 關(guān)Q4的連接點(diǎn)C連接電抗器L2的一端，在電抗器L1、 L2的另一端連接電 容器C7。與電容器C7并聯(lián)地連接系統(tǒng)(商用電力系統(tǒng))Vac,從共振型逆變 裝置向系統(tǒng)Vac流過功率因數(shù)l的電流。
通過電抗器L1、 L2以及電容器C7構(gòu)成單相濾波電路15，從單相逆變電 路(連接點(diǎn)A-C之間)輸出的矩形波電壓中除去高頻成分，然后從電容器C7 的兩端輸出正弦波電壓。也可以省略電抗器L2或電抗器L1。
通過開關(guān)Q5和開關(guān)Q6構(gòu)成了雙向開關(guān)(也稱為交流開關(guān))。連接開關(guān) Q5的漏極和開關(guān)Q6的漏極，或者連接開關(guān)Q5的源極和開關(guān)Q6的源極來構(gòu) 成雙向開關(guān)。電抗器L3 (共振用電抗器)與開關(guān)Q5、 Q6串聯(lián)連接。
開關(guān)Q5、 Q6和電抗器L3的串聯(lián)電路(第四串聯(lián)電路)連接在電容器C5 和電容器C6的連接點(diǎn)B、以及開關(guān)Ql和開關(guān)Q2的連接點(diǎn)A?？刂齐娐?3 根據(jù)柵極信號使開關(guān)Q1 Q4進(jìn)行開關(guān)，來控制與電容器C7連接的系統(tǒng)Vac中流過的電流，以使其成為功率因數(shù)l的正弦波電流。
然后，說明在實(shí)施例1的共振型逆變裝置中使用的功率因數(shù)1的正弦波電 流的柵極信號生成模式圖(開關(guān)模式圖)。首先，說明一般使用的基于正弦波 調(diào)制的生成方法。
圖3B的電壓Vun是從電容器C7的假想中點(diǎn)n (未圖示)觀察到的電位。 電壓V的標(biāo)注u表示由開關(guān)Ql和開關(guān)Q2構(gòu)成的U臂，電壓V的標(biāo)注v表示 由開關(guān)Q3和開關(guān)Q4構(gòu)成的V臂。從共振型逆變裝置輸出的電壓Vuv可由 Vuv-Vun-Vvn來表示。
因此，在共振型逆變裝置為單相輸出時(shí)，電壓Vvn成為與電壓Vun相位 相差180度的操作量，結(jié)果，關(guān)于比較電壓Vun和載波(載波信號)生成的 柵極信號波形，開關(guān)Q1以及開關(guān)Q4、開關(guān)Q2以及開關(guān)3湘同。在載波為鋸 齒波波形時(shí)，U臂的操作量Vr、 V臂的操作量Vs以及載波的關(guān)系成為圖3A 那樣。此時(shí)，電容器7的兩端電壓，即線間電壓Vuv具有電壓Vun兩倍的振
幅o
然后，敘述在圖1所示的共振型逆變裝置中使用的斥冊極信號生成方法。在
系統(tǒng)電壓為正電壓時(shí)，在系統(tǒng)電壓為正電壓的期間持續(xù)使V臂的開關(guān)Q4導(dǎo)通。 在把此時(shí)的操作量設(shè)為Sv"t,可以表示為8￥*=-1。此外，在將U臂的操作 量設(shè)為Sf時(shí)，當(dāng)對線間電壓需要的正弦波指令Vr加上-1時(shí)，可以表示為 Su*=Vr-l。因?yàn)樵谳敵龅木€間電壓中反映U臂和V臂的操作量的差，所以Su* -Sv*=Vr,如果Vr是正弦波，則輸出也正為正弦波。同樣地，在系統(tǒng)電壓為 負(fù)電壓時(shí)，在系統(tǒng)電壓為負(fù)電壓的期間持續(xù)使V臂的開關(guān)Q3導(dǎo)通。在將此時(shí) 的操作量設(shè)為Sv^時(shí)，可以表示為Sv91^1。此時(shí)，當(dāng)對生成線間電壓所需要的 正弦波指令Vr加上l時(shí)，成為Si^:Vr+l。在圖3D中表示此時(shí)的電壓Vun、 電壓Vvn以及線間電壓Vuv。
當(dāng)生成以上的基準(zhǔn)時(shí)，成為圖3C那樣的PWM比較。結(jié)果，可以生成與 一般使用的基于正弦波調(diào)制的生成方式相比沒有變化的線間電壓?？刂齐娐?13在系統(tǒng)電壓為正電壓的期間，持續(xù)使V臂的開關(guān)Q4導(dǎo)通，在系統(tǒng)電壓為 負(fù)電壓的期間，持續(xù)使開關(guān)Q3導(dǎo)通。此外，因?yàn)樵谙到y(tǒng)電壓或電流的零交叉 來進(jìn)行開關(guān)Q3、 Q4的柵極信號的切換，所以在進(jìn)行開關(guān)時(shí)基本上成為零電流開關(guān)(軟開關(guān))，不產(chǎn)生損失。
此外，開關(guān)Q3、 Q4按照系統(tǒng)頻率進(jìn)行開關(guān)，完全不進(jìn)行高頻開關(guān)，所以 即使在開關(guān)Q3、 Q4中不安裝任何外加部件，也可以得到與共振型逆變裝置同 等或其以上的降低與開關(guān)有關(guān)的損失的效果。
然后，參照圖4說明降低U臂的開關(guān)Q1和開關(guān)Q2的損失?？刂齐娐?3 在開關(guān)Q1和開關(guān)Q2的死區(qū)期間中(開關(guān)Q1、 Q2都關(guān)斷的期間)，同時(shí)使構(gòu) 成雙向開關(guān)的開關(guān)Q5、 Q6導(dǎo)通。
在系統(tǒng)電壓為正電壓時(shí)，因?yàn)殚_關(guān)Q4導(dǎo)通，所以在開關(guān)Ql、 Q2關(guān)斷時(shí)， 在沿著系統(tǒng)Vac、 L2、 Q4、 Q2、 Ll、系統(tǒng)Vac延伸存在的路徑中，順時(shí)針流 過電流。因?yàn)樵陂_關(guān)Q2的回流二極管中流過電流，所以開關(guān)Q2的漏極-源極 間電壓成為零。因此，在使開關(guān)Q1導(dǎo)通時(shí)，在開關(guān)Q1的漏極-源極之間施加 直流電壓VDC，產(chǎn)生開關(guān)損失。
因此，為了不在開關(guān)Q1中產(chǎn)生開關(guān)損失，在將要進(jìn)行開關(guān)Q1的開關(guān)動(dòng) 作之前的死區(qū)期間中，使開關(guān)Q1的漏極-源極之間電壓成為零。
在開關(guān)Q1和開關(guān)Q2的死區(qū)期間中同時(shí)使開關(guān)Q5、 Q6導(dǎo)通(時(shí)刻tl )。 此時(shí)，因?yàn)樵陔娍蛊鱈3中沒有流過電流，所以開關(guān)Q5、 Q6成為零電流開關(guān)。
當(dāng)把圖1的直流電源VDC的負(fù)極一側(cè)的電位作為基準(zhǔn)時(shí)，B點(diǎn)電位成為 VDC/2, A點(diǎn)電位成為零，對電抗器L3施加的電壓VAB成為VDC/2。在電抗 器L3中流過的電流^"照(VDC/2) /L3的斜率上升。
然后，在電抗器L3的電流達(dá)到電抗器L1的電流的大小時(shí)，在電抗器L3 和電容器C1、 C2中引起共振(時(shí)刻t2)。此時(shí)，釋放與開關(guān)Q1并聯(lián)連接的電 容器C2的電荷，電荷流入與開關(guān)Q2并聯(lián)連接的電容器C2。
此時(shí)的共振周期成為冗V(丄3x2xCl)。在共振結(jié)束時(shí)(時(shí)刻t8 ), A點(diǎn)電位 成為VDC，所以通過在此時(shí)接通開關(guān)Q1，可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)Q1的零電壓開關(guān)(軟 開關(guān))。
在接通開關(guān)Ql后，A點(diǎn)電位成為VDC,所以共振電流按照(VDC/2)/ L3 的斜率衰減。通過在電抗器L3的電流達(dá)到零時(shí)(時(shí)刻t4)接通開關(guān)Q5、 Q6, 還可以降低開關(guān)Q5、 Q6的損失。
在開關(guān)Q1導(dǎo)通時(shí)，在沿著系統(tǒng)Vac、 L2、 Q4、 VDC、 Ql、 Ll、系統(tǒng)Vac
14延伸存在的路徑中順時(shí)鐘流過電流。
在該狀態(tài)下，在開關(guān)Q1關(guān)斷時(shí)，釋》文電容器C2的電荷，電容器C1的電 荷上升。此時(shí)，因?yàn)樵陂_關(guān)Ql上僅并聯(lián)連接了電容器Cl,所以不產(chǎn)生開關(guān) 損失。由此，在開關(guān)Q1接通、關(guān)斷的雙方中，可以實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，可消除開關(guān) 損失，可以實(shí)現(xiàn)高效率。
然后，說明電容器C5和電容器C6的中間電位(B點(diǎn)電位)。為了進(jìn)行理 想的共振動(dòng)作，該中間電位為直流電源VDC的電壓的1/2的電壓，并且必須 平衡。
圖5A、圖5B表示進(jìn)行共振動(dòng)作時(shí)的共振電流的流動(dòng)。例如，在圖5A中 在電容器C5的電壓高，電容器C6的電壓低時(shí)，電容器C5的充電電流變小， 電容器C6的^L電電流也變小。
與此相對，在電容器C5的電壓低，電容器C6的電壓高時(shí)，電容器C6 的放電電流變大，電容器C5的充電電流也變大。
此外，在圖5B中，在電容器C5的電位高,電容器C6的電位低時(shí)，電容 器C5的放電電流變大，電容器C6的充電電流也變大。
與此相對，在電容器C5的電壓低，電容器C6的電壓高時(shí)，電容器C5 的放電電流變小，電容器C6的充電電流也變小。
即，具有以下的特征電容器電壓小的一方的電容器的放電電流變小，充 電電流變大，電容器電壓高的一方的電容器的放電電流增大，充電電流減小。 因此，隨著時(shí)間的推移，電容器Cl的電壓和電容器C2的電壓相互接近，在 兩者平衡后，如圖6所示，電抗器L3的共振電流(圖6的共振電流波形)、 商用電力系統(tǒng)的半個(gè)周期的放電電流和充電電流成為相同量，維持平衡。
如此，因?yàn)樵跒榱松芍绷麟妷篤DC的電壓的1/2電壓而構(gòu)成的電容器 C5和電容器C6的B點(diǎn)，成為在商用電力系統(tǒng)的每半個(gè)周期流出、流入切換 的控制，所以在商用電力系統(tǒng)的一個(gè)周期電壓平衡。因此，不需要用于使中間 電位平衡的附屬電路。
控制電路的詳細(xì)構(gòu)造
然后，說明圖2所示的控制電路13的詳細(xì)構(gòu)造?？刂齐娐?3具有端子 T1 T12，端子Tl連接在直流電源VDC的正極一側(cè)，端子T2連接在電容器
15C5和電容器C6的連接點(diǎn)B,端子T3連接在直流電源VDC的負(fù)極一側(cè)。端 子T4與開關(guān)Q1的柵極連接，端子T5與開關(guān)Q2的柵極連接，端子T6與開 關(guān)Q3的柵極連接，端子T7與開關(guān)Q4的柵極連接。端子T8與電流檢測器16 連接，該電流檢測器16檢測在電抗器Ll中流過的電流(單相逆變電路的輸 出電流)。端子T9連接在電抗器L1和電容器C7的連接點(diǎn)，端子T10連接在 電抗器L2和電容器C7的連接點(diǎn)，端子Tll與開關(guān)Q5的柵極連接，端子T12 與開關(guān)Q6的柵極連接。
首先，說明共振周期的運(yùn)算。電流傳感器16檢測在電抗器L1中流過的 電流并輸出給端子T8。運(yùn)算部24把經(jīng)由端子T8輸入的電流檢測值I和電抗 器L3的電感值(由L3表示)相乘，將乘法輸出L3xl輸出給除法器25。
電壓檢測器21檢測端子T2和端子T3的電壓，即直流電源VDC的電壓 的1/2的電壓V=VDC/2，并輸出給除法器25。除法器25將來自運(yùn)算部24的 乘法輸出L3 x I除以來自電壓檢測器21的電壓V,求出除法輸出Tl-L3 x I/V, 即時(shí)間T1，然后輸出給加法器26。
加法器26把來自除法器25的時(shí)間(第一周期)T1和時(shí)間(第二周期) T2-;rV(丄3x2Cl)相加，當(dāng)設(shè)載波信號的振幅為2時(shí)，加法器26a運(yùn)算2(1-(Tl+T2)/T)，將該運(yùn)算結(jié)果作為圖4所示的共振開關(guān)指令甲輸出給比較器 27a。此外，對來自除法器25的時(shí)間Tl乘以2/T,作為圖4所示的共振開關(guān) 指令乙輸出給比較器27b。
相位移動(dòng)部29對于來自上升載波部30a的上升載波信號例如移動(dòng)數(shù)ia秒 相位，然后輸出給比較器27a、 27b。載波信號的頻率與系統(tǒng)頻率相比非常高， 例如為20kHz。此外，可以省略相位移動(dòng)部29。
在此，在圖4所示的時(shí)刻tl，通過相位移動(dòng)部29進(jìn)行了相位移動(dòng)的、來 自上升載波部30a的上升載波信號的值達(dá)到共振開關(guān)指令的甲的值。因此，因 為比較器27a向OR電路28輸出H電平，所以開關(guān)Q5和開關(guān)Q6導(dǎo)通。此時(shí)， 開關(guān)Ql和開關(guān)Q成為關(guān)斷狀態(tài)。
于是，在電抗器L3中流過的電流在成為與電抗器Ll、 L2中流過的電流 相同量之前，按照(VDC/2) /L3的斜率上升。此時(shí)的時(shí)間Tl (時(shí)刻tl 時(shí)刻 t2的時(shí)間)成為L3 xl/ ( VDC/2) =13 xl/v。在電抗器L3的電流達(dá)到電抗器Ll、 L2中流過的電流之后，成為共振動(dòng)作，當(dāng)通過C1表示電容器C1、 C2的 電容量時(shí)，該周期成為T2=;rV("x2Cl)，即時(shí)刻t2 時(shí)刻t3的時(shí)間。
在此，設(shè)為2CI是因?yàn)殡娙萜鰿1和電容器C2為相同的電容量，并且， 交互地并聯(lián)連接電容器C1和電容器C2的原因。此外，丌表示半個(gè)周期。
通過電抗器L3和電容器C1、 C2的共振動(dòng)作，開關(guān)Ql的漏極-源極間電 壓成為零，所以接通開關(guān)Q1。然后，電抗器L3的電流按照(VDC/2) /L3的 斜率緩緩地減少，在時(shí)刻t4成為零。此時(shí)，上升載波信號的值成為共振開關(guān) 指令乙的值。因此，因?yàn)楸容^器27a、 27b—同向OR電路28輸出L電平，所 以開關(guān)Q5和開關(guān)Q6關(guān)斷。
然后，說明正弦波電流控制。正弦波指令生成電路由電壓4全測器31、電 流振幅基準(zhǔn)值、乘法器33、加法器34以及PI部35構(gòu)成。PWM生成電路(第 一PWM生成電路)由變換器37、比較器38a、逆變器40a以及死區(qū)部41a構(gòu) 成。導(dǎo)通信號生成部(第一導(dǎo)通信號生成電路)由變換器37、比較器38b、逆 變器40b以及死區(qū)部41b構(gòu)成。
電壓檢測器31經(jīng)由端子T9和端子T10,根據(jù)電容器C7的兩端電壓檢測 系統(tǒng)Vac的正弦波電壓(系統(tǒng)電壓)。乘法器33把來自電壓檢測器31的正弦 波電壓和電流振幅基準(zhǔn)值進(jìn)行乘法運(yùn)算。加法器34求出來自乘法器33的乘法 輸出(正弦波電流指令值)和電流傳感器16檢測到的正弦波電流的偏差，輸 出給PI部35。 PI部35對來自加法器34的偏差輸出進(jìn)行比例積分，將其輸出 作為正弦波指令Vr輸出給變換部37。
16檢測到的正弦波電流的零交叉，向切換器23、 36、 39輸出表示正弦波電壓 以及正弦波電流對于零交叉為正或負(fù)的切換信號。
切換器3.6在來自電壓檢測器31的正弦波電壓或電流傳感器16檢測到的 正弦波電流為正時(shí)，選擇接片36a，變換部37把來自PI部35的正弦波指令 Vr變換為操作量(第一操作量)Su*=Vr-l、操作量(第三操作量)Sv*=-1。 切換器36在來自電壓檢測器31的正弦波電壓或電流傳感器16檢測到的正弦 波電流為負(fù)時(shí)，選擇接片36b，變換部37把來自PI部35的正弦波指令Vr變 換為操作量(第二操作量)Su*=Vr+l、操作量(第四操作量)Sv*=l。切換器39在來自電壓檢測器31的正弦波電壓或電流傳感器16檢測到的 正弦波電流為正時(shí)，選擇接片SW1,輸出來自上升載波部30a的上升載波信 號，在來自電壓檢測器31的正弦波電壓或電流傳感器16檢測到的正弦波電流 為負(fù)時(shí)，選擇接片SW2,輸出來自下降載波部30b的下降載波信號(周期T)。
上升載波部30a經(jīng)由切換器39的接片SW1向變換器38a、 38b的反相輸 入端子輸出圖3C的前半個(gè)周期所示的具有正斜率的鋸齒波形形成的上升載波 信號。下降載波部30b經(jīng)由切換器39的接片SW2向變換器38a、 38b的反相
波信號。
比較器38a在系統(tǒng)Vac的正弦波電壓或正弦波電流為正時(shí)，即，在選擇了 接片36a并且選擇了接片SW1時(shí)，如圖3C的前半個(gè)周期所示，在第一操作 量(Vr-l)為上升載波信號的值以上時(shí)，經(jīng)由死區(qū)部41a向開關(guān)Ql的柵極輸 出H電平來使其導(dǎo)通，并且通過逆變器40a對H電平進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，經(jīng)由死區(qū)部 41a向開關(guān)Q2的柵極輸出L電平來使其關(guān)斷。此外，比較器38a在第一操作 量(Vr-l)不滿上升載波信號的值時(shí)，經(jīng)由死區(qū)部41a向開關(guān)Ql的柵極輸出 L電平來使其關(guān)斷，并且通過逆變器40a對L電平進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，經(jīng)由死區(qū)部41a 向開關(guān)Q2的柵極輸出H電平來使其導(dǎo)通。
此外，變換器38b在系統(tǒng)Vac的正弦波電壓或正弦波電流為正時(shí)，即，在 選擇了接片36a并且選擇了接片SW1時(shí)，如圖3C的前半個(gè)周期所示，因?yàn)?第三才喿作量(-1 )為上升載波信號的值以下，所以經(jīng)由死區(qū)部41b向開關(guān)Q4 的柵極輸出H電平使其導(dǎo)通，并且通過逆變器40b對H電平進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，經(jīng)由 死區(qū)部41b向開關(guān)Q3的4冊極輸出L電平來使其關(guān)斷。
此外，變換器38b在系統(tǒng)Vac的正弦波電壓或正弦波電流為負(fù)時(shí)，即，在 選擇了接片36b并且選擇了接片SW2時(shí)，如圖3C的后半個(gè)周期所示，在第 二操作量(Vr+1)為下降載波信號的值以上時(shí)，經(jīng)由死區(qū)部41a向開關(guān)Ql的 柵極輸出H電平來使其導(dǎo)通，并且通過逆變器40a對H電平進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，經(jīng)由 死區(qū)部41a向開關(guān)Q2的柵極輸出L電平來使其接通。比較器38a在第二操作 量(Vr+1)不滿下降載波信號的值時(shí)，經(jīng)由死區(qū)部41a向開關(guān)Ql的斥冊極輸出 L電平來^f吏其關(guān)斷，并且通過逆變器40a對L電平進(jìn)4亍翻轉(zhuǎn)，經(jīng)由死區(qū)部41a向開關(guān)Q2的柵極輸出H電平來使其導(dǎo)通。變換器38b在系統(tǒng)Vac的正弦波電壓或正弦波電流為負(fù)時(shí)，即，在選擇了 接片36b并且選擇了接片SW2時(shí)，如圖3C的后半個(gè)周期所示，在第四操作 量(+1)為下降載波信號的值以上時(shí)，經(jīng)由死區(qū)部41a向開關(guān)Q3的柵極輸出 H電平使其導(dǎo)通，并且通過逆變器40b對H電平進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，經(jīng)由死區(qū)部41b 向開關(guān)Q4的柵極輸出L電平來使其關(guān)斷。因此，才艮據(jù)PWM信號交替地使開關(guān)Ql和開關(guān)Q2導(dǎo)通/關(guān)斷。根據(jù)導(dǎo)通 信號，交替地使開關(guān)Q3和開關(guān)Q4在系統(tǒng)周期中導(dǎo)通/關(guān)斷180度。根據(jù)零交叉對指令值變換以及載波信號進(jìn)行切換，由此可以在進(jìn)行軟開關(guān) 的同時(shí)實(shí)現(xiàn)正弦波輸出。在圖2中，表示了在共振型逆變裝置的輸出上連接了系統(tǒng)Vac時(shí)的控制電 路13，但在共振型逆變裝置的輸出上連接電阻等負(fù)載時(shí)，控制電路13也相同。如此，才艮據(jù)實(shí)施例1的共振型逆變裝置，控制電路13交替地^f吏開關(guān)Q3 以及開關(guān)Q4導(dǎo)通180度的期間，所以不會(huì)產(chǎn)生高頻開關(guān)引起的損失。此外， 控制電路13在開關(guān)Ql以及開關(guān)Q2關(guān)斷的期間使構(gòu)成雙向開關(guān)的開關(guān)Q5、 Q6導(dǎo)通，通過電容器Cl、電容器C2與電抗器L3的共振動(dòng)作進(jìn)行零電壓開 關(guān)，所以不產(chǎn)生接通損失。此外，與相關(guān)聯(lián)的圖12的方式相比，可以削減針 對V臂的雙向開關(guān)和電抗器，所以可以降低共振電路的損失和成本，并且可 以實(shí)現(xiàn)小型化。此外，控制電路13在系統(tǒng)電壓為正電壓的期間持續(xù)使開關(guān)Q4導(dǎo)通，在 系統(tǒng)電壓為負(fù)電壓的期間持續(xù)使開關(guān)Q3接通，根據(jù)開關(guān)Q3以及開關(guān)Q4的 開關(guān)圖形，生成開關(guān)Q1以及開關(guān)Q2的開關(guān)圖形以便對系統(tǒng)Vac輸出正弦波 電壓，所以可以在系統(tǒng)Vac流過功率因數(shù)1的正弦波電流。此外，比較器27a、 27b在電抗器Ll中流過電流時(shí)，根據(jù)電抗器L3的電 感值、基于電容器C5和電容器C6的連接點(diǎn)B與第一開關(guān)Ql和第二開關(guān)Q2 的連接點(diǎn)A之間的電壓的第一周期Tl、基于電抗器L3的電感值和電容器Cl 以及電容器C2的電容值的第二周期T2、以及上升載波信號(周期T),控制 開關(guān)Q5、 Q6的導(dǎo)通/關(guān)斷，所以在開關(guān)Ql以及開關(guān)Q2關(guān)斷的期間使開關(guān) Q5、 Q6導(dǎo)通，可以通過電容器C1和電容器C2與電抗器L3的共振動(dòng)作進(jìn)行19零電壓開關(guān)。此外，因?yàn)樵贒C線中沒有設(shè)置開關(guān)，所以可以降低裝置的損失。因?yàn)榭申P(guān)Q5和開關(guān)Q6中使用MOSFET時(shí)，可以使開關(guān)Q5和開關(guān)Q6的導(dǎo)通電阻 的總和小于高耐壓的開關(guān)的導(dǎo)通電阻，可以降^f氐導(dǎo)通損失。此外，因?yàn)榕c相關(guān)聯(lián)的共振電路相比共振電路為一半，所以共振電路的損 失以及成本也為一半，可以使裝置小型化。因?yàn)檫€可以削減驅(qū)動(dòng)共振電路的 MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路，所以可以降低驅(qū)動(dòng)損失以及成本。特別是在lkW左右 的裝置容量中，驅(qū)動(dòng)損失和共振電路的損失大會(huì)影響效率，所以共振電路的簡 化有益于高效。此外，單相全橋結(jié)構(gòu)的V臂通過控制降低損失，剩余的U臂可以通過最 小部件數(shù)量的、使用了零電流開關(guān)、零電壓開關(guān)等損失降低方法的電路來實(shí)現(xiàn)。 (實(shí)施例2 )圖7表示實(shí)施例2的共振型逆變裝置中的控制電路的詳細(xì)構(gòu)造。在由實(shí)施例1的控制電路13進(jìn)行的針對開關(guān)Q1 Q4的柵極信號的生成 中，如圖2以及圖8A所示，需要在系統(tǒng)電壓的零交叉切換上升以及下降載波 信號和正弦波指令Vr。即，在系統(tǒng)電壓為正電壓的期間，使用上升載波信號 和第一操作量(Vr-1)以及第三操作量(-1)，在系統(tǒng)電壓為負(fù)電壓的期間， 使用下降載波信號、第二操作量(Vr+1)以及第四操作量(+1)。由此，生成圖8A所示的針對開關(guān)Q1的柵極信號Qig。此外，將柵極信 號Qlg進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的信號是針對開關(guān)Q2的柵極信號Q2g (未圖示)。此外， 在系統(tǒng)電壓為正電壓的期間，4十對開關(guān)Q4的柵極信號Q4g為導(dǎo)通(電平為1 ), 在系統(tǒng)電壓為負(fù)電壓的期間，針對開關(guān)Q3的柵極信號Q3g為導(dǎo)通(電平為1 )。與此相對，在實(shí)施例2中，如圖8B所示，為了不受系統(tǒng)電壓的正負(fù)符號 的影響，把上升載波信號、作為系統(tǒng)電壓的正弦波電壓以及電抗器L1中流過 的正弦波電流變換為正極性的絕對值電壓。即，使用由PI部35生成的正極性 絕對值指令(正極性的全波整流電壓)|Vr+|、作為基于IVr+l的第五操作量 (|Vr+|-l )的Su*、以及作為第三操作量(-1 )的Sv*。此外，在系統(tǒng)電壓的零交叉時(shí)，切換與U臂以及V臂的各個(gè)臂的上側(cè)開關(guān)Q1、 Q3相對應(yīng)的切換開關(guān)45a、 45c的端子a和端子b。結(jié)果，生成與圖 8A所示的柵極信號Qlg Q4g相同的柵極信號。關(guān)于切換開關(guān)45a 45d,將在 后面進(jìn)行敘述。以下，使用圖8B說明根據(jù)基于正極性絕對指令I(lǐng)Vr+i的第五操作量 (|Vr+|-l )和第三操作量(-1 )，生成柵極信號Qlg Q4g的結(jié)構(gòu)以及動(dòng)作。 圖7所示的實(shí)施例2的控制電路13a相對于圖2所示的實(shí)施例1的控制電 路13的結(jié)構(gòu)，不同點(diǎn)在于正極性絕對值變換部(ABS部)42、 43和零交叉切 換判斷部32a以及切換器45 。ABS部42把電壓檢測部31檢測到的正弦波電壓變換為正極性的絕對值 電壓。ABS部43把電流傳感器16纟企測到的正弦波電流變換為正4l性的絕對 值電流。乘法器33把來自ABS部42的正極性的絕對值電壓和電流振幅基準(zhǔn) 值相乘。加法器34求出來自乘法器33的乘法輸出(正極性絕對值電流指令) 和來自ABS部43的正極性的絕對值電流的偏差，將其輸出給PI部35。 PI部 35對來自加法器34的偏差輸出進(jìn)行比例積分，將其輸出作為正極性絕對值指 令lVr+l進(jìn)行輸出。零交叉切換判斷部32a判斷來自電壓檢測器31的正弦波電壓和電流傳感 器16檢測到的正弦波電流的零交叉，對切換器45輸出表示正弦波電壓以及正 弦波電流對于零交叉為正或負(fù)的切換信號。上升載波部30a向比較器38a、 38b 的反相輸入端子輸出圖8B所示的具有正斜率的鋸齒波形成的上升載波信號。比較器38a在基于來自PI部35的正極性絕對值指令I(lǐng)Vr+l的第五操作量 (|Vr+|-l)為上升載波信號的值以上時(shí)，經(jīng)由死區(qū)部41a向輸出D輸出H電 平，經(jīng)由逆變器40a以及死區(qū)部41a向輸出E輸出L電平。比較器38a在基于 來自PI部35的正極性絕對值指令I(lǐng)Vr+l的第五操作量(|Vr+|-l )不滿上升載波 信號的值時(shí)，經(jīng)由死區(qū)部41a向輸出D輸出L電平，經(jīng)由逆變器40a以及死 區(qū)部41a向輸出E輸出H電平。即，根據(jù)圖8B可知，從輸出D、 E輸出PWM 信號。因?yàn)樯仙d波信號為第三操作量(-1)的值以上，所以比較器38b經(jīng)由死 區(qū)部41b向輸出F輸出L電平，經(jīng)由逆變器40b以及死區(qū)部41b向輸出G輸 出H電平。切換器45具有切換開關(guān)45a 45d。切換開關(guān)45a 45d的各個(gè)端子c與各 個(gè)開關(guān)Q1 Q4的柵極連接，根據(jù)來自零交叉切換判斷部32a的切換信號選擇 端子a、 b。切換開關(guān)45a根據(jù)來自零交叉切換判斷部32a的切換信號，在正弦波電壓 為正電壓的期間(時(shí)刻t0 tl)，選擇端子a,從死區(qū)部41a的輸出D向開關(guān) Ql作為柵極信號Ql輸出PWM信號。此外，根據(jù)切換信號在正弦波電壓為負(fù) 電壓的期間(時(shí)刻tl t2)，選擇端子b，從死區(qū)部41a的輸出E向開關(guān)Q1作 為柵極信號Qlg輸出將PWM信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的信號。通過圖8B的Qlg表示 出了此時(shí)的柵才及信號波形。切換開關(guān)45b在正弦波電壓為正電壓的期間，選擇端子b,從死區(qū)部41a 的輸出E向開關(guān)Q2輸出將PWM信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的信號，在正弦波電壓為負(fù) 電壓的期間，選擇端子a，從死區(qū)部41a的輸出D向開關(guān)Q2輸出PWM信號。切換開關(guān)45c在正弦波電壓為正電壓的期間，選擇端子a，從死區(qū)部41b 的輸出F向開關(guān)Q3作為柵極信號Q3輸出L電平(關(guān)斷信號)。在正弦波電 壓為負(fù)電壓的期間，選擇端子b,從死區(qū)部41b的輸出G向開關(guān)Q3作為柵極 信號Q3g輸出H電平(導(dǎo)通信號)。切換開關(guān)45d在正弦波電壓為正電壓的期間，選擇端子b，從死區(qū)部41b 的輸出G向開關(guān)Q4作為柵極信號Q4g輸出H電平，在正弦波電壓為負(fù)電壓 的期間，選擇端子a，從死區(qū)部41b的輸出F向開關(guān)Q4作為柵極信號Q4g輸 出L電平。如此，根據(jù)實(shí)施例2的控制電路13a,使用上升載波信號、正極性絕對值 指令I(lǐng)V叫、第五操作量(|Vr+|-l )以及第三操作量(-1 ),在系統(tǒng)電壓的零交叉 時(shí)，切換與U臂以及V臂的各個(gè)臂的上側(cè)開關(guān)Q1、 Q3對應(yīng)的切換開關(guān)45a、 45c的端子a和端子b,并且切換與下側(cè)開關(guān)Q2、 Q4對應(yīng)的切換開關(guān)45b、 45d 的端子a和端子b，所以可以生成與圖8A所示的柵極信號Qlg Q4g相同的柵 極信號。此外，僅通過上升載波信號部30a,不需要下降載波信號部。此外，在實(shí)施例1中，根據(jù)正弦波電壓的零交叉來切換第一操作量(Vr-l )、 第三操作量(-l)、第二操作量(Vr+l)、以及第四操作量(+l)，但是在實(shí)施 例2中，因?yàn)閮H使用第五操作量(|Vr+|-l)、第三操作量(-l)，所以不需要操22作量的切換，并且結(jié)構(gòu)變得簡單。因此，可以使共振型逆變裝置小型化。(實(shí)施例3)圖9表示在實(shí)施例3的共振型逆變裝置中設(shè)置的控制電路的詳細(xì)構(gòu)造。在 實(shí)施例3中，如圖IO所示，為了不受到系統(tǒng)電壓的正負(fù)符號的影響，把下降 載波信號、作為系統(tǒng)電壓的正弦波電壓以及在電抗器L1中流過的正弦波電流 變換為負(fù)極性的絕對值電壓。即，特征為使用PI部35生成的負(fù)極性絕對值 指令(負(fù)極性的全波整流電壓)|Vr-|、第六操作量(IVr-l+l )、以及第四操作量 (+1)。此外，在系統(tǒng)電壓的零交叉時(shí)，切換與U臂以及V臂的各個(gè)臂的上側(cè) 開關(guān)Q1、 Q3對應(yīng)的切換開關(guān)45a、 45c的端子a和端子b,并且切換與下側(cè)開 關(guān)Q2、 Q4對應(yīng)的切換開關(guān)45b、 45d的端子a和端子b,由此生成與圖8A所 示的柵極信號Qlg Q4g相同的柵極信號。以下說明圖10所示的根據(jù)基于負(fù)極性絕對值指令I(lǐng)Vr-l的第六操作量 (|Vr-|+l)以及第四操作量(+1 )，生成柵才及信號Qlg Q4g的結(jié)構(gòu)以及動(dòng)作。 圖9所示的實(shí)施例3的控制電路13b相對于圖7所示的實(shí)施例2的控制電 路的結(jié)構(gòu)，不同點(diǎn)在于:下降載波部30b、第六操作量(|Vr-|+l)、第四操作量 (+1)、除法器25 比較器27a、 27b之間的連接。下降載波部30b向比較器38a、 38b的反相輸入端子輸出圖10所示的鋸齒 波形成的下降載波信號。比較器38a在基于來自PI部35的負(fù)極性絕對值指令I(lǐng)Vr-l的第六操作量 (|Vr+l )為下降載波信號的值以上時(shí)，經(jīng)由死區(qū)部41a向輸出D輸出H電平， 經(jīng)由逆變器40a以及死區(qū)部41a向輸出E輸出L電平。比較器38a在基于來自 PI部35的負(fù)極性絕對值指令I(lǐng)Vr-l的第六操:作量(|Vr-|+l)不滿下降載波信號 的值時(shí)，經(jīng)由死區(qū)部41a向輸出D輸出L電平，經(jīng)由逆變器40a以及死區(qū)部 41a向輸出E輸出H電平。即，根據(jù)圖IO可知，從輸出D、 E輸出PWM信 號。因?yàn)橄陆颠呡d波信號為第四操作量(+1 )的值以下，所以比較器38b經(jīng)由 死區(qū)部41b向輸出F輸出H電平，經(jīng)由逆變器40b以及死區(qū)部41b向輸出G 輸出L電平。切換開關(guān)45a纟艮據(jù)來自零交叉切換判斷部32a的切換信號 在正弦波電壓為正電壓的期間(時(shí)刻t0 tl ),選擇端子b,從死區(qū)部41a的輸出E向開關(guān) Ql作為柵極信號Ql輸出PWM信號。此外，根據(jù)切換信號在正弦波電壓為負(fù) 電壓的期間(時(shí)刻tl t2),選擇端子a,從死區(qū)部41a的輸出D向開關(guān)Ql作 為柵極信號Qlg輸出將PWM信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的信號。通過圖10的Qlg表示 出了此時(shí)的才冊極信號波形。切換開關(guān)45b在正弦波電壓為正電壓的期間，選擇端子a，從死區(qū)部41a 的輸出D向開關(guān)Q2輸出將PWM信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的信號，在正弦波電壓為負(fù) 電壓的期間，選擇端子b,從死區(qū)部41a的輸出E向開關(guān)Q2輸出PWM信號。切換開關(guān)45c在正弦波電壓為正電壓的期間，選擇端子b,從死區(qū)部41b 的輸出G向開關(guān)Q3作為柵極信號Q3輸出L電平，在正弦波電壓為負(fù)電壓的 期間，選擇端子a,從死區(qū)部41b的輸出F向開關(guān)Q3作為柵極信號Q3g輸出 H電平。切換開關(guān)45d在正弦波電壓為正電壓的期間，選擇端子a，從死區(qū)部41b 的輸出F向開關(guān)Q4作為柵極信號Q4g輸出H電平，在正弦波電壓為負(fù)電壓 的期間，選擇端子b，從死區(qū)部41b的輸出G向開關(guān)Q4作為柵極信號Q4g輸 出L電平。在為下降載波信號時(shí)，除法器25的輸出和比較器27a、 27b的輸入之間的 連接與上升載波信號(實(shí)施例2)的情況不同。即，在為下降載波信號時(shí)，如 圖9所示，在除法器25的輸出和比較器27b的輸入側(cè)的2/T之間，設(shè)置加法 器26，該加法器26將第一周期Tl和第二周期T2-丌V(丄3x2Cl)相力口,然后進(jìn) 行輸出。如此，根據(jù)實(shí)施例3的控制電路13b,通過使用下降載波信號、負(fù)極性絕 對值指令I(lǐng)Vr-l、第六操作量(IVr-l+l)以及第四操作量(+1)，在系統(tǒng)電壓為零 交叉時(shí)，切換與U臂以及V臂的各個(gè)臂的上側(cè)開關(guān)Ql、 Q3對應(yīng)的切換開關(guān) 45a、45c的端子a和端子b，并且切換與下側(cè)開關(guān)Q2、Q4對應(yīng)的切換開關(guān)45b、 45d的端子a和端子b。因此，可以生成與圖10所示的柵極信號Ql Q4g相同 的柵極信號。此外，僅通過下降載波部30b,不需要上升載波部。此外，在實(shí)施例3中，因?yàn)閮H使用第六操作量(IVr-l)+l、第四操作量(+l ), 所以不需要操作量的切換，并且結(jié)構(gòu)簡單。因此，可以使共振型逆變裝置小型化。
此外，在實(shí)施例1~3中，作為開關(guān)Q1 Q6使用MOSFET,但是可以取而 代之以，使用IGBT (絕緣柵雙極晶體管)或雙極晶體管以及與其并聯(lián)連接的 二極管。
此外，在實(shí)施例2、 3中，在乘法器33的輸入側(cè)設(shè)置了 ABS部42、 42a， 在加法器34的輸入側(cè)設(shè)置了 ABS部43、 43a,但可以取而代之以在PI部35 的輸出側(cè)設(shè)置ABS部。
本發(fā)明可以用于與太陽能發(fā)電用系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的逆變器或與燃料電池用系 統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的逆變器。
權(quán)利要求
1.一種共振型逆變裝置，其特征在于，具備與直流電源的兩端連接，包含第一電容器和第二電容器的第一串聯(lián)電路；與所述直流電源的兩端連接，包含第一開關(guān)和第二開關(guān)的第二串聯(lián)電路；與所述第一開關(guān)并列連接的第三電容器；與所述第二開關(guān)并列連接的第四電容器；與所述直流電源的兩端連接，包含第三開關(guān)和第四開關(guān)的第三串聯(lián)電路；與所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)的連接點(diǎn)、所述第三開關(guān)和第四開關(guān)的連接點(diǎn)連接，除去高頻成分來生成正弦波電壓的、具有電抗器和電容器的濾波電路；連接在所述第一電容器和所述第二電容器的連接點(diǎn)與所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)的連接點(diǎn)之間，包含雙向開關(guān)和共振用電抗器的第四串聯(lián)電路；以及通過所述第三電容器和所述第四電容器與所述共振用電抗器的共振動(dòng)作進(jìn)行零電壓開關(guān)的，并且對所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)進(jìn)行PWM控制、同時(shí)交替地使所述第三開關(guān)和所述第四開關(guān)接通180度的期間，在所述第一開關(guān)以及所述第二開關(guān)關(guān)斷的期間使所述雙向開關(guān)導(dǎo)通的控制電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的共振型逆變裝置，其特征在于，在所述過濾電路的電容器的輸出端連接商用電力系統(tǒng)，所述控制電路，在所述商用電力系統(tǒng)的正弦波電壓為正電壓的期間，使所述第四開關(guān)持續(xù)導(dǎo)通，在所述商用電力系統(tǒng)的正弦波電壓為負(fù)電壓的期間，使所述第三開關(guān)持續(xù)導(dǎo)通，根據(jù)所述第三開關(guān)以及所述第四開關(guān)的開關(guān)^t式圖，生成所述第一開關(guān)以及所述第二開關(guān)的開關(guān)模式圖，以便輸出與所述商用電力系統(tǒng)的正弦波電壓的相位同相位的正弦波電流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的共振型逆變裝置，其特征在于，所述控制電路具有檢測所述商用電力系統(tǒng)的正弦波電壓的電壓檢測器；判斷由所述電壓檢測器檢測到的正弦波電壓的零交叉，輸出表示正弦波電壓對于零交叉為正或負(fù)的切換信號的零交叉切斷判斷部；輸出用于生成與所述商用電力系統(tǒng)的正弦波電壓的相位同相位的正弦波電流的正弦波指令Vr的正弦波指令生成電路；生成由鋸齒波形成的上升載波信號以及下降載波信號的載波部；以及第一PWM生成電路，該第一PWM生成電路，(i) 根據(jù)所述切換信號，在所述正弦波電壓為正電壓的期間，通過比較基于所述正弦波指令Vr的第一操作量(Vr-l )和所述上升載波信號來生成第一PWM信號，然后將其輸出給所述第一開關(guān)，并且把對所述第一PWM信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的信號輸出給所述第二開關(guān)，(ii) 根據(jù)所述切換信號，在所述正弦波電壓為負(fù)電壓的期間，通過比較基于所述正弦波指令Vr的第二操作量(Vr+1)和所述下降載波信號來生成第二PWM信號，然后將其輸出給所述第一開關(guān)，并且把對所述第二PWM信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的信號輸出給所述第二開關(guān)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的共振型逆變裝置，其特征在于，所迷控制電路具有第一導(dǎo)通信號生成電路，該第一導(dǎo)通信號生成電路，(i) 根據(jù)所述切換信號，在所述正弦波電壓為正電壓的期間，通過比較第三操作量(-1)和所述上升載波信號來生成第一導(dǎo)通信號，然后將其輸出給所述第四開關(guān)，并且^^對所述第一導(dǎo)通信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的信號輸出給所述第三開關(guān)，(ii) 根據(jù)所述切換信號，在所述正弦波電壓為負(fù)電壓的期間，通過比較第四操作量(+1)和所述下降載波信號來生成第二導(dǎo)通信號，然后將其輸出給所述第三開關(guān)，并且把對所述第二導(dǎo)通信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的信號輸出給所述第四開關(guān)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的共振型逆變裝置，其特征在于，所述控制電路具有檢測所述商用電力系統(tǒng)的正弦波電壓的電壓檢測器；將所述電壓^r測器^r測到的正弦波電壓變換為正極性的絕對值電壓的正極性絕對值變換部；判斷由所述電壓檢測器檢測到的正弦波電壓的零交叉，輸出表示正弦波電壓對于零交叉為正或負(fù)的切換信號的零交叉切斷判斷部；相位同相位的絕對值電流的正極性絕對值指令lVr+I的正極性絕對值指令生成電路；生成由鋸齒波形成的上升載波信號的上升栽波部；通過比較基于所述正極性絕對值指令I(lǐng)Vr+l的第五操作量(|Vr+|-l)和所述上升載波信號來生成第三PWM信號，并且生成對所述第三PWM信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的信號的第二PWM生成電路；以及切換器，該切換器，(i) 根據(jù)所述切換信號，在所述正弦波電壓為正電壓的期間，向所述第一開關(guān)輸出所述第三PWM信號，并且把對所述第三PWM信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的信號輸出給所述第二開關(guān)，(ii) 根據(jù)所述切換信號，在所述正弦波電壓為負(fù)電壓的期間，向所述第二開關(guān)輸出所述第三PWM信號，并且把對所述第三PWM信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的信號輸出給所述第一開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的共振型逆變裝置，其特征在于，所述控制電路具有第二導(dǎo)通信號生成電路，該第二導(dǎo)通信號生成電路，通過比較第三操作量(-1)和所述上升載波信號來生成第三導(dǎo)通信號，并且生成對所述第三導(dǎo)通信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的信號，所述切換器，根據(jù)所述切換信號，在所述正弦波電壓為正電壓的期間，向所述第三開關(guān)輸出對所述第三導(dǎo)通信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的信號，并且向所述第四開關(guān)輸出所述第三導(dǎo)通信號，根據(jù)所述切換信號，在所述正弦波電壓為負(fù)電壓的期間，向所述第三開關(guān)輸出所述第三導(dǎo)通信號，并且向所述第四開關(guān)輸出對所述第三導(dǎo)通信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的共振型逆變裝置，其特征在于，所述控制電路具有檢測所述商用電力系統(tǒng)的正弦波電壓的電壓4企測器；將所述電壓檢測器檢測到的正弦波電壓變換為負(fù)極性的絕對值電壓的負(fù)極性絕對值變換部；判斷由所述電壓檢測器檢測到的正弦波電壓的零交叉，輸出表示正弦波電壓對于零交叉為正或負(fù)的切換信號的零交叉切換判斷部；輸出用于生成與來自所述負(fù)極性絕對值變換部的負(fù)極性的絕對值電壓的相位同相位的絕對值電流的負(fù)極性絕對值指令jVr-l的負(fù)極性絕對值指令生成電路；生成由鋸齒波形成的下降載波信號的下降載波部；通過比較基于所述負(fù)極性絕對值指令I(lǐng)Vr-l的第六操作量(|Vr-|+l)和所述下降載波信號來生成第四PWM信號，并且生成對所述第四PWM信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的PWM翻轉(zhuǎn)信號的第三PWM生成電路；以及切換器，該切換器，根據(jù)所述切換信號，在所述正弦波電壓為正電壓的期間，向所述第二開關(guān)輸出所述第四PWM信號，并且把對所述第四PWM信號進(jìn)^f亍翻轉(zhuǎn)后的信號輸出給所述第一開關(guān)，根據(jù)所述切換信號，在所述正弦波電壓為負(fù)電壓的期間，向所述第一開關(guān)輸出所述第四PWM信號，并且把對所述第四PWM信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的信號輸出給所述第二開關(guān)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的共振型逆變裝置，其特征在于，所述控制電路具有第三導(dǎo)通信號生成電路，該第三導(dǎo)通信號生成電路，通過比較第四操作量(+1)和所述下降載波信號來生成第四導(dǎo)通信號，并且生成對所述第四導(dǎo)通信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的信號，所述切換器，根據(jù)所述切換信號，在所述正弦波電壓為正電壓的期間，向所述第三開關(guān)輸出對所述第四導(dǎo)通信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的信號，并且向所迷第四開關(guān)輸出所述第四導(dǎo)通信號，根據(jù)所述切換信號，在所述正弦波電壓為負(fù)電壓的期間，向所述第三開關(guān)輸出所述第四導(dǎo)通信號，并且向所述第四開關(guān)輸出對所述第四導(dǎo)通信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后的信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求3至8的任意一項(xiàng)所述的共振型逆變裝置，其特征在于，所述控制電路具有雙向開關(guān)控制電路，該雙向開關(guān)控制電路，根據(jù)所述濾波電路的電抗器中流過的電流、所述共振用電抗器的電感值、基于所述第一電容器和所述第二電容器的連接點(diǎn)與所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)的連接點(diǎn)之間的電壓的第一周期、基于所述共振用電抗器的電感值和所述第三電容器以及第四電容器的電容值的第二周期、以及所述上升載波信號，控制所述雙向開關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷。
全文摘要
共振型逆變裝置具備與直流電源VDC的兩端連接的、電容器C5和電容器C6的串聯(lián)連接；與直流電源的兩端連接的、開關(guān)Q1和開關(guān)Q2的串聯(lián)電路；與Q1并聯(lián)連接的電容器C1；與Q2并聯(lián)連接的電容器C2；與直流電源的兩端連接的、開關(guān)Q3和開關(guān)Q4的串聯(lián)電路；與Q1和Q2的連接點(diǎn)以及Q3和Q4的連接點(diǎn)連接的、除去高頻波成分輸出正弦波電壓的單相濾波電路15；連接在C5和C6的連接點(diǎn)以及Q1和Q2的連接點(diǎn)之間的、開關(guān)Q5、Q6和共振用電抗器L3的串聯(lián)電路；對Q1和Q2進(jìn)行PWM控制，并且交替地使Q3和Q4導(dǎo)通180度的期間，在Q1和Q2關(guān)斷的期間使Q5、Q6導(dǎo)通，通過C1、C2與L3的共振動(dòng)作進(jìn)行零電壓開關(guān)的控制電路13。
文檔編號H02M7/48GK101662229SQ200910167380
公開日2010年3月3日 申請日期2009年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月27日
發(fā)明者末廣豐 申請人:三墾電氣株式會(huì)社