專利名稱：系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置及系統(tǒng)協(xié)同工作系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將來自直流電源的直流電變換為商用頻率的交流電，并且可以使 該交流電與電力系統(tǒng)協(xié)同工作的系統(tǒng)協(xié)同工作變換器(inverter)裝置及系統(tǒng)協(xié)同工作系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
以往，將來自太陽電池等直流電源的直流電變換為商用頻率的交流電，并且可以 使該交流電與電力系統(tǒng)協(xié)同工作的系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置被廣泛使用。近年，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置的小型化、高效率化，不具備絕緣變壓器 的電路方式(所謂無變壓器方式)的系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置受到矚目。無變壓器方式的系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置，具有通過高頻開關(guān)動(dòng)作將輸入電壓總 是升壓到比系統(tǒng)電壓高的電壓并生成中間電壓的電壓變換電路，和通過高頻開關(guān)動(dòng)作將中 間電壓變換為交流電的波形變換電路，并將交流電輸出到電力系統(tǒng)。另外，如下的系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置被提案通過由電壓變換電路來進(jìn)行至少 一部分的正弦波波形的成形，可以省略一部分高頻開關(guān)動(dòng)作，降低了伴隨高頻開關(guān)動(dòng)作的 開關(guān)動(dòng)作損耗(參照專利文獻(xiàn)1及專利文獻(xiàn)2)。專利文獻(xiàn)1 JP特開2004-104963號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 JP特開2000-152661號(hào)公報(bào)然而，在專利文獻(xiàn)1和2中記載的系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置中，通過由電壓變換電 路來進(jìn)行至少一部分的正弦波波形的成形，直流電源和電壓變換電路之間的正側(cè)線路和負(fù) 側(cè)線路各自的對地電壓發(fā)生變動(dòng)。在此，在太陽電池等直流電源和大地之間存在對地靜電電容。無變壓器方式的系 統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置，因?yàn)檩斎胼敵鰶]有被電絕緣分離，所以若正側(cè)線路和負(fù)側(cè)線路各 自的對地電壓發(fā)生變動(dòng)，則存在通過對地靜電電容而流過泄露電流的問題。因此，專利文獻(xiàn)1和2中記載的系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置，在安全面、保安面的可 靠性不足，并且，存在需要對EMI噪聲等噪聲的對策的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種即使為由電壓變換電路來進(jìn)行至少一部分的 正弦波波形的成形的電路結(jié)構(gòu)，也可以抑制通過對地靜電電容流過的泄露電流的系統(tǒng)協(xié)同 工作變換器裝置和系統(tǒng)協(xié)同工作系統(tǒng)。為了解決上述課題，本發(fā)明具有以下的特征。首先，本發(fā)明所涉及的系統(tǒng)協(xié)同工作 變換器裝置的特征為，是如下所述的系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置(系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置 100A或100B)，其具有電壓變換電路(升降壓轉(zhuǎn)換器2A或升壓轉(zhuǎn)換器2B)，其對來自直流 電源(直流電源1)的輸入電壓(輸入電壓Vi)進(jìn)行升壓或降壓并輸出中間電壓(中間電 壓Vd)；和波形變換電路(全橋變換器3A或;3B)，其將所述中間電壓變換為正弦波狀的交流電，所述電壓變換電路進(jìn)行對應(yīng)于所述交流電的正弦波波形的至少一部分的成形，該系 統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置的要點(diǎn)在于，所述電壓變換電路具備正側(cè)電路(正側(cè)電路210A或 210B)，其設(shè)置于所述直流電源的正極和所述波形變換電路之間的正側(cè)線路(正側(cè)線路Lp) 上；和負(fù)側(cè)電路(負(fù)側(cè)電路220A或220B)，其設(shè)置于所述直流電源的負(fù)極和所述波形變換 電路之間的負(fù)側(cè)線路(負(fù)側(cè)線路Ln)上，所述正側(cè)電路和所述負(fù)側(cè)電路具有相互對稱的電 路結(jié)構(gòu)。根據(jù)這種特征，進(jìn)行對應(yīng)于交流電的正弦波波形的至少一部分的成形的電壓變換 電路，具有相互對稱的電路結(jié)構(gòu)的正側(cè)電路和負(fù)側(cè)電路。通過相互對稱的電路結(jié)構(gòu)的正側(cè) 電路和負(fù)側(cè)電路，將對地電壓的變動(dòng)正負(fù)抵消，直流電源和電壓變換電路之間的正側(cè)線路 和負(fù)側(cè)線路各自的對地電壓保持固定。由此，可以抑制通過對地靜電電容流過的泄露電流， 因此可以提高來自安全面、保安面的可靠性，并且，可以簡化EMI噪聲等的對策。在上述特征所涉及的系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置中，所述正側(cè)電路，是在所述正側(cè) 線路上，將不同種類的多個(gè)正側(cè)電路元件串聯(lián)構(gòu)成的；所述負(fù)側(cè)電路，是在所述負(fù)側(cè)線路 上，將不同種類的多個(gè)負(fù)側(cè)電路元件串聯(lián)構(gòu)成的；從所述直流電源側(cè)開始數(shù)第η個(gè)被連接 的所述正側(cè)電路元件，和從所述直流電源側(cè)開始數(shù)第η個(gè)被連接的所述負(fù)側(cè)電路元件為同 一種類的電路元件。另外，同一種類的正側(cè)電路元件和負(fù)側(cè)電路元件使用相同特性的電路 元件構(gòu)成。根據(jù)這種特征，通過使用同一種類的相同特性的電路元件構(gòu)成正側(cè)電路和負(fù)側(cè)電 路，可以使正側(cè)電路和負(fù)側(cè)電路各自的電路特性的平衡均等，可以更進(jìn)一步穩(wěn)定直流電源 和電壓變換電路之間的正側(cè)線路和負(fù)側(cè)線路各自的對地電壓。在上述特征所涉及的系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置中，所述正側(cè)電路具備第1開關(guān) 元件(開關(guān)元件21a)；第1電抗器(電抗器Ma)，其連接于所述第1開關(guān)元件的后段；和第 1 二極管(二極管27a)，其連接于所述第1電抗器的后段，所述負(fù)側(cè)電路具備第2開關(guān)元 件(開關(guān)元件21b)；第2電抗器(電抗器Mb)，其連接于所述第2開關(guān)元件的后段；和第2 二極管(二極管27b)，其連接于所述第2電抗器的后段。其中，“后段”是表示電力系統(tǒng)側(cè)， “前段”是表示直流電源側(cè)。根據(jù)這種系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置，在由電壓變換電路來進(jìn)行對應(yīng)于交流電的正 弦波波形的全部的成形的電路結(jié)構(gòu)中，可以使正側(cè)電路和負(fù)側(cè)電路成為相互對稱的電路結(jié) 構(gòu)，如上所述，可以抑制通過對地靜電電容流過的泄露電流。在上述特征所涉及的系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置中，具備控制部(控制部120A)，其 控制所述電壓變換電路的動(dòng)作，所述控制部使所述第1開關(guān)元件和所述第2開關(guān)元件同步動(dòng)作。根據(jù)這種系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置，在使正側(cè)電路和負(fù)側(cè)電路成為相互對稱的電 路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過使正側(cè)電路和負(fù)側(cè)電路各自的開關(guān)元件同步動(dòng)作，可以使正側(cè)電路 和負(fù)側(cè)電路各自的動(dòng)作相同，可以更進(jìn)一步穩(wěn)定直流電源和電壓變換電路之間的正側(cè)線路 和負(fù)側(cè)線路各自的對地電壓。在上述特征所涉及的系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置中，所述正側(cè)電路具備第1電抗 器(電抗器Ma)；和第1 二極管(二極管27a)，其連接于所述第1電抗器的后段，所述負(fù)側(cè) 電路具備第2電抗器(電抗器Mb)；和第2 二極管(二極管27b)，其連接于所述第2電抗器的后段，根據(jù)這種系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置，在由電壓變換電路來進(jìn)行對應(yīng)于交流電的正 弦波波形的一部分的成形的電路結(jié)構(gòu)中，可以使正側(cè)電路和負(fù)側(cè)電路成為相互對稱的電路 結(jié)構(gòu)，如上所述，可以抑制通過對地靜電電容流過的泄漏電流。本發(fā)明所涉及的系統(tǒng)協(xié)同工作系統(tǒng)的特征在于，以具備直流電源(直流電源1)， 和上述特征所涉及的系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置為要點(diǎn)。根據(jù)這種特征，如上所述，可以使用能夠抑制通過對地靜電電容流過的泄露電流 的系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置來構(gòu)成系統(tǒng)協(xié)同工作系統(tǒng)，可以提高來自安全面、保安面的可 靠性，并且，可以提供一種能夠簡化EMI噪聲等的對策的系統(tǒng)協(xié)同工作系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種即使為由電壓變換電路來進(jìn)行至少一部分的正弦波波 形的成形的電路結(jié)構(gòu)，也可以抑制通過對地靜電電容流過的泄露電流的系統(tǒng)協(xié)同工作變換 器裝置和系統(tǒng)協(xié)同工作系統(tǒng)。


圖1是表示包括第1實(shí)施方式所涉及的系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置的系統(tǒng)協(xié)同工作 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是用于說明第1實(shí)施方式所涉及的系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置的動(dòng)作的波形 圖。圖3是表示包括第2實(shí)施方式所涉及的系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置的系統(tǒng)協(xié)同工作 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。圖4是用于說明第2實(shí)施方式所涉及的系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置的動(dòng)作的波形 圖。圖5是用于說明第1實(shí)施方式的比較例的圖。圖6是用于說明第2實(shí)施方式的比較例的圖。圖中Cpv···對地靜電電容、Ln…負(fù)側(cè)線路、Lp…正側(cè)線路、1…直流電源、2A···升降壓轉(zhuǎn) 換器(converter)、2B···升壓轉(zhuǎn)換器、3A、3B···全橋變換器(full bridge inverter) >4— 濾波電路、10…電力系統(tǒng)、21a、21b…開關(guān)元件、2加、2沘…二極管、23…二極管、2^、24b… 電抗器(reactor)、25…開關(guān)元件、26…二極管、27a、27b…二極管、31a 31d…開關(guān)元件、 32a 32d…二極管、41a…開關(guān)元件、41b…開關(guān)元件、4^i、42b…二極管、43a、43b…電抗 器、44…電容器、100A、100B…系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置、101…輸入段電容器、102…中間段 電容器、11(^、11(^...主電路、12(^、1208 控制部、21(^、21( ...正側(cè)電路、22(^、22( ...負(fù) 側(cè)電路。
具體實(shí)施例方式接下來，參照附圖，對本發(fā)明的第1實(shí)施方式、第2實(shí)施方式、以及實(shí)施方式的比較 例進(jìn)行說明。在以下的實(shí)施方式中的附圖的記載中，對相同或類似的部分賦予相同或類似 的符號(hào)。[第1實(shí)施方式]
首先，參照圖1及圖2，對本發(fā)明的第1實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1是表示包括第1實(shí)施方式所涉及的系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置100A的系統(tǒng)協(xié) 同工作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是用于說明系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置100A的動(dòng)作的波形圖。如圖1所示，系統(tǒng)協(xié)同工作系統(tǒng)具有直流電源1、系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置100A、 以及電力系統(tǒng)10。直流電源1是通過發(fā)電來輸出直流電的分散型電源。在下面舉例太陽電 池作為直流電源1。直流電源1具有對地靜電電容Cpv。系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置100A將來自直流電源1的直流電變換為商用頻率(例 如50或60Hz)的交流電。在系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置100A與電力系統(tǒng)10之間連接有設(shè) 置于用戶的負(fù)載(未作圖示)。系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置100A進(jìn)行從系統(tǒng)協(xié)同工作變換器 裝置100A和電力系統(tǒng)10雙方對負(fù)載提供交流電的協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)。系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置100A具有主電路IlOA和控制主電路IlOA的控制部 120A。主電路IlOA具有升降壓轉(zhuǎn)換器2A，其對來自直流電源1的輸入電壓Vi進(jìn)行升降 壓，并輸出中間電壓Vd ；和全橋變換器3A，其將中間電壓Vd變換為正弦波狀的交流電。在 第1實(shí)施方式中，升降壓轉(zhuǎn)換器2A構(gòu)成電壓變換電路。在第1實(shí)施方式中，全橋變換器3A 構(gòu)成波形變換電路。第1實(shí)施方式所涉及的升降壓轉(zhuǎn)換器2A進(jìn)行對應(yīng)于交流電(系統(tǒng)電壓Vs)的正弦 波波形的全部的成形。在此，升降壓轉(zhuǎn)換器2A所輸出的中間電壓Vd為正弦波正半波(參 照圖2(f))。全橋變換器3A進(jìn)行中間電壓Vd的極性切換，輸出正弦波狀的交流電。升降壓轉(zhuǎn)換器2A具有輸入段電容器101、正側(cè)電路210A、負(fù)側(cè)電路220A、二極管 23、開關(guān)元件25、二極管26、以及中間段電容器102。雖然在第1實(shí)施方式中，舉例絕緣柵雙 極晶體管(IGBT)作為開關(guān)元件25，但也可以為功率MOS FET等。輸入段電容器101，在直流電源1的后段，一端連接于直流電源1的正極和全橋變 換器3A之間的正側(cè)線路Lp，另一端連接于直流電源1的負(fù)極和全橋變換器3A之間的負(fù)側(cè) 線路Ln。輸入段電容器101將來自直流電源1的直流電平滑化。另外，“后段”是表示電力 系統(tǒng)側(cè)，“前段”是表示直流電源側(cè)。正側(cè)線路Lp的一端連接于直流電源1的正極側(cè)，另一端連接于全橋變換器3A的 一個(gè)輸入側(cè)(正側(cè)的輸入)。負(fù)側(cè)線路Ln的一端連接于直流電源1的負(fù)極側(cè)，另一端連接 于全橋變換器3A的另一個(gè)輸入側(cè)(負(fù)側(cè)的輸入側(cè))。正側(cè)電路210A設(shè)置于正側(cè)線路Lp上。負(fù)側(cè)電路220A設(shè)置于負(fù)側(cè)線路Ln上。正 側(cè)電路210A和負(fù)側(cè)電路220A具有相互對稱的電路結(jié)構(gòu)。具體來說，正側(cè)電路210A是在正 側(cè)線路Lp上，將不同種類的多個(gè)電路元件串聯(lián)而構(gòu)成的。負(fù)側(cè)電路220A是在負(fù)側(cè)線路Ln 上，將不同種類的多個(gè)電路元件串聯(lián)而構(gòu)成的。從直流電源1側(cè)開始數(shù)第η個(gè)被連接的正 側(cè)的電路元件，與從直流電源1側(cè)開始數(shù)第η個(gè)被連接的負(fù)側(cè)的電路元件是同一種類的電 路元件(η為大于1的整數(shù))。另外，對稱的電路結(jié)構(gòu)是表示在電路圖上的對稱性，將正側(cè)電 路210Α和負(fù)側(cè)電路220Α實(shí)際配置于基板上時(shí)的位置沒有必要對稱。正側(cè)電路210Α具備開關(guān)元件21a (第1開關(guān)元件)；電抗器Ma (第1電抗器)， 其連接于開關(guān)元件21a的后段；和二極管27a (第1 二極管)，其連接于電抗器2 的后段。開關(guān)元件21a的一端(集電極)連接于直流電源1和輸入段電容器101，另一端 (發(fā)射極)連接于電抗器Ma。在開關(guān)元件21a上逆并聯(lián)有二極管22a。開關(guān)元件21a按照6來自控制部120A的柵極信號(hào)Gl進(jìn)行高頻開關(guān)動(dòng)作。二極管27a的一端(陽極)連接于電 抗器Ma，另一端(陰極)連接于全橋變換器3A。負(fù)側(cè)電路220A具備開關(guān)元件21b (第2開關(guān)元件)；電抗器Mb (第2電抗器)， 其連接于開關(guān)元件21b的后段；和二極管27b (第2 二極管)，其連接于電抗器Mb的后段。開關(guān)元件21b的一端(發(fā)射極)連接于直流電源1和輸入段電容器101，另一端 (集電極)連接于電抗器Mb。在開關(guān)元件21b上逆并聯(lián)有二極管22b。開關(guān)元件21b按照 來自控制部120A的柵極信號(hào)Gl進(jìn)行高頻開關(guān)動(dòng)作。即，開關(guān)元件21b由與開關(guān)元件21a 通用的柵極信號(hào)Gl進(jìn)行控制。二極管27b的一端(陰極)連接于電抗器Mb，另一端(陽 極)連接于全橋變換器3A。在本實(shí)施方式中，從直流電源1側(cè)開始數(shù)第η個(gè)被連接的正側(cè)的電路元件和從直 流電源1側(cè)開始數(shù)第η個(gè)被連接的負(fù)側(cè)的電路元件是同一種類的電路元件，并且使用相同 電路特性的電路元件構(gòu)成。例如，從直流電源1側(cè)開始數(shù)第1個(gè)被連接的開關(guān)元件21a和開關(guān)元件21b各自 的電路特性(導(dǎo)通電壓、開關(guān)速度等)相同。從直流電源1側(cè)開始數(shù)第2個(gè)被連接的電抗 器2 和電抗器24b各自的電路特性(電感等)相同。從直流電源1側(cè)開始數(shù)第3個(gè)被連 接的二極管27a和二極管27b各自的電路特性(導(dǎo)通電壓、開關(guān)速度等)等相同。電抗器Ma、24b為了小型化，也可以用如下方法構(gòu)成將鐵芯作為通用，將分別與 電抗器Ma、24b對應(yīng)的線圈纏繞在通用的鐵芯上。二極管23連接于開關(guān)元件21a、21b的后段。二極管23的一端(陰極)連接于開 關(guān)元件21a和電抗器2 之間的正側(cè)線路Lp，另一端(陽極)連接于開關(guān)元件21b和電抗 器24b之間的負(fù)側(cè)線路Ln。開關(guān)元件25連接于電抗器Ma、24b的后段。開關(guān)元件25的一端(集電極)連接 于電抗器2 和二極管27a之間的正側(cè)線路Lp，另一端(發(fā)射極)連接于電抗器24b和二 極管27b之間的負(fù)側(cè)線路Ln。在開關(guān)元件25上逆并聯(lián)有二極管沈。開關(guān)元件25按照來 自控制部120A的柵極信號(hào)G2進(jìn)行高頻開關(guān)動(dòng)作。開關(guān)元件2la、二極管22a、二極管23、以及電抗器2 被使用于對輸入電壓Vi進(jìn) 行降壓并輸出中間電壓Vd。二極管23和電抗器2 將由于開關(guān)元件21a的開關(guān)動(dòng)作從而 電壓、電流成為斷斷續(xù)續(xù)的輸出平滑化。圖2 (a)表示從控制部120A輸入到開關(guān)元件21a、21b的柵極信號(hào)Gl的波形。另 外，在圖2中，用陰影線表示的區(qū)間代表高頻開關(guān)動(dòng)作的區(qū)間。開關(guān)元件21a通過高頻開關(guān)動(dòng)作對輸入電壓Vi進(jìn)行降壓，并根據(jù)柵極信號(hào)Gl對 導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行調(diào)制，來控制電抗器Ma中流過的電流波形的振幅。另一方面，開關(guān)元件21b 通過與開關(guān)元件21a同步的高頻開關(guān)動(dòng)作來控制電抗器Mb中流過的電流波形的振幅。電抗器Ma、開關(guān)元件25、二極管沈、以及二極管27a被使用于對輸入電壓Vi進(jìn)行 升壓并輸出中間電壓Vd。電抗器2 積蓄升壓能量。圖2 (b)表示從控制部120A輸入到開關(guān)元件25的柵極信號(hào)G2的波形。開關(guān)元件 25通過高頻開關(guān)動(dòng)作對輸入電壓Vi進(jìn)行升壓，并根據(jù)柵極信號(hào)G2對導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行調(diào)制，來 控制在電抗器Ma、Mb中流過的電流波形的振幅。開關(guān)元件21a、21b和開關(guān)元件25排他性地進(jìn)行高頻開關(guān)動(dòng)作。具體來說，當(dāng)開關(guān)元件21a、21b進(jìn)行高頻開關(guān)動(dòng)作時(shí)開關(guān)元件25為斷開狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)元件25進(jìn)行高頻開關(guān) 動(dòng)作時(shí)開關(guān)元件2la、2Ib為導(dǎo)通狀態(tài)。在輸入電壓Vi大于系統(tǒng)電壓Vs的絕對值的期間中，控制部120A通過使開關(guān)元 件21a、21b進(jìn)行高頻開關(guān)動(dòng)作來進(jìn)行降壓動(dòng)作，并且通過對導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行調(diào)制，來對電抗 器Ma 的電流波形的振幅進(jìn)行瞬時(shí)控制。此時(shí)，開關(guān)元件25斷開。在輸入電壓Vi小 于系統(tǒng)電壓Vs的絕對值的期間中，控制部120A通過使開關(guān)元件21a、21b導(dǎo)通并且使開關(guān) 元件25進(jìn)行高頻開關(guān)動(dòng)作來對輸入電壓Vi進(jìn)行升壓，并且通過對導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行調(diào)制，來對 電抗器Ma、Mb的電流波形的振幅進(jìn)行瞬時(shí)控制。圖2(f)表示中間電壓Vd的波形。如圖2(f)所示，在從升降壓轉(zhuǎn)換器2A輸出的中 間電壓Vd上重疊有與開關(guān)元件21a、21b以及開關(guān)元件25的動(dòng)作頻率相對應(yīng)的高頻分量。中間段電容器102連接于二極管27a、27b的后段。中間段電容器102被使用于消 除中間電壓Vb所包含的高頻分量。中間段電容器102的一端連接于二極管27a和全橋變換 器3A之間的正側(cè)線路Lp，另一端連接于二極管27b和全橋變換器3A之間的負(fù)側(cè)線路Ln。 例如，中間段電容器102的電容為數(shù)十μ F的程度。全橋變換器3Α在切換中間電壓Vd的極性的同時(shí)，將其變換為與電力系統(tǒng)10同步 的正弦波交流電。全橋變換器3Α具有全橋連接的開關(guān)元件31a 31d。雖然在第1實(shí)施方 式中，舉例IGBT作為開關(guān)元件31a 31d，但也可以為功率MOS FET等在開關(guān)元件31a 31d上，分別逆并聯(lián)有二極管3 32d。開關(guān)元件31a、31d按 照來自控制部120A的柵極信號(hào)G3進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作。開關(guān)元件31b、31c按照來自控制部120A 的柵極信號(hào)G4進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作。在開關(guān)元件31a和開關(guān)元件31b的連接點(diǎn)，以及開關(guān)元件 31c和開關(guān)元件31d的連接點(diǎn)上，通過省略圖示的繼電器電路，連接有電力系統(tǒng)10。圖2(c)表示從控制部120A向開關(guān)元件31a、31d輸入的柵極信號(hào)G3的波形。圖 2(d)表示從控制部120A向開關(guān)元件31b、31c輸入的柵極信號(hào)G4的波形。圖2 (e)表示輸 入電壓Vi和系統(tǒng)電壓Vs各自的波形。圖2(g)表示輸出電流Io的波形。圖2(h)表示輸 入輸出對地電壓的波形。具體來說，表示了 直流電源1和升降壓轉(zhuǎn)換器2A之間的正側(cè)線 路Lp的對地電壓Vp ；直流電源1和升降壓轉(zhuǎn)換器2A之間的負(fù)側(cè)線路Ln的對地電壓Vn ；輸 出側(cè)的一條線路的對地電壓Vu ；和輸出側(cè)的另一條線路的對地電壓Vv。開關(guān)元件31a 31d與系統(tǒng)電壓Vs的正負(fù)同步，以商用頻率進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，并將 從升降壓轉(zhuǎn)換器2A得到的商用頻率相應(yīng)的正弦波正半波狀的中間電壓Vd變換為與電力系 統(tǒng)10同步的正弦波交流電。如同上述說明，根據(jù)第1實(shí)施方式，升降壓轉(zhuǎn)換器2A具有相互對稱的電路結(jié)構(gòu)的 正側(cè)電路210A和負(fù)側(cè)電路220A。通過相互對稱的電路結(jié)構(gòu)的正側(cè)電路210A和負(fù)側(cè)電路 220A,如圖2 (h)所示，將直流電源1和升降壓轉(zhuǎn)換器2A之間的正側(cè)線路Lp和負(fù)側(cè)線路Ln 各自的對地電壓Vp、Vn的變動(dòng)正負(fù)抵消，對地電壓Vp、Vn保持固定。由此，可以抑制通過對 地靜電電容Cpv流過的泄漏電流。另外，在第1實(shí)施方式中，通過使用相同特性的電路元件構(gòu)成正側(cè)電路210A和負(fù) 側(cè)電路220A，可以使正側(cè)電路210A和負(fù)側(cè)電路220A各自的電路特性的平衡均等，可以更進(jìn) 一步穩(wěn)定對地電壓Vp、Vn。并且，在第1實(shí)施方式中，在使正側(cè)電路210A和負(fù)側(cè)電路220A成為相互對稱的電路結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過使正側(cè)電路210A和負(fù)側(cè)電路220A各自的開關(guān)元件21a、21b同步動(dòng)作， 可以使正側(cè)電路2IOA和負(fù)側(cè)電路220A各自的動(dòng)作相同，可以更進(jìn)一步穩(wěn)定對地電壓Vp、 Vn。[第2實(shí)施方式]接下來，參照圖3和圖4，對本發(fā)明的第2實(shí)施方式進(jìn)行說明。在第2實(shí)施方式中， 主要對與第1實(shí)施方式不同的點(diǎn)進(jìn)行說明。圖3是表示包括第2實(shí)施方式所涉及的系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置100B的系統(tǒng)協(xié) 同工作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。圖4是用于說明系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置100B的動(dòng)作的波形圖。系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置100B具有主電路IlOB和控制主電路IlOB的控制部 120B。主電路IlOB具有升壓轉(zhuǎn)換器2B，其對來自直流電源1的輸入電壓Vi進(jìn)行升壓，并 輸出中間電壓Vd ；和全橋變換器:3B，其將中間電壓Vd變換為正弦波狀的交流電。在第2實(shí) 施方式中，升壓轉(zhuǎn)換器2B構(gòu)成電壓變換電路。在第2實(shí)施方式中，全橋變換器:3B構(gòu)成波形 變換電路。第2實(shí)施方式所涉及的升壓轉(zhuǎn)換器2B進(jìn)行對應(yīng)于交流電(系統(tǒng)電壓Vs)的正弦 波波形的一部分的成形。在此，升壓轉(zhuǎn)換器2B所輸出的中間電壓Vd是部分成為凸?fàn)畹牟?形(參照圖4(e))。全橋變換器:3B對其余部分的正弦波波形進(jìn)行成形，并輸出正弦波狀的 交流電。升壓轉(zhuǎn)換器2B具有輸入段電容器101、正側(cè)電路210B、負(fù)側(cè)電路220B、開關(guān)元件 25、二極管沈、以及中間段電容器102。雖然在第2實(shí)施方式中，舉例功率MOS FET作為開 關(guān)元件25，但也可以為IGBT等。開關(guān)元件25按照來自控制部120B的柵極信號(hào)Gl進(jìn)行高頻開關(guān)動(dòng)作。正側(cè)電路210B設(shè)置于正側(cè)線路Lp上。負(fù)側(cè)電路220B設(shè)置于負(fù)側(cè)線路Ln上。正 側(cè)線路Lp的一端連接于直流電源1的正極側(cè)，另一端連接于全橋變換器:3B的一個(gè)輸入側(cè) (正側(cè)的輸入)。負(fù)側(cè)線路Ln的一端連接于直流電源1的負(fù)極側(cè)，另一端連接于全橋變換 器3B的另一個(gè)輸入側(cè)(負(fù)側(cè)的輸入)。正側(cè)電路210B和負(fù)側(cè)電路220B具有相互對稱的電路結(jié)構(gòu)。具體來說，正側(cè)電路 210B是在正側(cè)線路Lp上，將不同種類的多個(gè)電路元件串聯(lián)構(gòu)成的。負(fù)側(cè)電路220B是在負(fù) 側(cè)線路Ln上，將不同種類的多個(gè)電路元件串聯(lián)構(gòu)成的。從直流電源1側(cè)開始數(shù)第η個(gè)被連 接的正側(cè)的電路元件，與從直流電源1側(cè)開始數(shù)第η個(gè)被連接的負(fù)側(cè)的電路元件是同一種 類的電路元件(η為大于1的整數(shù))。另外，對稱的電路結(jié)構(gòu)是表示在電路圖上的對稱性，將 正側(cè)電路210Β和負(fù)側(cè)電路220Β實(shí)際配置于基板上時(shí)的位置沒有必要對稱。正側(cè)電路210Β具備電抗器Ma(第1電抗器)和連接于電抗器2 的后段的二極 管27a (第1 二極管)。負(fù)側(cè)電路220B具備電抗器Mb (第2電抗器)和連接于電抗器24b 的后段的二極管27b (第2 二極管)。正側(cè)電路210B和負(fù)側(cè)電路220B使用相同特性的電路元件構(gòu)成。從直流電源1側(cè) 開始數(shù)第1個(gè)被連接的電抗器2 和電抗器24b各自的電路特性(電感等)相同。從直流 電源1側(cè)開始數(shù)第2個(gè)被連接的二極管27a和二極管27b各自的電路特性(導(dǎo)通電壓、開 關(guān)速度等)相同。電抗器Ma、24b為了小型化，也可以用如下方法構(gòu)成將鐵芯作為通用， 將分別與電抗器Ma、24b對應(yīng)的線圈纏繞在通用的鐵芯上。9
圖4 (a)表示從控制部120B輸入到開關(guān)元件25的柵極信號(hào)Gl的波形。另外，在 圖4中，用陰影線表示的區(qū)間代表高頻開關(guān)動(dòng)作的區(qū)間。圖4(d)表示輸入電壓Vi和系統(tǒng) 電壓Vs各自的波形。升壓轉(zhuǎn)換器2B在以系統(tǒng)電壓Vs的峰值電壓的時(shí)刻為中心進(jìn)行一定期間的升壓， 在此之外的期間，具體來說，在系統(tǒng)電壓Vs的絕對值小于輸入電壓Vi的期間不進(jìn)行升壓。圖4(e)表示中間電壓Vd的波形。中間電壓Vd為升壓后的區(qū)間部分成為凸?fàn)畹?波形。對于剩余部分的正弦波波形，由全橋變換器3B進(jìn)行成形。全橋變換器;3B除了使用IGBT作為開關(guān)元件31a 31d這一點(diǎn)以夕卜，為與第1實(shí) 施方式相同的電路結(jié)構(gòu)。但是，并不限于IGBT，也可以使用功率MOS FET等。圖4(b)表示從控制部120B向開關(guān)元件31a、31d輸入的柵極信號(hào)G2的波形。圖 4(c)表示從控制部120B向開關(guān)元件31b、31c輸入的柵極信號(hào)G3的波形。升壓轉(zhuǎn)換器2B和全橋變換器:3B交替地進(jìn)行高頻開關(guān)動(dòng)作，由升壓轉(zhuǎn)換器2B和全 橋變換器3B來進(jìn)行正弦波波形的形成。并且，正弦波波形的形成通過進(jìn)行高頻開關(guān)動(dòng)作的 電路來進(jìn)行。另外，在升壓轉(zhuǎn)換器2B進(jìn)行高頻開關(guān)動(dòng)作的情況下(在進(jìn)行正弦波波形的形 成的情況下)，全橋變換器3B根據(jù)需要進(jìn)行極性的切換，在全橋變換器:3B進(jìn)行高頻開關(guān)動(dòng) 作的情況下(在進(jìn)行正弦波波形的形成的情況下)，升壓轉(zhuǎn)換器2B停止升壓動(dòng)作(將開關(guān) 元件25置為斷開)圖4(f)表示全橋變換器:3B所輸出的輸出電壓Vo的波形。在輸出電壓Vo上重疊 有對應(yīng)于全橋變換器:3B的高頻開關(guān)動(dòng)作的高頻分量。全橋變換器;3B的后段連接有濾波電路4。濾波電路4具有開關(guān)元件41a、二極管 42a、開關(guān)元件41b、二極管42b、電抗器43a、電抗器43b、以及電容器44。濾波電路4消除來 自全橋變換器3B的輸出(輸出電壓Vo)中所包含的高頻分量并將其輸出。圖4(g)表示輸出電流Io的波形。圖4(h)表示輸入輸出對地電壓的波形。具體 來說，表示直流電源1和升壓轉(zhuǎn)換器2B之間的正側(cè)線路Lp的對地電壓Vp、直流電源1和升 壓轉(zhuǎn)換器2B之間的負(fù)側(cè)線路Ln的對地電壓Vru輸出側(cè)的一條線路的對地電壓Vu、和輸出 側(cè)的另一條線路的對地電壓Vv。如同上述說明，在第2實(shí)施方式中，在由升壓轉(zhuǎn)換器2B來進(jìn)行對應(yīng)于交流電的正 弦波波形的一部分的成形的電路結(jié)構(gòu)中，通過使正側(cè)電路210B和負(fù)側(cè)電路220B成為相互 對稱的電路結(jié)構(gòu)，可以與第1實(shí)施方式同樣地抑制通過對地靜電電容Cpv流過的泄漏電流。另外，在第2實(shí)施方式中，通過使用相同特性的電路元件構(gòu)成正側(cè)電路210B和負(fù) 側(cè)電路220B，可以使正負(fù)的電路特性的平衡均等，可以更進(jìn)一步穩(wěn)定對地電壓Vp、Vn。[比較例]接下來，為了明確由第1實(shí)施方式和第2實(shí)施方式得到的效果，參照圖5和圖6，對 第1實(shí)施方式和第2實(shí)施方式的比較例進(jìn)行說明。圖5是用于說明第1實(shí)施方式的比較例的圖。在本比較例中，升降壓轉(zhuǎn)換器2A’ 不具有在第1實(shí)施方式中說明的負(fù)側(cè)電路220A。其他的結(jié)構(gòu)與第1實(shí)施方式相同。如圖5 所示，在升降壓轉(zhuǎn)換器2A’不具有負(fù)側(cè)電路220A的電路結(jié)構(gòu)中，直流電源1和升降壓轉(zhuǎn)換 器2A’之間的正側(cè)線路Lp和負(fù)側(cè)線路Ln各自的對地電壓Vp、Vn發(fā)生變動(dòng)。因此，會(huì)通過 對地靜電電容Cpv流過泄漏電流。而上述第1實(shí)施方式，如圖1所示，對地電壓Vp、Vn保持固定，可以抑制泄露電流。圖6是用于說明第2實(shí)施方式的比較例的圖。在本比較例中，升壓轉(zhuǎn)換器2B’不 具有在第2實(shí)施方式中說明的負(fù)側(cè)電路220B。其他的結(jié)構(gòu)與第2實(shí)施方式相同。如圖6所 示，在升壓轉(zhuǎn)換器2B’不具有負(fù)側(cè)電路220B的電路結(jié)構(gòu)中，直流電源1和升壓轉(zhuǎn)換器2B’ 之間的正側(cè)線路Lp和負(fù)側(cè)線路Ln各自的對地電壓Vp、Vn發(fā)生變動(dòng)。因此，會(huì)通過對地靜 電電容Cpv流過泄漏電流。而上述第2實(shí)施方式，如圖3所示，對地電壓Vp、Vn保持固定， 可以抑制泄露電流。[其他實(shí)施方式]如上所述，本發(fā)明雖然通過實(shí)施方式記載，但構(gòu)成該公開的一部分的論述和附圖 不應(yīng)該理解為是對本發(fā)明進(jìn)行限定。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，根據(jù)該公開，各種各樣的代 替實(shí)施方式、實(shí)施例、以及運(yùn)用技術(shù)是明確的。例如，在上述各實(shí)施方式中，雖然舉例太陽電池作為直流電源1，但只要是具有對 地靜電電容Cpv的直流電源即可，并不限定于太陽電池。另外，在上述各實(shí)施方式中，舉例說明了將升降壓轉(zhuǎn)換器2A或升壓轉(zhuǎn)換器2B作為 電壓變換電路來使用的情形。然而，在輸入電壓Vi比系統(tǒng)電壓Vs高的情形中，也可以將降 壓轉(zhuǎn)換器作為電壓變換電路來使用。降壓轉(zhuǎn)換器對輸入電壓Vi進(jìn)行降壓并輸出中間電壓 Vd。這樣，應(yīng)該理解本發(fā)明包含在此未作記載的各種各樣的實(shí)施方式等。因此，本發(fā)明 根據(jù)本公開內(nèi)容只通過妥當(dāng)?shù)臋?quán)利要求書的發(fā)明特定事項(xiàng)來限定。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置，具有電壓變換電路，其對來自直流電源的輸入電壓進(jìn)行升壓或降壓并輸出中間電壓；和 波形變換電路，其將所述中間電壓變換為正弦波狀的交流電， 所述電壓變換電路進(jìn)行與所述交流電對應(yīng)的正弦波波形的至少一部分的成形， 其特征在于， 所述電壓變換電路具備正側(cè)電路，其設(shè)置于所述直流電源的正極和所述波形變換電路之間的正側(cè)線路上；和 負(fù)側(cè)電路，其設(shè)置于所述直流電源的負(fù)極和所述波形變換電路之間的負(fù)側(cè)線路上， 所述正側(cè)電路和所述負(fù)側(cè)電路具有相互對稱的電路結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置，其特征在于，所述正側(cè)電路，是在所述正側(cè)線路上，將不同種類的多個(gè)正側(cè)電路元件串聯(lián)而構(gòu)成的；所述負(fù)側(cè)電路，是在所述負(fù)側(cè)線路上，將不同種類的多個(gè)負(fù)側(cè)電路元件串聯(lián)而構(gòu)成的；從所述直流電源側(cè)開始數(shù)第η個(gè)被連接的所述正側(cè)電路元件，和從所述直流電源側(cè)開 始數(shù)第η個(gè)被連接的所述負(fù)側(cè)電路元件為同一種類的電路元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置，其特征在于， 所述正側(cè)電路具備第1開關(guān)元件；第1電抗器，其連接于所述第1開關(guān)元件的后段；和 第1 二極管，其連接于所述第1電抗器的后段， 所述負(fù)側(cè)電路具備 第2開關(guān)元件；第2電抗器，其連接于所述第2開關(guān)元件的后段；和 第2 二極管，其連接于所述第2電抗器的后段。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置，其特征在于， 具備控制部，其控制所述電壓變換電路的動(dòng)作；所述控制部使所述第1開關(guān)元件和所述第2開關(guān)元件同步動(dòng)作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置，其特征在于， 所述正側(cè)電路具備第1電抗器；和第1 二極管，其連接于所述第1電抗器的后段， 所述負(fù)側(cè)電路具備 第2電抗器；和第2 二極管，其連接于所述第2電抗器的后段。
6.一種系統(tǒng)協(xié)同工作系統(tǒng)，其特征在于，具備 直流電源；和權(quán)利要求1 5的任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置。
全文摘要
提供一種系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置，即使為由電壓變換電路來進(jìn)行至少一部分的正弦波波形的成形的電路結(jié)構(gòu)，也可以抑制通過對地靜電電容流過的泄露電流。系統(tǒng)協(xié)同工作變換器裝置(100A)具有升降壓轉(zhuǎn)換器(2A)，其對來自直流電源(1)的輸入電壓進(jìn)行升降壓并輸出中間電壓；和全橋變換器(3A)，其將中間電壓變換為正弦波狀的交流電；升降壓轉(zhuǎn)換器(2A)進(jìn)行與交流電對應(yīng)的正弦波波形的至少一部分的成形。升降壓轉(zhuǎn)換器(2A)具備正側(cè)電路，其設(shè)置于直流電源的正極和全橋變換器(3A)之間的正側(cè)線路(Lp)上；和負(fù)側(cè)電路(220A)，其設(shè)置于直流電源的負(fù)極和全橋變換器(3A)之間的負(fù)側(cè)線路(Ln)上。正側(cè)電路和負(fù)側(cè)電路具有相互對稱的電路結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H02M7/5387GK102055367SQ201010526268
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者米田文生 申請人:三洋電機(jī)株式會(huì)社