本發(fā)明涉及負載諧振電力轉(zhuǎn)換裝置，其用于向諸如感應(yīng)加熱電路的諧振負載提供具有矩形或方形波形的電壓。

背景技術(shù)：

圖5示出了與諧振負載連接的負載諧振電力轉(zhuǎn)換裝置(ac/dc轉(zhuǎn)換裝置)的電路構(gòu)造。在圖5中，ac/dc轉(zhuǎn)換裝置或轉(zhuǎn)換器10設(shè)有單相逆變器，該單相逆變器具有與dc電壓源11連接的輸入側(cè)以及與諸如感應(yīng)加熱電路的諧振負載12連接的輸出側(cè)。轉(zhuǎn)換裝置10通過對單相逆變器的各開關(guān)設(shè)備的導通/關(guān)斷控制向諧振負載12輸出處于諧振頻率的矩形或方形電壓。

在諧振負載12是感應(yīng)加熱電路的情況下，這個ac/dc轉(zhuǎn)換裝置10被構(gòu)造為感應(yīng)加熱負載諧振ac/dc轉(zhuǎn)換裝置(感應(yīng)加熱諧振型逆變器)。

這種感應(yīng)加熱負載諧振ac/dc轉(zhuǎn)換裝置將通過對單相逆變器中的各開關(guān)設(shè)備的導通/關(guān)斷控制所產(chǎn)生的交變電流引導通過線圈和電容器的LC諧振電路，將這樣生成的交變磁場施加到要被加熱的物體(電導體)從而產(chǎn)生渦電流，并且利用通過渦電流而在物體中生成的焦耳熱從內(nèi)部加熱物體。

在作為諧振負載與負載諧振電力轉(zhuǎn)換裝置(例如，圖5的ac/dc轉(zhuǎn)換裝置10)的輸出側(cè)連接的感應(yīng)加熱電路中，電流穿透的深度隨著頻率變高而減小，如從之前已知的。

在電阻焊管接合(通過電阻焊接接合接縫來制造管道或管子)中，為了執(zhí)行表面淬火，需要負載諧振ac/dc轉(zhuǎn)換裝置來產(chǎn)生高頻電壓。

另一方面，用于感應(yīng)加熱的負載諧振ac/dc轉(zhuǎn)換裝置中的開關(guān)設(shè)備不能處理高于開關(guān)設(shè)備的驅(qū)動頻率的上限的電壓頻率。

為了解決這個問題，例如在專利文獻1中提出了諧振負載逆變器系統(tǒng)。如在這個專利文獻的圖3和第[0007]～[0009]段中所公開的，N個部分的串聯(lián)連接的上部和下部開關(guān)設(shè)備的并聯(lián)連接使得能夠以1/N循環(huán)(cycle)或周期(period)驅(qū)動開關(guān)設(shè)備。因而，對于期望的諧振頻率，能夠?qū)㈤_關(guān)設(shè)備的驅(qū)動頻率減小到與并聯(lián)連接的部分的數(shù)量成反比的頻率。

而且，可以想到如圖6中所示的專利文獻1的諧振負載逆變器系統(tǒng)的變型例。在圖6的這個變型例中，單相逆變器的每個臂具有開關(guān)設(shè)備(例如，IGBT)的N并聯(lián)布置。

例如，圖6的裝置是可以在圖5的ac/dc轉(zhuǎn)換裝置10中使用的負載諧振ac/dc轉(zhuǎn)換裝置。這個裝置包括dc鏈路電壓輸入部分Vdc、矩形或方形電壓輸出部分Vout以及在每個臂中包括N個(在本例中為三個)并聯(lián)連接的開關(guān)設(shè)備(U11、U21、U31；V11、V21、V31；X11、X21、X31；和Y11、Y21、Y31)的單相逆變器。

作為圖6的例子，通過增大每個臂中并聯(lián)連接的開關(guān)設(shè)備的數(shù)量N，能夠如專利文獻1的諧振負載逆變器系統(tǒng)中那樣降低每個開關(guān)設(shè)備的開關(guān)頻率。

圖6的每個開關(guān)設(shè)備根據(jù)圖7中所示的門控命令信號生成模式在ON和OFF之間被控制。

圖7的門控命令信號生成模式包括時鐘信號，其利用單相逆變器的輸出電壓命令(Vout_ref)的ON、OFF變化作為觸發(fā)器并且遵循以6個時鐘或6個時鐘間隔為周期或循環(huán)周期的周期性的門控命令信號。用于開關(guān)設(shè)備U11和Y11的U11/Y11門控命令信號U11_gate/Y11_gate周期性地對一個時鐘輸出ON信號并對五個時鐘輸出OFF信號。用于開關(guān)設(shè)備X11和V11的X11/V11門控命令信號X11_gate/V11_gate相對于門控命令信號U11_gate/Y11_gate延遲一個時鐘，但是具有與U11/Y11門控命令信號U11_gate/Y11_gate的ON時段和OFF時段相同的導通時段和關(guān)斷時段。用于開關(guān)設(shè)備U21和Y21的U21/Y21門控命令信號U21_gate/Y21_gate相對于門控命令信號X11_gate/V11_gate延遲一個時鐘，但是具有與門控命令信號X11_gate/V11_gate的ON時段和OFF時段相同的導通時段和關(guān)斷時段。用于開關(guān)設(shè)備X21和V21的X21/V21門控命令信號X21_gate/V21_gate相對于門控命令信號U21_gate/Y21_gate延遲一個時鐘，但具有與門控命令信號U21_gate/Y21_gate的ON時段和OFF時段相同的導通時段和關(guān)斷時段。用于開關(guān)設(shè)備U31和Y31的U31/Y31門控命令信號U21_gate/Y21_gate相對于門控命令信號X21_gate/V21_gate延遲一個時鐘，但是具有與門控命令信號X21_gate/V11_gate的ON時段和OFF時段相同的導通時段和關(guān)斷時段。用于開關(guān)設(shè)備X31和V31的X31/V31門控命令信號X31_gate/V31_gate相對于門控命令信號U31_gate/Y31_gate延遲一個時鐘，但是具有與門控命令信號U31_gate/Y31_gate的ON時段和OFF時段相同的導通時段和關(guān)斷時段。

圖6的每個開關(guān)設(shè)備以圖8的(a)至圖8的(f)中所示模式(1)～(6)重復的方式由這樣產(chǎn)生的門控命令信號U11_gate/Y11_gate...X31_gate/V31_gate中的一個在ON和OFF之間被控制。

圖8示出了當圖6的開關(guān)設(shè)備由圖7的門控命令信號生成模式驅(qū)動時的輸出電流。

圖8的(a)～圖8的(f)分別對應(yīng)于圖7的模式(1)～(6)。在每個圖中，“ON”指示開關(guān)設(shè)備由門控命令的ON信號被調(diào)諧為ON，并且箭頭指示流經(jīng)ON控制的開關(guān)設(shè)備和負載的輸出電流Iout的路徑。

如從圖7和圖8清楚的是，用于每個開關(guān)設(shè)備的命令的開關(guān)頻率(驅(qū)動頻率)通過模式(1)～(6)的順序切換操作而被減小到(1/3)(1/N)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：JP2004-510400A

技術(shù)實現(xiàn)要素：

如上面所提到的，通過專利文獻1的系統(tǒng)和圖8中所示的電路構(gòu)造，開關(guān)頻率可以減小到1/N。但是，門控命令信號U11_gate/Y11_gate...X31_gate/V31_gate的脈沖寬度或脈沖持續(xù)時間不減小到1/N。因此，由于每個開關(guān)設(shè)備的接通上升時間和關(guān)斷下降時間，輸出頻率的上限基于設(shè)備特性由最小脈沖寬度決定。

而且，專利文獻1的系統(tǒng)的電路構(gòu)造需要在單相逆變器之中連接開關(guān)設(shè)備的主電路導體并且圖8中所示的電路構(gòu)造需要在單相逆變器中連接開關(guān)設(shè)備的主電路導體。這些電路構(gòu)造所需的主電路導體的數(shù)量與作為并聯(lián)連接的連接部件的數(shù)量的并聯(lián)數(shù)N成比例。此外，在dc輸入部分Vdc與上臂和下臂的每個開關(guān)設(shè)備的dc輸入側(cè)端子之間以及在方波電壓輸出部分Vout與上臂和下臂的每個開關(guān)設(shè)備的輸出端子之間，專利文獻1和圖8的電路構(gòu)造需要數(shù)量等于開關(guān)設(shè)備的主電路導體(所需的主電路導體的數(shù)量等于4N＝N個并聯(lián)連接部件×四個臂)。因而，由于在數(shù)量上與并聯(lián)連接的部件的數(shù)量N成比例的主電路導體，成本和空間增大了。

此外，開關(guān)設(shè)備的布局與開關(guān)設(shè)備的數(shù)量成比例地擴大。因而，主電路導體的路徑長度差異很大并且因此主電路導體的阻抗廣泛地分散。因此，流經(jīng)每個主電路部件的電流的過零點偏移并且由于在與每個開關(guān)設(shè)備連接的未示出的緩沖(snubber)電路中流動的電流的增大而損失增大。而且，緩沖電流的增大可能造成開關(guān)設(shè)備的損壞。

而且，存在進一步降低每個開關(guān)設(shè)備的開關(guān)頻率的需求。

本發(fā)明被設(shè)計以解決這些問題。本發(fā)明的一目的是提供用于諧振負載的電力轉(zhuǎn)換裝置及其時分操作方法，該裝置和方法用于降低每個開關(guān)設(shè)備的開關(guān)頻率并減小在dc輸入部分Vdc與上臂和下臂的每個開關(guān)設(shè)備的dc輸入側(cè)端子之間以及在方波電壓輸出部分Vout與上臂和下臂的每個開關(guān)設(shè)備的輸出端子之間的主電路導體的數(shù)量。

為了解決上面提到的問題，如權(quán)利要求1中闡述的諧振負載電力轉(zhuǎn)換裝置包括單相逆變器，該單相逆變器具有要與dc電壓源連接的dc輸入側(cè)和要與諧振負載連接并輸出具有諧振頻率的矩形波電壓的輸出側(cè)，該諧振負載電力轉(zhuǎn)換裝置包括：開關(guān)組電路，分別與單相逆變器的一相或第一相的上臂和下臂以及單相逆變器的另一相或第二相的上臂和下臂連接，開關(guān)組電路中的每個包括N個串聯(lián)組合，N是串聯(lián)組合的數(shù)量(N是大于或等于2的整數(shù))，串聯(lián)組合中的每個是M個開關(guān)設(shè)備的串聯(lián)組合，M是開關(guān)設(shè)備的數(shù)量(M是大于或等于2的整數(shù))，N個串聯(lián)組合通過主電路導體彼此并聯(lián)連接；以及控制部分，被配置為通過以1/(M×N)的時分方式執(zhí)行開關(guān)控制來控制單相逆變器的開關(guān)組電路的每個開關(guān)設(shè)備。

如權(quán)利要求3中闡述的時分操作方法是用于諧振負載電力轉(zhuǎn)換裝置的時分操作方法，該諧振負載電力轉(zhuǎn)換裝置包括單相逆變器，該單相逆變器具有與dc電壓源連接的dc輸入側(cè)和與諧振負載連接并輸出具有諧振頻率的矩形波電壓的輸出側(cè)，該諧振負載電力轉(zhuǎn)換裝置包括：開關(guān)組電路，分別與單相逆變器的第一相的上臂和下臂以及單相逆變器的第二相的上臂和下臂連接，開關(guān)組電路中的每個包括N個串聯(lián)組合，N是串聯(lián)組合的數(shù)量(N是大于或等于2的整數(shù))，串聯(lián)組合中的每個是M個開關(guān)設(shè)備的串聯(lián)組合，M是開關(guān)設(shè)備的數(shù)量(M是大于或等于2的整數(shù))，N個串聯(lián)組合通過主電路導體彼此并聯(lián)連接，并且如要求保護的權(quán)利要求3的時分操作方法包括通過利用控制部分以1/(M×N)的時分方式執(zhí)行開關(guān)控制來控制單相逆變器的開關(guān)組電路的每個開關(guān)設(shè)備的控制步驟。

利用上面提到的構(gòu)造，能夠?qū)⒚總€開關(guān)設(shè)備的開關(guān)頻率減小到與串聯(lián)數(shù)M和并聯(lián)數(shù)N的乘積(M×N)成反比的頻率。

此外，能夠?qū)⒃赿c鏈路電壓輸入部分Vdc與上臂和下臂的相應(yīng)開關(guān)設(shè)備的dc輸入端子之間以及在矩形波電壓輸出部分Vout與上臂和下臂的相應(yīng)開關(guān)設(shè)備的輸出端子之間的主電路導體的數(shù)量減小到小于開關(guān)設(shè)備的數(shù)量(M×N)的數(shù)量。因而，能夠降低裝置的成本并減小用于安裝主電路導體的空間。

由于每個開關(guān)組電路中開關(guān)設(shè)備的串聯(lián)并聯(lián)連接，與早期技術(shù)的僅N并聯(lián)連接相比，開關(guān)設(shè)備的布置沒有擴大，并且能夠減小由于主電路導體長度的分散而引起的阻抗的分散。

此外，在如權(quán)利要求2中要求保護的諧振負載電力轉(zhuǎn)換裝置中，單相逆變器的第一相的上臂包括開關(guān)設(shè)備U11和U12的串聯(lián)組合、開關(guān)設(shè)備U21和U22的串聯(lián)組合以及開關(guān)設(shè)備U31和U32的串聯(lián)組合的并聯(lián)組合，這些串聯(lián)組合通過主電路導體彼此并聯(lián)連接，單相逆變器的第一相的下臂包括開關(guān)設(shè)備X11和X12的串聯(lián)組合、開關(guān)設(shè)備X21和X22的串聯(lián)組合以及開關(guān)設(shè)備X31和X32的串聯(lián)組合的并聯(lián)組合，第一相的下臂的串聯(lián)組合通過主電路導體彼此并聯(lián)連接，單相逆變器的第二相的上臂包括開關(guān)設(shè)備V11和V12的串聯(lián)組合、開關(guān)設(shè)備V21和V22的串聯(lián)組合以及開關(guān)設(shè)備V31和V32的串聯(lián)組合的并聯(lián)組合，第二相的上臂的串聯(lián)組合通過主電路導體彼此并聯(lián)連接，單相逆變器的第二相的下臂包括開關(guān)設(shè)備Y11和Y12的串聯(lián)組合、開關(guān)設(shè)備Y21和Y22的串聯(lián)組合以及開關(guān)設(shè)備Y31和Y32的串聯(lián)組合的并聯(lián)組合，第二相的下臂的串聯(lián)組合通過主電路導體彼此并聯(lián)連接，

控制部分包括門控命令生成部分，該門控命令生成部分被配置為：

利用單相逆變器的輸出電壓命令的導通和關(guān)斷變化作為觸發(fā)器生成時鐘，

生成用于開關(guān)設(shè)備U11和Y11的第一門控命令信號，第一門控命令信號是周期性的，具有等于2×2(串聯(lián)數(shù)M)×3(并聯(lián)數(shù)N)的時鐘數(shù)的循環(huán)周期，在等于{2(串聯(lián)數(shù)M)×3(并聯(lián)數(shù)N)}+1的時鐘數(shù)的ON時段期間被設(shè)置為ON，并且在等于{2(串聯(lián)數(shù)M)×3(并聯(lián)數(shù)N)}-1的OFF時段期間被設(shè)置為OFF，

生成用于開關(guān)設(shè)備X11和V11的第二門控命令信號，第二門控命令信號相對于用于開關(guān)設(shè)備U11和Y11的第一門控命令信號延遲一個時鐘，并且被設(shè)置為具有等于用于開關(guān)設(shè)備U11和Y11的第一門控命令信號的ON時段的ON時段、和等于用于開關(guān)設(shè)備U11和Y11的第一門控命令信號的OFF時段的OFF時段，

生成用于開關(guān)設(shè)備U21和Y21的第三門控命令信號，第三門控命令信號相對于用于開關(guān)設(shè)備X11和V11的第二門控命令信號延遲一個時鐘，并且被設(shè)置為具有等于用于開關(guān)設(shè)備X11和V11的第二門控命令信號的ON時段的ON時段、和等于用于開關(guān)設(shè)備X11和V11的第二門控命令信號的OFF時段的OFF時段，

生成用于開關(guān)設(shè)備X21和V21的第四門控命令信號，第四門控命令信號相對于用于開關(guān)設(shè)備U21和Y21的第三門控命令信號延遲一個時鐘，并且被設(shè)置為具有等于用于開關(guān)設(shè)備U21和Y21的第三門控命令信號的ON時段的ON時段、和等于用于開關(guān)設(shè)備U21和Y21的第三門控命令信號的OFF時段的OFF時段，

生成用于開關(guān)設(shè)備U31和Y31的第五門控命令信號，第五門控命令信號相對于用于開關(guān)設(shè)備X21和V21的第四門控命令信號延遲一個時鐘，并且被設(shè)置為具有等于用于開關(guān)設(shè)備X21和V21的第四門控命令信號的ON時段的ON時段、和等于用于開關(guān)設(shè)備X21和V21的第四門控命令信號的OFF時段的OFF時段，

生成用于開關(guān)設(shè)備X31和V31的第六門控命令信號，第六門控命令信號相對于用于開關(guān)設(shè)備U31和Y31的第五門控命令信號延遲一個時鐘，并且被設(shè)置為具有等于用于開關(guān)設(shè)備U31和Y31的第五門控命令信號的ON時段的ON時段、和等于用于開關(guān)設(shè)備U31和Y31的第五門控命令信號的OFF時段的OFF時段，

生成用于開關(guān)設(shè)備U12和Y12的第七門控命令信號，第七門控命令信號相對于用于開關(guān)設(shè)備X31和V31的第六門控命令信號延遲一個時鐘，并且被設(shè)置為具有等于用于開關(guān)設(shè)備X31和V31的第六門控命令信號的ON時段的ON時段、和等于用于開關(guān)設(shè)備X31和V31的第六門控命令信號的OFF時段的OFF時段，

生成用于開關(guān)設(shè)備X12和V12的第八門控命令信號，第八門控命令信號相對于用于開關(guān)設(shè)備U12和Y12的第七門控命令信號延遲一個時鐘，并且被設(shè)置為具有等于用于開關(guān)設(shè)備U12和Y12的第七門控命令信號的ON時段的ON時段、和等于用于開關(guān)設(shè)備U12和Y12的第七門控命令信號的OFF時段的OFF時段，

生成用于開關(guān)設(shè)備U22和Y22的第九門控命令信號，第九門控命令信號相對于用于開關(guān)設(shè)備X12和V12的第八門控命令信號延遲一個時鐘，并且被設(shè)置為具有等于用于開關(guān)設(shè)備X12和V12的第八門控命令信號的ON時段的ON時段、和等于用于開關(guān)設(shè)備X12和V12的第八門控命令信號的OFF時段的OFF時段，

生成用于開關(guān)設(shè)備X22和V22的第十門控命令信號，第十門控命令信號相對于用于開關(guān)設(shè)備U22和Y22的第九門控命令信號延遲一個時鐘，并且被設(shè)置為具有等于用于開關(guān)設(shè)備U22和Y22的第九門控命令信號的ON時段的ON時段、和等于用于開關(guān)設(shè)備U22和Y22的第九門控命令信號的OFF時段的OFF時段，

生成用于開關(guān)設(shè)備U32和Y32的第十一門控命令信號，第十一門控命令信號相對于用于開關(guān)設(shè)備X22和V22的第十門控命令信號延遲一個時鐘，并且被設(shè)置為具有等于用于開關(guān)設(shè)備X22和V22的第十門控命令信號的ON時段的ON時段、和等于用于開關(guān)設(shè)備X22和V22的第十門控命令信號的OFF時段的OFF時段，及

生成用于開關(guān)設(shè)備X32和V32的第十二門控命令信號，第十二門控命令信號相對于用于開關(guān)設(shè)備U32和Y32的第十一門控命令信號延遲一個時鐘，并且被設(shè)置為具有等于用于開關(guān)設(shè)備U32和Y32的第十一門控命令信號的ON時段的ON時段、和等于用于開關(guān)設(shè)備U32和Y32的第十一門控命令信號的OFF時段的OFF時段，

控制部分被配置為利用門控命令信號在ON和OFF之間分別控制開關(guān)設(shè)備。

在如權(quán)利要求4要求保護的時分操作方法中，單相逆變器的第一相的上臂包括開關(guān)設(shè)備U11和U12的串聯(lián)組合、開關(guān)設(shè)備U21和U22的串聯(lián)組合以及開關(guān)設(shè)備U31和U32的串聯(lián)組合的并聯(lián)組合，這些串聯(lián)組合通過主電路導體彼此并聯(lián)連接，

單相逆變器的第一相的下臂包括開關(guān)設(shè)備X11和X12的串聯(lián)組合、開關(guān)設(shè)備X21和X22的串聯(lián)組合以及開關(guān)設(shè)備X31和X32的串聯(lián)組合的并聯(lián)組合，第一相的下臂的串聯(lián)組合通過主電路導體彼此并聯(lián)連接，

單相逆變器的第二相的上臂包括開關(guān)設(shè)備V11和V12的串聯(lián)組合、開關(guān)設(shè)備V21和V22的串聯(lián)組合以及開關(guān)設(shè)備V31和V32的串聯(lián)組合的并聯(lián)組合，第二相的上臂的串聯(lián)組合通過主電路導體彼此并聯(lián)連接，

單相逆變器的第二相的下臂包括開關(guān)設(shè)備Y11和Y12的串聯(lián)組合、開關(guān)設(shè)備Y21和Y22的串聯(lián)組合以及開關(guān)設(shè)備Y31和Y32的串聯(lián)組合的并聯(lián)組合，第二相的下臂的串聯(lián)組合通過主電路導體彼此并聯(lián)連接，

控制步驟包括門控命令生成步驟，該門控命令生成步驟包括以下操作：

利用單相逆變器的輸出電壓命令的導通和關(guān)斷變化作為觸發(fā)器生成時鐘，

生成用于開關(guān)設(shè)備U11和Y11的第一門控命令信號，第一門控命令信號是周期性的，具有等于2×2(串聯(lián)數(shù)M)×3(并聯(lián)數(shù)N)的時鐘數(shù)的循環(huán)周期，在等于{2(串聯(lián)數(shù)M)×3(并聯(lián)數(shù)N)}+1的時鐘數(shù)的ON時段期間設(shè)置為ON，并且在等于{2(串聯(lián)數(shù)M)×3(并聯(lián)數(shù)N)}-1的時鐘數(shù)的OFF時段期間設(shè)置為OFF，

生成用于開關(guān)設(shè)備X11和V11的第二門控命令信號，第二門控命令信號相對于用于開關(guān)設(shè)備U11和Y11的第一門控命令信號延遲一個時鐘，并且被設(shè)置為具有等于用于開關(guān)設(shè)備U11和Y11的第一門控命令信號的ON時段的ON時段、和等于用于開關(guān)設(shè)備U11和Y11的第一門控命令信號的OFF時段的OFF時段，

生成用于開關(guān)設(shè)備U21和Y21的第三門控命令信號，第三門控命令信號相對于用于開關(guān)設(shè)備X11和V11的第二門控命令信號延遲一個時鐘，并且被設(shè)置為具有等于用于開關(guān)設(shè)備X11和V11的第二門控命令信號的ON時段的ON時段、和等于用于開關(guān)設(shè)備X11和V11的第二門控命令信號的OFF時段的OFF時段，

生成用于開關(guān)設(shè)備X21和V21的第四門控命令信號，第四門控命令信號相對于用于開關(guān)設(shè)備U21和Y21的第三門控命令信號延遲一個時鐘，并且被設(shè)置為具有等于用于開關(guān)設(shè)備U21和Y21的第三門控命令信號的ON時段的ON時段、和等于用于開關(guān)設(shè)備U21和Y21的第三門控命令信號的OFF時段的OFF時段，

生成用于開關(guān)設(shè)備U31和Y31的第五門控命令信號，第五門控命令信號相對于用于開關(guān)設(shè)備X21和V21的第四門控命令信號延遲一個時鐘，并且被設(shè)置為具有等于用于開關(guān)設(shè)備X21和V21的第四門控命令信號的ON時段的ON時段、和等于用于開關(guān)設(shè)備X21和V21的第四門控命令信號的OFF時段的OFF時段，

生成用于開關(guān)設(shè)備X31和V31的第六門控命令信號，第六門控命令信號相對于用于開關(guān)設(shè)備U31和Y31的第五門控命令信號延遲一個時鐘，并且被設(shè)置為具有等于用于開關(guān)設(shè)備U31和Y31的第五門控命令信號的ON時段的ON時段、和等于用于開關(guān)設(shè)備U31和Y31的第五門控命令信號的OFF時段的OFF時段，

生成用于開關(guān)設(shè)備U12和Y12的第七門控命令信號，第七門控命令信號相對于用于開關(guān)設(shè)備X31和V31的第六門控命令信號延遲一個時鐘，并且被設(shè)置為具有等于用于開關(guān)設(shè)備X31和V31的第六門控命令信號的ON時段的ON時段、和等于用于開關(guān)設(shè)備X31和V31的第六門控命令信號的OFF時段的OFF時段，

生成用于開關(guān)設(shè)備X12和V12的第八門控命令信號，第八門控命令信號相對于用于開關(guān)設(shè)備U12和Y12的第七門控命令信號延遲一個時鐘，并且被設(shè)置為具有等于用于開關(guān)設(shè)備U12和Y12的第七門控命令信號的ON時段的ON時段、和等于用于開關(guān)設(shè)備U12和Y12的第七門控命令信號的OFF時段的OFF時段，

生成用于開關(guān)設(shè)備U22和Y22的第九門控命令信號，第九門控命令信號相對于用于開關(guān)設(shè)備X12和V12的第八門控命令信號延遲一個時鐘，并且被設(shè)置為具有等于用于開關(guān)設(shè)備X12和V12的第八門控命令信號的ON時段的ON時段、和等于用于開關(guān)設(shè)備X12和V12的第八門控命令信號的OFF時段的OFF時段，

生成用于開關(guān)設(shè)備X22和V22的第十門控命令信號，第十門控命令信號相對于用于開關(guān)設(shè)備U22和Y22的第九門控命令信號延遲一個時鐘，并且被設(shè)置為具有等于用于開關(guān)設(shè)備U22和Y22的第九門控命令信號的ON時段的ON時段、和等于用于開關(guān)設(shè)備U22和Y22的第九門控命令信號的OFF時段的OFF時段，

生成用于開關(guān)設(shè)備U32和Y32的第十一門控命令信號，第十一門控命令信號相對于用于開關(guān)設(shè)備X22和V22的第十門控命令信號延遲一個時鐘，并且被設(shè)置為具有等于用于開關(guān)設(shè)備X22和V22的第十門控命令信號的ON時段的ON時段、和等于用于開關(guān)設(shè)備X22和V22的第十門控命令信號的OFF時段的OFF時段，

生成用于開關(guān)設(shè)備X32和V32的第十二門控命令信號，第十二門控命令信號相對于用于開關(guān)設(shè)備U32和Y32的第十一門控命令信號延遲一個時鐘，并且被設(shè)置為具有等于用于開關(guān)設(shè)備U32和Y32的第十一門控命令信號的ON時段的ON時段、和等于用于開關(guān)設(shè)備U32和Y32的第十一門控命令信號的OFF時段的OFF時段，

開關(guān)設(shè)備是被利用門控命令信號在ON和OFF之間分別控制的。

利用上面提到的構(gòu)造，能夠避免由于由設(shè)備的特性決定的最小脈沖寬度的限制對輸出頻率的限制，這是因為其間每個開關(guān)設(shè)備通過由門控命令生成部分產(chǎn)生的門控命令信號而被保持導通或關(guān)斷的導通或關(guān)斷時段對于多個時鐘或多個時鐘間隔是連續(xù)的。

(1)根據(jù)權(quán)利要求1～4中一項闡述的本發(fā)明，能夠?qū)⒚總€開關(guān)設(shè)備的開關(guān)頻率降低到與串聯(lián)數(shù)M和并聯(lián)數(shù)N的乘積(M×N)成反比的頻率。

此外，能夠?qū)⒃赿c鏈路電壓輸入部分Vdc與上臂和下臂的相應(yīng)開關(guān)設(shè)備的dc輸入端子之間以及在矩形波電壓輸出部分Vout與上臂和下臂的相應(yīng)開關(guān)設(shè)備的輸出端子之間的主電路導體的數(shù)量減小到小于M×N的數(shù)量。因而，能夠降低裝置的成本并減小用于安裝主電路導體的空間。

由于每個開關(guān)組電路中的開關(guān)設(shè)備的串聯(lián)并聯(lián)連接，因此，與先前技術(shù)的連接相比，開關(guān)設(shè)備的布置沒有擴大，并且能夠減小由于主電路導體的長度的分散造成的阻抗的分散。

(2)根據(jù)權(quán)利要求2或4闡述的本發(fā)明，能夠避免由設(shè)備的特性決定的最小脈沖寬度的限制對輸出頻率的限制，這是因為其間每個開關(guān)設(shè)備通過由門控命令生成部分產(chǎn)生的門控命令信號而被保持導通或關(guān)斷的導通或關(guān)斷時段對于多個時鐘或多個時鐘間隔是連續(xù)的。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的實際例子的單相逆變器的框圖。

圖2是作為例子示出根據(jù)本實施例的實際例子的門控命令信號生成模式的信號波形圖。

圖3是用于示出圖2中的門控命令生成模式(1)～(6)中的導通控制的開關(guān)設(shè)備和輸出電流路徑的視圖。

圖4是用于示出圖2中的門控命令生成模式(7)～(12)中的導通控制的開關(guān)設(shè)備和輸出電流路徑的視圖。

圖5是示出對其應(yīng)用本發(fā)明的諧振負載電力轉(zhuǎn)換裝置的框圖。

圖6是示出從專利文獻1的諧振負載逆變器系統(tǒng)可想到的變形例的逆變器部分的電路圖。

圖7是示出用于控制圖6的逆變器部分的開關(guān)設(shè)備的門控命令信號生成模式的一個例子的信號波形圖。

圖8是用于示出圖7中的門控命令生成模式(1)～(6)中的導通控制的開關(guān)設(shè)備和輸出電流路徑的視圖。

具體實施方式

雖然在下面參照附圖解釋本發(fā)明的一個或多個實施例，但是本發(fā)明不限于以下實施例。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的單相逆變器部分的構(gòu)造。這個單相逆變器可被用作例如圖5的ac/dc轉(zhuǎn)換裝置10(用于諧振負載的電力轉(zhuǎn)換器)。

圖1的單相逆變器的dc輸入部分與dc鏈路電壓輸入部分Vdc連接。開關(guān)組電路100U、100V、100X和100Y分別在單相逆變器的臂中連接。每個開關(guān)組電路包括布置在M串聯(lián)N并聯(lián)陣列(在圖1的例子中是2串聯(lián)3并聯(lián))中的開關(guān)設(shè)備(例如，IGBT)。矩形或方形波輸出電壓Vout從開關(guān)組電路100U和100X的共同連接點與開關(guān)組電路100V和100Y的共同連接點之間輸出。

單相逆變器的一相或第一相的上臂的開關(guān)組電路100U包括開關(guān)設(shè)備U11和U12的串聯(lián)組合、開關(guān)設(shè)備U21和U22的串聯(lián)組合以及開關(guān)設(shè)備U31和U32的串聯(lián)組合的并聯(lián)布置。第一相的上臂的這些串聯(lián)組合通過第一相的上臂的主電路導體彼此并聯(lián)連接。

單相逆變器的第一相的下臂的開關(guān)組電路100X包括開關(guān)設(shè)備X11和X12的串聯(lián)組合、開關(guān)設(shè)備X21和X22的串聯(lián)組合以及開關(guān)設(shè)備X31和X32的串聯(lián)組合的并聯(lián)布置。第一相的下臂的這些串聯(lián)組合通過第一相的下臂的主電路導體彼此并聯(lián)連接。

單相逆變器的另一相或第二相的上臂的開關(guān)組電路100V包括開關(guān)設(shè)備V11和V12的串聯(lián)組合、開關(guān)設(shè)備V21和V22的串聯(lián)組合以及開關(guān)設(shè)備V31和V32的串聯(lián)組合的并聯(lián)布置。第二相的上臂的這些串聯(lián)組合通過第二相的上臂的主電路導體彼此并聯(lián)連接。

單相逆變器的該另一相或第二相的下臂的開關(guān)組電路100Y包括開關(guān)設(shè)備Y11和Y12的串聯(lián)組合、開關(guān)設(shè)備Y21和Y22的串聯(lián)組合以及開關(guān)設(shè)備Y31和Y32的串聯(lián)組合的并聯(lián)布置。第二相的下臂的這些串聯(lián)組合通過第二相的下臂的主電路導體彼此并聯(lián)連接。

每個串聯(lián)組合是具有2合1結(jié)構(gòu)的模塊的形式，并且每個串聯(lián)組合的兩個開關(guān)設(shè)備在模塊內(nèi)部彼此連接。

在圖1所示的單相逆變器中，每個開關(guān)組電路的開關(guān)設(shè)備以串聯(lián)并聯(lián)電路的形式連接，如前面所提到的。因此，能夠?qū)⒎謩e在dc鏈路電壓輸入部分Vdc與上臂和下臂中每個臂的開關(guān)設(shè)備的dc輸入端子之間以及在矩形波電壓輸出部分Vout與上臂和下臂中每個的開關(guān)設(shè)備的輸出端子之間連接的主電路導體的數(shù)量減小到小于開關(guān)設(shè)備數(shù)量(M×N)的數(shù)量。而且，由于開關(guān)設(shè)備的串聯(lián)并聯(lián)連接，用于安裝主電路導體的空間不與開關(guān)設(shè)備的數(shù)量(M×N)成比例地增大并且能夠減小由于主電路導體的路徑長度的不均勻引起的阻抗的分散或不均勻。

圖1的用于控制單相逆變器的控制部分包括門控命令生成部分，該門控命令生成部分用于產(chǎn)生時鐘或時鐘脈沖和如圖2的門控命令信號生成模式中所示的門控命令信號，并且該控制部分利用產(chǎn)生的門控命令信號以O(shè)N/OFF控制的方式控制開關(guān)設(shè)備。

圖2示出了圖1的實際例子中的門控命令信號生成模式，其中串聯(lián)數(shù)或串聯(lián)連接的部件的數(shù)量M＝2并且并聯(lián)數(shù)或并聯(lián)連接的部件的數(shù)量N＝3。

時鐘是通過利用單相逆變器的輸出電壓命令(Vout_ref)的導通和關(guān)斷作為觸發(fā)器來生成的。

用于開關(guān)設(shè)備U11和Y11中每個的第一門控命令信號U11_gate/Y11_gate是具有等于12個時鐘(2×(串聯(lián)數(shù)M)×(并聯(lián)數(shù)N))的循環(huán)周期的周期性信號。第一門控命令信號U11_gate/Y11_gate對7個時鐘((串聯(lián)數(shù)M)×(并聯(lián)數(shù)N)+1)為ON，并且對5個時鐘((串聯(lián)數(shù)M)×(并聯(lián)數(shù)N)-1)為OFF。

用于開關(guān)設(shè)備X11和V11中每個的第二門控命令信號X11_gate/V11_gate相對于第一門控命令信號U11_gate/Y11_gate延遲一個時鐘。第二門控命令信號X11_gate/V11_gate具有長度等于第一門控命令信號的導通時段的導通時段和長度等于第一門控命令信號的關(guān)斷時段的關(guān)斷時段。

用于開關(guān)設(shè)備U21和Y21中每個的第三門控命令信號U21_gate/Y21_gate相對于第二門控命令信號X11_gate/V11_gate延遲一個時鐘。第三門控命令信號U21_gate/Y21_gate具有等于第二門控命令信號的導通時段的導通時段和等于第二門控命令信號的關(guān)斷時段的關(guān)斷時段。

用于開關(guān)設(shè)備X21和V21中每個的第四門控命令信號X21_gate/V21_gate相對于第三門控命令信號U21_gate/Y21_gate延遲一個時鐘。第四門控命令信號X21_gate/V21_gate具有等于第三門控命令信號的導通時段的導通時段和等于第三門控命令信號的關(guān)斷時段的關(guān)斷時段。

用于開關(guān)設(shè)備U31和Y31中每個的第五門控命令信號U31_gate/Y31_gate相對于第四門控命令信號X21_gate/V21_gate延遲一個時鐘。第五門控命令信號U31_gate/Y31_gate具有等于第四門控命令信號的導通時段的導通時段和等于第四門控命令信號的關(guān)斷時段的關(guān)斷時段。

用于開關(guān)設(shè)備X31和V31中每個的第六門控命令信號X31_gate/V31_gate相對于第五門控命令信號U31_gate/Y31_gate延遲一個時鐘。第六門控命令信號X31_gate/V31_gate具有等于第五門控命令信號的導通時段的導通時段和等于第五門控命令信號的關(guān)斷時段的關(guān)斷時段。

用于開關(guān)設(shè)備U12和Y12中每個的第七門控命令信號U12_gate/Y12_gate相對于第六門控命令信號X31_gate/V31_gate延遲一個時鐘。第七門控命令信號U12_gate/Y12_gate具有等于第六門控命令信號的導通時段的導通時段和等于第六門控命令信號的關(guān)斷時段的關(guān)斷時段。

用于開關(guān)設(shè)備X12和V12中每個的第八門控命令信號X12_gate/V12_gate相對于第七門控命令信號U12_gate/Y12_gate延遲一個時鐘。第八門控命令信號X12_gate/V12_gate具有等于第七門控命令信號的導通時段的導通時段和等于第七門控命令信號的關(guān)斷時段的關(guān)斷時段。

用于開關(guān)設(shè)備U22和Y22中每個的第九門控命令信號U22_gate/Y22_gate相對于第八門控命令信號X12_gate/V12_gate延遲一個時鐘。第九門控命令信號U22_gate/Y22_gate具有等于第八門控命令信號的導通時段的導通時段和等于第八門控命令信號的關(guān)斷時段的關(guān)斷時段。

用于開關(guān)設(shè)備X22和V22中每個的第十門控命令信號X22_gate/V22_gate相對于第九門控命令信號U22_gate/Y22_gate延遲一個時鐘。第十門控命令信號X22_gate/V22_gate具有等于第九門控命令信號的導通時段的導通時段和等于第九門控命令信號的關(guān)斷時段的關(guān)斷時段。

用于開關(guān)設(shè)備U32和Y32中每個的第十一門控命令信號U32_gate/Y32_gate相對于第十門控命令信號X22_gate/V22_gate延遲一個時鐘。第十一門控命令信號U32_gate/Y32_gate具有等于第十門控命令信號的導通時段的導通時段和等于第十門控命令信號的關(guān)斷時段的關(guān)斷時段。

用于開關(guān)設(shè)備X32和V32中每個的第十二門控命令信號X32_gate/V32_gate相對于第十一門控命令信號U32_gate/Y32_gate延遲一個時鐘。第十二門控命令信號X32_gate/V32_gate具有等于第十一門控命令信號的導通時段的導通時段和等于第十一門控命令信號的關(guān)斷時段的關(guān)斷時段。

圖1中所示的每個開關(guān)設(shè)備通過借由圖2中所示這樣產(chǎn)生的門控命令信號U11_gate/Y11_gate...X32_gate/V32_gate的模式(1)～(12)的重復而在ON和OFF之間被控制。

圖3和圖4示出了當圖1中所示的開關(guān)組電路的開關(guān)設(shè)備通過圖2的門控命令信號生成模式被控制為ON和OFF時的輸出電流的流。

圖3的(a)～(f)分別對應(yīng)于圖2的模式(1)～(6)，并且圖4(a)～(f)分別對應(yīng)于圖2的模式(7)～(12)。在這些圖中，由門控命令的ON信號被控制為“ON”的開關(guān)設(shè)備由“ON”指示，并且箭頭指示流經(jīng)這樣導通的開關(guān)設(shè)備和負載的輸出電流Iout的路徑。

圖3和圖4的例子中所示的負載是諸如感應(yīng)加熱設(shè)備的諧振負載。

在圖3的(a)的模式(1)中，開關(guān)設(shè)備U11、Y11、U12、Y12、X12、V12、U22、Y22、X22、V22、U32、Y32、X32和V32導通，并且開關(guān)設(shè)備X11、V11、U21、Y21、X21、V21、U31、Y31、X31和V31關(guān)斷。因此，電流流經(jīng)U11→U12→負載→Y11→Y12的路徑。

在圖3的(b)的模式(2)中，開關(guān)設(shè)備U11、Y11、X11、V11、X12、V12、U22、Y22、X22、V22、U32、Y32、X32和V32導通，并且開關(guān)設(shè)備U12、Y12、U21、Y21、X21、V21、U31、Y31、X31和V31關(guān)斷。因此，電流流經(jīng)V11→V12→負載→X11→X12的路徑。

在圖3的(c)的模式(3)中，開關(guān)設(shè)備U11、Y11、X11、V11、U21、Y21、U22、Y22、X22、V22、U32、Y32、X32和V32導通，并且開關(guān)設(shè)備U12、Y12、X12、V12、X21、V21、U31、Y31、X31和V31關(guān)斷。因此，電流流經(jīng)U21→U22→負載→Y21→Y22的路徑。

在圖3的(d)的模式(4)中，開關(guān)設(shè)備U11、Y11、X11、V11、U21、Y21、X21、V21、X22、V22、U32、Y32、X32和V32導通，并且開關(guān)設(shè)備U12、Y12、X12、V12、U22、Y22、U31、Y31、X31和V31關(guān)斷。因此，電流流經(jīng)V21→V22→負載→X21→X22的路徑。

在圖3的(e)的模式(5)中，開關(guān)設(shè)備U11、Y11、X11、V11、U21、Y21、X21、V21、U31、Y31、U32、Y32、X32和V32導通，并且開關(guān)設(shè)備U12、Y12、X12、V12、U22、Y22、X22、V22、X31和V31關(guān)斷。因此，電流流經(jīng)U31→U32→負載→Y31→Y32的路徑。

在圖3的(f)的模式(6)中，開關(guān)設(shè)備U11、Y11、X11、V11、U21、Y21、X21、V21、U31、Y31、X31、V31、X32和V32導通，并且開關(guān)設(shè)備U12、Y12、X12、V12、U22、Y22、X22、V22、U32和Y32關(guān)斷。因此，電流流經(jīng)V31→V32→負載→X31→X32的路徑。

在圖4的(a)的模式(7)中，開關(guān)設(shè)備U11、Y11、U12、Y12、X11、V11、U21、Y21、X21、V21、U31、Y31、X31和V31導通，并且開關(guān)設(shè)備X12、V12、U22、Y22、X22、V22、U32、Y32、X32和V32關(guān)斷。因此，電流流經(jīng)U11→U12→負載→Y11→Y12的路徑。

在圖4的(b)的模式(8)中，開關(guān)設(shè)備U12、Y12、X11、V11、X12、V12、U21、Y21、X21、V21、U31、Y31、X31和V31導通，并且開關(guān)設(shè)備U11、Y11、U22、Y22、X22、V22、U32、Y32、X32和V32關(guān)斷。因此，電流流經(jīng)V11→V12→負載→X11→X12的路徑。

在圖4的(c)的模式(9)中，開關(guān)設(shè)備U12、Y12、X12、V12、U21、Y21、U22、Y22、X21、V21、U31、Y31、X31和V31導通，并且開關(guān)設(shè)備U11、Y11、X11、V11、X22、V22、U32、Y32、X32和V32關(guān)斷。因此，電流流經(jīng)U21→U22→負載→Y21→Y22的路徑。

在圖4的(d)的模式(10)中，開關(guān)設(shè)備U12、Y12、X12、V12、U22、Y22、X21、V21、X22、V22、U31、Y31、X31和V31導通，并且開關(guān)設(shè)備U11、Y11、X11、V11、U21、Y21、U32、Y32、X32和V32關(guān)斷。因此，電流流經(jīng)V21→V22→負載→X21→X22的路徑。

在圖4的(e)的模式(11)中，開關(guān)設(shè)備U12、Y12、X12、V12、U22、Y22、X22、V22、U31、Y31、U32、Y32、X31和V31導通，并且開關(guān)設(shè)備U11、Y11、X11、V11、U21、Y21、X21、V21、X32和V32關(guān)斷。因此，電流流經(jīng)U31→U32→負載→Y31→Y32的路徑。

在圖4的(f)的模式(12)中，開關(guān)設(shè)備U12、Y12、X12、V12、U22、Y22、X22、V22、U32、Y32、X31、V31、X32和V32導通，并且開關(guān)設(shè)備U11、Y11、X11、V11、U21、Y21、X21、V21、U31和Y31關(guān)斷。因此，電流流經(jīng)V31→V32→負載→X31→X32的路徑。

通過使用圖3和圖4中所示的模式(1)～(12)，轉(zhuǎn)換系統(tǒng)順序地切換開關(guān)設(shè)備(ON、OFF控制)。通過這樣做(即，執(zhí)行時分操作)，能夠?qū)⒁粋€開關(guān)設(shè)備的驅(qū)動頻率減小到與串聯(lián)數(shù)M和并聯(lián)數(shù)N的乘積(M×N)成反比的頻率(1/6)。此外，每個開關(guān)設(shè)備的導通時段和關(guān)斷時段對于多個時鐘或多個時鐘間隔是連續(xù)的。因此，能夠避免由設(shè)備的特性決定的最小脈沖寬度的限制對輸出頻率的限制(ac/dc轉(zhuǎn)換裝置的輸出頻率不受開關(guān)設(shè)備的特性的限制)。

此外，每個開關(guān)組電路的開關(guān)設(shè)備以串聯(lián)并聯(lián)連接的形式連接。因此，能夠?qū)⒃赿c鏈路電壓輸入部分Vdc與上臂和下臂的相應(yīng)開關(guān)設(shè)備的dc輸入端子之間以及在矩形波電壓輸出部分Vout與上臂和下臂的相應(yīng)開關(guān)設(shè)備的輸出端子之間的主電路導體的數(shù)量減小到小于開關(guān)設(shè)備的數(shù)量(M×N)的數(shù)量。由于開關(guān)設(shè)備的串聯(lián)并聯(lián)連接，放置主電路導體所需的空間不與開關(guān)設(shè)備的數(shù)量(M×N)成比例地增大，并且能夠減小由于主電路導體的長度的分散造成的阻抗的分散。

串聯(lián)數(shù)M或單相逆變器的每個臂的開關(guān)組電路中串聯(lián)連接的開關(guān)設(shè)備的數(shù)量不限于2，并且串聯(lián)數(shù)M可以大于或等于3。并聯(lián)數(shù)N或并聯(lián)連接的電路部件的數(shù)量不限于3，并且并聯(lián)數(shù)N可以等于2或者大于或等于4。在這種情況下，能夠進一步減小開關(guān)頻率。