功率轉(zhuǎn)換裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及即使交流電源的電壓下降，也能向負(fù)載提供穩(wěn)壓的電壓的功率轉(zhuǎn)換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作為即使交流電源的電壓下降也仍向負(fù)載提供穩(wěn)壓的電壓的功率轉(zhuǎn)換裝置，已知有連續(xù)逆變器供電類型的功率轉(zhuǎn)換裝置。圖7是用于說(shuō)明專利文獻(xiàn)I和專利文獻(xiàn)2所公開(kāi)的連續(xù)逆變器供電類型的功率轉(zhuǎn)換裝置的圖。圖中，I為單相的交流電源，2為電容器，3為轉(zhuǎn)換器，4為逆變器，5為濾波器，6為負(fù)載。
該功率轉(zhuǎn)換裝置將交流電源I的電壓暫時(shí)轉(zhuǎn)換成直流電壓，然后將該直流電壓再次轉(zhuǎn)換成交流電壓后提供給負(fù)載6。
[0003]這里，將交流電源I的電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓的動(dòng)作由轉(zhuǎn)換器3來(lái)進(jìn)行。轉(zhuǎn)換器3通過(guò)使開(kāi)關(guān)元件Qp、Qn導(dǎo)通截止，來(lái)將交流電源I的電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。轉(zhuǎn)換器3生成的直流電壓由電容器Cp、Cn進(jìn)行濾波。經(jīng)過(guò)電容器Cp、Cn濾波后的直流電壓被輸出至逆變器4。
[0004]逆變器4通過(guò)選擇性地使開(kāi)關(guān)元件Ql、Q2和雙向開(kāi)關(guān)BSl導(dǎo)通截止，從而將電容器Cp、Cn的直流電壓轉(zhuǎn)換成脈沖寬度經(jīng)過(guò)控制的脈沖序列的交流電壓Vuο濾波器5去除由該脈沖序列形成的交流電壓Vu中所包含的諧波分量，輸出正弦波狀的交流電壓Vload。該正弦波狀的交流電壓Vload被施加到負(fù)載6。
[0005]上述功率轉(zhuǎn)換裝置具備直送模式、升壓模式、降壓模式、備用模式來(lái)作為其動(dòng)作模式。通過(guò)對(duì)交流電源I的電壓等進(jìn)行檢測(cè)來(lái)決定功率轉(zhuǎn)換裝置在哪一個(gè)模式下進(jìn)行動(dòng)作。
[0006]直送模式是在交流電源I的電壓處于規(guī)定的范圍內(nèi)時(shí)，將交流電源I的電壓作為交流電壓Vload來(lái)輸出的動(dòng)作模式。在該動(dòng)作模式下，開(kāi)關(guān)元件Q1、Q2截止，雙向開(kāi)關(guān)BSl導(dǎo)通。
[0007]升壓模式是在交流電源I的電壓低于規(guī)定值時(shí)，對(duì)交流電源I的電壓進(jìn)行升壓，從而輸出具有規(guī)定的振幅的交流電壓Vload的動(dòng)作模式。在該動(dòng)作模式下，基于脈寬調(diào)制后的控制信號(hào)來(lái)選擇性地使開(kāi)關(guān)元件Ql、Q2及雙向開(kāi)關(guān)BSl進(jìn)行導(dǎo)通截止。
[0008]降壓模式是在交流電源I的電壓高于規(guī)定值時(shí)，對(duì)交流電源I的電壓進(jìn)行降壓，從而輸出具有規(guī)定的振幅的交流電壓Vload的動(dòng)作模式。在該動(dòng)作模式下，開(kāi)關(guān)元件Ql、Q2截止，基于脈寬調(diào)制后的控制信號(hào)來(lái)使雙向開(kāi)關(guān)BSl進(jìn)行導(dǎo)通截止。
[0009]備用模式是在檢測(cè)到交流電源I停電時(shí)，使用電容器Cp、Cn的直流電壓來(lái)輸出具有規(guī)定的振幅的交流電壓Vload的動(dòng)作模式。在該動(dòng)作模式下，雙向開(kāi)關(guān)BSl截止，基于脈寬調(diào)制后的控制信號(hào)來(lái)選擇性地使開(kāi)關(guān)元件Ql、Q2進(jìn)行導(dǎo)通截止。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)1:日本專利特開(kāi)平10-075581號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:國(guó)際公開(kāi)TO2012/067167A1

【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0011]然而，在上述那樣的功率轉(zhuǎn)換裝置中，包含有紋波電流的電流會(huì)流過(guò)濾波器5的電抗器Lf。為了減小電抗器Lf，需要對(duì)因該紋波電流而產(chǎn)生的損耗進(jìn)行抑制。因此，在上述功率轉(zhuǎn)換裝置中，必須要將流過(guò)電抗器Lf的電流的紋波分量抑制在規(guī)定值內(nèi)。
[0012]另一方面，上述功率轉(zhuǎn)換裝置在升壓模式時(shí)及備用模式時(shí)這兩個(gè)動(dòng)作下，以相同的頻率使開(kāi)關(guān)元件Ql、Q2進(jìn)行導(dǎo)通截止。施加到電抗器Lf的電壓的變化幅度在僅使用直流電源的電壓來(lái)輸出交流電壓時(shí)變?yōu)樽畲?。因此，在備用模式時(shí)，流過(guò)電抗器Lf的紋波電流變?yōu)樽畲?。電抗器Lf的電感值被確定為使得備用模式時(shí)的紋波電流處于規(guī)定值以內(nèi)。
[0013]但是，按此方式確定得到的電抗器Lf的電感值與升壓動(dòng)作時(shí)所需的電感值相比，是較大的值。為了得到較大的電感值，就需要增加卷繞于電抗器Lf的鐵芯的線圈的匝數(shù)。若線圈的匝數(shù)增加，則線圈的導(dǎo)體電阻增加，從而電抗器Lf的銅損增加。其結(jié)果導(dǎo)致產(chǎn)生功率轉(zhuǎn)換裝置的效率下降這樣的問(wèn)題。并且，隨著電抗器Lf變大，也帶來(lái)了功率轉(zhuǎn)換裝置大型化的問(wèn)題。
[0014]本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題而完成的。即，本發(fā)明的目的在于提供一種功率轉(zhuǎn)換裝置，能夠抑制電抗器Lf的電感值的增加，并且即使在交流電源的瞬時(shí)電壓下降時(shí)也能將紋波電流抑制在規(guī)定值內(nèi)。
解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)手段
[0015]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明適用于基于輸出電壓指令來(lái)輸出交流電壓的功率轉(zhuǎn)換裝置。該功率轉(zhuǎn)換裝置具備直流電源、交流電源、逆變器、對(duì)該逆變器的輸出電壓進(jìn)行濾波的電抗器以及控制逆變器的控制部。交流電源的一端與直流電源的中間電位點(diǎn)相連接。
控制部在第I條件時(shí)，指令第I頻率的載波信號(hào)?？刂撇吭诘?條件時(shí)，指令高于第I頻率的第2頻率的載波信號(hào)。第I條件為交流電源的電壓相對(duì)輸出電壓指令較小，且兩者之差小于規(guī)定值。第2條件為交流電源的電壓相對(duì)輸出電壓指令較小，且兩者之差大于規(guī)定值?？刂撇炕谳敵鲭妷褐噶詈退噶畹妮d波信號(hào)，生成用于使逆變器動(dòng)作的控制信號(hào)。
逆變器基于控制部所生成的控制信號(hào)，輸出規(guī)定的交流電壓。使用直流電源的兩端電壓及中性點(diǎn)電壓和交流電源的電壓來(lái)生成該交流電壓。
[0016]在上述功率轉(zhuǎn)換裝置中，控制部在對(duì)第I條件和第2條件進(jìn)行判斷時(shí)，可至少使用輸出電壓指令和交流電源的電壓各自的有效值、或者其各自的瞬時(shí)值。
[0017]在上述功率轉(zhuǎn)換裝置中，載波信號(hào)的第I頻率和第2頻率被設(shè)定為下述關(guān)系，即:當(dāng)逆變器在各頻率下進(jìn)行動(dòng)作時(shí)，流過(guò)電抗器的紋波電流的最大振幅基本相同。
[0018]在上述功率轉(zhuǎn)換裝置中，載波信號(hào)的第2頻率根據(jù)輸出電壓指令與交流電源的電壓的差來(lái)進(jìn)行設(shè)定。
[0019]在上述功率轉(zhuǎn)換裝置中，逆變器進(jìn)行動(dòng)作直到交流電源的電壓下降至OV為止。
[0020]上述功率轉(zhuǎn)換裝置的逆變器的實(shí)施方式為至少包含有開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)電路和雙向開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)電路由第I開(kāi)關(guān)元件和第2開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)連接而構(gòu)成。開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)電路與直流電源的兩端相連接。第I二極管與第I開(kāi)關(guān)元件反向并聯(lián)連接。第2二極管與第2開(kāi)關(guān)元件反向并聯(lián)連接。
雙向開(kāi)關(guān)的一端與第I開(kāi)關(guān)元件和第2開(kāi)關(guān)元件的連接點(diǎn)相連接，雙向開(kāi)關(guān)的另一端與交流電源的另一端相連接。
[0021]在上述功率轉(zhuǎn)換裝置的逆變器中，第I開(kāi)關(guān)元件和第2開(kāi)關(guān)元件可由以碳化硅和氮化鎵中的任一種作為材料的寬帶隙半導(dǎo)體形成的MOSFET構(gòu)成。
在上述功率轉(zhuǎn)換裝置的逆變器中，第I 二極管和第2 二極管可由以碳化硅和氮化鎵中的任一種作為材料的寬帶隙半導(dǎo)體形成。
在上述功率轉(zhuǎn)換裝置的逆變器中，雙向開(kāi)關(guān)可通過(guò)將由以碳化硅和氮化鎵中的任一種作為材料的寬帶隙半導(dǎo)體形成的MOSFET反向并聯(lián)連接而構(gòu)成。
在上述功率轉(zhuǎn)換裝置的逆變器中，雙向開(kāi)關(guān)可構(gòu)成為包含有二極管，該二極管由以碳化硅和氮化鎵中的任一種作為材料的寬帶隙半導(dǎo)體形成。
發(fā)明效果
[0022]根據(jù)本發(fā)明，由于在升壓模式下，可切換逆變器的動(dòng)作頻率，因此，能夠抑制電抗器的電感值的增加，并且即使在交流電源的瞬時(shí)電壓下降時(shí)，也能夠?qū)⒓y波電流抑制在規(guī)定值內(nèi)。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是用于說(shuō)明應(yīng)用了本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置的一個(gè)實(shí)施方式的圖。
圖2是用于說(shuō)明應(yīng)用了本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置的控制部的圖。
圖3是用于說(shuō)明載波信號(hào)的切換的實(shí)施例的圖。
圖4是用于說(shuō)明升壓模式時(shí)的輸出電壓波形的圖。
圖5是用于說(shuō)明升壓模式時(shí)(Vr = 0V)的輸出電壓波形的圖。
圖6是用于說(shuō)明應(yīng)用了本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置的其他實(shí)施方式的圖。
圖7是用于說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是用于說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置的電路結(jié)構(gòu)的圖。圖中，I為單相的交流電源。電容器2連接在交流電源I的端子R與端子S之間。30為直流電源、40為逆變器、5為濾波器、6為負(fù)載、80為控制部。
[0025]直流電源30是正側(cè)直流電源Psp (第I直流電源)和負(fù)側(cè)直流電源Psn (第2直流電源)串聯(lián)連接而構(gòu)成的電源。直流電源30具備端子P、0、N。端子P連接至直流電源30的高電位側(cè)端子。端子N連接至直流電源30的低電位側(cè)端子。端子O與直流電源Psp和直流電源Psn的連接點(diǎn)(輸出直流電源30的中間電壓的端子)相連接。交流電源I的端子S與直流電源30的端子O相連接。
由直流電源Psp和直流電源Psn構(gòu)成的直流電源30例如可由圖7所示的轉(zhuǎn)換器3構(gòu)成。轉(zhuǎn)換器3使用交流電源I的電壓Vr來(lái)輸出三個(gè)電平的電位。但是，直流電源30并不限于轉(zhuǎn)換器3這樣的電路結(jié)構(gòu)，也可以是通過(guò)其他方式構(gòu)成的電路。