逆變器裝置制造方法
【專利摘要】利用逆變器電路(20)將對直流電壓Vin進行升壓以及平滑的有源濾波器電路(10)的輸出電壓(Vout1)變換成交流電壓。有源濾波器電路(10)具備連接在輸入輸出部之間的電容器(Cdc)以及整流元件(11S)。此外，具有：一端與輸入部連接、且另一端經(jīng)由整流元件(11S)而與輸出部連接的電感器(L1)；連接在該另一端與低電位側(cè)線之間的開關(guān)元件(12S)；和第1控制電路(30)。電感器(L1)在開關(guān)元件(12S)導(dǎo)通時蓄積能量，在開關(guān)元件(12S)切斷時釋放能量。整流元件(11S)在電感器(L1)的蓄積能量的釋放方向上導(dǎo)通。由此，提供一種不利用大電容的平滑電容器便能充分地抑制逆變器電路的輸入電壓的脈動的逆變器裝置。
【專利說明】逆變器裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及將被輸入的直流電壓變換成交流電壓進行輸出的逆變器裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在專利文獻I中公開了具備兩個逆變器電路的交流電源裝置。專利文獻I所記載的交流電源裝置分別交替地驅(qū)動兩個逆變器電路來形成正弦波的半波電壓，從一個逆變器電路輸出正電壓，從另一個逆變器電路輸出負電壓，來輸出交流電壓。換言之，專利文獻I所記載的交流電源裝置使用兩個逆變器電路來生成所輸出的交流電壓的正的半周期和負的半周期。
[0003]在先技術(shù)文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本特開昭61-251480號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明要解決的課題
[0007]但是，在還包含專利文獻I所記載的交流電源裝置在內(nèi)的一般的逆變器裝置中，在逆變器電路的前級(輸入側(cè))設(shè)有平滑電容器。經(jīng)由逆變器電路而流向交流負載的電流成為商用電源頻率的2倍的頻率的全波整流波形，伴隨于此，在向逆變器電路輸入的輸入電壓中將發(fā)生所述頻率的紋波。如果輸入電壓發(fā)生變動，則不僅僅導(dǎo)致難以控制逆變器電路，當(dāng)交流負載為電力系統(tǒng)(grid:電網(wǎng))的情況下，在電力系統(tǒng)中將無法傳輸正弦波電流，成為發(fā)生電壓波形失真的原因。所述平滑電容器是為了抑制輸入電壓的紋波而設(shè)置的。越想要抑制該輸入電壓的紋波則越需要大電容的電容器，例如用到電解電容器。然而，電解電容器由于壽命短，因此存在裝置的壽命也受到限制這樣的問題。為此，期望不使用大電容的電容器、例如電解電容器，而將老化緩慢的例如薄膜電容器等的小電容的電容器作為平滑用的電容器來使用。但是，即便將薄膜電容器等的小電容的電容器作為平滑電容器來使用，也無法獲得充分的紋波抑制效果。
[0008]因而，本發(fā)明的目的在于提供不使用大電容的平滑電容器便能充分地抑制逆變器電路的輸入電壓的紋波(ripple)這樣的逆變器裝置。
[0009]用于解決課題的手段
[0010]本發(fā)明所涉及的逆變器裝置，其特征在于，具備:有源濾波器電路，對輸入電源的直流電壓進行升壓以及平滑；和逆變器電路，將所述有源濾波器電路進行了升壓以及平滑的直流電壓變換成交流電壓，所述有源濾波器電路具有:緩沖電容器，連接在輸入部與輸出部之間；整流元件；電感器，第I端與所述輸入部連接，第2端經(jīng)由整流元件而與所述輸出部連接；開關(guān)元件，連接在所述電感器的所述第2端與低電位側(cè)線之間；和所述開關(guān)元件的開關(guān)控制電路，所述電感器在所述開關(guān)元件導(dǎo)通時蓄積能量，在所述開關(guān)元件切斷時釋放能量，所述整流元件在釋放所述電感器的蓄積能量的方向上導(dǎo)通。
[0011]根據(jù)該構(gòu)成，即便是從逆變器裝置輸出的交流電壓為零附近的期間，也可通過開關(guān)元件的開關(guān)而使電感器蓄積能量，并將其作為緩沖電容器的充電電壓來進行輸入電源的直流電壓的充電。而且，當(dāng)從逆變器裝置輸出的交流電壓為最大值附近的期間時，電容器的電荷被放電。通過該有源濾波器的作用，可減少向逆變器電路輸入的輸入電壓的紋波，因此能夠減小連接在有源濾波器電路的前級(輸入側(cè))的平滑電容器的電容。因此，無需大電容的平滑電容器，例如能夠使用老化慢的例如薄膜電容器等，而不是使用電解電容器。此夕卜，即便是交流負載中流動的電流為零附近的期間，也能從輸入電源輸入電流，在交流負載中流動的電流為最大值附近的期間內(nèi)，從緩沖電容器經(jīng)由逆變器電路而向交流負載輸出電流。因此，能從輸入電源有效地取出直流電力。
[0012]所述開關(guān)控制電路優(yōu)選通過所述開關(guān)元件的PWM控制來控制所述緩沖電容器的充電電壓，使得所述有源濾波器電路的輸出電壓的電壓紋波被抑制。
[0013]雖然在有源濾波器電路的輸入部所設(shè)置的平滑電容器的電壓隨著從有源濾波器電路經(jīng)由逆變器電路供給至交流負載的電流而變動，但是通過PWM控制來接通/斷開所述開關(guān)元件，從而可抑制有源濾波器電路的輸出電壓、即向逆變器電路輸入的輸入電壓變動。
[0014]如果所述整流元件為二極管，則無需開關(guān)控制，所以可簡化電路構(gòu)成。
[0015]如果所述整流兀件為MOSFET 或者 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor ；絕緣柵雙極晶體管)，則能夠減少導(dǎo)通損耗。
[0016]如果所述開關(guān)元件為MOSFET或者IGBT，則能夠減少導(dǎo)通損耗。尤其是，通過使用IGBT，從而可以實現(xiàn)高速動作，由于擊穿耐量大，因此能實現(xiàn)高可靠性。
[0017]如果所述整流元件以及所述開關(guān)元件是內(nèi)置于IPM(Intelligent Power Module ；智能功率模塊)中的多個電力開關(guān)元件的一部分，則安裝部件個數(shù)變少，且部件成本下降，所以可謀求小型、低成本化。
[0018]如果所述逆變器電路具備被橋式連接的4個開關(guān)元件，這些開關(guān)元件是內(nèi)置于所述IPM的電力開關(guān)元件，則進一步使得安裝部件個數(shù)變少，且部件成本下降，所以可謀求進一步的小型、低成本化。
[0019]也可以在所述有源濾波器電路與所述輸入電源之間具備絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器。通過該構(gòu)成，從而能使輸入電源和逆變器電路絕緣。
[0020]發(fā)明效果
[0021]根據(jù)本發(fā)明，通過有源濾波器的作用可減少向逆變器電路輸入的輸入電壓的紋波，因此能夠減小連接在有源濾波器電路的前級(輸入側(cè))的平滑電容器的電容。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是實施方式I所涉及的逆變器裝置的電路圖。
[0023]圖2是第I控制電路的構(gòu)成圖。
[0024]圖3是第2控制電路的構(gòu)成圖。
[0025]圖4是表示逆變器裝置的輸出電壓的波形的圖。
[0026]圖5是表示輸出電壓的相位角為0°處的各開關(guān)的選通信號波形的圖。
[0027]圖6是表不輸出電壓的相位角為45°處的各開關(guān)的選通信號波形的圖。
[0028]圖7是表示輸出電壓的相位角為90°處的各開關(guān)的選通信號波形的圖。
[0029]圖8是表示模擬條件以及結(jié)果的數(shù)值的圖。
[0030]圖9A是條件(I)的模擬結(jié)果的電流波形圖。
[0031]圖9B是條件(I)的模擬結(jié)果的電壓波形圖。
[0032]圖1OA是條件⑵的模擬結(jié)果的電流波形圖。
[0033]圖1OB是條件⑵的模擬結(jié)果的電壓波形圖。
[0034]圖1lA是條件(3)的模擬結(jié)果的電流波形圖。
[0035]圖1lB是條件(3)的模擬結(jié)果的電壓波形圖。
[0036]圖12是實施方式2所涉及的逆變器裝置的電路圖。
[0037]圖13是實施方式3所涉及的逆變器裝置的電路圖。

【具體實施方式】
[0038](實施方式I)
[0039]圖1是實施方式I所涉及的逆變器裝置的電路圖。本實施方式所涉及的逆變器裝置I例如被用在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中。逆變器裝置I的輸出端子Po(+)、Po(-)例如與系統(tǒng)負載連接。逆變器裝置I將從太陽能變換得到的直流電力變換為交流電力后輸出給交流負載。本實施方式所涉及的逆變器裝置I將頻率50HZ的200V的交流電壓輸出給交流負載。
[0040]逆變器裝置I具備有源濾波器電路10以及逆變器電路20。在有源濾波器電路10的前級(輸入側(cè))連接了直流電源Vdc以及平滑電容器Cl。直流電源Vdc例如為太陽能電池面板。以下，用Vin來表征從直流電源Vdc向有源濾波器電路10輸入的輸入電壓。電容器Cl對Vin進行平滑。
[0041]有源濾波器電路10具備連接在輸入部與輸出部之間的緩沖電容器Cdc (以下簡單稱作電容器cdc。)、和整流元件iis。在此，輸入部是指直流電源Vdc和有源濾波器電路?ο的高電位側(cè)的連接點，輸出部是有源濾波器電路10和逆變器電路20的高電位側(cè)的連接點。此外，具備:電感器LI，第I端與輸入部連接、第2端經(jīng)由整流元件IlS而與輸出部連接；開關(guān)元件12S，連接在電感器LI的第2端與地線之間；和第I控制電路30，是開關(guān)元件12S的開關(guān)控制電路。
[0042]本實施方式所涉及的整流元件IlS以及開關(guān)元件12S為IGBT，分別具有體二極管。在電容器Cdc的輸出側(cè)連接著整流元件IlS的集電極。電感器LI與電容器Cdc的輸入側(cè)以及整流元件IlS的發(fā)射極連接。開關(guān)元件12S的集電極與整流元件IlS的發(fā)射極連接，發(fā)射極與有源濾波器電路10的低電位側(cè)線連接。低電位側(cè)線是指與直流電源Vdc的低電位側(cè)連接的線。整流元件IlS以及開關(guān)元件12S通過第I控制電路30來進行PWM(PulseWidth Modulat1n ;脈沖寬度調(diào)制)控制。
[0043]整流元件IlS以及開關(guān)元件12S通過第I控制電路30而被交替地(互補地)接通/斷開。在開關(guān)元件12S為接通、整流元件IlS為斷開的情況下，在電感器LI以及開關(guān)元件12S的路徑中流經(jīng)電流In。通過該電流I11,在電感器LI中蓄積能量。如果開關(guān)元件12S變?yōu)閿嚅_、整流元件IlS變?yōu)榻油ǎ瑒t在電感器L1、整流元件IlS以及電容器Cdc的閉環(huán)中流經(jīng)電流112。通過該電流I12,電容器Cdc被充電。如果用Vcdc表征電容器Cdc的充電電壓、用Voutl表征有源濾波器電路10的輸出電壓，則輸出電壓Voutl為在輸入電壓Vin上相加了充電電壓Vcdc而得到的電壓。
[0044]逆變器電路20連接在有源濾波器電路10的后級(輸出側(cè))，根據(jù)來自有源濾波器電路10的輸出電壓Voutl來生成并輸出交流電壓的正的半周期和負的半周期。逆變器電路20中，開關(guān)元件21S以及開關(guān)元件22S的串聯(lián)電路、和開關(guān)元件23S以及開關(guān)元件24S的串聯(lián)電路被并聯(lián)連接。而且，這些串聯(lián)電路按照開關(guān)元件21S、23S成為高側(cè)、開關(guān)元件22S、24S成為低側(cè)的方式連接在高電位側(cè)線與低電位側(cè)線之間。開關(guān)元件21S、22S、23S、24S分別通過第2控制電路40來進行PWM控制。此外，開關(guān)元件21S、22S、23S、24S分別具有體二極管。
[0045]此外，開關(guān)元件21S、22S的連接點經(jīng)由電感器L2而與輸出端子匕(+)連接。開關(guān)元件23S、24S與輸出端子PQ(_)連接。在輸出端子PQ(+)、PQ(-)連接著交流負載，從逆變器裝置I輸出的交流電壓被施加給交流負載。
[0046]逆變器電路20將來自有源濾波器電路10的輸出電壓Voutl作為電源電壓，對開關(guān)元件21S以及開關(guān)元件24S進行接通斷開，此外對開關(guān)元件22S以及開關(guān)元件23S進行接通斷開，由此來輸出正負的交流電壓。具體而言，在開關(guān)元件21S以及開關(guān)元件24S為接通、開關(guān)元件22S以及開關(guān)元件23S為斷開時，在交流負載中流動電流12+。在開關(guān)元件22S以及開關(guān)元件23S為接通、開關(guān)元件21S以及開關(guān)元件24S為斷開時，在交流負載中流動電流 12_。
[0047]以下，關(guān)于第I控制電路30以及第2控制電路40進行說明。
[0048]圖2是第I控制電路30的構(gòu)成圖。以下，電感器LI中流動的電流設(shè)為Iu。第I控制電路30以頻率1kHz對整流元件IlS以及開關(guān)元件12S進行PWM控制，使得電容器Cdc的充電電壓Vcdc成為指令電壓(目標電壓)Vcdc*。
[0049]減法器31計算電容器Cdc的充電電壓Vcdc和指令電壓Vcdc*的誤差。PI控制器32通過基于減法器31計算出的誤差的PI控制(比例積分控制)，來計算電感器LI中應(yīng)流動的指令電流Iu*。減法器33計算目標電流Iu*和電感器LI中流動的電流Iu的誤差。PI控制器34通過基于減法器33計算出的誤差的PI控制，來計算電感器LI中應(yīng)施加的指令電壓Vu*。比較器35比較PI控制器34的結(jié)果、和頻率1kHz的三角波，輸出PWM波。在整流元件IlS中輸入比較器35所輸出的PWM波。在開關(guān)元件12S中輸入比較器35所輸出的PWM波通過反相器36反相后的PWM波。
[0050]圖3是第2控制電路40的構(gòu)成圖。第2控制電路40以5kHz的頻率對開關(guān)元件21S、22S、23S、24S進行PWM控制，使得逆變器電路20的輸出電流1ut2成為指令電流(目標電流)lout2*。
[0051]乘法器41將指令電流1ut2*、和應(yīng)設(shè)定的頻率(在本實施方式中為交流負載的頻率50Hz)相乘，并向減法器42輸出。減法器42計算乘法器41的輸出、和來自逆變器電路20的輸出電流1ut2的誤差，并向PI控制器43輸出。PI控制器43通過基于該誤差的PI控制來求出指令電流U*。指令電流是電感器L2中要流動的電流。
[0052]比較器44輸出用于生成交流電壓的正的半周期的PWM波。比較器44比較PI控制器43的輸出、和頻率5kHz的三角波來生成PWM波。在開關(guān)元件21S中被輸入比較器44所輸出的PWM波。在開關(guān)兀件24S中被輸入比較器44所輸出的PWM波通過反相器45反相后的PWM波。
[0053]比較器47輸出PWM波。乘法器46將PI控制器43的輸出和_1相乘，并向比較器47輸出。因此,在比較器47中被輸入乘法器46的輸出信號。而且，比較器47比較乘法器46的輸出信號、和頻率5kHz的三角波從而生成PWM波。在開關(guān)元件23S中被輸入比較器47所輸出的PWM波。在開關(guān)元件22S中被輸入比較器47所輸出的PWM波通過反相器48反相后的PWM波。
[0054]以下，關(guān)于第I控制電路30向整流元件IlS以及開關(guān)元件12S輸出的選通信號、以及第2控制電路40向開關(guān)元件21S、22S、23S、24S輸出的選通信號進行說明。
[0055]圖4是逆變器裝置I的輸出電壓Vout2的波形圖。在本實施方式中，第I控制電路30以及第2控制電路40進行因電壓Vout2的相位角φ的不同而不同的占空比的PWM控制。以下，對圖4所示的電壓Vout2的波形的相位角φ為0°、45°、90°的各附近處的PWM控制進行說明。
[0056]圖5是表示輸出電壓Vout2的相位角Φ為0°附近處的各開關(guān)元件的選通信號波形的圖。圖6是表示輸出電壓Vout2的相位角φ為45°附近處的各開關(guān)元件的選通信號波形的圖。圖7是表示輸出電壓Vout2的相位角φ為90°附近處的各開關(guān)元件的選通信號波形的圖。在圖5、圖6以及圖7中，縱軸為向柵極施加的電壓，橫軸為時間。
[0057]如上所述，第I控制電路30向整流元件IlS以及開關(guān)元件12S輸出的選通信號(PWM波)，占空比隨著指令電壓Vcdc*以及輸入電壓Vin而變化。在圖5、圖6以及圖7所示的波形中，指令電壓Vcdc*的振幅(Peak to Peak)被設(shè)定為95.5 [V]。在該模擬中，將輸入電壓Vin設(shè)為恒定，確認輸入電流Iin的紋波的程度。實際上，Vin隨著輸入電源的內(nèi)部電阻、平滑電容器Cl的電容以及輸入電流Iin而變動，但是通過抑制輸入電流Iin的紋波，從而能確認輸入電壓Vin的變動的抑制效果。在該模擬中，因為如上所述將輸入電壓Vin設(shè)為恒定，所以與指令電壓Vcdc*相應(yīng)的占空比的變化量少，成為大致相同的占空比。因而，圖5、圖6以及圖7所示的送往整流元件IlS以及開關(guān)元件12S的選通信號電壓波形大致相同。
[0058]此外，在相位角φ = O°附近的情況下，逆變器電路20的開關(guān)元件21S、23S的接通占空比、和開關(guān)元件22S、24S的接通占空比大致相同。伴隨著相位角Φ變大為45°、90°，逆變器電路20的開關(guān)元件21S、23S的接通占空比變得大于開關(guān)元件22S、24S的接通占空比。
[0059]其次，說明如上述那樣構(gòu)成的各開關(guān)元件被進行了 PWM控制的逆變器裝置I的電流波形以及電壓波形。以下，示出利用逆變器裝置I所進行的模擬的結(jié)果。作為模擬的條件，設(shè)定:有源濾波器電路10的輸出電壓Voutl成為平均400 [V]，逆變器電路20的輸出電壓Vout2成為頻率50[Hz]的交流電壓240 [V]。此外，將圖1的電容器Cl設(shè)為100 [μ F]，將電容器Cdc設(shè)為50 [μ F]，將電感器LI設(shè)為6[mH]，將電感器L2設(shè)為36 [mH]。而且，以頻率1kHz對整流元件IlS以及開關(guān)元件12S分別進行PWM控制，以頻率5kHz對開關(guān)元件21S、22S、23S、24S 分別進行 PWM 控制。
[0060]圖8是表示模擬條件以及結(jié)果的數(shù)值的圖。在圖8中，示出條件(I)、條件(2)、條件⑶的各個條件的情況下的模擬條件以及結(jié)果的數(shù)值。圖9A是條件⑴的模擬結(jié)果的電流波形圖，圖9B是條件⑴的模擬結(jié)果的電壓波形圖。圖1OA是條件⑵的模擬結(jié)果的電流波形圖，圖1OB是條件(2)的模擬結(jié)果的電壓波形圖。圖1lA是條件(3)的模擬結(jié)果的電流波形圖，圖1lB是條件(3)的模擬結(jié)果的電壓波形圖。
[0061]在圖8中，作為模擬條件，提供了輸入電壓Vin、電容器Cdc的充電電壓Vcdc的平均值Vcdcave、電容器Cdc的充電電壓Vcdc的振幅(Peak To Peak) Δ Vcdc、有源濾波器電路10的輸出電力Pout[W]。作為模擬結(jié)果，Icdc [A]為流經(jīng)電容器Cdc的電流，Ili為流經(jīng)電感器LI的電流。圖9、圖10以及圖11的各圖表的橫軸為時間[S]。
[0062]在條件⑴下，150[V]的輸入電壓Vin被輸入至有源濾波器電路10。在此情況下，向有源濾波器電路10輸入的輸入電流Iin成為設(shè)為平均2.0 [A]的包含紋波的電流。此夕卜，整流元件IlS以及開關(guān)元件12S被接通斷開控制，從而電流Icdc、電流Iu以及輸出電流1utl分別成為包含紋波的電流。電流Icdc為最大1.26 [A](參照圖8)的電流，通過開關(guān)元件12S的開關(guān)而流動包含紋波的電流。電流Iu最大約4.1 [A](參照圖8)，始終在相同方向流動。電流1utl與電流Icdc相同,最大約1.26[A]。此外,通過被接通斷開控制的開關(guān)元件21S、22S、23S、24S，根據(jù)有源濾波器電路10的輸出來生成由正的半周期以及負的半周期構(gòu)成的交流電流，從逆變器電路20輸出電流1ut2。
[0063]此外，在條件⑴下，向電感器LI施加從_150[V]至約200[V]為止的電壓。向電容器Cdc施加約250 [V]的電壓Vcdc。具體而言，電壓Vcdc成為以250 [V]設(shè)為中心而設(shè)振幅76.4[V](參照圖8)的交流波形。有源濾波器電路10的輸出電壓Voutl成為電壓Vin和電壓Vcdc相加所得的電壓。S卩，電壓Voutl成為約400 [V]。此外，通過被接通斷開控制的開關(guān)元件21S、22S、23S、24S，根據(jù)有源濾波器電路10的輸出來生成由正的半周期以及負的半周期構(gòu)成的交流電壓，從逆變器電路20輸出電壓Vout2。
[0064]在條件(2)下，200 [V]的輸入電壓Vin被輸入至有源濾波器電路10。在此情況下，向有源濾波器電路10輸入的輸入電流Iin成為設(shè)為平均1.5[A]的包含紋波的電流。此夕卜，整流元件IlS以及開關(guān)元件12S被接通斷開控制，從而電流Icdc、電流Iu以及輸出電流1utl分別成為包含紋波的電流。電流Icdc為最大1.5[A](參照圖8)的電流，通過開關(guān)元件12S的開關(guān)而流動包含紋波的電流。電流Iu最大約4.0[A](參照圖8)，始終在相同方向流動。電流1utl與電流Icdc相同,最大約1.5[A]。此外,被接通斷開控制的開關(guān)元件21S、22S、23S、24S，根據(jù)有源濾波器電路10的輸出來生成由正的半周期以及負的半周期構(gòu)成的交流電流，從逆變器電路20輸出電流1ut2。
[0065]此外，在條件⑵下，向電感器LI施加從-200 [V]至約200 [V]為止的電壓。向電容器Cdc施加約200 [V]的電壓Vcdc。具體而言，電壓Vcdc成為以200 [V]設(shè)為中心而設(shè)振幅95.5[V](參照圖8)的交流波形。有源濾波器電路10的輸出電壓Voutl成為電壓Vin和電壓Vcdc相加所得的電壓。S卩，電壓Voutl成為約400 [V]。此外，通過被接通斷開控制的開關(guān)元件21S、22S、23S、24S，根據(jù)有源濾波器電路10的輸出來生成由正的半周期以及負的半周期構(gòu)成的交流電壓，從逆變器電路20輸出電壓Vout2。
[0066]在條件(3)下，250 [V]的輸入電壓Vin被輸入至有源濾波器電路10。在此情況下，向有源濾波器電路10輸入的輸入電流Iin成為設(shè)為平均1.25 [A]的包含紋波的電流。整流元件IlS以及開關(guān)元件12S被接通斷開控制，從而電流Icdc、電流Iu以及輸出電流1utl分別成為包含紋波的電流。電流Icdc為最大1.6[A](參照圖8)的電流，通過開關(guān)元件12S的開關(guān)而流動包含紋波的電流。電流Iu最大約3.7[A](參照圖8)，始終在相同方向流動。電流1utl與電流Icdc相同,最大約1.6[A]。此外,被接通斷開控制的開關(guān)元件21S、22S、23S、24S，根據(jù)有源濾波器電路10的輸出來生成由正的半周期以及負的半周期構(gòu)成的交流電流，從逆變器電路20輸出電流1ut2。
[0067]此外，在條件⑶下，向電感器LI施加從-250 [V]至約200 [V]為止的電壓。向電容器Cdc施加約150[V]的電壓Vcdc。具體而言，電壓Vcdc成為以150[V]設(shè)為中心而設(shè)振幅127.32[V](參照圖8)的交流波形。有源濾波器電路10的輸出電壓Voutl成為電壓Vin和電壓Vcdc相加所得的電壓。S卩，電壓Voutl成為約400 [V]。此外，通過被接通斷開控制的開關(guān)元件21S、22S、23S、24S，根據(jù)有源濾波器電路10的輸出來生成由正的半周期以及負的半周期構(gòu)成的交流電壓，從逆變器電路20輸出電壓Vout2。
[0068]如根據(jù)以上的模擬結(jié)果的各波形判斷出的那樣，通過適當(dāng)?shù)乜刂朴性礊V波器電路10的電容器Cdc的電壓，從而減少了輸入電流Iin的紋波。這是基于有源濾波器電路10的電感器LI以及電容器Cdc中的能量的移動(緩沖作用)。因此，由于減少了被輸入至有源濾波器電路10的直流電流的紋波，因此無需增大平滑電容器Cl的電容。此外，因為即便是1utl為O附近的相位角也會流動Iin，所以可從直流電源Vdc有效地取出電力。即，在直流電源Vdc為太陽能電池面板的情況下，能夠從太陽能有效地利用直流電力。
[0069]另外，在本實施方式中，能夠使用6個IGBT構(gòu)成為一個模塊的IPM(IntelligentPower Module ;智能功率模塊)。即，能夠?qū)?個IGBT之中4個作為逆變器電路的開關(guān)元件21S、22S、23S、24S來使用，將剩余2個作為有源濾波器電路的整流元件IlS和開關(guān)元件12S來使用。
[0070](實施方式2)
[0071]以下，關(guān)于本發(fā)明的實施方式2進行說明。實施方式2在由二極管構(gòu)成了實施方式I所涉及的整流元件IlS的方面、以及由MOSFET構(gòu)成了各開關(guān)元件的方面不同。
[0072]圖12是實施方式2所涉及的逆變器裝置的電路圖。實施方式2所涉及的逆變器裝置IA具備有源濾波器電路11以及逆變器電路21。有源濾波器電路11具備電容器Cdc、電感器L1、二極管(本發(fā)明的整流元件)D1以及開關(guān)元件3S。電容器Cdc與有源濾波器電路10的高電位側(cè)線串聯(lián)連接。在電容器Cdc的輸出側(cè)連接著二極管Dl的陰極。電感器LI連接在電容器Cdc的輸入側(cè)以及二極管Dl的陽極之間。開關(guān)元件3S的漏極與二極管Dl的陽極連接，源極與有源濾波器電路10的低電位側(cè)線連接。開關(guān)元件3S通過第I控制電路31進行PWM控制。
[0073]開關(guān)元件3S的接通斷開控制與實施方式I所涉及的開關(guān)元件12S相同。開關(guān)元件3S通過第I控制電路31進行PWM控制，從而電容器Cdc被充電。在開關(guān)元件3S為接通的情況下，在電感器LI以及開關(guān)元件3S的路徑中流經(jīng)電流In。通過該電流I11,在電感器LI中蓄積電能。當(dāng)開關(guān)元件3S變?yōu)閿嚅_時，在電感器L1、二極管Dl以及電容器Cdc的閉環(huán)路徑中流經(jīng)電流112。在電流112上相加從蓄積了電能的電感器LI所輸出的電流。通過該電流112，電容器Cdc被充電。
[0074]逆變器電路21中，被串聯(lián)連接的開關(guān)元件41S以及開關(guān)元件42S、和被串聯(lián)連接的開關(guān)元件43S以及開關(guān)元件44S進行并聯(lián)連接。詳細而言，開關(guān)元件41S的漏極與逆變器電路20的高電位側(cè)線連接，源極與開關(guān)元件42S的漏極連接。開關(guān)元件42S的源極與逆變器電路20的低電位側(cè)線連接。此外，開關(guān)元件43S的漏極與逆變器電路20的高電位側(cè)線連接，源極與開關(guān)元件44S的漏極連接。開關(guān)元件44S的源極與逆變器電路20的低電位側(cè)線連接。開關(guān)元件41S、開關(guān)元件42S、開關(guān)元件43S以及開關(guān)元件44S分別通過第2控制電路41進行PWM控制。各開關(guān)元件41S、42S、43S、44S的接通斷開控制與實施方式I所涉及的開關(guān)元件21S、22S、23S、24S相同。
[0075]這樣，即便開關(guān)元件中使用M0SFET，也可得到與實施方式I相同的效果。此外，因為整流元件中使用二極管D1，從而無需其開關(guān)控制，所以能簡化電路構(gòu)成。
[0076]另外，在本實施方式中，也可以取代二極管Dl而使用M0SFET。在該情況下，能夠使用由6個MOSFET的元件構(gòu)成為一個模塊的IPM(Intelligent Power Module ;智能功率模塊)。即，能夠?qū)?個MOSFET的4個用于逆變器電路的開關(guān)元件，將剩余的2個作為有源濾波器電路的整流元件和開關(guān)元件來使用。
[0077](實施方式3)
[0078]以下，關(guān)于本發(fā)明的實施方式3進行說明。本實施方式所涉及的逆變器裝置在實施方式2的平滑電容器Cl的前級(輸入側(cè))與直流電源Vcd之間設(shè)有絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器。
[0079]圖13是實施方式3所涉及的逆變器裝置的電路圖。逆變器裝置IB所具備的有源濾波器電路11以及逆變器電路21與實施方式2相同。另外，逆變器裝置IB也可以是具備實施方式I所涉及的有源濾波器電路10以及逆變器電路20的構(gòu)成。
[0080]在絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器13的初級側(cè)，由基于MOSFET的開關(guān)元件51S、52S、53S、54S構(gòu)成了全橋電路。在各開關(guān)元件51S、52S、53S、54S的柵極連接著控制電路，被進行PWM控制。
[0081]在全橋電路的輸出，經(jīng)由電容器C3而連接著絕緣變壓器T的初級繞組np。由該電容器C3和初級繞組np構(gòu)成了諧振電路。在絕緣變壓器T的次級側(cè)連接著二極管D11、D12、D13、D14所構(gòu)成的二極管橋式整流電路。由此一來，構(gòu)成了諧振型全橋轉(zhuǎn)換器。而且，在該絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器13的后級連接著電感器L3、平滑電容器Cl以及有源濾波器電路11。
[0082]在該逆變器裝置IB中，全橋電路的開關(guān)元件51S、54S的組合以及開關(guān)元件53S、52S的組合的一方同時變?yōu)榻油?、另一方同時變?yōu)閿嚅_的狀態(tài)被反復(fù)，從而由電容器C3等構(gòu)成的諧振電路的諧振電流流至絕緣變壓器T的初級繞組np。如果電流流至絕緣變壓器T的初級繞組np，則在絕緣變壓器T的次級繞組ns中產(chǎn)生電動勢，向絕緣變壓器T的次級側(cè)傳遞電力。被傳遞至次級側(cè)的電力通過二極管橋式整流電路被整流，并向平滑電容器Cl輸出。有源濾波器電路11以及逆變器電路21的動作與實施方式1、2相同。
[0083]在本實施方式中，直流電源Vdc的輸出電壓經(jīng)由絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器13而向電容器Cl輸入，從而較之在電容器Cl直接連接了直流電源Vdc的情況，可以向有源濾波器電路11供給穩(wěn)定的電壓。
[0084]使絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器(諧振型全橋轉(zhuǎn)換器)13在無控制下進行動作、也就是隔著死區(qū)時間而以占空比50%來驅(qū)動開關(guān)元件，從而能夠?qū)崿F(xiàn)最大電力控制(MPPT控制:MaxPower Point Tracking)。即,在輸入電源為太陽能電池面板的情況下,為了從太陽能電池取出最大電力，需要控制電壓以使電流與電壓之積變?yōu)樽畲?。由于該?v(電流-電壓)特性根據(jù)日照強度、模塊溫度而變化，因此為了獲得最大電力，始終自動地追蹤最佳電壓尤為重要。因而，絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器13進行最大電力控制(MPPT控制)，由此能夠從太陽能電池取出最大電力。
[0085]另外，上述的各實施方式所涉及的逆變器裝置的具體構(gòu)成等可適當(dāng)?shù)剡M行設(shè)計變更，例如若為多等級，則可采取中間電壓鉗位方式、飛跨電容方式、級聯(lián)方法等多種形態(tài)。上述的實施方式所記載的作用以及效果只不過列舉了根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生的最佳的作用以及效果，但是本發(fā)明的作用以及效果并不限定于上述的實施方式所記載的內(nèi)容。
[0086]符號說明
[0087]1-逆變器裝置
[0088]10-有源濾波器電路
[0089]IlS-整流元件
[0090]12S-開關(guān)元件
[0091]21S、22S、23S、24S_ 開關(guān)元件
[0092]20-逆變器電路
[0093]30-第I控制電路
[0094]40-第2控制電路
[0095]Cl-平滑電容器
[0096]Cdc-電容器
[0097]Dl- 二極管
[0098]L1、L2-電感器
[0099]Vdc-直流電源
[0100]PQ(+)、PQ(-)-輸出端子
【權(quán)利要求】
1.一種逆變器裝置，具備: 有源濾波器電路，對輸入電源的直流電壓進行升壓以及平滑；和 逆變器電路，將所述有源濾波器電路進行了升壓以及平滑的直流電壓變換成交流電壓， 所述有源濾波器電路具有: 緩沖電容器，其連接在輸入部與輸出部之間； 整流元件； 電感器，其第I端與所述輸入部連接，第2端經(jīng)由整流元件而與所述輸出部連接； 開關(guān)元件，連接在所述電感器的所述第2端與低電位側(cè)線之間；和 所述開關(guān)元件的開關(guān)控制電路， 所述電感器在所述開關(guān)元件導(dǎo)通時蓄積能量，在所述開關(guān)元件切斷時釋放能量，所述整流元件在釋放所述電感器的蓄積能量的方向上導(dǎo)通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器裝置，其中， 所述開關(guān)控制電路通過所述開關(guān)元件的PWM控制來控制所述緩沖電容器的充電電壓，使得所述有源濾波器電路的輸出電壓的電壓紋波被抑制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的逆變器裝置，其中， 所述整流元件是二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的逆變器裝置，其中， 所述整流元件是MOSFET或者絕緣柵雙極晶體管IGBT,所述開關(guān)控制電路互補地驅(qū)動所述整流元件和所述開關(guān)元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的逆變器裝置，其中， 所述開關(guān)元件是MOSFET或者絕緣柵雙極晶體管IGBT。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的逆變器裝置，其中， 所述整流元件以及所述開關(guān)元件是內(nèi)置在智能功率模塊IPM中的多個電力開關(guān)元件的一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的逆變器裝置，其中， 所述逆變器電路具備被橋式連接的4個開關(guān)元件，這些開關(guān)元件是內(nèi)置在所述智能功率模塊IPM中的電力開關(guān)元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的逆變器裝置，其中， 所述逆變器裝置還具備:絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器，其連接在所述有源濾波器電路與所述輸入電源之間。
【文檔編號】H02M7/48GK104205605SQ201380015701
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月26日
【發(fā)明者】植木浩一, 伊東淳一, 大沼喜也 申請人:株式會社村田制作所