專利名稱：電力變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從單相交流電源輸出具有規(guī)定的頻率的多相交流的電力變換裝置。
背景技術(shù)：
作為現(xiàn)有技術(shù)中的電力變換裝置，在日本特開平11-018489號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)1) 公開的同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制裝置中，使用著從三相交流電源不經(jīng)直流階段直接生成具有 規(guī)定的電壓/頻率的三相交流的矩陣變換器。圖14是表示專利文獻(xiàn)1中公開的作為電力變換裝置的驅(qū)動(dòng)控制裝置的結(jié)構(gòu)的電 路圖。如圖14所示，該驅(qū)動(dòng)控制裝置為了將從三相交流電源1輸入的三相交流形成驅(qū)動(dòng)同 步電動(dòng)機(jī)5的具有規(guī)定頻率的三相交流，根據(jù)PWM控制對(duì)開關(guān)單元3中的開關(guān)器件進(jìn)行接 通斷開操作。圖14所示的驅(qū)動(dòng)控制裝置中，為了改善三相交流電源1的電流波形，在輸入 側(cè)的各相設(shè)置有電抗器2，并且為了改善輸入同步電動(dòng)機(jī)5的電壓波形，在各相間設(shè)置有電 容器4。另外，在同步電動(dòng)機(jī)5設(shè)置有位置傳感器6。上述結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)的驅(qū)動(dòng)控制裝置中使用的開關(guān)單元3的開關(guān)器件，是圖15所 示的雙向開關(guān)器件，將并聯(lián)連接功率晶體管7與二極管8的并聯(lián)體串聯(lián)連接而構(gòu)成。如圖 15所示，作為雙向開關(guān)器件，一般是將晶體管與二極管兩個(gè)為一組組合而成的形式。上述結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)的驅(qū)動(dòng)控制裝置中，通過對(duì)開關(guān)單元3中的各個(gè)雙向開關(guān)器 件進(jìn)行PWM控制，將從三相交流電源1輸入的三相交流，形成用于驅(qū)動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)5的具有 規(guī)定的頻率的三相交流。另外，作為雙向開關(guān)器件具有圖16所示的開關(guān)器件。圖16是日本特開 2007-252029號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)公開的交流開關(guān)模塊。圖16所示的交流開關(guān)模塊中，設(shè)置有開關(guān)部9、電容器部10、及二極管部11。這些 全部并聯(lián)連接。開關(guān)部9具有內(nèi)置續(xù)流二極管13的開關(guān)器件12而構(gòu)成，兩個(gè)開關(guān)器件12 按正向串聯(lián)連接。電容器部10將兩個(gè)緩沖電容器串聯(lián)連接而構(gòu)成，二極管部11將兩個(gè)二 極管按正向串聯(lián)連接而構(gòu)成。并且，在電容器部10的中點(diǎn)與二極管部11的中點(diǎn)之間連接 有電阻14。此外，流過二極管部11的各二極管的電流方向，與流過開關(guān)部9的開關(guān)元件的 電流方向一致。上述結(jié)構(gòu)的圖16所示的交流開關(guān)模塊中，連接在開關(guān)部9的中點(diǎn)的端子為輸入端 子，連接在二極管部11的中點(diǎn)的端子為輸出端子。該交流開關(guān)模塊中，開關(guān)器件12通過作 為開關(guān)元件的晶體管與二極管13的并聯(lián)連接而構(gòu)成，成為利用開關(guān)器件12的接通、斷開操 作，將作為緩沖電路的電容器部10中蓄積的能量再生到電源側(cè)或者負(fù)載側(cè)的電路結(jié)構(gòu)。作為輸入單相交流電源生成三相交流的現(xiàn)有的電力變換裝置，具有日本特開 2004-289985號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)幻公開的逆變器控制裝置。圖17是表示現(xiàn)有的逆變器控 制裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖17所示的現(xiàn)有的逆變器控制裝置，從單相交流電源33輸入單相交流 電力，生成三相交流電力，驅(qū)動(dòng)作為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的馬達(dá)32。該逆變器控制裝置由具有單相交 流電源33的直流電源裝置30及逆變器31構(gòu)成。直流電源裝置30由單相交流電源33、將交流轉(zhuǎn)換為直流的整流電路34、用于吸收馬達(dá)32的再生能量的電容器36和電抗器35構(gòu) 成。因此，上述現(xiàn)有技術(shù)的逆變器控制裝置，是具有作為整流單元的整流電路34的電 力變換裝置，是單相交流輸入-直流轉(zhuǎn)換-三相交流輸出的間接矩陣變換器。該逆變器控 制裝置中，即使輸入逆變器31的直流電壓在大致全波整流狀態(tài)中是脈沖電壓波形，也能夠 檢測(cè)輸入逆變器31的直流電壓值進(jìn)行運(yùn)算處理，能夠穩(wěn)定且實(shí)際使用中沒有問題地運(yùn)轉(zhuǎn) 作為電感性負(fù)載的馬達(dá)32。專利文獻(xiàn)1 日本特開平11-18489號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2007-252029號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開2004-289985號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)1 :Tatsuo Morita,"650V 3. ImΩ cm2 GaN-based Monolithic Bidirectional Switch Using Normally-off Gate injection Transistor，，；Electron Devices Meeting,2007. IEDM2007. IEEE International ；P865-868

發(fā)明內(nèi)容
如上述圖14至圖16所示，在使用著從三相交流電源不經(jīng)直流階段直接生成具有 規(guī)定的電壓/頻率的三相交流的矩陣變換器的現(xiàn)有的電力變換裝置中，多個(gè)雙向開關(guān)器件 由晶體管和二極管構(gòu)成。這樣結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)的電力變換裝置中，主電路的電流總是流過 雙向開關(guān)器件的晶體管及二極管，形成三相交流。因此，現(xiàn)有的電力變換裝置中，由于電流 流過晶體管及二極管，會(huì)產(chǎn)生發(fā)熱等的能量損耗，存在效率低下的問題。另外，如圖17所示，輸入單相交流電源生成三相交流的現(xiàn)有技術(shù)的電力變換裝 置，是單相交流輸入-直流轉(zhuǎn)換-三相交流輸出的間接矩陣變換器，整流單元是必須的構(gòu)成 要素。進(jìn)而，在使用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為負(fù)載的情況下，用于吸收其再生能量的單元是必需的。 因此，輸入單相交流電源生成三相交流的電力變換裝置中，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝置大型化的問 題。因此，本發(fā)明的發(fā)明者注意到，在電力變換裝置中，不設(shè)置整流單元，通過簡(jiǎn)單的 結(jié)構(gòu)構(gòu)成單相交流輸入-三相交流輸出的直接矩陣變換器是非常有用的。S卩，本發(fā)明的目的在于提供一種不設(shè)置整流單元，通過簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)構(gòu)成單相交流 輸入-三相交流輸出的直接矩陣變換器的電力變換裝置。本發(fā)明涉及的第一觀點(diǎn)的電力變換裝置包括電源相位檢測(cè)部，其檢測(cè)單相交流 電源的電源相位，輸出檢測(cè)出的電源相位信息；波形生成部，其具有多個(gè)雙向開關(guān)器件，利 用所述雙向開關(guān)器件連接所述單相交流電源的電源線和對(duì)多相交流負(fù)載的輸出線而構(gòu)成； 和波形生成控制部，其根據(jù)來自所述電源相位檢測(cè)部的電源相位信息對(duì)所述雙向開關(guān)器件 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，并且根據(jù)預(yù)先設(shè)定的指令信號(hào)對(duì)所述雙向開關(guān)器件進(jìn)行PWM控制，使得從 所述波形生成部輸出具有規(guī)定的頻率的多相交流。在這樣構(gòu)成的本發(fā)明的電力變換裝置 中，沒有設(shè)置整流單元，能夠通過簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)構(gòu)成單相交流輸入-多相交流輸出的直接矩 陣變換器。本發(fā)明涉及的第二觀點(diǎn)的電力變換裝置，是在上述第一觀點(diǎn)的電力變換裝置中具 有所述雙向開關(guān)器件的動(dòng)作模式具有切換切斷狀態(tài)與雙向通電狀態(tài)的開關(guān)模式、和成為兩個(gè)方向的單向通電狀態(tài)的二極管模式，所述波形生成控制部可構(gòu)成為，根據(jù)來自所述電源相位檢測(cè)部的電源相位信息， 有選擇地切換所述雙向開關(guān)器件的開關(guān)模式與二極管模式。這樣構(gòu)成的本發(fā)明的電力變換 裝置中，只對(duì)波形生成部的雙向開關(guān)器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，就能生產(chǎn)所期望的多相交流，不需 要對(duì)其他的電路進(jìn)行特別的響應(yīng)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)電路結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化、小型化。另外，本發(fā)明的 電力變換裝置中，不需要設(shè)置以對(duì)波形生成部的雙向開關(guān)器件進(jìn)行再生能量的處理為目的 的特別保護(hù)電路，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化、小型化。進(jìn)而，本發(fā)明的電力變換裝置 中，根據(jù)電源狀態(tài)或者電源相位信息進(jìn)行二極管模式的切換動(dòng)作的判定，由此，能夠容易地 進(jìn)行再生能量處理電路的控制，實(shí)現(xiàn)可靠性高的電力變換裝置。本發(fā)明涉及的第三觀點(diǎn)的電力變換裝置，在上述第一觀點(diǎn)的電力變換裝置中，所 述雙向開關(guān)器件至少具有兩個(gè)控制端子，所述波形生成控制部根據(jù)來自所述電源相位檢測(cè)部的電源相位信息，檢測(cè)電源波 形中的正區(qū)域與負(fù)區(qū)域的零交叉點(diǎn)，在檢測(cè)到的零交叉點(diǎn)，切換輸入到所述兩個(gè)控制端子 的相互的控制信號(hào)。這樣構(gòu)成的本發(fā)明的電力變換裝置中，根據(jù)檢測(cè)出的電源相位信息，有 選擇地驅(qū)動(dòng)控制波形生成部的雙向開關(guān)器件，由此能夠容易地輸出規(guī)定的多相交流電力。本發(fā)明涉及的第四觀點(diǎn)的電力變換裝置，在上述第二觀點(diǎn)的電力變換裝置中，所 述波形生成控制部根據(jù)來自所述電源相位檢測(cè)部的電源相位信息，檢測(cè)電源波形中的正區(qū) 域與負(fù)區(qū)域的零交叉點(diǎn)，在檢測(cè)到的零交叉點(diǎn)，切換所述雙向開關(guān)器件的二極管模式的通 電方向。這樣構(gòu)成的本發(fā)明的電力變換裝置中，能夠利用切換二極管模式的通電方向的動(dòng) 作實(shí)現(xiàn)再生能量的處理電路，能夠通過簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)可靠性高的電力轉(zhuǎn)換。本發(fā)明涉及的第五觀點(diǎn)的電力變換裝置，在上述第一觀點(diǎn)的電力變換裝置中，所 述電源相位檢測(cè)部構(gòu)成為，向所述波形生成控制部輸出表示所述單相交流電源的兩根電源 線的電壓的大小關(guān)系的電源相位信息，所述波形生成控制部根據(jù)所述電源信息對(duì)所述雙向 開關(guān)器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。這樣構(gòu)成的本發(fā)明的電力變換裝置中，通過根據(jù)電源相位信息進(jìn) 行二極管模式的切換動(dòng)作的判定，容易進(jìn)行再生能量處理電路的控制。本發(fā)明涉及的第六觀點(diǎn)的電力變換裝置，在上述第一觀點(diǎn)的電力變換裝置中，所 述電源相位檢測(cè)部構(gòu)成為，檢測(cè)所述單相交流電源的電壓相位，所述波形生成控制部構(gòu)成 為根據(jù)檢測(cè)出的電壓相位信息，對(duì)所述雙向開關(guān)器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。這樣構(gòu)成的本發(fā)明的 電力變換裝置中，根據(jù)電源的電壓相位信息進(jìn)行二極管模式的切換動(dòng)作的判定，容易進(jìn)行 再生能量處理電路的控制。本發(fā)明涉及的第七觀點(diǎn)的電力變換裝置，在上述第一觀點(diǎn)的電力變換裝置中，所 述電源相位檢測(cè)部構(gòu)成為，檢測(cè)所述單相交流電源的電流相位，所述波形生成控制部構(gòu)成 為根據(jù)檢測(cè)出的電流相位信息，對(duì)所述雙向開關(guān)器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。這樣構(gòu)成的本發(fā)明的 電力變換裝置中，根據(jù)電源的電流相位信息進(jìn)行二極管模式的切換動(dòng)作的判定，容易進(jìn)行 再生能量處理電路的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的電力變換裝置。本發(fā)明涉及的第八觀點(diǎn)的電力變換裝置，在上述第一觀點(diǎn)的電力變換裝置中，所 述電源相位檢測(cè)部構(gòu)成為檢測(cè)所述單相交流電源的電壓相位及電流相位，所述波形生成控 制部構(gòu)成為根據(jù)檢測(cè)出的電壓相位信息及電流相位信息，對(duì)所述雙向開關(guān)器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控 制。這樣構(gòu)成的本發(fā)明的電力變換裝置中，根據(jù)電源的電壓相位信息及電流相位信息進(jìn)行二極管模式的切換動(dòng)作的判定，容易進(jìn)行再生能量處理電路的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的 電力變換裝置。本發(fā)明涉及的第九觀點(diǎn)的電力變換裝置，在上述第八觀點(diǎn)的電力變換裝置中，所 述波形生成控制部，根據(jù)來自所述電源相位檢測(cè)部的電壓相位信息及電流相位信息，電源 電壓波形與電源電流波形中，在正負(fù)的區(qū)域相同的期間，對(duì)所述雙向開關(guān)器件進(jìn)行PWM控 制。這樣構(gòu)成的本發(fā)明的電力變換裝置中，根據(jù)電源的電壓相位信息及電流相位信息，進(jìn)行 對(duì)雙向開關(guān)器件的PWM控制，由此，能夠可靠地生成規(guī)定的多相交流電力，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性 高的電力變換裝置。本發(fā)明涉及的第十觀點(diǎn)的電力變換裝置，在上述第八觀點(diǎn)的電力變換裝置中，所 述波形生成控制部，根據(jù)來自所述電源相位檢測(cè)部的電壓相位信息及電流相位信息，電源 電壓波形與電源電流波形中，在正負(fù)的區(qū)域不同的期間，按照將來自多相交流負(fù)載的電流 回流到該多相交流負(fù)載的模式，對(duì)所述雙向開關(guān)器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。這樣構(gòu)成的本發(fā)明的 電力變換裝置中，根據(jù)電源的電壓相位信息及電流相位信息，進(jìn)行對(duì)雙向開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng) 控制，由此，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的電力變換裝置。本發(fā)明涉及的第十一觀點(diǎn)的電力變換裝置，在上述第一觀點(diǎn)的電力變換裝置中， 所述雙向開關(guān)器件，可將SiC臥式雙向開關(guān)晶體管或GaN臥式雙向開關(guān)器件晶體管、或者 RB-IGBT(Reverse Blocking Insulated Gate Bipolar Transistor)逆向并聯(lián)連接而構(gòu) 成。這樣構(gòu)成的本發(fā)明的電力變換裝置中，能夠容易且可靠地進(jìn)行對(duì)雙向開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng) 控制，實(shí)現(xiàn)可靠性高的電力變換裝置。本發(fā)明提供一種能夠從單相交流電源不經(jīng)直流階段而直接形成多相交流的電力 變換裝置，并且提供能夠?qū)崿F(xiàn)易控制性及低損失化的電力變換裝置。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)的方塊圖。圖2是表示實(shí)施方式1的電力變換裝置中的波形生成部使用的雙向開關(guān)器件的電 路圖。圖3是圖2所示的雙向開關(guān)器件的動(dòng)作說明圖。圖4是表示實(shí)施方式1的電力變換裝置中的波形生成部的主要結(jié)構(gòu)的電路圖。圖5A是表示單相交流電源的電壓處于正區(qū)域時(shí)的雙向開關(guān)器件的動(dòng)作的一個(gè)例 子的表。圖5B是表示單相交流電源的電壓處于負(fù)區(qū)域時(shí)的雙向開關(guān)器件的動(dòng)作的表。圖6A是表示在單相交流電源的電壓處于正區(qū)域時(shí)，雙向開關(guān)器件進(jìn)行PWM控制時(shí) 的動(dòng)作的一個(gè)例子的表。圖6B是表示圖6A所示的動(dòng)作狀態(tài)時(shí)的波形生成部中的電流的流動(dòng)的圖。圖7A是表示在單相交流電源的電壓處于正區(qū)域時(shí)，雙向開關(guān)器件進(jìn)行PWM控制時(shí) 的動(dòng)作的一個(gè)例子的表。圖7B是表示圖7A所示的動(dòng)作狀態(tài)時(shí)的波形生成部中的電流的流動(dòng)的圖。圖8A是表示波形生成部中使用的雙向開關(guān)器件的一個(gè)例子的電路圖。圖8B是圖8A所示的雙向開關(guān)器件的動(dòng)作說明圖。
圖9是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)的方塊圖。圖10是表示本發(fā)明實(shí)施方式3的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)的方塊圖。圖11是表示本發(fā)明實(shí)施方式4的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)的方塊圖。圖12是表示實(shí)施方式4的電力變換裝置中，使用從單相交流電源輸入的電壓波形 V和電流波形I的一例，進(jìn)行零向量電流模式的動(dòng)作期間的波形圖。圖13A是表示實(shí)施方式4的電力變換裝置中，零向量電流模式中的雙向開關(guān)器件 的動(dòng)作的一例的表。圖1 是表示圖13A所示的動(dòng)作狀態(tài)時(shí)的波形生成部中的電流的流動(dòng)的圖。圖14是表示現(xiàn)有技術(shù)的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖15是表示現(xiàn)有技術(shù)的雙向開關(guān)器件的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖16是表示現(xiàn)有技術(shù)的雙向開關(guān)器件的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖17是表示現(xiàn)有技術(shù)的逆變器控制裝置的結(jié)構(gòu)的方塊圖。符號(hào)說明20 開關(guān)驅(qū)動(dòng)控制部21 相位檢測(cè)信號(hào)處理部22 :P麗控制部100 單相交流電源101 負(fù)載102:波形生成部103 電源相位檢測(cè)部104 波形生成控制部105 轉(zhuǎn)速檢測(cè)部106 電壓相位檢測(cè)部107 電流相位檢測(cè)部108 電壓、電流相位檢測(cè)部
具體實(shí)施例方式下面，參照

本發(fā)明的電力變換裝置涉及的優(yōu)選實(shí)施方式。此外，應(yīng)該明確 的是，下面說明的具體結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式不應(yīng)限定本發(fā)明的構(gòu)成，基于相同技術(shù)構(gòu)思構(gòu)成的 電力變換裝置都包含在本發(fā)明中。(實(shí)施方式1)圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)的方塊圖。如圖1所示，實(shí) 施方式1的電力變換裝置是，從單相交流電源100的單相交流直接形成具有規(guī)定的頻率的 三相交流，從而對(duì)負(fù)載101供給三相電力的裝置。 圖1中，其構(gòu)成為，來自單相交流電源100的單相交流輸入波形生成部102，從單相 交流電源100輸出的電源電壓的相位由電源相位檢測(cè)部103檢測(cè)。在波形生成部102中生 成為規(guī)定的三相交流的電力被供給負(fù)載101。實(shí)施方式1中，負(fù)載101是電感性負(fù)載的馬 達(dá)。如后所述，波形生成部102由多個(gè)雙向開關(guān)器件構(gòu)成，是從單相交流不經(jīng)直流階段而轉(zhuǎn) 換為三相交流的直接矩陣變換器。波形生成部102中的多個(gè)雙向開關(guān)器件由波形生成控制部104進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。波形生成控制部104構(gòu)成為，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的指令信號(hào)X、來自電源 相位檢測(cè)部103的相位檢測(cè)信號(hào)Y及來自檢測(cè)作為負(fù)載101的動(dòng)作狀態(tài)的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速檢測(cè) 部105的負(fù)載狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)Z等，對(duì)波形生成部102中的多個(gè)雙向開關(guān)器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制， 波形生成部102生成需輸入負(fù)載101的規(guī)定的三相交流電力。這里，來自電源相位檢測(cè)部 103的相位檢測(cè)信號(hào)Y是電源相位信息。此外，實(shí)施方式1的電力變換裝置中，對(duì)波形生成控制部104以輸入轉(zhuǎn)速信息作 為表示負(fù)載101即馬達(dá)的負(fù)載狀態(tài)的信息的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說明，但是，作為表示負(fù)載狀態(tài)的 信息，例如，電阻負(fù)載中，有電壓、電流，而電感性負(fù)載中，有對(duì)馬達(dá)的輸入電流、馬達(dá)的相電 流、輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)子位置、角速度等的各種信息，也可以根據(jù)這些信息控制負(fù)載101使之成 為預(yù)先設(shè)定的狀態(tài)。波形生成控制部104具備輸入相位檢測(cè)信號(hào)Y的相位檢測(cè)信號(hào)處理部21、輸入指 令信號(hào)X及轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)Z的PWM控制部22、以及驅(qū)動(dòng)控制波形生成部102的多個(gè)雙向開 關(guān)器件的開關(guān)驅(qū)動(dòng)控制部20。開關(guān)驅(qū)動(dòng)控制部20中，輸入來自相位檢測(cè)信號(hào)處理部21與 PWM控制部22的各信號(hào)，輸出用于驅(qū)動(dòng)控制波形生成部102中的多個(gè)雙向開關(guān)器件的控制信號(hào)。波形生成控制部104的相位檢測(cè)信號(hào)處理部21中，對(duì)輸入的相位檢測(cè)信號(hào)Y，考 慮電源相位檢測(cè)部103中電壓相位檢測(cè)時(shí)生成的偏置量的延遲、及結(jié)構(gòu)電路中的信號(hào)延遲 等，對(duì)輸入的相位檢測(cè)信號(hào)Y的定時(shí)同步延遲進(jìn)行修正。作為波形生成部102中的雙向開關(guān)器件，能夠使用圖2所示的開關(guān)器件。圖2所 示的雙向開關(guān)器件是具有兩個(gè)作為控制端子的柵極端子的GaN臥式雙向開關(guān)晶體管，具有 成為切斷狀態(tài)(斷開(OFF)狀態(tài))、雙向通電狀態(tài)(雙向接通(ON)狀態(tài))及作為逆向的兩 個(gè)單向通電狀態(tài)的四個(gè)狀態(tài)的功能。作為具有這樣的功能的雙向開關(guān)器件，具有例如非專 利文獻(xiàn)1所示的結(jié)構(gòu)。如圖2所示，GaN臥式雙向開關(guān)晶體管具有兩個(gè)柵極端子(Gl、G2)，根據(jù)輸入各個(gè) 柵極端子的信號(hào)，該晶體管進(jìn)行表示不同功能的動(dòng)作。此外，除GaN臥式雙向開關(guān)晶體管 外，還可以使用SiC臥式雙向開關(guān)晶體管。圖3是表示通過對(duì)GaN臥式雙向開關(guān)晶體管的各柵極端子(Gl、G2)施加電壓，利 用等價(jià)電路表示該晶體管的動(dòng)作的表。如圖3所示，在沒有對(duì)第一柵極端子Gl和第二柵極 端子G2的兩端子施加電壓時(shí)(兩方的柵極端子G1、G2為斷開狀態(tài)時(shí))，該晶體管為斷開狀 態(tài)(開啟狀態(tài))。另一方面，對(duì)第一柵極端子Gl和第二柵極端子G2的兩端子施加電壓時(shí) (兩方的柵極端子Gl、G2為接通狀態(tài)時(shí))，該晶體管為接通狀態(tài)(閉合狀態(tài))。對(duì)第一柵極端子Gl施加電壓而沒有對(duì)第二柵極端子G2施加電壓時(shí)，S卩，第一柵極 端子Gl為接通狀態(tài)，第二柵極端子G2為斷開狀態(tài)時(shí)，該晶體管成為二極管模式，第一源極 Sl成為陰極側(cè)，第二源極S2成為陽極側(cè)。S卩，從第二源極(S》向著第一源極(Si)的電流 的流動(dòng)成為正向動(dòng)作。相反，在沒有對(duì)第一柵極端子Gl施加電壓而對(duì)第二柵極端子G2施 加電壓時(shí)，即，第一柵極端子Gl為斷開狀態(tài)，第二柵極端子G2為接通狀態(tài)時(shí)，該晶體管成為 二極管模式，第一源極Sl成為陽極側(cè)，第二源極S2成為陰極側(cè)。即，從第一源極(Si)向著 第二源極(S2)的電流的流動(dòng)成為正向動(dòng)作。實(shí)施方式1的電力變換裝置中，通過將進(jìn)行上述動(dòng)作的GaN臥式雙向開關(guān)晶體管，作為雙向開關(guān)器件用于波形生成部102中，波形生成部102能夠?qū)蜗嘟涣髯儞Q為規(guī)定的
三相交流。圖4是表示電力變換裝置的波形生成部102中的主要電路結(jié)構(gòu)的電路圖。如圖4 所示，波形生成部102中設(shè)置有6個(gè)雙向開關(guān)器件(Ql Q6)。波形生成部102中，具有三 組將兩個(gè)雙向開關(guān)器件串聯(lián)連接的串聯(lián)體，三組串聯(lián)體并聯(lián)連接。從各串聯(lián)體的中點(diǎn)(兩 個(gè)雙向開關(guān)器件的連接點(diǎn))對(duì)作為負(fù)載101的馬達(dá)輸出具有規(guī)定的頻率的三相交流。在各 雙向開關(guān)器件(Ql Q6)的兩個(gè)柵極端子(Gl、G2)輸入來自開關(guān)驅(qū)動(dòng)控制部20的控制信 號(hào)。實(shí)施方式1的電力變換裝置中，根據(jù)來自單相交流電源100的電源電壓的相位狀 態(tài)，控制對(duì)于波形生成部102的雙向開關(guān)器件(Ql Q6)的柵極端子的施加電壓。即，實(shí)施 方式1的電力變換裝置構(gòu)成為，從單相交流電源100輸入的電壓中，在電壓波形為正區(qū)域 時(shí)、和電壓波形為負(fù)區(qū)域時(shí)，切換構(gòu)成雙向開關(guān)器件(Ql Q6)的晶體管的電流的方向。下 面，對(duì)于波形生成部102的雙向開關(guān)器件(Ql Q6)中的具體動(dòng)作進(jìn)行說明。圖5A是表示從單相交流電源100輸入的電壓為正區(qū)域時(shí)的雙向開關(guān)器件(Ql Q6)的動(dòng)作的表。如圖5A所示，單相交流電源100的電壓為正的區(qū)域時(shí)，對(duì)各雙向開關(guān)器件 Ql Q6中的第一柵極端子Gl施加接通電壓，第一柵極端子Gl是接通狀態(tài)。這時(shí)，各雙向 開關(guān)器件Ql Q6中的第二柵極端子G2，由基于指令信號(hào)X及轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)Z的PWM控制 的控制信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。即，波形生成部102中，為了從單相交流電源100的單相交流生 成具有規(guī)定的頻率的三相交流，按照規(guī)定的占空比，對(duì)第二柵極端子G2進(jìn)行接通、斷開控 制。圖5A中，表示第一柵極端子Gl是接通狀態(tài)，第二柵極端子G2被進(jìn)行PWM控制時(shí)的、雙 向開關(guān)器件的等價(jià)電路。圖5B是表示從單相交流電源100輸入的電壓為負(fù)區(qū)域時(shí)的雙向開關(guān)器件(Ql Q6)的動(dòng)作的表。如圖5B所示，單相交流電源的電壓為負(fù)的區(qū)域時(shí)，對(duì)各雙向開關(guān)器件Ql Q6中的第二柵極端子G2施加接通電壓，第二柵極端子G2是接通狀態(tài)。這時(shí)，各雙向開關(guān) 器件Ql Q6中的第一柵極端子G1，由基于指令信號(hào)X及轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)Z的PWM控制的控 制信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。即，波形生成部102中，為了從單相交流電源100的單相交流生成具 有規(guī)定的頻率的三相交流，按照規(guī)定的占空比，對(duì)第一柵極端子Gl進(jìn)行接通、斷開控制。圖 5B中，表示第一柵極端子Gl被進(jìn)行PWM控制，第二柵極端子G2是接通狀態(tài)時(shí)的、雙向開關(guān) 器件的等價(jià)電路。如圖5A及5B中的等價(jià)電路所示，其構(gòu)成為，在單相交流電源100的電壓為正區(qū)域 和負(fù)區(qū)域時(shí)，雙向開關(guān)器件(Ql Q6)的功能動(dòng)作逆轉(zhuǎn)。因此，實(shí)施方式1的電力變換裝置 構(gòu)成為，從單相交流不經(jīng)直流階段而是直接轉(zhuǎn)換為三相交流的直接矩陣變換器。圖6A、圖6B、圖7A及圖7B是表示來自單相交流電源100的單相交流的電壓為正 的區(qū)域時(shí)，雙向開關(guān)器件(Ql Q6)受到PWM控制時(shí)的一個(gè)動(dòng)作的表。圖6A及圖6B表示來自單相交流電源100的電流流到馬達(dá)，作為負(fù)載101的馬達(dá)運(yùn) 行時(shí)的狀態(tài)(動(dòng)力運(yùn)行狀態(tài))。在圖6A及圖6B所示狀態(tài)(動(dòng)力運(yùn)行狀態(tài))下的PWM控制 中，雙向開關(guān)器件(Ql Q6)的第一柵極端子Gl為接通狀態(tài)。圖6A及圖6B所示狀態(tài)(動(dòng) 力運(yùn)行狀態(tài))中，第一、第三、第六雙向開關(guān)器件Q1、Q3、Q6為開關(guān)模式的接通狀態(tài)，第二、第 四、第五雙向開關(guān)器件Q2、Q4、Q5為二極管。該狀態(tài)中，來自單相交流電源100的電流按圖6B所示的箭頭方向流動(dòng)，運(yùn)行負(fù)載101 (動(dòng)力運(yùn)行模式)。圖7A及圖7B表示對(duì)負(fù)載101進(jìn)行制動(dòng)的狀態(tài)(減速狀態(tài))，在該制動(dòng)狀態(tài)下，作 為電感性負(fù)載的馬達(dá)為發(fā)電機(jī)。圖7A及圖7B所示的制動(dòng)狀態(tài)中，第二、第四、第五雙向開 關(guān)器件Q2、Q4、Q5為開關(guān)模式的接通狀態(tài)，第一、第三、第六雙向開關(guān)器件Q1、Q3、Q6為二極 管。該狀態(tài)中，來自作為電感性負(fù)載的馬達(dá)的電流朝圖7B所示的箭頭的方向流動(dòng)(回流電 流模式)。另一方面，來自單相交流電源100的單相交流的電壓為負(fù)區(qū)域時(shí)的、雙向開關(guān)器 件(Ql Q6)在PWM控制下，雙向開關(guān)器件(Ql Q6)的第二柵極端子G2為接通狀態(tài)，第 一柵極端子Gl受到PWM控制。如上所述，實(shí)施方式1的電力變換裝置中，雙向開關(guān)器件(Ql Q6)的第一及第二 柵極端子(G1、G》受到控制，由此，能夠不經(jīng)直流階段而直接從單相交流轉(zhuǎn)換為具有規(guī)定 的頻率的三相交流。此外，實(shí)施方式1中，以圖2所示的GaN臥式雙向開關(guān)晶體管為例說明了雙向開關(guān) 器件(Ql Q6)，但是，具有相同功能的其他器件同樣可以適用。例如，能夠使用圖8A所示的雙向開關(guān)器件。該開關(guān)器件是將RB-IGBT(Reverse Blocking Insulated Gate Bipolar ^Transistor :逆阻型絕緣柵雙極型晶體管)逆向并聯(lián) 連接而構(gòu)成的。通過使用該RB-IGBT作為雙向開關(guān)器件，能夠減少構(gòu)成主電路的電路電流 的元件數(shù)。圖8B通過等價(jià)電路表示對(duì)該RB-IGBT的第一柵極端子Gl和第二柵極端子G2 控制電壓時(shí)的該晶體管的功能。如圖8所示，在對(duì)第一柵極端子Gl和第二柵極端子G2這兩方的柵極端子施加電 壓的接通狀態(tài)、或者對(duì)兩方的柵極端子沒有施加電壓的斷開狀態(tài)下，該雙向開關(guān)器件為開 關(guān)模式。另外，一方的柵極端子為接通狀態(tài)，另一方的柵極端子為斷開狀態(tài)時(shí)，該雙向開關(guān) 器件為二極管模式。圖8A所示的雙向開關(guān)器件中，對(duì)第一柵極端子Gl施加電壓而對(duì)第二 柵極端子G2沒有施加電壓的狀態(tài)下，端子Sl成為陽極側(cè)，端子S2成為陰極側(cè)。即，這時(shí)的 雙向開關(guān)器件成為從端子Sl向端子S2的方向?yàn)檎虻亩O管模式。相反，在沒有對(duì)第一 柵極端子Gl施加電壓而對(duì)第二柵極端子G2施加了電壓的狀態(tài)下，端子Sl成為陰極側(cè)，端 子S2成為陽極側(cè)。即，這時(shí)的雙向開關(guān)器件成為從端子S2向端子Sl的方向?yàn)檎虻亩O 管模式。如上所述，本發(fā)明涉及的實(shí)施方式1的電力變換裝置中，通過使用雙向開關(guān)器件 構(gòu)成波形生成部，該雙向開關(guān)器件具有切斷狀態(tài)(斷開(OFF)狀態(tài))和雙向通電狀態(tài)(雙 向接通(ON)狀態(tài))的開關(guān)模式及兩個(gè)單向通電狀態(tài)的二極管模式的功能，能夠從單相交流 電源生成具有規(guī)定頻率的三相交流。因此，本發(fā)明涉及的實(shí)施方式1的電力變換裝置是實(shí) 現(xiàn)了易控制性與低損失化的通用性高的電力變換裝置。(實(shí)施方式2)圖9是表示本發(fā)明涉及的實(shí)施方式2的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)的方塊圖。實(shí)施方式 2的電力變換裝置是上述實(shí)施方式1的電力變換裝置中的電源相位檢測(cè)部103的具體構(gòu)成 的一個(gè)例子。實(shí)施方式2的電力變換裝置中，電源相位檢測(cè)部103構(gòu)成為檢測(cè)單相交流電 源100的電壓相位的電壓相位檢測(cè)部105。此外，實(shí)施方式2的電力變換裝置中，對(duì)與上述 實(shí)施方式1的電力變換裝置中的構(gòu)成要素具有相同功能、結(jié)構(gòu)的部件賦予相同的符號(hào)，對(duì)該構(gòu)成要素的詳細(xì)說明適用于實(shí)施方式1中的說明。如圖9所示，在單相交流電源100與三相的負(fù)載101的各連接部分設(shè)置有雙向開 關(guān)器件102a、102b、102c、102d、102eU02f,由六個(gè)雙向開關(guān)器件10 102f構(gòu)成波形生成 部102。實(shí)施方式2的電力變換裝置中，波形生成部102的雙向開關(guān)器件10 102f與 上述實(shí)施方式1中說明的雙向開關(guān)器件(Ql Q6)結(jié)構(gòu)相同。實(shí)施方式2的電力變換裝置 中，由單相交流電源100、負(fù)載101、波形生成部102構(gòu)成主電路，波形生成部102的雙向開 關(guān)器件10 102f受到波形生成控制部104的驅(qū)動(dòng)控制。另外，在單相交流電源100設(shè)置有電壓相位檢測(cè)部106，利用該電壓相位檢測(cè)部 106檢測(cè)單相交流電源100的電壓相位。電壓相位檢測(cè)部106向?qū)Σㄐ紊刹?02中的各 雙向開關(guān)器件10 102f進(jìn)行PWM控制的波形生成控制部104傳送相位檢測(cè)信號(hào)Y。這 里，來自電壓相位檢測(cè)部106的相位檢測(cè)信號(hào)Y是電壓相位信息。實(shí)施方式2的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)具有與上述實(shí)施方式1的電力變換裝置的結(jié)構(gòu) 實(shí)質(zhì)上相同的結(jié)構(gòu)。實(shí)施方式2的電力變換裝置構(gòu)成為，檢測(cè)表示與負(fù)載101相關(guān)的負(fù)載 狀態(tài)的信息(例如，轉(zhuǎn)速、對(duì)馬達(dá)的輸入電流、馬達(dá)的相電流、輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)子位置、角速度、 電壓、電流等)，傳送到波形生成控制部104。如上所述構(gòu)成的實(shí)施方式2的電力變換裝置中的動(dòng)作，與上述實(shí)施方式1的電力 變換裝置中的動(dòng)作實(shí)質(zhì)相同。實(shí)施方式2的電力變換裝置中，為了從單相交流電源100的單相交流形成具有規(guī) 定的頻率的三相交流，向負(fù)載101供給三相電力，在電壓相位檢測(cè)部105中檢測(cè)單相交流電 源100的電源電壓的相位，對(duì)波形生成部102的各雙向開關(guān)器件10 102f進(jìn)行PWM控 制，生成模擬三相交流。生成的模擬三相交流被供給負(fù)載101，按照指定的負(fù)載狀態(tài)、例如規(guī) 定的轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)負(fù)載101。如圖9所示，實(shí)施方式2的電力變換裝置中的電壓相位檢測(cè)部106中，單相交流電 源100的電壓輸入電源轉(zhuǎn)換器106a，進(jìn)行電絕緣和低電壓化。從電源轉(zhuǎn)換器106a輸出的電 壓信號(hào)被輸入操作放大器電路106b，與規(guī)定電壓(實(shí)施方式2中是接地電壓)進(jìn)行比較，該 比較結(jié)果被作為電壓相位信號(hào)即相位檢測(cè)信號(hào)Y輸出。電壓相位檢測(cè)部106輸出的相位檢測(cè)信號(hào)Y被輸入波形生成控制部104。波形生 成控制部104的相位檢測(cè)信號(hào)處理部21 (參照?qǐng)D1)中，對(duì)于相位檢測(cè)信號(hào)Y，補(bǔ)正電源相位 檢測(cè)部103中的電壓相位檢測(cè)時(shí)產(chǎn)生的偏置量、及結(jié)構(gòu)電路中的信號(hào)延遲等，對(duì)輸入的相 位檢測(cè)信號(hào)Y的定時(shí)同步延遲進(jìn)行補(bǔ)正。如上所述構(gòu)成的本發(fā)明涉及的實(shí)施方式2的電力變換裝置中，根據(jù)來自電壓相位 檢測(cè)部106的相位檢測(cè)信號(hào)Y、指令信號(hào)X等，對(duì)雙向開關(guān)器件的第一及第二柵極端子(G1、 G2)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。這樣驅(qū)動(dòng)控制的實(shí)施方式2的電力變換裝置，能夠不經(jīng)直流階段而從單 相交流直接轉(zhuǎn)換為具有規(guī)定頻率的三相交流(與指令信號(hào)X對(duì)應(yīng)的三相交流)。(實(shí)施方式3)圖10是表示本發(fā)明涉及的實(shí)施方式3的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)的方塊圖。實(shí)施方 式3中，對(duì)于與上述實(shí)施方式1及實(shí)施方式2中的構(gòu)成要素具有相同功能、結(jié)構(gòu)的部件賦予 相同的符號(hào)，與該構(gòu)成要素相關(guān)的詳細(xì)說明適用各實(shí)施方式中的說明。實(shí)施方式3的電力變換裝置中，與上述實(shí)施方式2的電力變換裝置不同的點(diǎn)在于，檢測(cè)單相交流電源100的電壓相位的電壓相位檢測(cè)部105被替換為檢測(cè)單相交流電源100 的電流相位的電流相位檢測(cè)部107。如圖10所述，實(shí)施方式3的電力變換裝置中，由單相交流電源100、三相的負(fù)載 101和波形生成部102構(gòu)成主電路，由波形生成控制部104對(duì)波形生成部102進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控 制。因此，電流相位檢測(cè)部107以外的結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式1及實(shí)施方式2實(shí)質(zhì)上相同。實(shí)施方式3的電力變換裝置中，在單相交流電源100設(shè)置有電流相位檢測(cè)部107， 利用該電流相位檢測(cè)部107檢測(cè)單相交流電源100的電流相位。電流相位檢測(cè)部107向?qū)?波形生成部102中的各雙向開關(guān)器件10 102f進(jìn)行PWM控制的波形生成控制部104傳 送相位檢測(cè)信號(hào)Y。這里，來自電流相位檢測(cè)部107的相位檢測(cè)信號(hào)Y是電流相位信息。如圖10所示，實(shí)施方式3的電力變換裝置中的電流相位檢測(cè)部107中，在CT107a 檢測(cè)單相交流電源100的電流。檢測(cè)出的電流信號(hào)被輸入操作放大器電路107b，與規(guī)定電 壓(實(shí)施方式3中是接地電壓)進(jìn)行比較，向波形生成控制部104輸出表示該比較結(jié)果的 相位檢測(cè)信號(hào)Y。在波形生成控制部104的相位檢測(cè)信號(hào)處理部21 (參照?qǐng)D1)，對(duì)從電流相位檢測(cè) 部107輸出的相位檢測(cè)信號(hào)Y，補(bǔ)正電源相位檢測(cè)部103中的電壓相位檢測(cè)時(shí)生成的偏置量 及結(jié)構(gòu)電路中的信號(hào)延遲等，補(bǔ)正輸入的相位檢測(cè)信號(hào)Y的定時(shí)同步延遲。如圖10所示，實(shí)施方式3的電力變換裝置中，通過使用電流相位檢測(cè)部107，從單 相交流電源100供給負(fù)載101的電流的連續(xù)性是顯而易見的。因此，實(shí)施方式3的電力變 換裝置中，在沒有向雙向開關(guān)器件10 102f流動(dòng)電流的定時(shí)，能夠進(jìn)行波形生成部102 中的開關(guān)模式和二極管模式的切換。其結(jié)果，實(shí)施方式3的電力變換裝置能夠方便且高效 地實(shí)現(xiàn)從單相向雙相的可靠性更高的電力直接轉(zhuǎn)換。實(shí)施方式3的電力變換裝置構(gòu)成為，檢測(cè)來自單相交流電源100的電流相位，電流 波形中電流為正區(qū)域時(shí)和負(fù)區(qū)域時(shí)，逆轉(zhuǎn)雙向開關(guān)器件的功能動(dòng)作。因此，實(shí)施方式3的電 力變換裝置中，構(gòu)成從單相交流不經(jīng)直流階段而直接轉(zhuǎn)換為三相交流的直接矩陣變換器， 實(shí)現(xiàn)易控制性和低損失化。(實(shí)施方式4)圖11是表示本發(fā)明涉及的實(shí)施方式4的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)的方塊圖。實(shí)施方 式4中，對(duì)于與上述實(shí)施方式1到實(shí)施方式3中的構(gòu)成要素具有相同功能、結(jié)構(gòu)的部件賦予 相同的符號(hào)，與該構(gòu)成要素相關(guān)的詳細(xì)說明適用各實(shí)施方式中的說明。實(shí)施方式4的電力變換裝置中，與上述實(shí)施方式1的電力變換裝置不同的方面在 于，設(shè)置電壓、電流相位檢測(cè)部108取代檢測(cè)單相交流電源100的電源相位的電源相位檢測(cè) 部103，該電壓、電流相位檢測(cè)部108輸出表示所檢測(cè)的電源電壓的相位的電壓相位檢測(cè)信 號(hào)Yl和表示所檢測(cè)的電源電流的相位的電流相位檢測(cè)信號(hào)Y2。這里，來自電壓、電流相位 檢測(cè)部108的電壓相位檢測(cè)信號(hào)Yl是電壓相位信息，電流相位檢測(cè)信號(hào)Y2是電流相位信 肩、ο負(fù)載101是電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載功率因數(shù)大致為1，電壓相位及電流相位中沒有差， 電壓或者電流的任意一個(gè)作為電源相位的檢測(cè)對(duì)象都沒有問題。然而，即使是電阻負(fù)載但 在輕負(fù)載的情況下，優(yōu)選以電壓相位為檢測(cè)對(duì)象的上述實(shí)施方式2的電力變換裝置的結(jié) 構(gòu)。這是因?yàn)?，在?fù)載輕的情況下，電流值小，如果以該電流的相位為檢測(cè)對(duì)象，則噪聲等可能會(huì)在電流檢測(cè)系統(tǒng)中引起錯(cuò)誤動(dòng)作。若以電壓相位為檢測(cè)對(duì)象，則電壓一定，所以在電壓 檢測(cè)系統(tǒng)中錯(cuò)誤動(dòng)作少，能夠進(jìn)行高精度的檢測(cè)。另外，在電阻負(fù)載為重負(fù)載的情況下，優(yōu)選以電流相位為檢測(cè)對(duì)象的上述實(shí)施方 式3的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)樵谪?fù)載重的情況下，電流值大，能夠充分確保電流檢 測(cè)系統(tǒng)的分解能。另一方面，負(fù)載101為大容量的電感性負(fù)載的情況下，例如大型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的情 況下，電壓相位與電流相位產(chǎn)生大的偏差。圖12是表示從單相交流電源100輸入的電壓波形V與電流波形I的一例的波形 圖。如圖12所示，電流相位與電壓相位相比延遲。因此，例如，電壓波形V中與零電平交叉 的零交叉點(diǎn)Vtl、和與電流波形I的零電平交叉的零交叉點(diǎn)Itl的期間，電壓成為正區(qū)域，電流 成為負(fù)區(qū)域，電壓與電流成為不同的區(qū)域。結(jié)果，如上述圖5A及圖5B所示，在電壓波形V 的零交叉點(diǎn)Vtl，對(duì)雙向開關(guān)器件進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作時(shí)，在某期間電源短路，可能會(huì)產(chǎn)生過大的浪 涌電壓。為了解決該問題，實(shí)施方式4的電力變換裝置中，在電壓及電流不同的區(qū)域(正區(qū) 域或者負(fù)區(qū)域)的期間，按照成為后述的零向量電流模式的方式對(duì)波形生成部102的雙向 開關(guān)器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。所謂零向量電流模式是指，從電源電壓超過零交叉點(diǎn)到電源電流 超過零交叉點(diǎn)的期間，至此流動(dòng)的馬達(dá)電流繼續(xù)流向電路，從而按照將這時(shí)的馬達(dá)電流返 回馬達(dá)側(cè)的方式對(duì)雙向開關(guān)器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的回流模式。零向量電流模式中的具體的動(dòng) 作的例子如下所述。圖13A表示零向量電流模式中的對(duì)雙向開關(guān)器件Oil Q6)的各柵極端子(G1、 G2)施加電壓的狀態(tài)(接通、斷開狀態(tài))、和這時(shí)的各雙向開關(guān)器件(Ql Q6)的動(dòng)作狀態(tài)。 圖1 表示圖13A所示動(dòng)作狀態(tài)下的波形生成部102的雙向開關(guān)器件(Ql Q6)中的電流 的流向。圖13A及圖1 所示狀態(tài)中，第一、第三、第五雙向開關(guān)器件Ql、Q3、Q5是二極管 模式，第二、第四、第六雙向開關(guān)器件Q2、Q4、Q6是開關(guān)模式的接通狀態(tài)。該狀態(tài)下，來自作 為電感性負(fù)載的馬達(dá)的電流按照?qǐng)D13B所示的箭頭方向流動(dòng)，回流到馬達(dá)(零向量電流模 式)O這樣，實(shí)施方式4的電力變換裝置中，電壓及電流為不同的區(qū)域(正區(qū)域或者負(fù)區(qū) 域)的期間(例如，圖12中的Vtl-Itl期間、V1-I1期間、V2-I2期間)，按照剛從馬達(dá)流出的電 流向馬達(dá)回流的零向量電流模式對(duì)雙向開關(guān)器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。于是，在電壓及電流成為 相同的區(qū)域(正區(qū)域或者負(fù)區(qū)域)的期間、即圖12所示的電壓波形V及電流波形I中，在 I0-V1期間、I1-V2期間，進(jìn)行通常的PWM控制。因此，實(shí)施方式4的電力變換裝置構(gòu)成為，為了檢測(cè)單相交流電源100的電壓及電 流的各相位，設(shè)置電壓、電流相位檢測(cè)部108，從電壓、電流相位檢測(cè)部108向波形生成控制 部104輸出電壓相位檢測(cè)信號(hào)Yl及電流相位檢測(cè)信號(hào)Y2。輸入了電壓相位檢測(cè)信號(hào)Yl及 電流相位檢測(cè)信號(hào)Y2的波形生成控制部104構(gòu)成為，在上述的規(guī)定期間，切換PWM控制和 零向量電流模式，對(duì)雙向開關(guān)器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。這樣構(gòu)成的實(shí)施方式4的電力變換裝置中，即使在三相的負(fù)載101為大容量的電 感性負(fù)載等的電壓相位與電流相位產(chǎn)生大的偏差的情況下，也能夠從單相交流電源100的
14單相交流電不經(jīng)直流階段而可靠性高地生成具有規(guī)定的頻率的三相電流。本發(fā)明的電力變換裝置中，作為動(dòng)作模式至少具有切斷狀態(tài)(斷開(OFF)狀態(tài))、 雙向通電狀態(tài)(雙向接通(ON)狀態(tài))、兩個(gè)單向通電狀態(tài)(二極管模式狀態(tài))的功能的雙 向開關(guān)器件，使用例如GaN的多柵極雙向晶體管。使用圖15及圖16所示的組合晶體管和 二極管的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的雙向開關(guān)器件，能夠構(gòu)成本發(fā)明的電力變換裝置。但是，組合這樣的晶 體管和二極管的結(jié)構(gòu)中，通常在二極管與晶體管串聯(lián)連接的狀態(tài)下進(jìn)行通電，從而通電損 失大，并且需要組合各元件，所以存在裝置大型化、連接方式需要得多等的問題。使用圖2 所示的GaN的多柵極雙向晶體管、及圖8A所示的RB-IGBT的結(jié)構(gòu)中，不是晶體管與二極管 的組合，而是由晶體管單獨(dú)構(gòu)成，所以上述問題得以消除。如圖4所示，本發(fā)明的電力變換裝置中的波形生成部構(gòu)成為，單相交流電源與三 相負(fù)載之間的連接成為三組半橋。本發(fā)明的電力變換裝置，根據(jù)來自檢測(cè)單相交流電源的 電源相位的電源相位檢測(cè)部的相位檢測(cè)信號(hào)Y，選擇性地執(zhí)行圖5A或圖5B所示的開關(guān)動(dòng) 作。因此，六個(gè)雙向開關(guān)器件構(gòu)成為，根據(jù)單相交流電源的輸入波形狀態(tài)，例如來自單相交 流電源的輸出端子間(兩根電源線間)的電壓的大小關(guān)系，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。即，本發(fā)明的電 力變換裝置中的波形生成控制部，根據(jù)來自電源相位檢測(cè)部的表示電源線間的電壓的大小 關(guān)系的電源相位信息對(duì)波形控制部進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。具體而言，電源線上，在電壓低的一邊的端子連接二極管模式的雙向開關(guān)器件的 陽極側(cè)，在電壓高的一邊的端子連接二極管模式的雙向開關(guān)器件的陰極側(cè)，按照上述方式 在雙向開關(guān)器件的第一柵極-第一源極間施加接通信號(hào)。另外，按照在單相交流電源100 的電壓相位反轉(zhuǎn)時(shí)，恰好使電路呈反轉(zhuǎn)狀態(tài)的方式，在雙向開關(guān)器件的第二柵極-第二源 極間施加接通信號(hào)。這時(shí)，控制施加到其他各方的柵極端子的電壓，進(jìn)行雙向開關(guān)器件的接 通、斷開動(dòng)作，由此，在本發(fā)明的電力變換裝置中，實(shí)現(xiàn)用于三相負(fù)載的PWM控制。此外，上述各實(shí)施方式中，對(duì)負(fù)載是三相的情況進(jìn)行了說明，但是，本發(fā)明中，負(fù)載 并不限定于三相，通過應(yīng)用利用雙向開關(guān)器件連接單相交流電源的電源線與對(duì)多相交流負(fù) 載的輸出線這類的技術(shù)特征，能夠從單相交流電源不經(jīng)直流階段而生成多相交流。使用以電動(dòng)機(jī)負(fù)載為代表的具有電感成分的負(fù)載的情況下，需要利用某種方法處 理基于該負(fù)載的電感成分的再生能量。通常，該再生能量處理，經(jīng)由與各晶體管并聯(lián)設(shè)置的 續(xù)流二極管，再生到電源電路或者大容量的平滑電容器。本發(fā)明的電力裝換裝置中，通過使 用雙向開關(guān)器件，能夠形成開關(guān)模式或者二極管模式，所以雙向開關(guān)器件是根據(jù)情況具有 作為續(xù)流二極管的功能的器件。因此，本發(fā)明中，能夠向電源電路再生使用具有電感成分的 負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的再生能量。如上所述，使用本發(fā)明的電力變換裝置中的波形生成部的雙向開關(guān)器件，該雙向 開關(guān)器件作為動(dòng)作模式至少具有切斷狀態(tài)(斷開(OFF)狀態(tài))、雙向通電狀態(tài)(雙向接通 (ON)狀態(tài))、兩個(gè)單向通電狀態(tài)的功能，由此，能夠構(gòu)成基于單相交流電源的相位信息進(jìn)行 再生能量處理用的續(xù)流二極管，能夠簡(jiǎn)便且高效地實(shí)現(xiàn)可靠性高的電力轉(zhuǎn)換電路。本發(fā)明的電力變換裝置中，如實(shí)施方式3所述，為了檢測(cè)單相交流電源的相位而 設(shè)置電流相位檢測(cè)單元取代電壓相位檢測(cè)單元，由此，從電源供給負(fù)載的電流的連續(xù)性成 為顯而易見的，能夠在沒有流過電流的定時(shí)切換雙向開關(guān)器件的模式。因此，本發(fā)明涉及的 電力變換裝置能夠簡(jiǎn)便且高效地實(shí)現(xiàn)從單相交流向多相交流的可靠性更高的電力轉(zhuǎn)換電
另外，本發(fā)明的電力變換裝置中，如實(shí)施方式4所述，為了檢測(cè)單相交流電源的相 位，設(shè)置具有電壓相位檢測(cè)單元和電流相位檢測(cè)單元的組合功能的電壓、電流相位檢測(cè)單 元，由此，即使在負(fù)載為大容量的電感性負(fù)載的情況下，也能夠可靠性高地生成具有規(guī)定的 頻率的多相電流。本發(fā)明的電力變換裝置中，使用具有切斷狀態(tài)(斷開(OFF)狀態(tài))與雙向通電狀 態(tài)(雙向接通(ON)狀態(tài))的開關(guān)模式、及兩個(gè)單向通電的二極管模式的功能的雙向開關(guān)器 件，構(gòu)成波形生成部，由此，能夠從單相交流形成具有規(guī)定的頻率的多相交流，實(shí)現(xiàn)易控制 性和低損失化。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的電力變換裝置能夠用作為，從單相交流轉(zhuǎn)換為多相交流的電力轉(zhuǎn)換中不 經(jīng)直流階段而能夠容易且高效地進(jìn)行轉(zhuǎn)換的可靠性高的電源裝置，例如作為空氣調(diào)和機(jī)、 加熱泵式熱水器、冰箱等具有較大功率的多相電動(dòng)機(jī)的各種家用電氣設(shè)備中的電源裝置， 能夠廣泛應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種電力變換裝置，其特征在于，包括電源相位檢測(cè)部，其檢測(cè)單相交流電源的電源相位，輸出所檢測(cè)出的電源相位信息；波形生成部，其具有多個(gè)雙向開關(guān)器件，利用所述雙向開關(guān)器件將所述單相交流電源 的電源線和對(duì)多相交流負(fù)載的輸出線連接而構(gòu)成；和波形生成控制部，其根據(jù)來自所述電源相位檢測(cè)部的電源相位信息對(duì)所述雙向開關(guān)器 件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，并且根據(jù)預(yù)先設(shè)定的指令信號(hào)對(duì)所述雙向開關(guān)器件進(jìn)行PWM控制，使得 從所述波形生成部輸出具有規(guī)定的頻率的多相交流。
2.如權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，所述雙向開關(guān)器件的動(dòng)作模式具有切換切斷狀態(tài)與雙向通電狀態(tài)的開關(guān)模式、和成為 兩個(gè)方向的單向通電狀態(tài)的二極管模式，所述波形生成控制部構(gòu)成為，根據(jù)來自所述電源相位檢測(cè)部的電源相位信息，有選擇 地切換所述雙向開關(guān)器件的開關(guān)模式與二極管模式。
3.如權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，所述雙向開關(guān)器件至少具有兩個(gè)控制端子，所述波形生成控制部根據(jù)來自所述電源相位檢測(cè)部的電源相位信息，檢測(cè)電源波形中 的正區(qū)域與負(fù)區(qū)域的零交叉點(diǎn)，在檢測(cè)到的零交叉點(diǎn)，切換輸入到所述兩個(gè)控制端子的相 互的控制信號(hào)。
4.如權(quán)利要求2所述的電力變換裝置，其特征在于，所述波形生成控制部根據(jù)來自所述電源相位檢測(cè)部的電源相位信息，檢測(cè)電源波形中 的正區(qū)域與負(fù)區(qū)域的零交叉點(diǎn)，在檢測(cè)到的零交叉點(diǎn)，切換所述雙向開關(guān)器件的二極管模 式的通電方向。
5.如權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，所述電源相位檢測(cè)部構(gòu)成為，向所述波形生成控制部輸出表示所述單相交流電源的兩 根電源線的電壓的大小關(guān)系的電源相位信息，所述波形生成控制部根據(jù)所述電源信息對(duì)所 述雙向開關(guān)器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
6.如權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，所述電源相位檢測(cè)部構(gòu)成為，檢測(cè)所述單相交流電源的電壓相位，所述波形生成控制 部構(gòu)成為根據(jù)所檢測(cè)出的電壓相位信息，對(duì)所述雙向開關(guān)器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
7.如權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，所述電源相位檢測(cè)部構(gòu)成為，檢測(cè)所述單相交流電源的電流相位，所述波形生成控制 部構(gòu)成為根據(jù)所檢測(cè)出的電流相位信息，對(duì)所述雙向開關(guān)器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
8.如權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，所述電源相位檢測(cè)部構(gòu)成為檢測(cè)所述單相交流電源的電壓相位及電流相位，所述波形 生成控制部構(gòu)成為根據(jù)檢測(cè)出的電壓相位信息及電流相位信息，對(duì)所述雙向開關(guān)器件進(jìn)行 驅(qū)動(dòng)控制。
9.如權(quán)利要求8所述的電力變換裝置，其特征在于，所述波形生成控制部，根據(jù)來自所述電源相位檢測(cè)部的電壓相位信息及電流相位信 息，在電源電壓波形與電源電流波形中正負(fù)的區(qū)域相同的期間，對(duì)所述雙向開關(guān)器件進(jìn)行 PWM控制。
10.如權(quán)利要求8所述的電力變換裝置，其特征在于，所述波形生成控制部，根據(jù)來自所述電源相位檢測(cè)部的電壓相位信息及電流相位信 息，在電源電壓波形與電源電流波形中正負(fù)的區(qū)域不同的期間，按照將來自多相交流負(fù)載 的電流回流到該多相交流負(fù)載的模式，對(duì)所述雙向開關(guān)器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
11.如權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于，所述雙向開關(guān)器件，將SiC臥式雙向開關(guān)晶體管或GaN臥式雙向開關(guān)器件晶體管、或者 RB-IGBT(逆阻型絕緣柵雙極型晶體管)逆向并聯(lián)連接而構(gòu)成。
全文摘要
為了提供一種不設(shè)置整流單元、通過簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)構(gòu)成單相交流輸入-多相交流輸出的直接矩陣變換器的電力變換裝置，波形生成部(102)利用雙向開關(guān)器件連接單相交流電源(100)的電源線和對(duì)多相交流負(fù)載(101)的輸出線而構(gòu)成，波形生成控制部(104)根據(jù)來自電源相位檢測(cè)部(103)的電源相位信息對(duì)雙向開關(guān)器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，并且根據(jù)預(yù)先設(shè)定的指令信號(hào)對(duì)雙向開關(guān)器件進(jìn)行PWM控制。
文檔編號(hào)H02M5/297GK102106069SQ20098012875
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2009年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月24日
發(fā)明者小川正則, 松城英夫, 福榮貴史 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社