系統(tǒng)互連逆變器裝置和具有系統(tǒng)互連逆變器裝置的分散型電源系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】提供在系統(tǒng)電壓的過(guò)零點(diǎn)附近的小電流區(qū)域中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，并且損耗較小的系統(tǒng)互連逆變器裝置。包括橋式電路、濾波電路和控制橋式電路的控制單元，將從直流電源獲得的電力按照橋式電路、濾波電路的順序供給到市電系統(tǒng)，其中橋式電路由多個(gè)開(kāi)關(guān)構(gòu)成，控制單元具有：以市電系統(tǒng)的電壓的過(guò)零點(diǎn)為基點(diǎn)，在自規(guī)定期間前至經(jīng)過(guò)規(guī)定期間后的期間，對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制以抑制市電系統(tǒng)中流通的電流的畸變的模式1；和在經(jīng)過(guò)規(guī)定期間后至下一個(gè)規(guī)定期間前的期間，對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制以降低開(kāi)關(guān)的損耗的模式2。
【專(zhuān)利說(shuō)明】系統(tǒng)互連逆變器裝置和具有系統(tǒng)互連逆變器裝置的分散型電源系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及系統(tǒng)互連逆變器裝置，特別涉及降低損耗的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，為了防止全球變暖，以燃料電池、太陽(yáng)光、風(fēng)力等作為能量源的分散型電源系統(tǒng)開(kāi)始得到普及。一般情況下，在上述系統(tǒng)中具有系統(tǒng)互連逆變器裝置，以能夠?qū)纳鲜瞿芰吭吹玫降碾娏┙o到市電系統(tǒng)(商用電網(wǎng))。為了促進(jìn)能量的有效利用和系統(tǒng)的小型化，期望開(kāi)發(fā)出損耗較小的系統(tǒng)互連逆變器裝置。
[0003]其中，專(zhuān)利文獻(xiàn)I中公開(kāi)了降低逆變器裝置的損耗的現(xiàn)有技術(shù)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0006]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:特公平7-8145號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0008]專(zhuān)利文獻(xiàn)I中記載了這樣一種技術(shù)，其檢測(cè)負(fù)載電流，在負(fù)載電壓的極性與負(fù)載電流的極性彼此同為正極或同為負(fù)極的情況下，使單相橋式逆變器電路I的2個(gè)開(kāi)關(guān)元件(Ql與Q2或Q3與Q4)不進(jìn)行關(guān)斷/導(dǎo)通動(dòng)作，從而降低因開(kāi)關(guān)元件關(guān)斷/導(dǎo)通而導(dǎo)致的損耗。不過(guò)，專(zhuān)利文獻(xiàn)I中并未考慮到負(fù)載電流即單相橋式逆變器電路I的輸出電流中包含的脈動(dòng)(ripple)的影響。
[0009]此處簡(jiǎn)要介紹系統(tǒng)互連逆變器裝置的概要。系統(tǒng)互連逆變器裝置從橋式電路輸出脈沖狀的電力(以下稱(chēng)脈沖電力)，將其經(jīng)濾波電路平滑后輸出到市電系統(tǒng)。因此，一般而言，橋式電路的輸出電流中包含如圖13所示的脈動(dòng)。
[0010]接著，考慮對(duì)系統(tǒng)互連逆變器裝置應(yīng)用上述專(zhuān)利文獻(xiàn)I的技術(shù)的情況。一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)互連逆變器裝置的功率因數(shù)為0.95?1.0，系統(tǒng)電壓與系統(tǒng)電流間幾乎沒(méi)有相位差。因而，例如在系統(tǒng)電壓的過(guò)零點(diǎn)附近的小電流區(qū)域中，橋式電路的輸出電流較小，由于上述脈動(dòng)的原因可能會(huì)導(dǎo)致其輸出電流的極性按開(kāi)關(guān)周期在正極與負(fù)極間反復(fù)。即，在過(guò)零點(diǎn)附近的小電流區(qū)域中，輸出電流的極性判別會(huì)變得不穩(wěn)定，存在橋式電路的開(kāi)關(guān)動(dòng)作變得不穩(wěn)定的情況。這種情況下，例如系統(tǒng)電流會(huì)發(fā)生畸變，可能無(wú)法充分降低因開(kāi)關(guān)元件的關(guān)斷/導(dǎo)通導(dǎo)致的損耗(以下稱(chēng)開(kāi)關(guān)損耗)。
[0011]為此，本發(fā)明的目的在于，提供一種在系統(tǒng)電壓的過(guò)零點(diǎn)附近的小電流區(qū)域中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，損耗較小的系統(tǒng)互連逆變器裝置。
[0012]解決問(wèn)題的方案
[0013]本發(fā)明提供一種系統(tǒng)互連(并網(wǎng))逆變器裝置，包括橋式電路、濾波電路和控制橋式電路的控制單元，將從直流電源獲得的電力按照橋式電路、濾波電路的順序供給到市電系統(tǒng)，其特征在于:橋式電路由多個(gè)開(kāi)關(guān)構(gòu)成，控制單元具有:以市電系統(tǒng)的電壓的過(guò)零點(diǎn)為基點(diǎn)，在自規(guī)定期間前至經(jīng)過(guò)規(guī)定期間后的期間，對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制以抑制市電系統(tǒng)中流通的電流的畸變的模式I;和在經(jīng)過(guò)規(guī)定期間后至下一個(gè)規(guī)定期間前的期間，對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制以降低開(kāi)關(guān)的損耗的模式2。
[0014]或者，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)互連逆變器裝置，包括橋式電路、濾波電路和控制橋式電路的控制單元，將從直流電源獲得的電力按照橋式電路、濾波電路的順序供給到市電系統(tǒng)，其特征在于:橋式電路由第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)、第三開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)構(gòu)成，串聯(lián)連接的第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)的兩端和串聯(lián)連接的第三開(kāi)關(guān)、第四開(kāi)關(guān)的兩端被連接在直流電源的兩端，第一開(kāi)關(guān)與第二開(kāi)關(guān)的連接點(diǎn)和第三開(kāi)關(guān)與第四開(kāi)關(guān)的連接點(diǎn)與濾波電路連接，濾波電路與市電系統(tǒng)連接，控制單元具有:以市電系統(tǒng)的電壓的過(guò)零點(diǎn)為基點(diǎn)，在自規(guī)定期間前至經(jīng)過(guò)規(guī)定期間后的期間，當(dāng)市電系統(tǒng)的電壓為正時(shí)，使第一開(kāi)關(guān)導(dǎo)通、第二開(kāi)關(guān)關(guān)斷并對(duì)第三開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)進(jìn)行互補(bǔ)PWM，當(dāng)市電系統(tǒng)的電壓為負(fù)時(shí)，使第三開(kāi)關(guān)導(dǎo)通、第四開(kāi)關(guān)關(guān)斷并對(duì)第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)進(jìn)行互補(bǔ)PWM的模式I ;和在經(jīng)過(guò)規(guī)定期間后至下一個(gè)規(guī)定期間前的期間，當(dāng)市電系統(tǒng)的電壓為正時(shí)，使第一開(kāi)關(guān)導(dǎo)通、第二開(kāi)關(guān)和第三開(kāi)關(guān)關(guān)斷并對(duì)第四開(kāi)關(guān)進(jìn)行PWM，當(dāng)市電系統(tǒng)的電壓為負(fù)時(shí)，使第三開(kāi)關(guān)導(dǎo)通、第四開(kāi)關(guān)和第一開(kāi)關(guān)關(guān)斷并對(duì)第二開(kāi)關(guān)進(jìn)行PWM的模式2。
[0015]發(fā)明的效果
[0016]根據(jù)本發(fā)明，系統(tǒng)互連逆變器裝置包括橋式電路、濾波電路和控制橋式電路的控制單元，將從直流電源獲得的電力按照橋式電路、濾波電路的順序供給到市電系統(tǒng)，橋式電路由多個(gè)開(kāi)關(guān)構(gòu)成，控制單元具有:以市電系統(tǒng)的電壓的過(guò)零點(diǎn)為基點(diǎn)，在自規(guī)定期間前至經(jīng)過(guò)規(guī)定期間后的期間，對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制以抑制市電系統(tǒng)中流通的電流的畸變的模式I;和在經(jīng)過(guò)規(guī)定期間后至下一個(gè)規(guī)定期間前的期間，對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制以降低開(kāi)關(guān)的損耗的模式2，由此，在系統(tǒng)電壓的過(guò)零點(diǎn)附近的小電流區(qū)域能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，能夠提供損耗小的系統(tǒng)互連逆變器裝置。
[0017]或者，根據(jù)本發(fā)明，系統(tǒng)互連逆變器裝置包括橋式電路、濾波電路和控制橋式電路的控制單元，將從直流電源獲得的電力按照橋式電路、濾波電路的順序供給到市電系統(tǒng)，橋式電路由第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)、第三開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)構(gòu)成，串聯(lián)連接的第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)的兩端和串聯(lián)連接的第三開(kāi)關(guān)、第四開(kāi)關(guān)的兩端被連接在直流電源的兩端，第一開(kāi)關(guān)與第二開(kāi)關(guān)的連接點(diǎn)和第三開(kāi)關(guān)與第四開(kāi)關(guān)的連接點(diǎn)與濾波電路連接，濾波電路與市電系統(tǒng)連接，控制單元具有:以市電系統(tǒng)的電壓的過(guò)零點(diǎn)為基點(diǎn)，在自規(guī)定期間前至經(jīng)過(guò)規(guī)定期間后的期間，當(dāng)市電系統(tǒng)的電壓為正時(shí)，使第一開(kāi)關(guān)導(dǎo)通、第二開(kāi)關(guān)關(guān)斷并對(duì)第三開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)進(jìn)行互補(bǔ)PWM，當(dāng)市電系統(tǒng)的電壓為負(fù)時(shí)，使第三開(kāi)關(guān)導(dǎo)通、第四開(kāi)關(guān)關(guān)斷并對(duì)第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)進(jìn)行互補(bǔ)PWM的模式I ;和在經(jīng)過(guò)規(guī)定期間后至下一個(gè)規(guī)定期間前的期間，當(dāng)市電系統(tǒng)的電壓為正時(shí)，使第一開(kāi)關(guān)導(dǎo)通、第二開(kāi)關(guān)和第三開(kāi)關(guān)關(guān)斷并對(duì)第四開(kāi)關(guān)進(jìn)行PWM，當(dāng)市電系統(tǒng)的電壓為負(fù)時(shí)，使第三開(kāi)關(guān)導(dǎo)通、第四開(kāi)關(guān)和第一開(kāi)關(guān)關(guān)斷并對(duì)第二開(kāi)關(guān)進(jìn)行PWM的模式2，由此，在系統(tǒng)電壓的過(guò)零點(diǎn)附近的小電流區(qū)域能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，能夠提供損耗小的系統(tǒng)互連逆變器裝置。
[0018]此外，根據(jù)本發(fā)明，具有將串聯(lián)連接的第一開(kāi)關(guān)與第二開(kāi)關(guān)的兩端和串聯(lián)連接的第三開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)的兩端連接到直流電源的兩端的橋式電路，通過(guò)使用IGBT和二極管構(gòu)成第一開(kāi)關(guān)和第三開(kāi)關(guān)來(lái)減小導(dǎo)通損耗，通過(guò)使用MOSFET和二極管構(gòu)成第二開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)而能夠進(jìn)行高速開(kāi)關(guān)，并且能夠降低開(kāi)關(guān)損耗。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的單相系統(tǒng)互連逆變器裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖2是在圖1中不使用動(dòng)作模式切換單元120的情況下的電壓電流波形圖(基于模式2的PWM信號(hào)的動(dòng)作波形)。
[0021]圖3是圖2的期間(B)和(F)的放大圖。
[0022]圖4是圖2的期間(C)和(E)的放大圖。
[0023]圖5是在圖1中不使用動(dòng)作模式切換單元120的情況下的電壓電流波形圖(基于模式I的PWM信號(hào)的動(dòng)作波形)。
[0024]圖6是在圖1中使用了動(dòng)作模式切換單元120的情況下的電壓電流波形圖。
[0025]圖7是本發(fā)明第一實(shí)施例的單相系統(tǒng)互連逆變器裝置的控制單元。
[0026]圖8是在圖1中使用了動(dòng)作模式切換單元120的情況下的電壓電流波形圖(輸出電流大于圖7的情況)。
[0027]圖9是本發(fā)明第二實(shí)施例的單相系統(tǒng)互連逆變器裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0028]圖10是本發(fā)明第二實(shí)施例的電壓電流波形圖。
[0029]圖11是圖10的開(kāi)關(guān)動(dòng)作的詳細(xì)說(shuō)明圖。
[0030]圖12是本發(fā)明第三實(shí)施例的分散電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0031]圖13是系統(tǒng)互連逆變器裝置的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下列舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。
[0033]實(shí)施例1
[0034]圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的單相系統(tǒng)互連(并網(wǎng)，Grid-Connected)逆變器裝置I的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0035]下面對(duì)單相系統(tǒng)互連逆變器裝置I的主電路進(jìn)行說(shuō)明。在直流電源10的兩端，連接有旁通電容器60，開(kāi)關(guān)元件20與21的串聯(lián)連接體，和開(kāi)關(guān)元件22與23的串聯(lián)連接體。在開(kāi)關(guān)元件20?23上，分別并聯(lián)連接有續(xù)流二極管(free wheel diode) 40?43。在開(kāi)關(guān)元件20與21的連接點(diǎn)，和開(kāi)關(guān)元件22與23的連接點(diǎn)之間，連接有電感器70、電容器61和電感器71的串聯(lián)連接體。電容器61的兩端與市電系統(tǒng)80連接。本實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)元件20和22使用IGBT。此外，開(kāi)關(guān)元件21和23使用MOSFET。
[0036]上述開(kāi)關(guān)元件20與二極管40，開(kāi)關(guān)元件21與二極管41，開(kāi)關(guān)元件22與二極管42，開(kāi)關(guān)元件23與二極管43，分別構(gòu)成第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)、第三開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)。旁通電容器60和第一?四開(kāi)關(guān)構(gòu)成單相橋式電路，將從直流電源10輸出的直流電力轉(zhuǎn)換為交流的脈沖電力。
[0037]上述單相橋式電路的輸出端是第一開(kāi)關(guān)與第二開(kāi)關(guān)的連接點(diǎn)，和第三開(kāi)關(guān)與第四開(kāi)關(guān)的連接點(diǎn)。另外，電感器70、電容器61和電感器71構(gòu)成濾波電路，將從上述單相橋式電路輸出的交流脈沖電力平滑后向系統(tǒng)輸出。上述濾波電路的輸入端是由電感器70、電容器61和電感器71構(gòu)成的串聯(lián)連接體的兩端，輸出端是電容器61的兩端。
[0038]并且，單相系統(tǒng)互連逆變器裝置I設(shè)置有用于對(duì)上述的主電路進(jìn)行控制的控制單元100。對(duì)控制單元100進(jìn)行說(shuō)明。為了檢測(cè)單相系統(tǒng)互連逆變器裝置I的輸入側(cè)的電壓，在旁通電容器60的兩端連接有電壓檢測(cè)單元102，為了檢測(cè)輸出側(cè)的電壓，在電容器61的兩端連接有電壓檢測(cè)單元104。并且，電壓檢測(cè)單元102、104與系統(tǒng)互連控制單元108連接。此外，為了檢測(cè)輸入側(cè)的電流，在直流電源10的正極側(cè)插入有電流傳感器90，為了檢測(cè)輸出側(cè)的電流，在作為上述單相橋式電路的輸出側(cè)的開(kāi)關(guān)兀件20與21的連接點(diǎn)和電感器70之間，插入有電流傳感器91。電流傳感器90和電流傳感器91分別與電流檢測(cè)單元101和電流檢測(cè)單元103連接。并且，電流檢測(cè)單元101和電流檢測(cè)單元103與系統(tǒng)互連控制單元108連接。系統(tǒng)互連控制單元108上連接有PWM生成單元106和107。PWM生成單元106與切換單元109和脈動(dòng)檢測(cè)單元111連接。PWM生成單元107與切換單元109連接。切換單元109與驅(qū)動(dòng)單元105連接。驅(qū)動(dòng)單元105與開(kāi)關(guān)元件20?23的柵極連接。此外，電壓檢測(cè)單元102和104與脈動(dòng)檢測(cè)單元111連接。電流檢測(cè)單元103和脈動(dòng)檢測(cè)單元111與比較單元110連接。比較單元110與切換單元109連接。
[0039]為了使單相系統(tǒng)互連逆變器裝置I對(duì)市電系統(tǒng)80輸出期望的電力，控制單元100進(jìn)行以下控制。系統(tǒng)互連控制單元108經(jīng)電壓檢測(cè)單元102與104和電流檢測(cè)單元101與103，檢測(cè)輸入側(cè)和輸出側(cè)的電壓、電流，計(jì)算調(diào)制率輸出到PWM生成單元106和107，以使市電系統(tǒng)80的系統(tǒng)電壓Vac與在市電系統(tǒng)80中流動(dòng)的系統(tǒng)電流Iac為同相位(功率因數(shù)
0.95?1.0)。PWM生成單元106和107對(duì)從系統(tǒng)互連控制單元108輸出的調(diào)制率與載波信號(hào)進(jìn)行比較，生成用于使開(kāi)關(guān)元件20?23進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作的PWM信號(hào)，經(jīng)切換單元109輸出到驅(qū)動(dòng)單元105。驅(qū)動(dòng)單元105將從PWM生成單元106或107輸出的PWM信號(hào)放大，對(duì)開(kāi)關(guān)元件20?23的柵極進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
[0040]此處，上述的切換單元109和比較單元110構(gòu)成動(dòng)作模式切換單元120。動(dòng)作模式切換單元120具有基于后述的方法將由PWM生成單元106和PWM生成單元107生成的PWM信號(hào)的任一者傳遞到驅(qū)動(dòng)單元105的功能。該動(dòng)作模式切換單元120和脈動(dòng)檢測(cè)單元111是涉及本發(fā)明的技術(shù)思想的單元。
[0041]以下對(duì)本實(shí)施例的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。為明確本發(fā)明的作用與效果，以下分成不使用本發(fā)明的動(dòng)作模式切換單元120與脈動(dòng)檢測(cè)單元111的情況和使用了這二者的情況進(jìn)行說(shuō)明。
[0042](不使用動(dòng)作模式切換單元120和脈動(dòng)檢測(cè)單元111的情況下的動(dòng)作)
[0043]首先，圖2表示在圖1中不使用動(dòng)作模式切換單元120，利用由PWM生成單元106生成的PWM信號(hào)(后文稱(chēng)模式I)使開(kāi)關(guān)元件20?23進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作的情況下的動(dòng)作波形。Vac是市電系統(tǒng)80的電壓(以下稱(chēng)系統(tǒng)電壓)。Ii是上述單相橋式電路的輸出電流(Ii是圖2中自上方起的第二個(gè)波形，呈三角波上疊加了正弦波的形狀)。Ii (ave)是Ii的平均電流，其大致等于Ii經(jīng)上述濾波電路平滑后的電流即系統(tǒng)電流lac。Vg (20)?Vg (23)是開(kāi)關(guān)元件20?23的柵極驅(qū)動(dòng)電壓。以下參照?qǐng)D2進(jìn)行說(shuō)明。
[0044]在Vac為正的半周期的期間，Vg (20)持續(xù)為導(dǎo)通，Vg (21)持續(xù)為關(guān)斷。而Vg
(22)和Vg (23)彼此交錯(cuò)地互為導(dǎo)通/關(guān)斷(以下將其稱(chēng)為互補(bǔ)PWM)。另外，在Vac為負(fù)的半周期的期間，Vg (20)和Vg (21)為互補(bǔ)PWM。而Vg (22)持續(xù)為導(dǎo)通，Vg (23)持續(xù)為關(guān)斷。
[0045]另外，為了不會(huì)出現(xiàn)串聯(lián)連接的開(kāi)關(guān)元件20和21、開(kāi)關(guān)元件22和23同為導(dǎo)通的狀態(tài)，在Vg (20)與Vg (21)之間和Vg (22)與Vg (23)之間設(shè)置有死區(qū)時(shí)間。在不設(shè)置上述死區(qū)時(shí)間的情況下，由于開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通動(dòng)作(turn on)時(shí)間與關(guān)斷動(dòng)作(turn off)時(shí)間的差異，可能會(huì)出現(xiàn)開(kāi)關(guān)元件20和21或開(kāi)關(guān)元件22和23同為導(dǎo)通的狀態(tài)。這樣，該情況下在直流電源10 —開(kāi)關(guān)元件20 —開(kāi)關(guān)元件21，或直流電源10 —開(kāi)關(guān)元件22 —開(kāi)關(guān)元件23的環(huán)路上會(huì)流通較大的短路電流，開(kāi)關(guān)元件可能受到破壞。
[0046]此后，分圖中的期間(A)?(F)對(duì)動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。期間(A)是系統(tǒng)電壓Vac為正且上述單相橋式電路的輸出電流Ii為正的期間。期間(B)和(F)是Vac為正，且由于脈動(dòng)而導(dǎo)致Ii的上限為正但I(xiàn)i的下限為負(fù)的期間。期間(B)和(F)的差別僅在于Ii的平均電流Ii (ave)隨著時(shí)間經(jīng)過(guò)是上升還是下降，不存在與上述單相橋式電路的開(kāi)關(guān)動(dòng)作有關(guān)的差另U?；谙嗤南敕?，期間(D)是Vac為負(fù)且Ii為負(fù)的期間。期間(C)和(E)是Vac為負(fù)，且由于脈動(dòng)而導(dǎo)致Ii的上限為正但I(xiàn)i的下限為負(fù)的期間。期間(C)和(E)的差別僅在于Ii的平均電流Ii (ave)隨著時(shí)間經(jīng)過(guò)是上升還是下降，不存在與上述單相橋式電路的開(kāi)關(guān)動(dòng)作有關(guān)的差別。
[0047]首先，對(duì)系統(tǒng)電壓Vac為正的期間(A)、(B)、(F)進(jìn)行說(shuō)明。
[0048]在期間(A)，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件22關(guān)斷、開(kāi)關(guān)元件23導(dǎo)通時(shí)，電流按照直流電源10 —開(kāi)關(guān)元件20 —電感器70 —電容器61 —電感器71 —開(kāi)關(guān)元件23的路徑流動(dòng)。接著，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件22導(dǎo)通、開(kāi)關(guān)元件23關(guān)斷時(shí)，電流按照開(kāi)關(guān)元件20 —電感器70 —電容器61 —電感器71 — 二極管42的路徑流動(dòng)。如上所述，在期間(A)開(kāi)關(guān)元件22上并不流通電流，因此即使不使開(kāi)關(guān)元件22導(dǎo)通也不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。
[0049]為了說(shuō)明期間(B)和(F)的動(dòng)作，在圖3中表示將該期間放大的動(dòng)作波形。下面開(kāi)始參照?qǐng)D3進(jìn)行說(shuō)明。圖3中，t0是輸出電流Ii由負(fù)變正的Ii=O時(shí)的時(shí)刻，tl是輸出電流Ii > O且Ii開(kāi)始從上升轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆禃r(shí)的時(shí)刻，t2是輸出電流Ii由正變負(fù)的Ii=O時(shí)的時(shí)刻，t3是輸出電流Ii < O且Ii開(kāi)始從下降轉(zhuǎn)變?yōu)樯仙龝r(shí)的時(shí)刻，t4是輸出電流Ii由負(fù)變正的Ii=O時(shí)的時(shí)刻。
[0050]首先，對(duì)上述橋式逆變器電路的輸出電流Ii為正的時(shí)刻t0至t2的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。在時(shí)刻to-tl中，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件22關(guān)斷、開(kāi)關(guān)元件23導(dǎo)通時(shí)，電流按照直流電源10 —開(kāi)關(guān)元件20 —電感器70 —電容器61 —電感器71 —開(kāi)關(guān)元件23的路徑流動(dòng)。接著，在時(shí)刻tl-t2中，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件23關(guān)斷、開(kāi)關(guān)元件22導(dǎo)通時(shí)，電流按照開(kāi)關(guān)元件20 —電感器70 —電容器61 —電感器71 — 二極管42的路徑流動(dòng)。S卩，在Ii為正的時(shí)刻t0-t2之間，與期間(A)進(jìn)行同樣的動(dòng)作。
[0051]接著，對(duì)上述單相橋式電路的輸出電流Ii為負(fù)的時(shí)刻t2至t4的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。在t2-t3中，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件22導(dǎo)通、開(kāi)關(guān)元件23關(guān)斷時(shí)，電流按照電容器61 —電感器70 —二極管40 —開(kāi)關(guān)元件22 —電感器71的路徑流動(dòng)。然后在時(shí)刻t3-t4中，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件22關(guān)斷、開(kāi)關(guān)元件23導(dǎo)通時(shí)，電流按照電容器61 —電感器70 — 二極管40 —直流電源10 —開(kāi)關(guān)元件23和二極管43的路徑流動(dòng)。S卩，在Ii為負(fù)的時(shí)刻t2-t4之間，存在開(kāi)關(guān)元件22上流通電流的期間。
[0052]接著回到圖2，對(duì)系統(tǒng)電壓Vac為負(fù)的期間(C)?(E)進(jìn)行說(shuō)明。[0053]在期間(D)，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件20關(guān)斷、開(kāi)關(guān)元件21導(dǎo)通時(shí)，電流按照直流電源10 —開(kāi)關(guān)元件22 —電感器71 —電容器61 —電感器70 —開(kāi)關(guān)元件21的路徑流動(dòng)。接著，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件20導(dǎo)通、開(kāi)關(guān)元件21關(guān)斷時(shí)，電流按照開(kāi)關(guān)元件22 —電感器71 —電容器61 —電感器70 — 二極管40的路徑流動(dòng)。如上所述，在期間(D)開(kāi)關(guān)元件20上并不流通電流，因此即使不使開(kāi)關(guān)元件20導(dǎo)通也不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。
[0054]為了說(shuō)明期間(C)和(E)的動(dòng)作，在圖4中表示將該期間放大的動(dòng)作波形。下面開(kāi)始參照?qǐng)D4進(jìn)行說(shuō)明。圖4中，tO'是輸出電流Ii由正變負(fù)的Ii=O時(shí)的時(shí)刻，tl'是輸出電流Ii < O且Ii開(kāi)始從下降轉(zhuǎn)變?yōu)樯仙龝r(shí)的時(shí)刻，t2'是輸出電流Ii由負(fù)變正的Ii=O時(shí)的時(shí)刻，t3'是輸出電流Ii > O且Ii開(kāi)始從上升轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆禃r(shí)的時(shí)刻，t4'是輸出電流Ii由正變負(fù)的Ii=O時(shí)的時(shí)刻。
[0055] 首先，對(duì)上述單相橋式電路的輸出電流Ii為負(fù)的時(shí)刻t(V至t2;的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。在時(shí)刻to' -tl'中，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件20關(guān)斷、開(kāi)關(guān)元件21導(dǎo)通時(shí)，電流按照直流電源10 —開(kāi)關(guān)元件22 —電感器71 —電容器61 —電感器70 —開(kāi)關(guān)元件21的路徑流動(dòng)。接著，在時(shí)刻tl' -t2'中，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件21關(guān)斷、開(kāi)關(guān)元件20導(dǎo)通時(shí)，電流按照開(kāi)關(guān)元件22—電感器71 —電容器61 —電感器70 — 二極管40的路徑流動(dòng)。即，在Ii為負(fù)的時(shí)刻tO' ~t2!之間，與期間(D )進(jìn)行同樣的動(dòng)作。
[0056]接著，對(duì)上述單相橋式電路的輸出電流Ii為正的時(shí)刻t2;至tf的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。在t2' -t3'中，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件20導(dǎo)通、開(kāi)關(guān)元件21關(guān)斷時(shí)，電流按照電容器61—電感器71—二極管42—開(kāi)關(guān)元件20—電感器70的路徑流動(dòng)。然后在時(shí)刻t3' _t4'中，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件20關(guān)斷、開(kāi)關(guān)元件21導(dǎo)通時(shí)，電流按照電容器61 —電感器71 — 二極管42 —直流電源10—開(kāi)關(guān)元件21和二極管41的路徑流動(dòng)。即，在Ii為正的時(shí)刻t2' -t4'之間，存在開(kāi)關(guān)元件20上流通電流的期間。
[0057]如以上所說(shuō)明的那樣，在圖1中不使用動(dòng)作模式切換單元120和脈動(dòng)檢測(cè)單元111，利用模式I的PWM信號(hào)使開(kāi)關(guān)元件20~23進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作的情況下，由于使不流通電流的開(kāi)關(guān)元件(期間(A)的開(kāi)關(guān)元件22、期間(D)的開(kāi)關(guān)元件20)進(jìn)行了開(kāi)關(guān)動(dòng)作，所以會(huì)產(chǎn)生額外的開(kāi)關(guān)損耗。
[0058]另一方面，圖5表示在圖1中不使用動(dòng)作模式切換單元120和脈動(dòng)檢測(cè)單元111，利用由PWM生成單元107生成的PWM信號(hào)(后文稱(chēng)模式2)使開(kāi)關(guān)元件20~23進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作的情況下的動(dòng)作波形。以下參照?qǐng)D5進(jìn)行說(shuō)明。
[0059]在Vac為正的半周期的期間，Vg (20)持續(xù)為導(dǎo)通，Vg (21)和Vg (22)持續(xù)為關(guān)斷。而Vg (23)為導(dǎo)通/關(guān)斷(以下將其稱(chēng)為PWM)。在Vac為負(fù)的半周期的期間，Vg (22)持續(xù)為導(dǎo)通，Vg (20)和Vg (23)持續(xù)為關(guān)斷。而Vg (21)進(jìn)行PWM。如上所述，與圖2相比，圖5未在Vg (20)與Vg (21)之間，Vg (22)與Vg (23)之間進(jìn)行互補(bǔ)PWM，而僅對(duì)Vg(21)或 Vg (23)進(jìn)行 PWM。
[0060]由于在期間(A)開(kāi)關(guān)元件22上不流通電流，在期間(D)開(kāi)關(guān)元件20上不流通電流，因此即使不使該開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通，上述單相橋式電路的輸出電流Ii也與圖2相同。不過(guò)，在期間(B)、(C)、(E)、(F)，Ii可能會(huì)產(chǎn)生圖5所示的畸變。其原因在于，由于在期間(B)、(F)開(kāi)關(guān)元件22關(guān)斷，圖2所示的Ii的負(fù)側(cè)的電流不能在開(kāi)關(guān)元件22上流動(dòng)，Ii會(huì)向正側(cè)增加。另外，在期間(C)、(E)也同樣地由于開(kāi)關(guān)元件20關(guān)斷，圖2所示的Ii的正側(cè)的電流不能在開(kāi)關(guān)元件20上流動(dòng)，Ii會(huì)向負(fù)側(cè)增加。不過(guò)，圖5與圖2相比，開(kāi)關(guān)元件20和22的開(kāi)關(guān)次數(shù)較少，起到了降低開(kāi)關(guān)損耗的效果。
[0061](使用了動(dòng)作模式切換單元120和脈動(dòng)檢測(cè)單元111的情況下的動(dòng)作)
[0062]圖6表示在圖1中使用了動(dòng)作模式切換單元120和脈動(dòng)檢測(cè)單元111的情況下的動(dòng)作波形。下面參照?qǐng)D1和圖6進(jìn)行說(shuō)明。動(dòng)作模式切換單元120對(duì)上述的期間(A)?(F)進(jìn)行判別，在期間(A)和(D)將PWM生成單元107、切換單元109和驅(qū)動(dòng)單元105連接，以對(duì)驅(qū)動(dòng)單元105傳遞模式2的PWM信號(hào)，在期間(B)、(C)、(E)、(F)將PWM生成單元106、切換單元109和驅(qū)動(dòng)單元105連接，以對(duì)驅(qū)動(dòng)單元105傳遞模式I的PWM信號(hào)。
[0063]接著說(shuō)明動(dòng)作模式切換單元120對(duì)期間(A)?(F)進(jìn)行判別的方法。
[0064]首先，判別的條件如下所述。動(dòng)作模式切換單元120對(duì)上述單相橋式電路的平均輸出電流Ii (ave)的振幅值|li (ave) |與Ii的脈動(dòng)的振幅值Ir進(jìn)行比較,在Ir大于
Ii (ave)的情況下，判別為處于在上述單相橋式電路的開(kāi)關(guān)動(dòng)作中電流的極性存在切換的期間(B)、(C)、(E)、(F)。反過(guò)來(lái)，動(dòng)作模式切換單元120在Ir小于|li (ave) |的情況下，判別為處于期間(A)、(D)。
[0065]這里簡(jiǎn)單介紹脈動(dòng)檢測(cè)單元111檢測(cè)Ir的方法。例如，在系統(tǒng)電壓Vac為正、開(kāi)關(guān)元件20導(dǎo)通且開(kāi)關(guān)元件23從關(guān)斷向?qū)ㄞD(zhuǎn)變時(shí)，從上述單相橋式電路的輸出端輸出直流電源10的電壓Vpn，施加在構(gòu)成上述濾波電路的電感器70、電容器61、電感器71上。因而，電感器70和71上被施加了從Vpn減去Vac后的電壓，電感器70和71上的電流即上述單相橋式電路的輸出電流Ii增大。該增大的電流值的一半的值相當(dāng)于脈動(dòng)的振幅Ir。由此，Ir能夠基于Vpn、開(kāi)關(guān)元件23的導(dǎo)通時(shí)間(Vac為負(fù)的情況下為開(kāi)關(guān)元件21的導(dǎo)通時(shí)間)、Vac、電感器70與71的合成電感通過(guò)運(yùn)算而求得。因此，對(duì)于脈動(dòng)檢測(cè)單元111，從電壓檢測(cè)單元102輸入Vpn，從PWM生成單元106輸入開(kāi)關(guān)元件21和23的導(dǎo)通時(shí)間，從電壓檢測(cè)單元104輸入系統(tǒng)電壓Vac，基于這些值和已存儲(chǔ)的電感器70與71的合成電感來(lái)通過(guò)運(yùn)算求取Ir。該運(yùn)算在開(kāi)關(guān)元件21或23每次執(zhí)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)進(jìn)行，將Ir更新。脈動(dòng)檢測(cè)單元111在Ir被更新的期間將更新前的Ir保存并輸出。
[0066]此外，脈動(dòng)的振幅值Ir的檢測(cè)也能夠使用其它方法。圖7表示了其一例。圖7中，代替圖1中的脈動(dòng)檢測(cè)單元111設(shè)置有脈動(dòng)檢測(cè)單元112。脈動(dòng)檢測(cè)單元112的輸入與電流檢測(cè)單元103連接，其輸出與比較單元110連接。脈動(dòng)檢測(cè)單元112由截去市電系統(tǒng)(50Hz或60Hz)的頻率的高通濾波器和包絡(luò)檢波電路構(gòu)成。一般而言，包絡(luò)檢波電路指的是這樣一種電路，即，在目標(biāo)信息存在于電信號(hào)的時(shí)間序列的包絡(luò)線(xiàn)上的情況下，僅提取出包絡(luò)線(xiàn)。當(dāng)上述單相橋式電路的輸出電流Ii的值從電流檢測(cè)單元103被輸入到脈動(dòng)檢測(cè)單元112時(shí)，首先，由上述的高通濾波器截去市電系統(tǒng)的頻率，成為僅具有脈動(dòng)成分的信號(hào)。當(dāng)該信號(hào)被輸入到包絡(luò)檢波電路時(shí)，僅提取出脈動(dòng)成分的包絡(luò)線(xiàn)，即，僅輸出圖6所示的Ir的振幅值。另外，還可以通過(guò)其它方法來(lái)求取Ir，并不限定于本實(shí)施例。
[0067]如圖6所示，通過(guò)以上方式求得的脈動(dòng)的振幅值Ir并不是恒定值，而是在系統(tǒng)電壓Vac自零至峰值或自峰值至零的途中取最大值。
[0068]下面回到動(dòng)作模式切換單元的動(dòng)作說(shuō)明。對(duì)于比較單元110，從電流檢測(cè)單元103輸入上述單相橋式電路的平均輸出電流Ii (ave)的振幅值|li (ave) I,從脈動(dòng)檢測(cè)單元111輸入Ii的脈動(dòng)的振幅值Ir。比較單元110對(duì)| Ii(ave)和Ir進(jìn)行比較,在I Ii(ave) 大于Ir的情況下，輸出Low (低電平信號(hào)),相反的情況下輸出High (高電平信號(hào))。在比較單元110的輸出為L(zhǎng)ow的情況下，切換單元109將PWM生成單元107、切換單元109和驅(qū)動(dòng)單元105連接，以對(duì)驅(qū)動(dòng)單元105傳遞模式2的PWM信號(hào)，在比較單元110的輸出為High的情況下，切換單元109將PWM生成單元106、切換單元109和驅(qū)動(dòng)單元105連接，以對(duì)驅(qū)動(dòng)單元105傳遞模式I的PWM信號(hào)。
[0069]通過(guò)這樣的動(dòng)作，在系統(tǒng)電壓Vac的過(guò)零點(diǎn)附近的小電流區(qū)域(期間(B)、(C)、CE), (F))中，能夠利用模式I的互補(bǔ)PWM信號(hào)使開(kāi)關(guān)元件20?23進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作，抑制系統(tǒng)電流Iac的畸變。而在大電流區(qū)域(期間(A)、(D))中，利用開(kāi)關(guān)次數(shù)比模式I少的模式2的PWM信號(hào)使開(kāi)關(guān)元件20?23進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作，能夠降低開(kāi)關(guān)損耗。
[0070]圖8表示使系統(tǒng)電流Iac比圖6大的情況下的動(dòng)作波形。如上所述，上述單相橋式電路的脈動(dòng)的振幅值Ir由Vpn、開(kāi)關(guān)元件21和23的導(dǎo)通時(shí)間、Vac、電感器70與71的合成電感所決定，與系統(tǒng)電流Iac無(wú)關(guān)，因此脈動(dòng)的振幅值Ir為與圖6的情況相同的值。而相對(duì)地，Iac增大帶來(lái)上述單相橋式電路的平均輸出電流Ii (ave)增大，因此|li (ave)大于Ir的期間(A)和(D)的時(shí)間擴(kuò)大，相反地，|li (ave) |小于Ir的期間(B)、(C)、(E)、(F)變窄。其結(jié)果，以模式2動(dòng)作的期間擴(kuò)大，而以模式I動(dòng)作的期間變窄。即，本實(shí)施例中，以系統(tǒng)電壓的過(guò)零點(diǎn)為中心，在上述單相橋式電路的平均輸出電流振幅值小于其脈動(dòng)的振幅值的期間以模式I動(dòng)作，在上述期間外以模式2動(dòng)作。并且，上述期間的長(zhǎng)短與輸出電流的大小成反比例變化。
[0071]如以上所說(shuō)明的那樣，本實(shí)施例中通過(guò)使用本發(fā)明的動(dòng)作模式切換單元120，能夠抑制系統(tǒng)電壓的過(guò)零點(diǎn)附近的系統(tǒng)電流的畸變，并且減少開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)次數(shù)以降低開(kāi)關(guān)損耗。其結(jié)果，能夠提供損耗較小的單相系統(tǒng)互連逆變器裝置。
[0072]另外，為了降低開(kāi)關(guān)元件的損耗，開(kāi)關(guān)次數(shù)較少的開(kāi)關(guān)元件20和22 —般來(lái)說(shuō)優(yōu)選使用開(kāi)關(guān)速度較慢、導(dǎo)通損耗較低的IGBT。而開(kāi)關(guān)次數(shù)較多的開(kāi)關(guān)元件21和23 —般來(lái)說(shuō)優(yōu)選使用可高速開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)損耗低的M0SFET?？紤]到這一點(diǎn)，本實(shí)施例中開(kāi)關(guān)元件20和22使用IGBT，開(kāi)關(guān)元件21和23使用M0SFET。不過(guò)，也可以是所有的開(kāi)關(guān)元件使用IGBT或MOSFET,并不僅限定于本實(shí)施例。
[0073]此外，本實(shí)施例中就單相系統(tǒng)互連逆變器進(jìn)行了說(shuō)明，但并不限定于此。對(duì)于將單相橋式電路替換為三相橋式電路并具有檢測(cè)三相系統(tǒng)的電壓、電流的傳感器和與三相對(duì)應(yīng)的PWM生成單元、脈動(dòng)檢測(cè)單元的三相系統(tǒng)互連逆變器，通過(guò)進(jìn)行上述控制，預(yù)料也能夠獲得同樣的效果。
[0074]實(shí)施例2
[0075]圖9是本發(fā)明第二實(shí)施例的單相系統(tǒng)互連逆變器裝置2的結(jié)構(gòu)圖。圖9中對(duì)與圖1中相同的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注同一標(biāo)記避免重復(fù)說(shuō)明。
[0076]下面針對(duì)圖9與圖1的不同點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。在開(kāi)關(guān)元件20?23上，分別并聯(lián)連接有開(kāi)關(guān)元件30?33。即，本實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)元件20、二極管40和開(kāi)關(guān)元件30，開(kāi)關(guān)元件21、二極管41和開(kāi)關(guān)元件31，開(kāi)關(guān)元件22、二極管42和開(kāi)關(guān)元件32，和開(kāi)關(guān)元件23、二極管43和開(kāi)關(guān)元件33，分別構(gòu)成第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)、第三開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)。并且，開(kāi)關(guān)元件30?33的柵極與控制單元200連接?？刂茊卧?00具有實(shí)施例1中說(shuō)明的控制單元100所具有的全部功能，并且還具有對(duì)開(kāi)關(guān)元件30?33的柵極進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的功能。開(kāi)關(guān)元件30和32使用MOSFET。此外，開(kāi)關(guān)元件31和33使用IGBT。本實(shí)施例中由于具有開(kāi)關(guān)元件30?33，與實(shí)施例1相比能夠進(jìn)一步降低損耗。
[0077]接著對(duì)本實(shí)施例的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。圖10表示各部分的動(dòng)作波形。Vg (30)和Vg
(32)分別是開(kāi)關(guān)元件30和32的柵極驅(qū)動(dòng)電壓。開(kāi)關(guān)元件30在期間(C)和(E)進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作。而開(kāi)關(guān)元件32在期間(B)和(F)進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作。即，開(kāi)關(guān)元件30和32在單相系統(tǒng)互連逆變器裝置2為模式I時(shí)進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作。另外，Vg (31)和Vg (33)分別是開(kāi)關(guān)元件31和33的柵極驅(qū)動(dòng)電壓。開(kāi)關(guān)元件31和33分別與開(kāi)關(guān)元件21和23由大致同樣的信號(hào)驅(qū)動(dòng)，僅關(guān)斷時(shí)刻存在微小差異。
[0078]首先，對(duì)增加了開(kāi)關(guān)元件31和33的效果進(jìn)行說(shuō)明。圖11表示開(kāi)關(guān)元件21和31的開(kāi)關(guān)動(dòng)作的細(xì)節(jié)。Ic (31)是開(kāi)關(guān)元件31的集電極-發(fā)射極之間的電流。Id (21)是開(kāi)關(guān)元件21的漏極-源極之間的電流。當(dāng)控制單元200在時(shí)刻t0"使開(kāi)關(guān)元件21和31同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，各元件中流通電流。一般而言，IGBT與MOSFET相比，IGBT的電阻更低，所以Ic
(31)大于Id(21)。即，通過(guò)增加開(kāi)關(guān)元件31，能夠降低開(kāi)關(guān)元件21的導(dǎo)通損耗，能夠降低由開(kāi)關(guān)元件21和31以及二極管41構(gòu)成的上述第二開(kāi)關(guān)的損耗。
[0079]不過(guò)，一般而言與MOSFET相比IGBT的關(guān)斷速度較慢，所以IGBT的關(guān)斷損耗比MOSFET大。因此，控制單元200先于開(kāi)關(guān)元件21將開(kāi)關(guān)元件31的柵極關(guān)斷。在開(kāi)關(guān)元件31的柵極的關(guān)斷時(shí)刻tl"之后，Ic (31)降低且Id (21)增大。Ic (31)在時(shí)刻t2"成為零。而Id (21)成為與時(shí)刻tl"以前的Ic (31)相加而得的電流。在該時(shí)刻tl"至t2"的期間中，由于開(kāi)關(guān)元件21導(dǎo)通，所以開(kāi)關(guān)元件31的集電極-發(fā)射極之間被施加開(kāi)關(guān)元件21的導(dǎo)通電壓。一般來(lái)說(shuō)，該導(dǎo)通電壓為數(shù)V左右，所以在開(kāi)關(guān)元件31關(guān)斷時(shí)幾乎不會(huì)發(fā)生開(kāi)關(guān)損耗。然后，在時(shí)刻t3"將開(kāi)關(guān)元件21的柵極關(guān)斷。
[0080]在時(shí)刻t3"至t4"的期間，Id (21)減小而成為零，開(kāi)關(guān)元件21上發(fā)生開(kāi)關(guān)損耗。本實(shí)施例中開(kāi)關(guān)元件21與實(shí)施例1同樣地使用M0SFET，因此時(shí)刻t3"至t4"的期間產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)21的開(kāi)關(guān)損耗與實(shí)施例1的情況相當(dāng)。
[0081]如以上所說(shuō)明的那樣，本實(shí)施例中，通過(guò)增加開(kāi)關(guān)元件31，能夠降低開(kāi)關(guān)元件21的導(dǎo)通損耗，與實(shí)施例1相比能夠降低由開(kāi)關(guān)元件21和31以及二極管41構(gòu)成的上述第二開(kāi)關(guān)的損耗。
[0082]自開(kāi)關(guān)元件31的柵極的關(guān)斷時(shí)刻tl"至開(kāi)關(guān)元件21的柵極的關(guān)斷時(shí)刻t3"的時(shí)間，優(yōu)選為足夠使開(kāi)關(guān)元件31關(guān)斷的時(shí)間。例如，控制單元200具有產(chǎn)生脈沖時(shí)間約為IOn秒?I μ秒的脈沖的振蕩器，可利用該脈沖的時(shí)間，使其為tl"?t3"的時(shí)間。
[0083]另外，使開(kāi)關(guān)元件31關(guān)斷所需的充分且必要的時(shí)間與時(shí)刻tl"以前開(kāi)關(guān)元件31中流動(dòng)的電流值成正比，因此，優(yōu)選使上述振蕩器所發(fā)生的脈沖寬度按照與開(kāi)關(guān)元件31中流通的電流即上述單相橋式電路的輸出電流Ii成正比的方式變化。
[0084]或者，也可以在控制單元200中設(shè)置檢測(cè)開(kāi)關(guān)元件31的集電極-發(fā)射極之間的電流的電流檢測(cè)單元，利用該電流檢測(cè)單元檢測(cè)開(kāi)關(guān)元件31的電流成為零的時(shí)刻而使開(kāi)關(guān)元件21關(guān)斷，這樣也能夠獲得同樣的效果。
[0085]另外，本實(shí)施例中使開(kāi)關(guān)元件21和31的導(dǎo)通時(shí)刻為相同時(shí)刻，不過(guò)，一般來(lái)說(shuō)IGBT與MOSFET相比的情況下兩者的導(dǎo)通速度不會(huì)有很大差異，因此也可以使任一方先導(dǎo)通。[0086]此外，開(kāi)關(guān)元件22和23的開(kāi)關(guān)動(dòng)作相當(dāng)于將圖11中的Vg (21)、Vg (31)、Ic(21)、Id (31)分別替換為Vg (22), Vg (32)、Ic (23)、Id (33)，因此省略其說(shuō)明。通過(guò)增加開(kāi)關(guān)元件33，能夠降低開(kāi)關(guān)元件23的導(dǎo)通損耗，能夠降低由開(kāi)關(guān)元件23和33以及二極管43構(gòu)成的上述第四開(kāi)關(guān)的損耗。
[0087]接著，對(duì)增加了開(kāi)關(guān)元件30和32的效果進(jìn)行說(shuō)明。如圖10所示，開(kāi)關(guān)元件30僅在期間(C)和(E)中進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作，開(kāi)關(guān)元件32僅在期間(B)和(F)中進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作。
[0088]對(duì)增加了開(kāi)關(guān)元件32后的期間(B)和(F)的動(dòng)作，參照之前的圖3進(jìn)行說(shuō)明。這里將圖3中的Vg (22)替換為Vg (32)。
[0089]在Vg (32)導(dǎo)通的時(shí)刻tl至t3的期間，開(kāi)關(guān)元件32上流通電流。首先，在時(shí)刻tl-t2中，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件23和33關(guān)斷、開(kāi)關(guān)元件32導(dǎo)通時(shí)，電流按照開(kāi)關(guān)元件20 —電感器70 —電容器61 —電感器71 — 二極管42和開(kāi)關(guān)元件32的路徑流動(dòng)。S卩，由于開(kāi)關(guān)元件32是M0SFET，所以電流能夠從源極流通至漏極。由此，二極管42中流通的電流減少，能夠降低由開(kāi)關(guān)元件22和32以及二極管42構(gòu)成的上述第二開(kāi)關(guān)的損耗。
[0090]在時(shí)刻t2_t3中，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件32導(dǎo)通、開(kāi)關(guān)元件23和33關(guān)斷時(shí)，電流按照電容器61 —電感器70 — 二極管40 —開(kāi)關(guān)元件22和32 —電感器71的路徑流動(dòng)。S卩，電流被開(kāi)關(guān)元件22和32分流，能夠降低由開(kāi)關(guān)元件22和32以及二極管42構(gòu)成的上述第二開(kāi)關(guān)的損耗。
[0091]接著，對(duì)增加了開(kāi)關(guān)元件30后的期間(C)和(E)中的動(dòng)作，參照之前的圖4進(jìn)行說(shuō)明。這里將圖4中的Vg (20)替換為Vg (30)。
[0092]在Vg (30)導(dǎo)通的時(shí)刻tl'至t3'的期間，開(kāi)關(guān)元件30上流通電流。首先，在時(shí)刻tr -t2'中，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件21和31關(guān)斷、開(kāi)關(guān)元件30導(dǎo)通時(shí)，電流按照開(kāi)關(guān)元件22 —電感器71 —電容器61 —電感器70 — 二極管40和開(kāi)關(guān)元件30的路徑流動(dòng)。S卩，由于開(kāi)關(guān)元件30是M0SFET，所以電流能夠從源極流通至漏極。由此，二極管40中流通的電流減少，能夠降低由開(kāi)關(guān)元件20和30以及二極管40構(gòu)成的上述第一開(kāi)關(guān)的損耗。
[0093]在時(shí)刻t2' _t3'中，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件30導(dǎo)通、開(kāi)關(guān)元件21和31關(guān)斷時(shí)，電流按照電容器61 —電感器71 — 二極管42 —開(kāi)關(guān)元件20和30 —電感器70的路徑流動(dòng)。S卩，電流被開(kāi)關(guān)元件20和30分流，能夠降低由開(kāi)關(guān)元件20和30以及二極管40構(gòu)成的上述第一開(kāi)關(guān)的損耗。
[0094]如以上所說(shuō)明的那樣，本實(shí)施例中由于具有開(kāi)關(guān)元件30?33，與實(shí)施例1相比能夠進(jìn)一步降低損耗。尤其是，開(kāi)關(guān)元件31和33降低了在大電流區(qū)域(圖10的期間(A)、(D))進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作的開(kāi)關(guān)元件21和23的損耗，因此降低損耗的效果較大。其結(jié)果是，在本實(shí)施例中，也能夠提供損耗較小的單相系統(tǒng)互連逆變器裝置。
[0095]此外，本實(shí)施例中就單相系統(tǒng)互連逆變器進(jìn)行了說(shuō)明，但并不限定于此。對(duì)于將單相橋式電路替換為三相橋式電路并具有檢測(cè)三相系統(tǒng)的電壓、電流的傳感器和與三相對(duì)應(yīng)的PWM生成單元、脈動(dòng)檢測(cè)單元的三相系統(tǒng)互連逆變器，通過(guò)進(jìn)行上述控制，預(yù)料也能夠獲得同樣的效果。
[0096]實(shí)施例3
[0097]圖12是本發(fā)明第三實(shí)施例的分散電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。300是分散電源系統(tǒng)。301是實(shí)施例1所示的單相系統(tǒng)互連逆變器裝置I或?qū)嵤├?所示的單相系統(tǒng)互連逆變器裝置2。11是太陽(yáng)能電池面板。
[0098]太陽(yáng)能電池面板11相當(dāng)于實(shí)施例1和2中的直流電源10。11并不限于太陽(yáng)能電池面板，只要是直流的電壓源即可，例如也可以是將燃料電池或風(fēng)力發(fā)電機(jī)的交流輸出整流成直流而得的電源。
[0099]分散電源系統(tǒng)300由于具有實(shí)施例1中說(shuō)明的單相系統(tǒng)互連逆變器裝置I或?qū)嵤├?中說(shuō)明的單相系統(tǒng)互連逆變器裝置2，因此與現(xiàn)有的分散電源系統(tǒng)相比，電力損耗較小，發(fā)熱量較少。因而，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠減小散熱器或冷卻風(fēng)扇，能夠形成小型且損耗小的分散電源系統(tǒng)。
[0100]此外，本發(fā)明并不限定于上述的實(shí)施例，可以包括各種變形例。例如，上述的實(shí)施例僅是為了使本發(fā)明易于理解而進(jìn)行的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明并不限于具有已說(shuō)明的所有結(jié)構(gòu)。并且，各實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的一部分可以追加、刪除、替換其它結(jié)構(gòu)。
[0101]而且，上述各結(jié)構(gòu)和功能的一部分或全部也可以例如通過(guò)設(shè)計(jì)集成電路而由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。上述各結(jié)構(gòu)和功能等，也可以由處理器解釋并執(zhí)行供實(shí)現(xiàn)各功能的程序而由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。供實(shí)現(xiàn)各功能的程序的信息能夠存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器、硬盤(pán)、SSD (固態(tài)硬盤(pán))等存儲(chǔ)裝置，或IC卡、SD卡、DVD等記錄介質(zhì)中。
[0102]此外，控制線(xiàn)和信息線(xiàn)僅表示了說(shuō)明上必要的部分，并沒(méi)有表示出產(chǎn)品上必需的所有控制線(xiàn)和信息線(xiàn)。實(shí)際上，也可以認(rèn)為所有的結(jié)構(gòu)均彼此連接。
[0103]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0104]1、2、301單相系統(tǒng)互連逆變器裝置
[0105]10直流電源
[0106]11太陽(yáng)能電池面板
[0107]20?23、30?33 開(kāi)關(guān)元件
[0108]40 ?43 二極管
[0109]60旁通電容器
[0110]61電容器
[0111]70,71 電感器
[0112]80市電系統(tǒng)
[0113]90,91電流傳感器
[0114]100,200 控制單元
[0115]101、103電流檢測(cè)單元
[0116]102、104 電壓檢測(cè)單元
[0117]105驅(qū)動(dòng)單元
[0118]106、107 PWM 生成單元
[0119]108系統(tǒng)互連控制單元
[0120]109切換單元
[0121]110比較單元
[0122]111、112脈動(dòng)檢測(cè)單元
[0123]120動(dòng)作模式切換單元
[0124]300分散電源系統(tǒng)
【權(quán)利要求】
1.一種系統(tǒng)互連逆變器裝置，包括橋式電路、濾波電路和控制所述橋式電路的控制單元，將從直流電源獲得的電力按照所述橋式電路、所述濾波電路的順序供給到市電系統(tǒng)，其特征在于: 所述橋式電路由多個(gè)開(kāi)關(guān)構(gòu)成， 所述控制單元具有:以所述市電系統(tǒng)的電壓的過(guò)零點(diǎn)為基點(diǎn)，在自規(guī)定期間前至經(jīng)過(guò)規(guī)定期間后的期間，對(duì)所述開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制以抑制所述市電系統(tǒng)中流通的電流的畸變的模式I;和在經(jīng)過(guò)規(guī)定期間后至下一個(gè)規(guī)定期間前的期間，對(duì)所述開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制以降低所述開(kāi)關(guān)的損耗的模式2。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)互連逆變器裝置，其特征在于: 所述橋式電路，通過(guò)使串聯(lián)連接的第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)的兩端和串聯(lián)連接的第三開(kāi)關(guān)、第四開(kāi)關(guān)的兩端與直流電源的兩端連接而構(gòu)成， 所述控制單元，在所述模式I中，當(dāng)所述市電系統(tǒng)的電壓為正時(shí)，使所述第一開(kāi)關(guān)導(dǎo)通、所述第二開(kāi)關(guān)關(guān)斷并對(duì)所述第三開(kāi)關(guān)和所述第四開(kāi)關(guān)進(jìn)行互補(bǔ)PWM，當(dāng)所述市電系統(tǒng)的電壓為負(fù)時(shí)，使所述第三開(kāi)關(guān)導(dǎo)通、所述第四開(kāi)關(guān)關(guān)斷并對(duì)所述第一開(kāi)關(guān)和所述第二開(kāi)關(guān)進(jìn)行互補(bǔ)PWM， 所述控制單元，在所述模式2中，當(dāng)所述市電系統(tǒng)的電壓為正時(shí)，使所述第一開(kāi)關(guān)導(dǎo)通、所述第二開(kāi)關(guān)和所述第三開(kāi)關(guān)關(guān)斷并對(duì)所述第四開(kāi)關(guān)進(jìn)行PWM，當(dāng)所述市電系統(tǒng)的電壓為負(fù)時(shí)，使所述第三開(kāi)關(guān)導(dǎo)通、所述第四開(kāi)關(guān)和所述第一開(kāi)關(guān)關(guān)斷并對(duì)所述第二開(kāi)關(guān)進(jìn)行PWM。
3.一種系統(tǒng)互連逆變器裝置，包括橋式電路、濾波電路和控制所述橋式電路的控制單元，將從直流電源獲得的電力按照所述橋式電路、所述濾波電路的順序供給到市電系統(tǒng)，其特征在于: 所述橋式電路由第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)、第三開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)構(gòu)成， 串聯(lián)連接的第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)的兩端和串聯(lián)連接的第三開(kāi)關(guān)、第四開(kāi)關(guān)的兩端被連接在所述直流電源的兩端， 所述第一開(kāi)關(guān)與所述第二開(kāi)關(guān)的連接點(diǎn)和所述第三開(kāi)關(guān)與所述第四開(kāi)關(guān)的連接點(diǎn)與所述濾波電路連接， 所述濾波電路與所述市電系統(tǒng)連接， 所述控制單元具有:以所述市電系統(tǒng)的電壓的過(guò)零點(diǎn)為基點(diǎn)，在自規(guī)定期間前至經(jīng)過(guò)規(guī)定期間后的期間，當(dāng)所述市電系統(tǒng)的電壓為正時(shí)，使所述第一開(kāi)關(guān)導(dǎo)通、所述第二開(kāi)關(guān)關(guān)斷并對(duì)所述第三開(kāi)關(guān)和所述第四開(kāi)關(guān)進(jìn)行互補(bǔ)PWM，當(dāng)所述市電系統(tǒng)的電壓為負(fù)時(shí)，使所述第三開(kāi)關(guān)導(dǎo)通、所述第四開(kāi)關(guān)關(guān)斷并對(duì)所述第一開(kāi)關(guān)和所述第二開(kāi)關(guān)進(jìn)行互補(bǔ)PWM的模式I ;和在經(jīng)過(guò)規(guī)定期間后至下一個(gè)規(guī)定期間前的期間，當(dāng)所述市電系統(tǒng)的電壓為正時(shí)，使所述第一開(kāi)關(guān)導(dǎo)通、所述第二開(kāi)關(guān)和所述第三開(kāi)關(guān)關(guān)斷并對(duì)所述第四開(kāi)關(guān)進(jìn)行PWM，當(dāng)所述市電系統(tǒng)的電壓為負(fù)時(shí)，使所述第三開(kāi)關(guān)導(dǎo)通、所述第四開(kāi)關(guān)和所述第一開(kāi)關(guān)關(guān)斷并對(duì)所述第二開(kāi)關(guān)進(jìn)行PWM的模式2。
4.如權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)互連逆變器裝置，其特征在于，包括: 切換所述模式I和所述模式2的動(dòng)作模式切換單元；和 檢測(cè)所述橋式電路的輸出電流的脈動(dòng)的振幅值的脈動(dòng)檢測(cè)單元，將所述橋式電路的輸出電流的脈動(dòng)的振幅值大于所述橋式電路的平均輸出電流振幅值的期間，作為以所述市電系統(tǒng)的電壓的過(guò)零點(diǎn)為基點(diǎn)的自規(guī)定期間前至經(jīng)過(guò)規(guī)定期間后的期間， 將所述橋式電路的輸出電流的脈動(dòng)的振幅值小于所述橋式電路的平均輸出電流振幅值的期間，作為經(jīng)過(guò)所述規(guī)定期間后至下一個(gè)規(guī)定期間前的期間。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)互連逆變器裝置，其特征在于: 所述脈動(dòng)檢測(cè)單元具有基于所述直流電源的電壓、所述市電系統(tǒng)的電壓、所述第二開(kāi)關(guān)或所述第四開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，來(lái)計(jì)算所述橋式電路的輸出電流的脈動(dòng)的振幅值的功能。
6.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)互連逆變器裝置，其特征于: 所述脈動(dòng)檢測(cè)單元包括截去所述市電系統(tǒng)的頻率的高通濾波器，和包絡(luò)檢波電路。
7.如權(quán)利要求2或3所述的系統(tǒng)互連逆變器裝置，其特征在于: 所述第一開(kāi)關(guān)和第三開(kāi)關(guān)由IGBT與二極管構(gòu)成，所述第二開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)由MOSFET與二極管構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求2或3所述的系統(tǒng)互連逆變器裝置，其特征在于: 所述第一開(kāi)關(guān)~第四開(kāi)關(guān)由IGBT、M0SFET和二極管構(gòu)成， 所述控制裝置，以所述市電系統(tǒng)的電壓的過(guò)零點(diǎn)為基點(diǎn)，在自規(guī)定期間前至經(jīng)過(guò)規(guī)定期間后的期間，對(duì)所述第一`開(kāi)關(guān)的MOSFET與所述第二開(kāi)關(guān)進(jìn)行互補(bǔ)PWM，對(duì)所述第三開(kāi)關(guān)的MOSFET與所述第四開(kāi)關(guān)進(jìn)行互補(bǔ)PWM，并且， 使所述第二開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)的IGBT比所述第二開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)的MOSFET早IOn~Iu秒關(guān)斷。
9.一種分散型電源系統(tǒng),其特征在于: 包括權(quán)利要求1~8中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)互連逆變器裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的分散型電源系統(tǒng)，其特征在于: 所述系統(tǒng)互連逆變器裝置的所述直流電源是太陽(yáng)能電池面板。
【文檔編號(hào)】H02M7/5387GK103534924SQ201180070774
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月11日
【發(fā)明者】大久保敏一, 葉田玲彥, 仁木亨 申請(qǐng)人:日立空調(diào)·家用電器株式會(huì)社