功率轉(zhuǎn)換裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種即使交流電源的電壓發(fā)生變動(dòng)也能提供固定電壓給負(fù)載的功率轉(zhuǎn)換裝置。該功率轉(zhuǎn)換裝置具備功率轉(zhuǎn)換電路，其包括：逆變器電路(4)，該逆變器電路(4)由開(kāi)關(guān)元件(Q1)和開(kāi)關(guān)元件(Q2)串聯(lián)構(gòu)成，且連接在由直流電源(Psp)和直流電源(Psn)串聯(lián)構(gòu)成的直流電源串聯(lián)電路(30)的兩端；交流輸出端子(U)，該交流輸出端子(U)連接至開(kāi)關(guān)元件(Q1)與開(kāi)關(guān)元件(Q2)的連接點(diǎn)；交流輸出端子(V)，該交流輸出端子(V)連接至直流電源(Psp)與直流電源(Psn)的連接點(diǎn)；雙向開(kāi)關(guān)元件(S1)，該雙向開(kāi)關(guān)元件(S1)的一端連接至交流輸出端子(U)，另一端連接至交流電源(1)的端子(R)；以及雙向開(kāi)關(guān)元件(S2)，該雙向開(kāi)關(guān)元件(S2)的一端連接至交流輸出端子(U)，另一端連接至交流電源(1)的端子(S)。
【專利說(shuō)明】功率轉(zhuǎn)換裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用交流電源和直流電源的電壓來(lái)產(chǎn)生規(guī)定的交流電壓的功率轉(zhuǎn)換裝置。更詳細(xì)而言，本發(fā)明涉及即使交流電源的電壓發(fā)生變動(dòng)或者交流電源發(fā)生停電也能提供穩(wěn)定的電壓給負(fù)載的瞬時(shí)電壓下降補(bǔ)償裝置及不間斷供電電源裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]圖15是用于說(shuō)明專利文獻(xiàn)I所公開(kāi)的常時(shí)逆變器供電方式的功率轉(zhuǎn)換裝置的圖。該功率轉(zhuǎn)換裝置將交流電源的電壓暫時(shí)轉(zhuǎn)換成直流電壓，并再次將直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓來(lái)提供給負(fù)載。
[0003]圖中，I為單相交流電源，2為電容器，3為變流器電路，4為逆變器電路，5為濾波器電路，6為負(fù)載。
交流電源I的一端與變流器電路3的交流輸入端子相連接。
[0004]變流器電路3的交流輸入端子與交流電源I的一端相連接。在變流器電路3內(nèi)，電抗器L的一端與交流輸入端子相連接。電抗器L的另一端連接至開(kāi)關(guān)元件Qp、Qn串聯(lián)構(gòu)成的開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)電路的連接中點(diǎn)。開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)電路的兩端連接有電容器Cp、Cn串聯(lián)構(gòu)成的電容器串聯(lián)電路。電容器串聯(lián)電路的連接中點(diǎn)與交流電源I的另一端相連接。變流器電路3使開(kāi)關(guān)元件Qp、Qn導(dǎo)通或斷開(kāi)來(lái)對(duì)交流電源I的電壓進(jìn)行整流，將電容器Cp、Cn充電至規(guī)定電壓。分別被充電至規(guī)定電壓的電容器Cp、Cn形成直流電源。
[0005]電容器2連接在變流器電路3的交流輸入端子與電容器串聯(lián)電路的連接中點(diǎn)之間。
逆變器電路4由串聯(lián)連接的開(kāi)關(guān)元件Q1、Q2構(gòu)成。逆變器電路4與變流器電路3的直流輸出端子相連接。逆變器電路4使開(kāi)關(guān)元件Ql、Q2導(dǎo)通或斷開(kāi)，將由電容器Cp、Cn構(gòu)成的直流電源的電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓。
[0006]濾波器電路5由電抗器Lfl與電容器Cfl串聯(lián)而構(gòu)成。濾波器電路5的一端連接至開(kāi)關(guān)元件Ql、Q2的連接中點(diǎn)。濾波器電路5的另一端連接至電容器串聯(lián)電路的連接中點(diǎn)。濾波器電路5去除逆變器電路4輸出的交流電壓中的高頻分量。
[0007]負(fù)載6的一端連接至電抗器Lfl與電容器Cfl的連接點(diǎn)。負(fù)載6的另一端與交流電源I的另一端相連接。從逆變器電路4輸出的交流電壓通過(guò)濾波器電路5后提供給負(fù)載6。
[0008]圖16是用于說(shuō)明專利文獻(xiàn)2所公開(kāi)的常時(shí)工業(yè)供電方式的功率轉(zhuǎn)換裝置的圖。 圖中，在交流電源I與負(fù)載之間串聯(lián)有開(kāi)關(guān)7和變壓器8的二次繞組。變流器電路3、
逆變器電路4、濾波器電路5、電容器2之間的連接關(guān)系都與圖15的實(shí)施方式相同。并且，變流器電路3的交流輸入端子與變壓器8的一次繞組的一端相連接。電容器串聯(lián)電路的連接中點(diǎn)與交流電源I的另一端相連接，并且與變壓器8的一次繞組的另一端相連接。此外，電抗器Lfl與電容器Cfl的連接點(diǎn)與負(fù)載6的一端相連接。
[0009]該功率轉(zhuǎn)換裝置在正常情況下將交流電源的電壓提供給負(fù)載。當(dāng)交流電源I的電壓下降時(shí)，變流器電路3使開(kāi)關(guān)元件Qp、Qn導(dǎo)通或斷開(kāi)，根據(jù)電容器串聯(lián)電路所被充電的直流電壓產(chǎn)生用于對(duì)下降的電壓進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償電壓。該補(bǔ)償電壓通過(guò)變壓器8而疊加在交流電源I的電壓上。然后，在交流電源I的電壓上疊加了補(bǔ)償電壓后的電壓被提供給負(fù)載
6。這種情況下，電容器串聯(lián)電路的充電由逆變器電路4來(lái)進(jìn)行。
[0010]另外，當(dāng)充電電源I發(fā)生了停電時(shí)，開(kāi)關(guān)7將被斷開(kāi)。然后，逆變器電路4使開(kāi)關(guān)元件Q1、Q2導(dǎo)通或斷開(kāi)，將電容器串聯(lián)電路的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓并提供給負(fù)載6。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
[0011]專利文獻(xiàn)1:日本專利特開(kāi)平7-337036號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本專利特開(kāi)平11-178216號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0012]然而，在圖15所示的功率轉(zhuǎn)換裝置中，在交流電源I向負(fù)載6提供交流電壓之前，需要利用變流器電路3進(jìn)行交流-直流電壓轉(zhuǎn)換和利用逆變器電路4進(jìn)行直流-交流電壓轉(zhuǎn)換。并且，流過(guò)功率轉(zhuǎn)換裝置的電流至少要通過(guò)變流器電路3和逆變器電路4各自的開(kāi)關(guān)元件各一次。即，流過(guò)功率轉(zhuǎn)換裝置的電流最少要通過(guò)開(kāi)關(guān)元件2次以上。因此，在變流器電路3與逆變器電路4上分別會(huì)隨著開(kāi)關(guān)元件的通電而產(chǎn)生導(dǎo)通損耗。
[0013]另外，變流器電路3和逆變器電路4的開(kāi)關(guān)元件Ql?Q4是基于由電容器Cp、Cn構(gòu)成的直流電源的電壓進(jìn)行導(dǎo)通或斷開(kāi)動(dòng)作的。因此，各個(gè)元件在導(dǎo)通或斷開(kāi)時(shí)會(huì)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗。
[0014]因而，專利文獻(xiàn)I所公開(kāi)的技術(shù)中，由開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通損耗及開(kāi)關(guān)損耗構(gòu)成的功耗會(huì)變大。如果開(kāi)關(guān)元件的功耗較大，則會(huì)導(dǎo)致功率轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)換效率低下。
[0015]而在圖16所示的功率轉(zhuǎn)換裝置中，為了補(bǔ)償交流電壓I的電壓下降，需要設(shè)置變壓器8。變壓器8需要在工頻下起到作用，因此尺寸很大。而且，在圖16所示的功率轉(zhuǎn)換裝置中，當(dāng)交流電源I發(fā)生了停電時(shí)，為了向負(fù)載6提供規(guī)定的交流電壓，必須對(duì)變流器電路3和逆變器電路4的動(dòng)作進(jìn)行切換。
[0016]因而，專利文獻(xiàn)2所公開(kāi)的技術(shù)中，需要使用大型的工業(yè)變壓器，從而導(dǎo)致功率轉(zhuǎn)換裝置的尺寸變大。此外，由于要對(duì)變流器電路3與逆變器電路4的動(dòng)作進(jìn)行切換，因此存在會(huì)干擾交流輸出電壓的問(wèn)題。
[0017]本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題而作出的。即，本發(fā)明的目的在于提供一種在交流電源的電壓下降時(shí)及交流電源停電時(shí)也能輸出交流輸出電壓而不會(huì)產(chǎn)生干擾的功率轉(zhuǎn)換裝置。本發(fā)明的目的還在于提供一種能夠降低功耗的功率轉(zhuǎn)換裝置。本發(fā)明的目的還在于提供一種在進(jìn)行電壓補(bǔ)償動(dòng)作時(shí)不需要使用工頻變壓器的功率轉(zhuǎn)換裝置。
解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案
[0018]為了達(dá)到上述目的，適用本發(fā)明的第一實(shí)施方式是基于交流電壓指令輸出交流電壓的功率轉(zhuǎn)換裝置，其包括:具有第一交流端子和第二交流端子的單相交流電源；以及由第一直流電源和第二直流電源串聯(lián)構(gòu)成的直流電源串聯(lián)電路，在該直流電源串聯(lián)電路中，第一直流電源與第二直流電源的連接點(diǎn)即中性點(diǎn)端子與第二交流端子相連接。該功率轉(zhuǎn)換裝置的特征在于，所輸出的電壓是從直流電源串聯(lián)電路的正側(cè)電壓、直流電源串聯(lián)電路的負(fù)側(cè)電壓、中性點(diǎn)端子的電位即零電壓、交流電源的電壓這4個(gè)電平的電壓中選擇出的某一個(gè)電平的電壓。
[0019]該功率轉(zhuǎn)換裝置的特征還在于，直流電源串聯(lián)電路的正側(cè)電壓和直流電源串聯(lián)電路的負(fù)側(cè)電壓要大于交流電源的電壓的振幅值。
[0020]該功率轉(zhuǎn)換裝置的特征還在于，在每一個(gè)具有預(yù)先設(shè)定的時(shí)間寬度且連續(xù)的控制期間內(nèi)，將從4個(gè)電平的電壓中選擇出的一個(gè)電平的電壓設(shè)為第一電壓，將從4個(gè)電平的電壓中選擇出的另一個(gè)電平的電壓設(shè)為第二電壓。該功率轉(zhuǎn)換裝置的特征還在于，分別在規(guī)定的時(shí)間寬度內(nèi)互補(bǔ)地輸出第一電壓和第二電壓。
[0021]該功率轉(zhuǎn)換裝置的特征還在于，第一電壓和第二電壓是基于交流輸出電壓指令和交流電源的電壓而選擇的電壓。
[0022]該功率轉(zhuǎn)換裝置的特征還在于，在具有預(yù)先設(shè)定的時(shí)間寬度且相連續(xù)的控制期間中的各個(gè)控制期間內(nèi)，從4個(gè)電平的電壓中選擇出絕對(duì)值在交流輸出電壓指令的絕對(duì)值以上且該值最接近交流輸出電壓指令的值的電壓作為第一電壓，并從4個(gè)電平的電壓中選擇出絕對(duì)值小于交流輸出電壓指令的絕對(duì)值且該值最接近交流輸出電壓指令的值的電壓作為第二電壓。該功率轉(zhuǎn)換裝置的特征還在于，在各控制期間內(nèi)，將第一電壓的輸出時(shí)間與第二電壓的輸出時(shí)間的時(shí)間比設(shè)定為規(guī)定值，通過(guò)互補(bǔ)地輸出第一電壓和第二電壓，來(lái)輸出與交流輸出電壓指令相對(duì)應(yīng)的交流輸出電壓。
[0023]該功率轉(zhuǎn)換裝置的特征還在于，在具有預(yù)先設(shè)定的時(shí)間寬度且相連續(xù)的控制期間中的各個(gè)控制期間內(nèi)，當(dāng)交流輸出電壓指令在零電壓以上且交流電源的電壓小于零電壓時(shí)，將直流電源串聯(lián)電路的正側(cè)電壓設(shè)為第一電壓，將零電壓設(shè)為第二電壓。該功率轉(zhuǎn)換裝置的特征還在于，當(dāng)交流輸出電壓指令在零電壓以上且交流電源的電壓在零電壓以上且交流輸出電壓指令大于交流電源的電壓時(shí)，將直流電源串聯(lián)電路的正側(cè)電壓設(shè)為第一電壓，將交流電源的電壓設(shè)為第二電壓。該功率轉(zhuǎn)換裝置的特征還在于，當(dāng)交流輸出電壓指令在零電壓以上且交流電源的電壓在零電壓以上且交流輸出電壓指令在交流電源的電壓以下時(shí)，將交流電源的電壓設(shè)為第一電壓，將零電壓設(shè)為第二電壓。該功率轉(zhuǎn)換裝置的特征還在于，當(dāng)交流輸出電壓指令小于零電壓且交流電源的電壓小于零電壓且交流輸出電壓指令在交流電源的電壓以上時(shí)，將交流電源的電壓設(shè)為第一電壓，將零電壓設(shè)為第二電壓。該功率轉(zhuǎn)換裝置的特征還在于，當(dāng)交流輸出電壓指令小于零電壓且交流電源的電壓小于零電壓且交流輸出電壓指令小于交流電源的電壓時(shí)，將直流電源串聯(lián)電路的負(fù)側(cè)電壓設(shè)為第一電壓，將交流電源的電壓設(shè)為第二電壓。該功率轉(zhuǎn)換裝置的特征還在于，當(dāng)交流輸出電壓指令小于零電壓且交流電源的電壓在零電壓以上時(shí)，將直流電源串聯(lián)電路的負(fù)側(cè)電壓設(shè)為第一電壓，將零電壓設(shè)為第二電壓。該功率轉(zhuǎn)換裝置的特征還在于，在各控制期間內(nèi)，將第一電壓的輸出時(shí)間與第二電壓的輸出時(shí)間的時(shí)間比設(shè)定為規(guī)定值，通過(guò)互補(bǔ)地輸出第一電壓和第二電壓，來(lái)輸出與交流輸出電壓指令相對(duì)應(yīng)的交流輸出電壓。
[0024]該功率轉(zhuǎn)換裝置的特征還在于，第一電壓的輸出時(shí)間取決于交流輸出電壓指令、第一電壓及第二電壓。該功率轉(zhuǎn)換裝置的特征還在于，第二電壓的輸出時(shí)間是從各控制期間的時(shí)間減去第一電壓的輸出時(shí)間后得到的時(shí)間。
[0025]該功率轉(zhuǎn)換裝置的特征還在于，第一電壓的輸出時(shí)間是與交流輸出電壓與第二電壓的差電壓除以第一電壓與第二電壓的差電壓后得到的值對(duì)應(yīng)的時(shí)間。
[0026]該功率轉(zhuǎn)換裝置的特征還在于，交流輸出電壓在各控制期間內(nèi)的平均值等于交流輸出電壓指令在該控制期間內(nèi)的平均值。
[0027]該功率轉(zhuǎn)換裝置的特征還在于，交流輸出電壓指令與交流電源的電壓同步。
該功率轉(zhuǎn)換裝置的特征還在于，當(dāng)交流電源的電壓與交流輸出電壓指令的偏差在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)時(shí)，輸出交流電源的電壓。
[0028]該功率轉(zhuǎn)換裝置的特征還在于，在實(shí)施方式I所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置中，輸出單相交流電壓的功率轉(zhuǎn)換電路由逆變器電路和雙向開(kāi)關(guān)電路構(gòu)成。并且，其特征在于，逆變器電路是與直流電源串聯(lián)電路的正側(cè)端子相連接的正側(cè)開(kāi)關(guān)元件、和與直流電源串聯(lián)電路的負(fù)側(cè)端子相連接的負(fù)側(cè)開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)構(gòu)成的開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)電路。此外，其特征在于，雙向開(kāi)關(guān)電路包括:第一雙向開(kāi)關(guān)元件，該第一雙向開(kāi)關(guān)元件的一端與連接至正側(cè)開(kāi)關(guān)元件和負(fù)側(cè)開(kāi)關(guān)元件的連接點(diǎn)的第一交流輸出端子相連接，另一端與交流電源的一端相連接；以及第二雙向開(kāi)關(guān)元件，該第二雙向開(kāi)關(guān)元件的一端與第一交流輸出端子相連接，另一端與直流電源串聯(lián)電路的中心點(diǎn)端子相連接。
發(fā)明效果
[0029]適用本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置能夠輸出從直流電源串聯(lián)電路的正側(cè)電壓、直流電源串聯(lián)電路的負(fù)側(cè)電壓、直流電源串聯(lián)電路的中性點(diǎn)電壓、交流電源的電壓這4個(gè)電平的電壓中選擇出的某一個(gè)電平的電壓。而且，在輸出交流電源的電壓時(shí)，電流只要通過(guò)其中一個(gè)雙向開(kāi)關(guān)元件即可。
[0030]另外，適用本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置能夠減小施加在開(kāi)關(guān)元件及雙向開(kāi)關(guān)元件上的電壓。
因此，適用本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置能夠減小開(kāi)關(guān)元件及雙向開(kāi)關(guān)元件上產(chǎn)生的功耗。
[0031]另外，適用本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置將交流輸出電壓指令的周期分割成多個(gè)控制期間，在各控制期間中，分別在規(guī)定時(shí)間內(nèi)輸出4個(gè)電平的電壓中絕對(duì)值在交流輸出電壓指令的絕對(duì)值以上且該值最接近交流輸出電壓指令的值的電壓即第一電壓、和4個(gè)電平的電壓中絕對(duì)值小于交流輸出電壓指令的絕對(duì)值且該值最接近交流輸出電壓指令的值的電壓即第二電壓，由此能夠產(chǎn)生所期望的交流電壓。
[0032]因此，適用本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置無(wú)需使用工頻變壓器就能輸出對(duì)電源電壓的變動(dòng)進(jìn)行了補(bǔ)償?shù)慕涣麟妷骸?br>
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1是用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式I的圖。
圖2是用于說(shuō)明雙向開(kāi)關(guān)元件的實(shí)施方式的圖。
圖3是用于說(shuō)明控制電路的動(dòng)作的框圖。
圖4是用于說(shuō)明區(qū)域判定與脈寬指令α及元件選擇之間的關(guān)系的圖。
圖5是用于說(shuō)明區(qū)域I中的交流輸出電壓的圖。
圖6是用于說(shuō)明區(qū)域2中的交流輸出電壓的圖。
圖7是用于說(shuō)明區(qū)域3中的交流輸出電壓的圖。
圖8是用于說(shuō)明區(qū)域4中的交流輸出電壓的圖。 圖9是用于說(shuō)明區(qū)域5中的交流輸出電壓的圖。
圖10是用于說(shuō)明區(qū)域6中的交流輸出電壓的圖。
圖11是用于說(shuō)明區(qū)域判定與脈寬指令α及元件選擇之間的另一種關(guān)系的圖。
圖12是用于說(shuō)明區(qū)域7中的交流輸出電壓的圖。
圖13是用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式2的圖。
圖14是用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式3的圖。
圖15是用于說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)的功率轉(zhuǎn)換裝置的圖。
圖16是用于說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)的功率轉(zhuǎn)換裝置的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0034]下面，參照?qǐng)D1?圖14來(lái)具體說(shuō)明本發(fā)明所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置的實(shí)施方式。圖1?圖14中所示的功率轉(zhuǎn)換裝置適用于瞬時(shí)電壓下降補(bǔ)償裝置或不間斷供電電源裝置等即使交流電源的電壓發(fā)生變動(dòng)或者交流電源發(fā)生停電也能提供穩(wěn)定的電壓給負(fù)載的裝置。
[0035]圖1是用于說(shuō)明本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置的實(shí)施方式I的圖。本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置利用交流電源的電壓和2個(gè)直流電源串聯(lián)構(gòu)成的直流電源串聯(lián)電路的電壓，產(chǎn)生4個(gè)電平的電壓。
[0036]圖中，標(biāo)號(hào)I為交流電源，標(biāo)號(hào)2為電容器,標(biāo)號(hào)30為直流電源串聯(lián)電路,標(biāo)號(hào)4為逆變器電路，標(biāo)號(hào)5為濾波器電路,標(biāo)號(hào)6為負(fù)載，標(biāo)號(hào)100為雙向開(kāi)關(guān)電路,標(biāo)號(hào)200為控制電路。
[0037]交流電源I是具有端子R和端子S的單相交流電源。交流電源I的端子R與端子S之間連接有電容器2。
直流電源串聯(lián)電路30是由直流電源Psp和直流電源Psn串聯(lián)構(gòu)成的直流電源。直流電源Psp是正側(cè)的直流電源。直流電源Psp的一端是輸出正極性電壓的正側(cè)端子P。直流電源Psn是負(fù)側(cè)的直流電源。直流電源Psn的一端是輸出負(fù)極性電壓的負(fù)側(cè)端子N。直流電源Psp與直流電源Psn的串聯(lián)點(diǎn)是輸出零電壓的中性點(diǎn)端子O。中性點(diǎn)端子O與交流電源I的端子S相連接。
[0038]逆變器電路4連接至直流電源串聯(lián)電路30的正側(cè)端子P與負(fù)側(cè)端子N之間。逆變器電路4由開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)電路構(gòu)成。開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)電路是一端與直流電源串聯(lián)電路30的正側(cè)端子P相連接的開(kāi)關(guān)元件Ql、和一端與負(fù)側(cè)端子N相連接的開(kāi)關(guān)元件Q2串聯(lián)構(gòu)成的電路。
[0039]開(kāi)關(guān)元件Ql與開(kāi)關(guān)元件Q2的串聯(lián)點(diǎn)與用于從逆變器電路4輸出單相交流電壓的交流輸出端子U(第一交流輸出端子)相連接。并且，直流電源串聯(lián)電路30的中性點(diǎn)O與用于從逆變器電路4輸出單相交流電壓的交流輸出端子U(第二交流輸出端子)相連接。
[0040]雙向開(kāi)關(guān)電路100由雙向開(kāi)關(guān)元件SI (第一雙向開(kāi)關(guān)元件)和雙向開(kāi)關(guān)元件S2(第二雙向開(kāi)關(guān)元件)構(gòu)成。雙向開(kāi)關(guān)元件SI的一端與交流輸出端子U相連接，另一端與交流電源I的端子R相連接。雙向開(kāi)關(guān)元件S2的一端與交流輸出端子U相連接，另一端與直流電源串聯(lián)電路30的中性點(diǎn)端子O相連接。
[0041]交流輸出端子U、V通過(guò)濾波器電路5而與負(fù)載6相連接。濾波器電路5去除逆變器電路4輸出的交流電壓中包含的高頻分量。 這里，圖2 (a)?圖2(d)中示出雙向開(kāi)關(guān)元件S1、S2的構(gòu)成例。圖2 (a)中所示的雙向開(kāi)關(guān)元件由2個(gè)反向阻斷型IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵雙極晶體管)反向并聯(lián)而構(gòu)成。圖2(b)中所示的雙向開(kāi)關(guān)元件由不具備反向阻斷耐壓的IGBT和二極管串聯(lián)而成的2組電路反向并聯(lián)而構(gòu)成。圖2 (c)中所示的雙向開(kāi)關(guān)元件由不具備反向阻斷耐壓的IGBT和二極管反向并聯(lián)而成的2組開(kāi)關(guān)元件反向串聯(lián)而構(gòu)成。圖2(d)中所示的雙向開(kāi)關(guān)元件由將圖2(c)所示的雙向開(kāi)關(guān)元件中的IGBT替換成MOSFET (Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor:金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管)而構(gòu)成。
[0042]逆變器電路4和雙向開(kāi)關(guān)電路100構(gòu)成用于產(chǎn)生提供給負(fù)載6的交流電壓的功率轉(zhuǎn)換電路。該功率轉(zhuǎn)換電路選擇開(kāi)關(guān)元件Q1、Q2和雙向開(kāi)關(guān)元件S1、S2中的某一個(gè)元件使其導(dǎo)通，并使其余3個(gè)元件斷開(kāi)。
[0043]當(dāng)開(kāi)關(guān)元件Ql導(dǎo)通時(shí)，向交流輸出端子U輸出直流電源Psp的正電壓。當(dāng)開(kāi)關(guān)元件Q2導(dǎo)通時(shí)，向交流輸出端子U輸出直流電源Psn的負(fù)電壓。當(dāng)雙向開(kāi)關(guān)元件SI導(dǎo)通時(shí)，向交流輸出端子U輸出交流電源I的R端子電壓。當(dāng)雙向開(kāi)關(guān)元件S2導(dǎo)通時(shí)，向交流輸出端子U輸出零電壓。即，該功率轉(zhuǎn)換電路選擇開(kāi)關(guān)元件Ql、Q2和雙向開(kāi)關(guān)元件S1、S2中的某一個(gè)元件使其導(dǎo)通，從而能夠向交流輸出端子U輸出直流電源Psp的正電壓、直流電源Psn的負(fù)電壓、交流電源I的R端子電壓、零電壓這4個(gè)電平的電壓中的某一個(gè)電平的電壓。
[0044]濾波器電路5由電抗器Lfl與電容器Cfl串聯(lián)而構(gòu)成。濾波器電路5連接在交流輸出端子U與交流輸出端子V之間(以下稱為交流輸出端子U-V之間)。電容器Cfl的兩端連接著負(fù)載6。濾波器電路5去除輸出到交流輸出端子U-V之間的交流輸出電壓Vus中的高頻分量。從濾波器電路5輸出的電壓被提供給負(fù)載6。
[0045]控制電路200將后述的交流輸出電壓指令的周期分割成多個(gè)控制期間?？刂齐娐?00在每一個(gè)控制期間內(nèi)生成使開(kāi)關(guān)元件Ql、Q2導(dǎo)通或斷開(kāi)的控制信號(hào)Gl、G2、以及使雙向開(kāi)關(guān)元件S1、S2導(dǎo)通或斷開(kāi)的控制信號(hào)Gsl、Gs2。該控制期間是具有預(yù)先設(shè)定的時(shí)間寬度且連續(xù)的期間。
[0046]以下，將用于控制開(kāi)關(guān)元件Q1、Q2及雙向開(kāi)關(guān)元件S1、S2導(dǎo)通或斷開(kāi)的控制期間的長(zhǎng)度稱為開(kāi)關(guān)周期T。
取決于開(kāi)關(guān)周期T的開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)選為比交流輸出電壓指令的頻率足夠高的頻率。例如，在交流輸出電壓指令的頻率為工頻的情況下，開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)選為IkHz以上。另外，開(kāi)關(guān)周期T并不一定要與交流輸出電壓指令的一個(gè)周期同步，也可以是不同步的。
[0047]圖3是用于說(shuō)明控制電路200生成控制信號(hào)的的動(dòng)作的框圖。
向控制電路200輸入由電壓檢測(cè)器301檢測(cè)出的交流電源I的電壓Vrs、由電壓檢測(cè)器302檢測(cè)出的直流電源Psp的電壓Vps、以及由電壓檢測(cè)器303檢測(cè)出的直流電源Psn的電壓Vns?？刂齐娐?00根據(jù)這3個(gè)電壓的關(guān)系，生成用于控制開(kāi)關(guān)元件Ql、Q2導(dǎo)通或斷開(kāi)的控制信號(hào)Gl、G2、以及用于控制雙向開(kāi)關(guān)元件S1、S2導(dǎo)通或斷開(kāi)的控制信號(hào)Gsl、Gs2。
[0048]具體而言，控制電路200按照下述方式生成控制信號(hào)G1、G2和控制信號(hào)Gsl、Gs2。 交流輸出電壓指令生成電路201基于交流電源I的電壓Vrs生成交流輸出電壓指令
Vus'交流輸出電壓指令Vus*例如是與交流電源I的電壓Vrs同步且振幅與交流電源I的額定電壓相等的交流輸出電壓指令。
[0049]交流輸出電壓指令Vus*也可以是與交流電源I的電壓Vrs不同步的交流輸出電壓指令。交流輸出電壓指令Vus*也可以是振幅與交流電源I的額定電壓不同的交流輸出電壓指令。
[0050]向電壓判定電路202輸入交流電源I的電壓Vrs和交流輸出電壓指令Vus'電壓判定電路202利用交流電源I的電壓Vrs和交流輸出電壓指令Vus%輸出相應(yīng)的開(kāi)關(guān)周期T所屬的區(qū)域信號(hào)δ。區(qū)域信號(hào)δ被分為區(qū)域I~6。
[0051]圖4是用于說(shuō)明控制電路200所進(jìn)行的區(qū)域判定與脈寬指令α及元件選擇之間的關(guān)系的圖。
電壓判定電路202在交流輸出電壓指令Vus*與交流電源I的電壓Vrs的關(guān)系滿足Vus*≥O且Vrs < O時(shí)，判定該開(kāi)關(guān)周期T處于區(qū)域I。
[0052]電壓判定電路202在交流輸出電壓指令Vus*與交流電源I的電壓Vrs的關(guān)系滿足Vus*≥O且Vrs≥O且Vrs < Vus*時(shí)，判定該開(kāi)關(guān)周期T處于區(qū)域2。
[0053]電壓判定電路202在交流輸出電壓指令Vus*與交流電源I的電壓Vrs的關(guān)系滿足Vus*≥O且Vrs≥O且Vrs≥Vus*時(shí)，判定該開(kāi)關(guān)周期T處于區(qū)域3。
[0054]電壓判定電路202在交流輸出電壓指令Vus*與交流電源I的電壓Vrs的關(guān)系滿足Vus* < O且Vrs < O且Vrs≥Vus*時(shí)，判定該開(kāi)關(guān)周期T處于區(qū)域4。
[0055]電壓判定電路202在交流輸出電壓指令Vus*與交流電源I的電壓Vrs的關(guān)系滿足Vus* < O且Vrs < O且Vrs > Vus*時(shí)，判定該開(kāi)關(guān)周期T處于區(qū)域5。
[0056]電壓判定電路 202在交流輸出電壓指令Vus*與交流電源I的電壓Vrs的關(guān)系滿足Vus* < O且Vrs≥O時(shí)，判定該開(kāi)關(guān)周期T處于區(qū)域6。
在各區(qū)域中，選擇4個(gè)元件中的一個(gè)元件作為H橋臂元件,選擇另一個(gè)元件作為L(zhǎng)橋臂元件。剩下的沒(méi)有被選為H橋臂元件和L橋臂元件的2個(gè)元件稱為斷開(kāi)橋臂元件。
[0057]H橋臂元件導(dǎo)通時(shí)，能夠?qū)?個(gè)電平的電壓中在交流輸出電壓指令Vus*以上且最接近交流輸出電壓指令Vus*的電壓(第一電壓)輸出至交流輸出端子U。H橋臂元件在與后述的脈寬指令α相對(duì)應(yīng)的時(shí)間(H橋臂導(dǎo)通時(shí)間)的期間內(nèi)導(dǎo)通。
[0058]L橋臂元件導(dǎo)通時(shí)，能夠?qū)?個(gè)電平的電壓中小于交流輸出電壓指令Vus*且最接近交流輸出電壓指令Vus*的電壓(第二電壓)輸出至交流輸出端子U。L橋臂元件在開(kāi)關(guān)周期T減去H橋臂導(dǎo)通時(shí)間后得到的時(shí)間(L橋臂導(dǎo)通時(shí)間)的期間內(nèi)導(dǎo)通。
[0059]斷開(kāi)橋臂元件在該開(kāi)關(guān)周期T內(nèi)始終斷開(kāi)。
回到圖3，向脈寬指令選擇電路203輸入交流電源I的電壓Vrs、直流電源Psp的電壓Vps、直流電源Psn的電壓Vns、交流輸出電壓指令Vus'以及區(qū)域信號(hào)δ。脈寬指令選擇電路203基于這些輸入信號(hào)，計(jì)算出針對(duì)H橋臂元件的脈寬指令α (導(dǎo)通時(shí)間與開(kāi)關(guān)周期T之比)。
[0060]區(qū)域I~6的脈寬指令α通過(guò)下式求出。
[0061][數(shù)學(xué)式I]區(qū)域I的脈寬指令aOt=Vus'/Vps(I)
區(qū)域 2 的脈寬指令 aa=(Vus*-Vrs)/(Vps-Vrs)(2)
區(qū)域3的脈寬指令aa=Vus7Vrs(3)
區(qū)域4的脈寬指令aa=Vus7Vrs(4)
區(qū)域5 的脈寬指令 aa=(Vus*-Vrs)/( Vns-Vrs)(5)
區(qū)域6的脈寬指令aa=Vus*/Vns(6)
[0062]向比較器204輸入脈寬指令a和由載波信號(hào)生成電路206所生成的載波信號(hào)Sc。比較器204對(duì)脈寬指令a和載波信號(hào)Sc進(jìn)行比較，生成用于使H橋臂元件導(dǎo)通的信號(hào)Hon。當(dāng)H橋臂導(dǎo)通信號(hào)Hon為高電平時(shí)，H導(dǎo)通元件在開(kāi)關(guān)周期T內(nèi)的H橋臂導(dǎo)通時(shí)間的期間內(nèi)導(dǎo)通。
[0063]邏輯反相器207使H橋臂導(dǎo)通信號(hào)Hon的高電平或低電平反轉(zhuǎn)為低電平或高電平，生成用于使L橋臂元件導(dǎo)通的信號(hào)Lon。當(dāng)L橋臂導(dǎo)通信號(hào)Lon為高電平時(shí)，L導(dǎo)通元件在開(kāi)關(guān)周期T內(nèi)的L橋臂導(dǎo)通時(shí)間的期間內(nèi)導(dǎo)通。
[0064]向脈沖分配電路205輸入H橋臂導(dǎo)通信號(hào)Hon、L橋臂導(dǎo)通信號(hào)Lon及區(qū)域信號(hào)
S。脈沖分配電路205將H橋臂導(dǎo)通信號(hào)Hon分配給按照區(qū)域信號(hào)δ所選擇的H橋臂元件的控制信號(hào)。脈沖分配電路205還將L橋臂導(dǎo)通信號(hào)Hon分配給按照區(qū)域信號(hào)δ所選擇的L橋臂元件的控制信號(hào)。 并且，脈沖分配電路205針對(duì)斷開(kāi)橋臂元件生成用于使其在該開(kāi)關(guān)周期T的期間內(nèi)斷開(kāi)的控制信號(hào)。
[0065]如上所述，H橋臂元件導(dǎo)通時(shí)，能夠?qū)?個(gè)電平的電壓中在交流輸出電壓指令Vus*以上且最接近交流輸出電壓指令Vus*的電壓(第一電壓)輸出至交流輸出端子U-V之間。而L橋臂元件導(dǎo)通時(shí)，能夠?qū)?個(gè)電平的電壓中小于交流輸出電壓指令Vus*且最接近交流輸出電壓指令Vus*的電壓(第二電壓)輸出至交流輸出端子U-V之間。
[0066]根據(jù)圖4，在區(qū)域I的情況下，H橋臂元件為開(kāi)關(guān)元件Q1，L橋臂元件為雙向開(kāi)關(guān)元件S2，斷開(kāi)橋臂元件為開(kāi)關(guān)元件Q2和雙向開(kāi)關(guān)元件SI。在區(qū)域2的情況下，H橋臂元件為開(kāi)關(guān)元件Ql，L橋臂元件為雙向開(kāi)關(guān)元件SI，斷開(kāi)橋臂元件為開(kāi)關(guān)元件Q2和雙向開(kāi)關(guān)元件S2。在區(qū)域3的情況下，H橋臂元件為雙向開(kāi)關(guān)元件SI，L橋臂元件為雙向開(kāi)關(guān)元件S2，斷開(kāi)橋臂元件為開(kāi)關(guān)元件Ql和Q2。在區(qū)域4的情況下，H橋臂元件為雙向開(kāi)關(guān)元件SI，L橋臂元件為雙向開(kāi)關(guān)元件S2，斷開(kāi)橋臂元件為開(kāi)關(guān)元件Ql和Q2。在區(qū)域5的情況下，H橋臂元件為開(kāi)關(guān)元件Q2，L橋臂元件為雙向開(kāi)關(guān)元件SI，斷開(kāi)橋臂元件為開(kāi)關(guān)元件Ql和雙向開(kāi)關(guān)元件S2。在區(qū)域6的情況下，H橋臂元件為開(kāi)關(guān)元件Q2，L橋臂元件為雙向開(kāi)關(guān)元件S2，斷開(kāi)橋臂元件為開(kāi)關(guān)元件Ql和雙向開(kāi)關(guān)元件SI。
[0067]接下來(lái)，參照?qǐng)D5~圖7，說(shuō)明交流輸出電壓指令Vus*為正(區(qū)域I~3)時(shí)開(kāi)關(guān)周期T內(nèi)的交流輸出電壓Vus與4個(gè)元件的導(dǎo)通斷開(kāi)動(dòng)作之間的關(guān)系。
[0068]圖5(a)是用于說(shuō)明區(qū)域I中輸出到交流輸出端子U_V之間的正的交流輸出電壓Vus的圖。圖5(b)~圖5(e)是用于說(shuō)明在該區(qū)域中開(kāi)關(guān)元件Ql、Q2與雙向開(kāi)關(guān)元件S1、S2的動(dòng)作的圖。
[0069]在該區(qū)域中，H橋臂元件為開(kāi)關(guān)元件Ql。L橋臂元件為雙向開(kāi)關(guān)元件S2。斷開(kāi)橋臂元件為開(kāi)關(guān)元件Q2和雙向開(kāi)關(guān)元件SI。因此，開(kāi)關(guān)元件Ql在導(dǎo)通時(shí)間Tm的期間內(nèi)導(dǎo)通(圖5(b))。然后，雙向開(kāi)關(guān)元件S2在導(dǎo)通時(shí)間Tu的期間內(nèi)導(dǎo)通(圖5(e))。開(kāi)關(guān)元件Q2和雙向開(kāi)關(guān)元件SI均斷開(kāi)(圖5(c)、圖5(d))。
[0070]導(dǎo)通時(shí)間Tm是基于式(I)所求出的脈寬指令α，針對(duì)開(kāi)關(guān)周期T計(jì)算出的時(shí)間。導(dǎo)通時(shí)間Tu是開(kāi)關(guān)周期T減去導(dǎo)通時(shí)間Tm后得到的時(shí)間。
[0071]當(dāng)開(kāi)關(guān)元件Ql導(dǎo)通時(shí)，向交流輸出端子U-V之間輸出第一電壓即直流電源Psp的電壓Vps。當(dāng)雙向開(kāi)關(guān)元件S2導(dǎo)通時(shí)，向交流輸出端子U-V之間輸出第二電壓即零電壓(圖5(a)) 0輸出到交流輸出端子U-V之間的電壓的平均值與交流輸出電壓指令Vus*相等。
[0072]在開(kāi)關(guān)周期T內(nèi)輸出的電壓也可以是第二電壓、第一電壓的順序。這一情況在后面的說(shuō)明中也一樣。
圖6(a)是用于說(shuō)明區(qū)域2中輸出到交流輸出端子U-V之間的正的交流輸出電壓Vus的圖。圖6(b)?圖6(e)是用于說(shuō)明在該區(qū)域中開(kāi)關(guān)元件Q1、Q2與雙向開(kāi)關(guān)元件S1、S2的動(dòng)作的圖。
[0073]在該區(qū)域中，H橋臂元件為開(kāi)關(guān)元件Ql。L橋臂元件為雙向開(kāi)關(guān)元件SI。斷開(kāi)橋臂元件為開(kāi)關(guān)元件Q2和雙向開(kāi)關(guān)元件S2。因此，開(kāi)關(guān)元件Ql在導(dǎo)通時(shí)間Th2的期間內(nèi)導(dǎo)通(圖6(b))。然后，雙向開(kāi)關(guān)元件SI在導(dǎo)通時(shí)間IY2的期間內(nèi)導(dǎo)通(圖6(d))。開(kāi)關(guān)元件Q2和雙向開(kāi)關(guān)元件S2均斷開(kāi)(圖6 (c)、圖6 (e))。
[0074]導(dǎo)通時(shí)間Th2是基于式⑵所求出的脈寬指令α，針對(duì)開(kāi)關(guān)周期T計(jì)算出的時(shí)間。導(dǎo)通時(shí)間IY2是開(kāi)關(guān)周期T減去導(dǎo)通時(shí)間Th2后得到的時(shí)間。
[0075]于是，當(dāng)開(kāi)關(guān)元件Ql導(dǎo)通時(shí)，向交流輸出端子U-V之間輸出第一電壓即直流電源Psp的電壓Vps。當(dāng)雙向開(kāi)關(guān)元件SI導(dǎo)通時(shí)，向交流輸出端子U-V之間輸出第二電壓即交流電源I的電壓Vrs (圖6 (a))。輸出到交流輸出端子U-V之間的電壓的平均值與交流輸出電壓指令Vus*相等。
[0076]圖7(a)是用于說(shuō)明區(qū)域3中輸出到交流輸出端子U-V之間的正的交流輸出電壓Vus的圖。圖7(b)?圖7(e)是用于說(shuō)明在該區(qū)域中開(kāi)關(guān)元件Ql、Q2與雙向開(kāi)關(guān)元件S1、S2的動(dòng)作的圖。
[0077]在該區(qū)域中，H橋臂元件為雙向開(kāi)關(guān)元件SI。L橋臂元件為雙向開(kāi)關(guān)元件S2。斷開(kāi)橋臂元件為開(kāi)關(guān)元件Ql和開(kāi)關(guān)元件Q2。因此，雙向開(kāi)關(guān)元件SI在導(dǎo)通時(shí)間Th3的期間內(nèi)導(dǎo)通(圖7(b))。然后，雙向開(kāi)關(guān)元件S2在導(dǎo)通時(shí)間Tu的期間內(nèi)導(dǎo)通(圖7(d))。開(kāi)關(guān)元件Ql和開(kāi)關(guān)元件Q2均斷開(kāi)(圖7 (c)、圖7 (e))。
[0078]導(dǎo)通時(shí)間Th3是基于式(3)所求出的脈寬指令α，針對(duì)開(kāi)關(guān)周期T計(jì)算出的時(shí)間。導(dǎo)通時(shí)間IY3是開(kāi)關(guān)周期T減去導(dǎo)通時(shí)間Th3后得到的時(shí)間。
[0079]于是，當(dāng)雙向開(kāi)關(guān)元件SI導(dǎo)通時(shí)，向交流輸出端子U-V之間輸出第一電壓即交流電源I的電壓Vrs。當(dāng)雙向開(kāi)關(guān)元件S2導(dǎo)通時(shí)，向交流輸出端子U-V之間輸出第二電壓零電壓(圖7(a))。輸出到交流輸出端子U-V之間的電壓的平均值與交流輸出電壓指令Vus*相等。
[0080]圖8?圖10是用于說(shuō)明交流輸出電壓指令Vus*為負(fù)(區(qū)域4?6)時(shí)開(kāi)關(guān)周期T內(nèi)的交流輸出電壓Vus與4個(gè)元件的導(dǎo)通斷開(kāi)動(dòng)作之間的關(guān)系。
[0081]圖8是用于說(shuō)明區(qū)域4中的交流輸出電壓的圖。 根據(jù)電路的對(duì)稱性，區(qū)域4是開(kāi)關(guān)元件Ql、Q2與雙向開(kāi)關(guān)元件S1、S2進(jìn)行與區(qū)域3大致相同的動(dòng)作的區(qū)域。在該區(qū)域中，向交流輸出端子U-V之間輸出平均電壓與交流輸出電壓指令Vus*相等的負(fù)電壓。
[0082]圖9是用于說(shuō)明區(qū)域5中的交流輸出電壓的圖。
根據(jù)電路的對(duì)稱性，區(qū)域5是開(kāi)關(guān)元件Ql與開(kāi)關(guān)元件Q2的動(dòng)作與區(qū)域2的情況相反，其余動(dòng)作大致相同的區(qū)域。在該區(qū)域中，向交流輸出端子U-V之間輸出平均電壓與交流輸出電壓指令Vus*相等的負(fù)電壓。
[0083]圖10是用于說(shuō)明區(qū)域6中的交流輸出電壓的圖。
根據(jù)電路的對(duì)稱性，區(qū)域6是開(kāi)關(guān)元件Ql與開(kāi)關(guān)元件Q2的動(dòng)作與區(qū)域I的情況相反，其余動(dòng)作大致相同的區(qū)域。在該區(qū)域中，向交流輸出端子U-V之間輸出平均電壓與交流輸出電壓指令Vus*相等的負(fù)電壓。
[0084]如上所述，本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換電路在每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期T中選擇所需的H橋臂元件和L橋臂元件，以產(chǎn)生與交流輸出電壓指令Vus*相等的交流輸出電壓Vus。并且，本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換電路在開(kāi)關(guān)周期T內(nèi)，使H橋臂元件和L橋臂元件分別在規(guī)定時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，從而能夠在交流輸出端子U-V之間產(chǎn)生平均電壓與交流輸出電壓指令Vus*相等的電壓。
[0085]例如，當(dāng)交流電源I的電壓Vrs小于交流輸出電壓指令Vus*時(shí)，本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換電路能夠通過(guò)區(qū)域2和區(qū)域5的動(dòng)作，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)使直流電源串聯(lián)電路3的電壓Vsp和Vsn疊加在交流電源I的電壓Vrs上,從而產(chǎn)生交流輸出電壓Vus。
[0086]另外，當(dāng)交流電源I的電壓Vrs大于交流輸出電壓指令Vus*時(shí)，本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換電路能夠通過(guò)區(qū)域3和區(qū)域4的動(dòng)作，使交流電源I的電壓下降，從而產(chǎn)生交流輸出電壓Vus。
[0087]本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換電路還能夠通過(guò)區(qū)域I和區(qū)域6的動(dòng)作，產(chǎn)生極性與交流電源I的電壓Vrs相反的交流輸出電壓Vus。此時(shí)產(chǎn)生的交流輸出電壓Vus是相位與交流電源I的電壓Vrs相差很大的電壓。
[0088]即，本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置利用交流電源I的電壓Vrs和直流電源串聯(lián)電路3的電壓Vps、Vns，能夠?qū)⑻峁┙o負(fù)載6的交流輸出電壓Vus維持在交流輸出電壓指令Vus'
[0089]另外，本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換電路無(wú)法輸出比直流電源Psp的電壓Vps要高的電壓，也無(wú)法輸出比直流電源Psn的電壓Vns要低的電壓。因此，當(dāng)交流輸出電壓指令Vus*大于直流電源Psp的電壓Vps時(shí)，以及當(dāng)交流輸出電壓指令Vus*小于直流電源Psn的電壓Vns時(shí)，適合進(jìn)行使所有元件都斷開(kāi)等保護(hù)動(dòng)作。
[0090]另外，當(dāng)交流輸出電壓指令Vus*大于直流電源Psp的電壓Vps時(shí)，也可以使開(kāi)關(guān)元件Ql始終維持在導(dǎo)通的狀態(tài)。當(dāng)交流輸出電壓指令Vus*小于直流電源Psn的電壓Vns時(shí)，也可以使開(kāi)關(guān)元件Q2始終維持在導(dǎo)通的狀態(tài)。
[0091]在圖13所示的功率轉(zhuǎn)換裝置中，逆變器電路的開(kāi)關(guān)元件在直流電源串聯(lián)電路的正側(cè)電壓和負(fù)側(cè)電壓之間進(jìn)行導(dǎo)通斷開(kāi)的動(dòng)作。
而本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置中，開(kāi)關(guān)元件和雙向開(kāi)關(guān)元件在第一電壓和第二電壓之間進(jìn)行導(dǎo)通斷開(kāi)的動(dòng)作。如上所述，第一電壓是在交流輸出電壓指令Vus*以上且最接近交流輸出電壓指令Vus*的電壓。第二電壓是小于交流輸出電壓指令Vus*且最接近交流輸出電壓指令Vus*的電壓。由圖5?圖10可知，第一電壓與第二電壓之間的電壓差比直流電源的電壓Vps、Vns的大小要小。
[0092]因此，本實(shí)施方式的逆變器電路4的開(kāi)關(guān)元件在導(dǎo)通和斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)損耗比圖13所示的功率轉(zhuǎn)換裝置的開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)損耗要小。同樣，本實(shí)施方式的雙向開(kāi)關(guān)電路100的雙向開(kāi)關(guān)元件在導(dǎo)通和斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)損耗也比圖13所示的功率轉(zhuǎn)換裝置的開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)損耗要小。
[0093]S卩，如果將本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置的開(kāi)關(guān)頻率設(shè)為與圖13所示的逆變器電路4的開(kāi)關(guān)頻率相同，則本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置相比于圖13所示的逆變器電路4，能夠降低開(kāi)關(guān)損耗。
[0094]尤其是交流輸出電壓Vus與交流電源I的電壓Vrs同步時(shí)較為優(yōu)選。如果交流輸出電壓Vus與交流電源I的電壓Vrs同步，則施加在開(kāi)關(guān)元件Ql、Q2與雙向開(kāi)關(guān)元件S1、S2上的電壓能夠更小。其結(jié)果是，能夠進(jìn)一步減小這些元件上產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)損耗。
[0095]另外，本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置的交流輸出電壓Vus在第一電壓和第二電壓之間變化。因此，施加在電抗器Lfl上的電壓變小。
流過(guò)電抗器Lfl的紋波電流與電壓時(shí)間積(電壓的變化幅度X電壓的脈沖寬度)成正比，與電感值成反比。當(dāng)電感值相同時(shí)，本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置的電壓時(shí)間積較小，因此流過(guò)電抗器Lfl的紋波電流較小。如果紋波電流變小，則電抗器Lfl上的損耗(主要是鐵損)也變小。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)電抗器Lfl的低損耗。
[0096]另一方面，在紋波電流相同的情況下，能夠減小電抗器Lfl的電感值。這種情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)電抗器Lfl的小型化。
另外，本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置即使是在交流電源I發(fā)生了停電的情況下，也能夠通過(guò)與交流電源I正常時(shí)相同的邏輯處理，在每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期T內(nèi)選擇H橋臂元件和L橋臂元件。并且，與交流電源I正常時(shí)的情況相同，通過(guò)使所選擇的H橋臂元件和L橋臂元件進(jìn)行導(dǎo)通和斷開(kāi)，能夠?qū)⒔涣鬏敵鲭妷篤us維持在交流輸出電壓指令Vus'
[0097]因此，本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換電路在進(jìn)行控制以將交流輸出電壓Vus維持在交流輸出電壓指令Vus*時(shí)，無(wú)需設(shè)置用于檢測(cè)交流電源I停電的單元。
[0098]接下來(lái)，圖11是用于說(shuō)明控制電路200所進(jìn)行的區(qū)域判定與脈寬指令α及元件選擇之間的另一種關(guān)系的圖。圖12是用于說(shuō)明在區(qū)域7中交流輸出電壓Vus、開(kāi)關(guān)元件Q1、Q2、雙向開(kāi)關(guān)元件S1、S2的動(dòng)作的圖。
[0099]控制電路200的結(jié)構(gòu)與圖3中所示的控制電路相同。但是，電壓判定電路20除了判定圖4所示的區(qū)域I?6以外，還對(duì)區(qū)域7進(jìn)行判定。區(qū)域7是用于向交流輸出端子U-V之間輸出交流電源I的電壓的區(qū)域。
[0100]下面，根據(jù)圖3、圖11和圖12，以與區(qū)域7有關(guān)的控制電路200的動(dòng)作為中心進(jìn)行說(shuō)明，對(duì)于與上文已說(shuō)明的區(qū)域I?6公共的部分，省略其說(shuō)明。
[0101]在每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期T內(nèi)，向電壓判定電路202輸入交流輸出電壓指令Vus*和交流電源I的電壓Vrs。電壓判定電路202在兩個(gè)電壓的關(guān)系滿足IVus1-VrsI < AVus*的條件時(shí)，判定該開(kāi)關(guān)周期T處于區(qū)域7。此時(shí)，電壓判定電路202輸出表示區(qū)域7的區(qū)域信號(hào)δ。
[0102]AVus*是用于判定交流電源I的電壓Vrs的值相對(duì)于交流輸出電壓指令Vus*的值落在規(guī)定范圍內(nèi)的基準(zhǔn)量。當(dāng)負(fù)載6允許輸入電壓在交流輸出電壓指令Vus*土 10%的范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，基準(zhǔn)量AVus*是與交流輸出電壓指令Vus*的10%相當(dāng)?shù)牧??；鶞?zhǔn)量AVus*也可以是取決于其他條件的量。
[0103]當(dāng)表示區(qū)域7的區(qū)域信號(hào)δ輸入到脈寬指令選擇電路203時(shí)，脈寬指令α將被固定在1.0。在脈寬指令α為1.0的情況下，無(wú)論載波信號(hào)Sc的大小怎樣，比較器204都生成使H橋臂元件在該開(kāi)關(guān)周期T內(nèi)均導(dǎo)通的信號(hào)Hon。即，在該開(kāi)關(guān)周期T內(nèi)，H橋臂導(dǎo)通信號(hào)Hon始終為高電平，L橋臂導(dǎo)通信號(hào)Lon始終為低電平。
[0104]當(dāng)表示區(qū)域7的區(qū)域信號(hào)δ輸入到脈沖分配電路205時(shí)，雙向開(kāi)關(guān)元件SI將被設(shè)定為H橋臂元件。脈沖分配電路205還將開(kāi)關(guān)元件Ql、Q2和雙向開(kāi)關(guān)元件S2設(shè)定為斷開(kāi)橋臂元件。因此，脈沖分配電路205輸出在該開(kāi)關(guān)周期T的期間內(nèi)為高電平的雙向開(kāi)關(guān)元件SI的控制信號(hào)Gsl、在該開(kāi)關(guān)周期T的期間內(nèi)為低電平的開(kāi)關(guān)元件Q1、Q2及雙向開(kāi)關(guān)元件S2的控制信號(hào)Gl、G2和Gs2。
[0105]因此，在被判定為區(qū)域7的開(kāi)關(guān)周期T中，雙向開(kāi)關(guān)元件SI導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)元件Q1、Q2和雙向開(kāi)關(guān)元件S2斷開(kāi)。通過(guò)4個(gè)元件的上述動(dòng)作，向交流輸出端子U-V之間輸出交流電源I的電壓Vrs。
[0106]在交流輸出電壓指令Vus*為負(fù)極性的情況下，控制電路200也進(jìn)行與交流輸出電壓指令Vus*為正極性的情況相同的動(dòng)作。
在被判定為區(qū)域7的開(kāi)關(guān)周期T中，只有雙向開(kāi)關(guān)元件SI導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)元件Ql、Q2和雙向開(kāi)關(guān)元件S2都斷開(kāi)。從而，只有雙向開(kāi)關(guān)元件SI會(huì)因電流通電而產(chǎn)生導(dǎo)通損耗。開(kāi)關(guān)元件Ql、Q2和雙向開(kāi)關(guān)元件S2由于沒(méi)有流過(guò)電流，所以不會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)通損耗。另外，由于所有元件都不進(jìn)行導(dǎo)通斷開(kāi)的動(dòng)作，因此不會(huì)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗。
[0107]因而，通過(guò)在功率轉(zhuǎn)換電路的動(dòng)作中設(shè)置區(qū)域7，能夠進(jìn)一步降低功耗。
接下來(lái)，圖13是用于說(shuō)明本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置的實(shí)施方式2的圖。本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置用半橋式變流器電路31來(lái)構(gòu)成圖1所示的實(shí)施方式的直流電源串聯(lián)電路30。
[0108]變流器電路31的主要構(gòu)成要素為正側(cè)開(kāi)關(guān)元件Qp與負(fù)側(cè)開(kāi)關(guān)元件Qn構(gòu)成的串聯(lián)電路、正側(cè)電容器Cp與負(fù)側(cè)電容器Cn構(gòu)成的串聯(lián)電路、以及電抗器L。電抗器L的一端與交流電源I的一端相連接，另一端與開(kāi)關(guān)元件Qp、Qn的連接中點(diǎn)相連接。電容器Cp、Cn的串聯(lián)電路與開(kāi)關(guān)兀件Qp、Qn的串聯(lián)電路相并聯(lián)。另外，電容器Cp、Cn的連接中點(diǎn)與交流電源I的另一端相連接，還與交流輸出端子V相連接。
[0109]當(dāng)交流電源I的電壓相對(duì)于交流輸出端子V為正極性時(shí)，首先，開(kāi)關(guān)元件Qn導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)元件Qp斷開(kāi)。通過(guò)開(kāi)關(guān)元件Qn的導(dǎo)通，電容器Cn的電壓與交流電源I的電壓相加后得到的電壓被施加到電抗器L上，在電抗器L中儲(chǔ)存能量。接著，開(kāi)關(guān)元件Qn斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)元件Qp導(dǎo)通。當(dāng)開(kāi)關(guān)元件Qn斷開(kāi)時(shí)，存儲(chǔ)在電抗器L中的能量對(duì)電容器Cp進(jìn)行充電。
[0110]另一方面，當(dāng)交流電源I的電壓相對(duì)于交流輸出端子V為負(fù)極性時(shí)，首先，開(kāi)關(guān)元件Qp導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)元件Qn斷開(kāi)。通過(guò)開(kāi)關(guān)元件Qp的導(dǎo)通，電容器Cp的電壓與交流電源I的電壓相加后得到的電壓被施加到電抗器L上，在電抗器L中儲(chǔ)存能量。接著，開(kāi)關(guān)元件Qp斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)元件Qn導(dǎo)通。當(dāng)開(kāi)關(guān)元件Qp斷開(kāi)時(shí)，存儲(chǔ)在電抗器L中的能量對(duì)電容器Cn進(jìn)行充電。
[0111]開(kāi)關(guān)元件Qp、Qn在比交流電源I的頻率要高很多的頻率下進(jìn)行上述導(dǎo)通和斷開(kāi)動(dòng)作。通過(guò)開(kāi)關(guān)元件Qp、Qn的導(dǎo)通斷開(kāi)動(dòng)作，電容器Cp與電容器Cn的電壓維持在比交流電源I的電壓要高的規(guī)定電壓。
[0112]由此，能夠用半橋式變流器31來(lái)構(gòu)成本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置的直流電源串聯(lián)電路30。該半橋式變流器31的電容器Cp對(duì)應(yīng)于直流電源串聯(lián)電路30的正側(cè)直流電源Psp。半橋式變流器31的電容器Cn則對(duì)應(yīng)于直流電源串聯(lián)電路30的負(fù)側(cè)直流電源Psn。
[0113]本實(shí)施方式中，半橋式變流器31以外的電路的作用及效果與用圖1?圖12進(jìn)行說(shuō)明的實(shí)施方式I的功率轉(zhuǎn)換裝置的作用及效果相同。
[0114]接下來(lái)，圖14是用于說(shuō)明本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置的實(shí)施方式3的圖。本實(shí)施方式的功率轉(zhuǎn)換裝置用三電平整流器32來(lái)構(gòu)成圖1所示的實(shí)施方式的直流電源串聯(lián)電路30。
[0115]三電平整流器32的主要構(gòu)成要素為正側(cè)二極管Dp與負(fù)側(cè)二極管Dn構(gòu)成的串聯(lián)電路、正側(cè)電容器Cp與負(fù)側(cè)電容器Cn構(gòu)成的串聯(lián)電路、雙向開(kāi)關(guān)元件S3、以及電抗器L。電抗器L的一端與交流電源I的一端相連接，另一端與二極管Dp、Dn的連接中點(diǎn)相連接。電容器Cp、Cn的串聯(lián)電路與二極管Dp、Dn的串聯(lián)電路相并聯(lián)。另外，電容器Cp、Cn的連接中點(diǎn)與交流電源I的另一端相連接，并且與交流輸出端子V相連接。雙向開(kāi)關(guān)元件S3連接在二極管Dp、Dn的連接中點(diǎn)與電容器Cp、Cn的連接中點(diǎn)之間。
[0116]當(dāng)交流電源I的電壓相對(duì)于交流輸出端子V為正極性時(shí)，首先，雙向開(kāi)關(guān)元件S3導(dǎo)通。當(dāng)雙向開(kāi)關(guān)元件S3導(dǎo)通時(shí)，交流電源I的電壓被施加到電抗器L上，在電抗器L中儲(chǔ)存能量。然后，雙向開(kāi)關(guān)元件S3斷開(kāi)。當(dāng)雙向開(kāi)關(guān)元件S3斷開(kāi)時(shí)，存儲(chǔ)在電抗器L中的能量對(duì)電容器Cp進(jìn)行充電。
[0117]另一方面，當(dāng)交流電源I的電壓相對(duì)于交流輸出端子V為負(fù)極性時(shí)，首先，雙向開(kāi)關(guān)元件S3導(dǎo)通。當(dāng)雙向開(kāi)關(guān)元件S3導(dǎo)通時(shí)，交流電源I的電壓被施加到電抗器L上，在電抗器L中儲(chǔ)存能量。然后，雙向開(kāi)關(guān)元件S3斷開(kāi)。當(dāng)雙向開(kāi)關(guān)元件S3斷開(kāi)時(shí)，存儲(chǔ)在電抗器L中的能量對(duì)電容器Cn進(jìn)行充電。
[0118]雙向開(kāi)關(guān)元件S3在比交流電源I的頻率要高很多的頻率下進(jìn)行上述導(dǎo)通和斷開(kāi)動(dòng)作。通過(guò)雙向開(kāi)關(guān)元件S3的導(dǎo)通斷開(kāi)動(dòng)作，電容器Cp與電容器Cn的電壓維持在比交流電源I的電壓要高的規(guī)定電壓。
[0119]由此，能夠用三電平整流器32來(lái)構(gòu)成本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換裝置的直流電源串聯(lián)電路30。該三電平整流器32的電容器Cp對(duì)應(yīng)于直流電源串聯(lián)電路30的正側(cè)直流電源Psp。三電平整流器32的電容器Cn則對(duì)應(yīng)于直流電源串聯(lián)電路30的負(fù)側(cè)直流電源Psn。
[0120]本實(shí)施方式中，三電平整流器32以外的電路的作用及效果與用圖1?圖12進(jìn)行說(shuō)明的實(shí)施方式I的功率轉(zhuǎn)換裝置的作用及效果相同。
標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0121]I交流電源 2電容器
3、31變流器電路 30直流電源串聯(lián)電路 32三電平整流器 4逆變器電路 5濾波器電路6負(fù)載7開(kāi)關(guān)8變壓器
IOOUOl雙向開(kāi)關(guān)電路
200控制電路
301?303電壓檢測(cè)器
【權(quán)利要求】
1.一種功率轉(zhuǎn)換裝置，基于交流輸出電壓指令來(lái)輸出交流電壓，其特征在于，包括: 單相交流電源，該單相交流電源具有第一交流端子和第二交流端子；以及 直流電源串聯(lián)電路，該直流電源串聯(lián)電路由第一直流電源和第二直流電源串聯(lián)構(gòu)成，且所述第一直流電源與所述第二直流電源的連接點(diǎn)即中性點(diǎn)端子與所述第二交流端子相連接， 所述功率轉(zhuǎn)換裝置所輸出的電壓是從所述直流電源串聯(lián)電路的正側(cè)電壓、所述直流電源串聯(lián)電路的負(fù)側(cè)電壓、所述中性點(diǎn)端子的電位即零電壓、所述交流電源的電壓這四個(gè)電平的電壓中選擇出的任意一個(gè)電平的電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述直流電源串聯(lián)電路的正側(cè)電壓和所述直流電源串聯(lián)電路的負(fù)側(cè)電壓大于所述交流電源的電壓的振幅值。
3.如權(quán)利要求2所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 在具有預(yù)先設(shè)定的時(shí)間寬度且相連續(xù)的控制期間中的各個(gè)控制期間內(nèi)， 將從所述四個(gè)電平的電壓中選擇出的一個(gè)電平的電壓設(shè)為第一電壓，將從所述四個(gè)電平的電壓中選擇出的另一個(gè)電平的電壓設(shè)為第二電壓， 分別在規(guī)定的時(shí)間寬度內(nèi)互補(bǔ)地輸出所述第一電壓和所述第二電壓，從而輸出與所述交流輸出電壓指令相對(duì)應(yīng)的交流輸出電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述第一電壓和所述第二電壓是基于所述交流輸出電壓指令和所述交流電源的電壓而選擇的電壓。
5.如權(quán)利要求2所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 在具有預(yù)先設(shè)定的時(shí)間寬度且相連續(xù)的控制期間中的各個(gè)控制期間內(nèi)， 從所述四個(gè)電平的電壓中選擇出絕對(duì)值在所述交流輸出電壓指令的絕對(duì)值以上且該值最接近所述交流輸出電壓指令的值的電壓作為第一電壓，并從所述四個(gè)電平的電壓中選擇出絕對(duì)值小于所述交流輸出電壓指令的絕對(duì)值且該值最接近交流輸出電壓指令的值的電壓作為第二電壓， 在所述控制期間內(nèi)，將所述第一電壓的輸出時(shí)間與所述第二電壓的輸出時(shí)間的時(shí)間比設(shè)定為規(guī)定值，通過(guò)互補(bǔ)地輸出所述第一電壓和所述第二電壓，來(lái)輸出與所述交流輸出電壓指令相對(duì)應(yīng)的交流電壓。
6.如權(quán)利要求2所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 在具有預(yù)先設(shè)定的時(shí)間寬度且相連續(xù)的控制期間中的各個(gè)控制期間內(nèi)，當(dāng)所述交流輸出電壓指令在零電壓以上且所述交流電源的電壓小于所述零電壓時(shí)，將所述直流電源串聯(lián)電路的正側(cè)電壓作為所述第一電壓，將所述零電壓作為所述第二電壓，當(dāng)所述交流輸出電壓指令在所述零電壓以上且所述交流電源的電壓在所述零電壓以上且所述交流輸出電壓指令大于所述交流電源的電壓時(shí)，將所述直流電源串聯(lián)電路的正側(cè)電壓作為所述第一電壓，將所述交流電源的電壓作為所述第二電壓， 當(dāng)所述交流輸出電壓指令在所述零電壓以上且所述交流電源的電壓在所述零電壓以上且所述交流輸出電壓指令在所述交流電源的電壓以下時(shí)，將所述交流電源的電壓作為所述第一電壓，將所述零電壓作為所述第二電壓，當(dāng)所述交流輸出電壓指令小于所述零電壓且所述交流電源的電壓小于所述零電壓且所述交流輸出電壓指令在所述交流電源的電壓以上時(shí)，將所述交流電源的電壓作為所述第一電壓，將所述零電壓作為所述第二電壓， 當(dāng)所述交流輸出電壓指令小于所述零電壓且所述交流電源的電壓小于所述零電壓且所述交流輸出電壓指令小于所述交流電源的電壓時(shí)，將所述直流電源串聯(lián)電路的負(fù)側(cè)電壓作為所述第一電壓，將所述交流電源的電壓作為所述第二電壓， 當(dāng)所述交流輸出電壓指令小于所述零電壓且所述交流電源的電壓在所述零電壓以上時(shí)，將所述直流電源串聯(lián)電路的負(fù)側(cè)電壓作為所述第一電壓，將所述零電壓作為所述第二電壓， 在所述控制期間內(nèi)，將所述第一電壓的輸出時(shí)間與所述第二電壓的輸出時(shí)間的時(shí)間比設(shè)定為規(guī)定值，通過(guò)互補(bǔ)地輸出所述第一電壓和所述第二電壓，來(lái)輸出與所述交流輸出電壓指令相對(duì)應(yīng)的交流電壓。
7.如權(quán)利要求5或6所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述第一電壓的輸出時(shí)間取決于所述交流輸出電壓指令、所述第一電壓和所述第二電壓，所述第二電壓的輸出時(shí)間是所述控制期間的時(shí)間減去所述第一電壓的輸出時(shí)間后得到的時(shí)間。
8.如權(quán)利要求5或6所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述第一電壓的輸出時(shí)間是與所述交流輸出電壓與所述第二電壓的差電壓除以所述第一電壓與所述第二電壓的差電壓后得到的值對(duì)應(yīng)的時(shí)間。
9.如權(quán)利要求3、5、6的任一項(xiàng)所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述交流輸出電壓在所述控制期間內(nèi)的平均值等于所述交流輸出電壓指令在該控制期間內(nèi)的平均值。
10.如權(quán)利要求3、5、6的任一項(xiàng)所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述交流輸出電壓指令與所述交流電源的電壓同步。
11.如權(quán)利要求10所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 當(dāng)所述交流電源的電壓與所述交流輸出電壓指令的偏差在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)時(shí)，輸出所述交流電源的電壓。
12.—種功率轉(zhuǎn)換裝置，基于交流輸出電壓指令來(lái)輸出交流電壓，其特征在于，包括: 單相交流電源，該單相交流電源具有第一交流端子和第二交流端子； 直流電源串聯(lián)電路，該直流電源串聯(lián)電路由第一直流電源和第二直流電源串聯(lián)構(gòu)成，且所述第一直流電源與所述第二直流電源的連接點(diǎn)即中性點(diǎn)端子與所述第二交流端子相連接； 開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)電路，該開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)電路由與所述直流電源串聯(lián)電路的正側(cè)端子相連接的正側(cè)開(kāi)關(guān)元件、和與所述直流電源串聯(lián)電路的負(fù)側(cè)端子相連接的負(fù)側(cè)開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)構(gòu)成； 第一交流輸出端子，該第一交流輸出端子連接至所述正側(cè)開(kāi)關(guān)元件與所述負(fù)側(cè)開(kāi)關(guān)元件的連接點(diǎn)； 第二交流輸出端子，該第二交流輸出端子連接至所述中性點(diǎn)端子； 第一雙向開(kāi)關(guān)元件，該第一雙向開(kāi)關(guān)元件的一端與所述第一交流輸出端子相連接，另一端與所述交流電源的第一交流端子相連接；以及 第二雙向開(kāi)關(guān)元件，該第二雙向開(kāi)關(guān)元件的一端與所述第一交流輸出端子相連接，另一端與所述直流電源串聯(lián)電路的中性點(diǎn)端子相連接， 所述功率轉(zhuǎn)換裝置將從所述直流電源串聯(lián)電路的正側(cè)電壓、所述直流電源串聯(lián)電路的負(fù)側(cè)電壓、所述中性點(diǎn)端子的電位即零電壓、所述交流電源的電壓這四個(gè)電平的電壓中選擇出的任意一個(gè)電平的電壓，輸出到所述第一交流輸出端子。
13.如權(quán)利要求12所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述直流電源串聯(lián)電路的正側(cè)電壓和所述直流電源串聯(lián)電路的負(fù)側(cè)電壓大于所述交流電源的電壓的振幅值。
14.如權(quán)利要求13所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 在具有預(yù)先設(shè)定的時(shí)間寬度且相連續(xù)的控制期間中的各個(gè)控制期間內(nèi)， 將從所述四個(gè)電平的電壓中選擇出的一個(gè)電平的電壓設(shè)為第一電壓，將從所述四個(gè)電平的電壓中選擇出的另一個(gè)電平的電壓設(shè)為第二電壓， 分別在規(guī)定的時(shí)間寬度內(nèi)互補(bǔ)地將所述第一電壓和所述第二電壓輸出到所述第一交流輸出端子。
15.如權(quán)利要求14所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述第一電壓和所述第二電壓是基于所述交流輸出電壓指令和所述交流電源的電壓而選擇的電壓。
16.如權(quán)利要求13所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 在具有預(yù)先設(shè)定的時(shí)間寬度且相連續(xù)的控制期間中的各個(gè)控制期間內(nèi)， 從所述四個(gè)電平的電壓中選擇出絕對(duì)值在所述交流輸出電壓指令的絕對(duì)值以上且該值最接近所述交流輸出電壓指令的值的電壓作為第一電壓，并從所述四個(gè)電平的電壓中選擇出絕對(duì)值小于所述交流輸出電壓指令的絕對(duì)值且該值最接近所述交流輸出電壓指令的值的電壓作為第二電壓， 并在所述控制期間內(nèi)，將所述第一電壓的輸出時(shí)間與所述第二電壓的輸出時(shí)間的時(shí)間比設(shè)定為規(guī)定值， 將所述第一電壓和所述第二電壓互補(bǔ)地輸出到所述第一交流輸出端子。
17.如權(quán)利要求13所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 在具有預(yù)先設(shè)定的時(shí)間寬度且相連續(xù)的控制期間中的各個(gè)控制期間內(nèi)， 當(dāng)所述交流輸出電壓指令在所述零電壓以上且所述交流電源的電壓小于所述零電壓時(shí)，將所述直流電源串聯(lián)電路的正電壓作為所述第一電壓，將所述零電壓作為所述第二電壓， 當(dāng)所述交流輸出電壓指令在所述零電壓以上且所述交流電源的電壓在所述零電壓以上且所述交流輸出電壓指令大于所述交流電源的電壓時(shí)，將所述直流電源串聯(lián)電路的正電壓作為所述第一電壓，將所述交流電源的電壓作為所述第二電壓， 當(dāng)所述交流輸出電壓指令在所述零電壓以上且所述交流電源的電壓在所述零電壓以上且所述交流輸出電壓指令在所述交流電源的電壓以下時(shí)，將所述交流電源的電壓作為所述第一電壓，將所述零電壓作為所述第二電壓， 當(dāng)所述交流輸出電壓指令小于所述零電壓且所述交流電源的電壓小于所述零電壓且所述交流輸出電壓指令在所述交流電源的電壓以上時(shí)，將所述交流電源的電壓作為所述第一電壓，將所述零電壓作為所述第二電壓， 當(dāng)所述交流輸出電壓指令小于所述零電壓且所述交流電源的電壓小于所述零電壓且所述交流輸出電壓指令小于所述交流電源的電壓時(shí)，將所述直流電源串聯(lián)電路的負(fù)電壓作為所述第一電壓，將所述交流電源的電壓作為所述第二電壓， 當(dāng)所述交流輸出電壓指令小于所述零電壓且所述交流電源的電壓在所述零電壓以上時(shí)，將所述直流電源串聯(lián)電路的負(fù)電壓作為所述第一電壓，將所述零電壓作為所述第二電壓， 并在所述控制期間內(nèi)，將所述第一電壓的輸出時(shí)間與所述第二電壓的輸出時(shí)間的時(shí)間比設(shè)定為規(guī)定值， 將所述第一電壓和所述第二電壓互補(bǔ)地輸出到所述第一交流輸出端子。
18.如權(quán)利要求16或17所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述第一電壓的輸出時(shí)間取決于所述交流輸出電壓指令、所述第一電壓和所述第二電壓，所述第二電壓的輸出時(shí)間是所述各控制期間的時(shí)間減去所述第一電壓的輸出時(shí)間后得到的時(shí)間。
19.如權(quán)利要求16或17所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述第一電壓的輸出時(shí)間是與所述交流輸出電壓與所述第二電壓的差電壓除以所述第一電壓與所述第二電壓 的差電壓后得到的值對(duì)應(yīng)的時(shí)間。
20.如權(quán)利要求14、16、17的任一項(xiàng)所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述交流輸出電壓在所述控制期間內(nèi)的平均值等于所述交流輸出電壓指令在該控制期間內(nèi)的平均值。
21.如權(quán)利要求14、16、17的任一項(xiàng)所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述交流輸出電壓指令與所述交流電源的電壓同步。
22.如權(quán)利要求21所述的功率轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 當(dāng)所述交流電源的電壓與所述交流輸出電壓指令的偏差在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)時(shí)，將所述交流電源的電壓輸出至所述第一交流輸出端子。
【文檔編號(hào)】H02M5/293GK104081644SQ201280068834
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月9日
【發(fā)明者】藤田悟, 山田隆二 申請(qǐng)人:富士電機(jī)株式會(huì)社