單相逆變器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明例如涉及一種能夠用于向等離子負(fù)載等負(fù)載供給電流的電源的單相逆變 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為將直流電力變換成交流電力的逆變器，已知電壓型逆變器和電流型逆變器。 電壓型逆變器通過(guò)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)切換負(fù)載和直流電壓源之間，由此向負(fù)載供給方形波的交流 作為電壓源。
[0003] 作為逆變器的一種電路結(jié)構(gòu)，已知如下電路結(jié)構(gòu)：將晶體管或晶閘管的開(kāi)關(guān)元件 與反饋二極管的逆并聯(lián)連接構(gòu)成為電橋電路的支路，并通過(guò)對(duì)各開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行PWM控制來(lái) 進(jìn)行直交變換。
[0004] 圖19是用于說(shuō)明單相逆變器電路的一般的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。在圖19(a)中，單 相逆變器中，串聯(lián)連接向開(kāi)關(guān)元件Q 1逆并聯(lián)連接了反饋二極管D i的電路元件與向開(kāi)關(guān)元件 Q2逆并聯(lián)連接了反饋二極管D 2的電路元件而設(shè)為電橋電路一方的上下支路，串聯(lián)連接向開(kāi) 關(guān)元件Q3逆并聯(lián)連接了反饋二極管D 3的電路元件與向開(kāi)關(guān)元件Q 4逆并聯(lián)連接了反饋二極 管D4的電路元件而設(shè)為電橋電路另一方的上下支路。在此，將電橋電路的上方支路連接至 正端子，下方支路連接至負(fù)端子。將一方的上下支路的元件（開(kāi)關(guān)元件Q 1和反饋二極管D1 以及開(kāi)關(guān)元件Q2和反饋二極管D2)的連接點(diǎn)和另一方支路的元件（開(kāi)關(guān)元件％和反饋二 極管D 3以及開(kāi)關(guān)元件Q 4和反饋二極管D 4)的連接點(diǎn)連接至負(fù)載。
[0005] 基于基礎(chǔ)信號(hào)（圖19(b)的上方）驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)元件QdPQ4,基于基礎(chǔ)信號(hào)（圖19(b) 的下方）驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)元件QjPQ 3。通過(guò)將兩個(gè)基礎(chǔ)信號(hào)設(shè)為相互逆相位來(lái)切換流過(guò)電橋電 路的電流方向，由此使輸出電壓（圖19(c))反相，輸出交流的輸出電流（圖19(d))。另外， 圖19(d)中的Qi~Q 4以及Di~D4表示在電橋電路中流過(guò)輸出電流的器件（開(kāi)關(guān)元件、反 饋二極管）。為了在基礎(chǔ)信號(hào)的切換時(shí)防止電橋電路的上下支路的短路，設(shè)置圖19(b)中的 死區(qū)時(shí)間Td。
[0006] 提出了如下的結(jié)構(gòu)，即：在開(kāi)關(guān)元件的接通/斷開(kāi)動(dòng)作中，將構(gòu)成逆變器電路的開(kāi) 關(guān)元件設(shè)為軟開(kāi)關(guān)（零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS)、零電流開(kāi)關(guān)（ZCS))來(lái)降低開(kāi)關(guān)損失。
[0007] 作為降低開(kāi)關(guān)損失的軟開(kāi)關(guān)逆變器，已知由三相電橋電路構(gòu)成的共振型逆變器。 共振型逆變器將整流二極管和共振用電容器并聯(lián)連接至開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)該共振用電容器、 共振用電感器以及與共振電路連接的開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成共振電路。通過(guò)基于共振電路的共振電 流的共振用電容器的充放電和整流二極管的導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)元件的零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS)、零 電流開(kāi)關(guān)（ZCS)(例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。
[0008] 此外，共振電路是向開(kāi)關(guān)元件并聯(lián)連接共振用電容器的結(jié)構(gòu)，因此存在電容器的 電容增加的問(wèn)題。為了解決該問(wèn)題，提出了由輔助開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成的輔助電路形成共振電路 的結(jié)構(gòu)（專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。
[0009] 此外，在由單相電橋電路構(gòu)成的逆變器電路中，也提出了通過(guò)在逆變器電路外設(shè) 置輔助電路來(lái)進(jìn)行軟開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)（專(zhuān)利文獻(xiàn)3、4)。
[0010] 在專(zhuān)利文獻(xiàn)3中記載了如下的技術(shù)：向串聯(lián)連接的第1主開(kāi)關(guān)和第2主開(kāi)關(guān)并聯(lián) 連接二極管和緩沖電容器，將由串聯(lián)連接的第1輔助開(kāi)關(guān)以及第2輔助開(kāi)關(guān)和共振用電感 器構(gòu)成的第1輔助共振電路連接至直流電源，輸入主開(kāi)關(guān)和輔助開(kāi)關(guān)的各自的兩端電壓的 電壓信號(hào)，在向第1主開(kāi)關(guān)提供作為開(kāi)關(guān)信號(hào)的接通信號(hào)前，進(jìn)行向第1和第2輔助開(kāi)關(guān)提 供接通信號(hào)的控制。
[0011] 此外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)4中記載了如下的技術(shù)：為了進(jìn)行軟開(kāi)關(guān)，具備由第1~第4輔 助開(kāi)關(guān)、第1~第4輔助二極管、第1和第2輔助電容器以及共振電抗器構(gòu)成的輔助電路， 并通過(guò)輔助開(kāi)關(guān)控制電路對(duì)輔助開(kāi)關(guān)進(jìn)行接通/斷開(kāi)控制，來(lái)?yè)褚坏匦纬捎傻?輔助電容 器、第1輔助開(kāi)關(guān)、共振電抗器以及第4輔助開(kāi)關(guān)構(gòu)成的第1共振電流通路、和由第2輔助 電容器、第2輔助開(kāi)關(guān)、共振電抗器以及第3輔助開(kāi)關(guān)構(gòu)成的第2共振電流通路。
[0012] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0013] 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0014] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1 :日本特開(kāi)2002-325464號(hào)公報(bào)
[0015] 專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :日本特開(kāi)2004-23881號(hào)公報(bào)
[0016] 專(zhuān)利文獻(xiàn)3 :國(guó)際公開(kāi)W001/084699號(hào)
[0017] 專(zhuān)利文獻(xiàn)4 :日本特開(kāi)2009-219311公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 發(fā)明要解決的課題
[0019] 共振型逆變器的情況下，存在需要在開(kāi)關(guān)元件上并聯(lián)連接共振電容器的問(wèn)題。
[0020] 此外，通過(guò)在單相電橋電路中設(shè)置輔助電路來(lái)進(jìn)行軟開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)中，存在如下問(wèn) 題：為了構(gòu)成輔助電路需要多個(gè)輔助開(kāi)關(guān)或輔助電容器。
[0021] 因此，在以往已知的逆變器電路中存在如下的問(wèn)題：為了進(jìn)行軟開(kāi)關(guān)，需要共振電 容器、或者輔助開(kāi)關(guān)、輔助電容器等多個(gè)元件。
[0022] 本發(fā)明的目的是解決所述的以往的問(wèn)題點(diǎn)，在逆變器電路，尤其在單相逆變器中 通過(guò)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)進(jìn)行軟開(kāi)關(guān)，防止開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)損失。
[0023] 用于解決課題的手段
[0024] 在本發(fā)明中，通過(guò)設(shè)在用于構(gòu)成單相逆變器的電橋電路的電源側(cè)的共振電容器、 設(shè)在電橋電路的出力側(cè)的共振電感器以及電橋電路來(lái)構(gòu)成共振電路，在因流過(guò)該共振電路 的共振電流，構(gòu)成電橋電路的主開(kāi)關(guān)元件電壓上升時(shí)進(jìn)行零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS)和零電流開(kāi)關(guān) (ZCS)，因共振電容器的零電壓，構(gòu)成電橋電路的主開(kāi)關(guān)元件電壓下降時(shí)，進(jìn)行零電壓開(kāi)關(guān)。
[0025] 并且，本發(fā)明的單相逆變器具備為了形成共振電路而將共振電容器以后的電路結(jié) 構(gòu)從電源側(cè)電氣分離的輔助開(kāi)關(guān)電路，在具備該輔助開(kāi)關(guān)電路的輔助開(kāi)關(guān)元件中，也通過(guò) 共振電流的充電將共振電容器的電壓設(shè)成與電源側(cè)相同的電壓，由此將輔助開(kāi)關(guān)元件的兩 端電壓設(shè)為零電壓來(lái)進(jìn)行零電壓開(kāi)關(guān)。
[0026] 在本發(fā)明的單相逆變器中，對(duì)直流電源并聯(lián)連接第1以及第2主開(kāi)關(guān)元件的串聯(lián) 連接和第3以及第4主開(kāi)關(guān)元件的串聯(lián)連接，各主開(kāi)關(guān)元件具備以逆偏置對(duì)直流電源并聯(lián) 連接二極管而構(gòu)成的電橋電路、平滑電路、輔助開(kāi)關(guān)電路、共振電容器以及共振電感器。
[0027] 在直流電源與電橋電路之間，從直流電源側(cè)開(kāi)始依次連接平滑電路、輔助開(kāi)關(guān)電 路以及共振電容器。在電橋電路的第1主開(kāi)關(guān)元件和第2主開(kāi)關(guān)元件的連接點(diǎn)與第3主開(kāi) 關(guān)元件和第4主開(kāi)關(guān)元件的連接點(diǎn)之間連接共振電感器。輔助開(kāi)關(guān)電路通過(guò)開(kāi)動(dòng)作將平滑 電路和共振電容器之間設(shè)成切斷狀態(tài)，使共振電容器以后的電路從電源側(cè)電氣分離。通過(guò) 將共振電容器以后的電路從電源側(cè)分離，形成基于共振電容器、共振電感器以及電橋電路 的共振電路。
[0028] (主開(kāi)關(guān)元件的軟開(kāi)關(guān)）
[0029] 在主開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)動(dòng)作中，
[0030] (a)在將主開(kāi)關(guān)元件從斷開(kāi)狀態(tài)向接通狀態(tài)切換的開(kāi)關(guān)動(dòng)作中，共振電流流過(guò)共 振電路，由此將該主開(kāi)關(guān)元件的兩端電壓設(shè)為零電壓來(lái)將開(kāi)關(guān)動(dòng)作設(shè)為零電壓開(kāi)關(guān)，共振 電路的共振電流流過(guò)與主開(kāi)關(guān)元件并聯(lián)連接的二極管，由此將該主開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)動(dòng)作設(shè) 為零電流開(kāi)關(guān)。
[0031 ] (b)在將主開(kāi)關(guān)元件從接通狀態(tài)向斷開(kāi)狀態(tài)切換的開(kāi)關(guān)動(dòng)作中，在處于接通狀態(tài) 的主開(kāi)關(guān)元件中流過(guò)共振電流，由此，共振電容器放電，該主開(kāi)關(guān)元件的兩端電壓成為零電 壓，由此將主開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)動(dòng)作設(shè)為零電壓開(kāi)關(guān)。
[0032] 主開(kāi)關(guān)元件的軟開(kāi)關(guān)，在從斷開(kāi)狀態(tài)切換成接通狀態(tài)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作中進(jìn)行零電壓開(kāi) 關(guān)和零電流開(kāi)關(guān)，在從接通狀態(tài)切換成斷開(kāi)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作中進(jìn)行零電壓開(kāi)關(guān)。
[0033](輔助開(kāi)關(guān)元件的軟開(kāi)關(guān)）
[0034] 并且，在本發(fā)明的單相逆變器中，平滑電路具備連接在直流電源的正側(cè)和負(fù)側(cè)之 間的平滑電容器，共振電容器具備連接在直流電源的正側(cè)和負(fù)側(cè)之間的共振電容器，輔助 開(kāi)關(guān)電路具備開(kāi)閉平滑電容器和共振電容器之間的連接的輔助開(kāi)關(guān)元件、和與該輔助開(kāi)關(guān) 元件并聯(lián)連接的二極管。
[0035] 輔助開(kāi)關(guān)電路切斷平滑電容器和共振電容器的連接，由此構(gòu)成基于共振電容器、 共振電感器以及電橋電路的共振電路。
[0036] 在輔助開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)動(dòng)作中，
[0037] (a)在將輔助開(kāi)關(guān)元件從接通狀態(tài)切換成斷開(kāi)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作中，從直流電源向 負(fù)載側(cè)流過(guò)供給電流，從而使共振電容器的電壓和平滑電容器的電壓成為相同電壓，由此， 將輔助開(kāi)關(guān)元件的兩端電壓設(shè)為零電壓，將開(kāi)關(guān)動(dòng)作設(shè)為零電壓開(kāi)關(guān)。
[0038] (b)在將輔助開(kāi)關(guān)元件從斷開(kāi)狀態(tài)切換成接通狀態(tài)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作中，通過(guò)基于流過(guò) 共振電路的電流的共振電容器的充電，使共振電容器的電壓成為與平滑電容器的電壓相同 的電壓，將開(kāi)關(guān)動(dòng)作設(shè)為零電壓開(kāi)關(guān)，此外，通過(guò)共振電容器的充電，與輔助開(kāi)關(guān)元件并聯(lián) 連接的二極管導(dǎo)通，再生電流從負(fù)載側(cè)向直流電源流過(guò)該二極管，由此將開(kāi)關(guān)動(dòng)作設(shè)為零 電流開(kāi)關(guān)。
[0039] 輔助開(kāi)關(guān)元件的軟開(kāi)關(guān)，在從接通狀態(tài)切換成斷開(kāi)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作中進(jìn)行零電壓 開(kāi)關(guān)，在從斷開(kāi)狀態(tài)切換成接通狀態(tài)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作中進(jìn)行零電流開(kāi)關(guān)和零電壓開(kāi)關(guān)。
[0040] 構(gòu)成共振電路的共振電感器由連接在電橋電路和負(fù)載之間的電感器元件和負(fù)載 的感應(yīng)量構(gòu)成。
[0041 ] 通過(guò)電感器元件構(gòu)成共振電感器時(shí)，從電橋電路的上下支路的中點(diǎn)經(jīng)由電感器元 件在與負(fù)載之間形成電流路徑，向負(fù)載供給輸出電流。
[0042] 根據(jù)本發(fā)明，可以通過(guò)共振電容器、共振電感器以及電橋電路構(gòu)成用于進(jìn)行軟開(kāi) 關(guān)動(dòng)作的共振電路，可以通過(guò)平滑電路和輔助開(kāi)關(guān)電路構(gòu)成用于形成共振電路的電路結(jié) 構(gòu)，因此可以成為簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)。此外，共振電容器和平滑電容器可以由一個(gè)電容器元件 來(lái)構(gòu)成，即使在輔助開(kāi)關(guān)電路中，也可以由一個(gè)開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成，因此能夠減少電路所需要的 元件數(shù)量。
[0043] 發(fā)明的效果