專利名稱：電力變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將直流電源的直流電力變換為電壓不同的直流電力的電力變換
>J-U ρ α裝直。
背景技術(shù)：
作為以往的 電力變換裝置的升壓電路是具有開關(guān)元件、電感器、二極管以及輸出側(cè)的平滑用電解電容器來構(gòu)成的。并且，對(duì)通過輸入側(cè)的平滑用電解電容器平滑化了的來自太陽能電池的輸入電壓，通過接通斷開該升壓電路的開關(guān)元件來進(jìn)行升壓，或者不通過升壓電路進(jìn)行升壓而直達(dá)，來提供給后級(jí)的逆變器(inverter)電路(例如參照專利文獻(xiàn)I)。專利文獻(xiàn)1:日本專利第3941346號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
(發(fā)明要解決的問題)在這種電力變換裝置中，隨著所輸出的電力容量增加，需要大容量的電抗器，從而存在裝置的大型化、重量增加的問題。另外，如果為了避免該問題而對(duì)開關(guān)元件以高頻進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，則發(fā)生很大的損耗和噪聲。本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于，在進(jìn)行直流/直流變換的電力變換裝置中降低電力損耗和噪聲，并且促進(jìn)裝置結(jié)構(gòu)的小型輕量化。(用于解決問題的方案)本發(fā)明所涉及的電力變換裝置具備逆變器電路，串聯(lián)連接分別具有半導(dǎo)體開關(guān)元件和直流電壓源的一個(gè)以上單相逆變器的交流側(cè)而構(gòu)成，將該交流側(cè)串聯(lián)連接到直流電源的輸出，從而將各所述單相逆變器的輸出的總和重疊到所述直流電源的輸出；平滑電容器，經(jīng)由切換導(dǎo)通/非導(dǎo)通的元件連接到該逆變器電路的后級(jí)，對(duì)來自該逆變器電路的輸出進(jìn)行平滑；以及短路用開關(guān)，其一端連接到所述逆變器電路，另一端連接到所述平滑電容器的負(fù)極。而且，利用所述逆變器電路中的直流電力的充放電來進(jìn)行直流/直流變換。(發(fā)明效果)根據(jù)本發(fā)明，由于利用逆變器電路中的直流電力的充放電來進(jìn)行直流/直流變換，因此不需要大容量的電抗器。另外，短路用開關(guān)和逆變器電路內(nèi)的半導(dǎo)體開關(guān)元件不需要進(jìn)行高頻開關(guān)動(dòng)作，能夠?qū)⒃谀孀兤麟娐返拈_關(guān)動(dòng)作中處理的電壓設(shè)為較小的電壓。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)促進(jìn)了電力損耗和噪聲的降低化和裝置結(jié)構(gòu)的小型輕量化的電力變換裝置。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式I的電力變換裝置的主電路結(jié)構(gòu)圖。圖2是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式I的電力變換裝置的動(dòng)作的電路圖。圖3是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式I的電力變換裝置的動(dòng)作的電路圖。
圖4是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式I的電力變換裝置的動(dòng)作的電路圖。圖5是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式I的電力變換裝置的動(dòng)作的電路圖。圖6是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式I的電力變換裝置的動(dòng)作的電路圖。圖7是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式I的電力變換裝置的動(dòng)作的電路圖。圖8是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式I的電力變換裝置的動(dòng)作的電路圖。圖9是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式I的電力變換裝置的動(dòng)作的電路圖。圖10是示出本發(fā)明的實(shí)施方式I的電力變換裝置的動(dòng)作的一覽的圖。圖11是本發(fā)明的實(shí)施方式I的其它例的電力變換裝置的主電路結(jié)構(gòu)圖。圖12是本發(fā)明的實(shí)施方式I的其它例的電力變換裝置的主電路結(jié)構(gòu)圖。圖13是本發(fā)明的實(shí)施方式I的其它例的電力變換裝置的主電路結(jié)構(gòu)圖。圖14是本發(fā)明的實(shí)施方式I的其它例的電力變換裝置的主電路結(jié)構(gòu)圖。圖15是本發(fā)明的實(shí)施方式I的其它例的電力變換裝置的主電路結(jié)構(gòu)圖。圖16是本發(fā)明的實(shí)施方式I的其它例的電力變換裝置的主電路結(jié)構(gòu)圖。圖17是本發(fā)明的實(shí)施方式2的電力變換裝置的主電路結(jié)構(gòu)圖。圖18是本發(fā)明的實(shí)施方式2的其它例的電力變換裝置的主電路結(jié)構(gòu)圖。圖19是本發(fā)明的實(shí)施方式2的其它例的電力變換裝置的主電路結(jié)構(gòu)圖。圖20是本發(fā)明的實(shí)施方式3的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖21是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的控制部的動(dòng)作的流程圖。圖22是本發(fā)明的實(shí)施方式5的電力變換裝置的主電路結(jié)構(gòu)圖。圖23是說明本發(fā)明的實(shí)施方式5的基于控制模式A進(jìn)行的電力變換裝置的動(dòng)作的波形圖。圖24是說明本發(fā)明的實(shí)施方式5的基于控制模式B進(jìn)行的電力變換裝置的動(dòng)作的波形圖。圖25是說明本發(fā)明的實(shí)施方式5的基于控制模式C進(jìn)行的電力變換裝置的動(dòng)作的波形圖。圖26是說明本發(fā)明的實(shí)施方式5的基于控制模式D進(jìn)行的電力變換裝置的動(dòng)作的波形圖。圖27是示出本發(fā)明的實(shí)施方式5的電力變換裝置的動(dòng)作的一覽的圖。圖28是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5的相對(duì)于電力變換裝置的直流電源電壓的各電容器電壓的關(guān)系的圖。圖29是表示太陽能電池的輸出特性的圖。圖30是說明本發(fā)明的實(shí)施方式6的基于控制模式E進(jìn)行的電力變換裝置的動(dòng)作的波形圖。圖31是說明本發(fā)明的實(shí)施方式6的基于控制模式D進(jìn)行的電力變換裝置的動(dòng)作的波形圖。圖32是示出本發(fā)明的實(shí)施方式6的電力變換裝置的動(dòng)作的一覽的圖。圖33是表示本發(fā)明的實(shí)施方式6的相對(duì)于電力變換裝置的直流電源電壓的各電容器電壓的關(guān)系的圖。圖34是本發(fā)明的實(shí)施方式7的電力變換裝置的主電路結(jié)構(gòu)圖。
圖35是表示本發(fā)明的實(shí)施方式7的逆變器電路的總輸出電壓能夠取得的電壓水平的圖。圖36是表示本發(fā)明的實(shí)施方式7的逆變器電路的總輸出電壓能夠取得的電壓水平的圖。圖37是表示本發(fā)明的實(shí)施方式7的相對(duì)于電力變換裝置的直流電源電壓的各電容器電壓的關(guān)系的圖。圖38是表示本發(fā)明的實(shí)施方式7的其它例的相對(duì)于電力變換裝置的直流電源電壓的各電容器電壓的關(guān)系的圖。圖39是本發(fā)明的實(shí)施方式8的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖40是說明本發(fā)明的實(shí)施方式8的控制模式的切換動(dòng)作的圖。圖41是說明本發(fā)明的實(shí)施方式8的控制模式的切換動(dòng)作的圖。圖42是表示圖41的比較例的圖。圖43是本發(fā)明的實(shí)施方式8的其它例的電力變換裝置的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式(實(shí)施方式I)下面，說明本發(fā)明的實(shí)施方式I的電力變換裝置。圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式I的電力變換裝置的主電路結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，對(duì)由太陽能電池等構(gòu)成的直流電源I的輸出，串聯(lián)連接有逆變器電路20的交流側(cè)。逆變器電路20是將第一、第二單相逆變器20a、20b的交流側(cè)串聯(lián)連接而構(gòu)成的，將各單相逆變器20a、20b的輸出的總和作為逆變器電路20的輸出而重疊到來自直流電源I的直流電壓。構(gòu)成逆變器電路20的第一、第二單相逆變器20a、20b由半導(dǎo)體開關(guān)兀件21 24、31 34以及作為直流電壓源的第一、第二電容器25、35構(gòu)成。在此,對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)元件21 24、31 34使用將二極管反并聯(lián)連接的IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor :絕緣柵雙極型晶體管)、在源極·漏極之間內(nèi)置有二極管的MOSFET (MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor :金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)等。另外，在逆變器電路20的后級(jí)連接有短路用開關(guān)4和作為導(dǎo)通/非導(dǎo)通被切換的元件的整流二極管5，整流二極管5的陰極側(cè)連接在輸出級(jí)的平滑電容器6的正極。在此，短路用開關(guān)4與整流二極管5的陽極之間的連接點(diǎn)連接在逆變器電路20的后級(jí)的交流輸出線上，短路用開關(guān)4的另一端連接在平滑電容器6的負(fù)極。另外，短路用開關(guān)4也可以是IGBT、MOSFET等半導(dǎo)體開關(guān)元件或者機(jī)械式開關(guān)等。下面，根據(jù)圖2 圖9說明這樣構(gòu)成的電力變換裝置的動(dòng)作。在此，示出將輸出側(cè)的平滑電容器6的電壓升壓至240V的動(dòng)作，在圖2 圖4中示出直流電源I的電壓為60V的情況，在圖5、圖6中示出直流電源I的電壓為120V的情況，在圖7 圖9中示出直流電源I的電壓為180V的情況。另外，在圖10中以列表方式示出這些動(dòng)作的一覽。此外，S表不短路用開關(guān)4, PV表不直流電源I, C1、C2表不第一、第二電容器25、35，Co表不平滑電容器6,以正電壓表不從Cl、C2進(jìn)行放電的電壓，以負(fù)電壓表不對(duì)Cl、C2充電的電壓。另外，設(shè)第一單相逆變器20a中的第一電容器25的設(shè)定電壓為60V，第二單相逆變器20b中的第二電容器35的設(shè)定電壓為120V。
第一，示出直流電源I的電壓為60V時(shí)的動(dòng)作。首先，如圖2所示的情形Al那樣，當(dāng)在短路用開關(guān)4為接通狀態(tài)下接通逆變器電路20內(nèi)的半導(dǎo)體開關(guān)元件21、24、32、34時(shí)，從直流電源I流入的電流流過以下的路徑,將第一電容器25充電至60V。直流電源I —半導(dǎo)體開關(guān)兀件21 —第一電容器25 —半導(dǎo)體開關(guān)兀件24 —半導(dǎo)體開關(guān)元件32 —半導(dǎo)體開關(guān)元件34 —短路用開關(guān)4 —直流電源I接著，如圖3所示的情形A2那樣，當(dāng)在短路用開關(guān)4為接通狀態(tài)下接通逆變器電路20內(nèi)的半導(dǎo)體開關(guān)元件22、23、31、34時(shí)，從直流電源I流入的電流流過以下的路徑，用直流電源I的電壓與第一電容器25的電壓之和將第二電容器35充電至120V。直流電源I —半導(dǎo)體開關(guān)兀件22 —第一電容器25 —半導(dǎo)體開關(guān)兀件23 —半導(dǎo)體開關(guān)元件31 —第二電容器35 —半導(dǎo)體開關(guān)元件34 —短路用開關(guān)4 —直流電源I接著，如圖4所示的情形A3那樣，當(dāng)在短路用開關(guān)4為斷開狀態(tài)下接通逆變器電路20內(nèi)的半導(dǎo)體開關(guān)元件22、23、32、33時(shí)，從直流電源I流入的電流流過以下的路徑,用直流電源I的電壓、第一電容器25的電壓以及第二電容器35的電壓之和對(duì)平滑電容器6充電直流電壓240V，完成升壓動(dòng)作。直流電源I —半導(dǎo)體開關(guān)兀件22 —第一電容器25 —半導(dǎo)體開關(guān)兀件23 —半導(dǎo)體開關(guān)元件32 —第二電容器35 —半導(dǎo)體開關(guān)元件33 —整流二極管5 —平滑電容器6這樣，在直流電源I的電壓為60V時(shí)，在情形Al、A2中，將短路用開關(guān)4設(shè)定為接通狀態(tài)來對(duì)平滑電容器6進(jìn)行旁路，逆變器電路20充電直流電力。在情形Al中，對(duì)第一單相逆變器20a進(jìn)行控制使得對(duì)第一電容器25進(jìn)行充電，將第二單相逆變器20b的輸出設(shè)為O。在情形A2中，對(duì)第二單相逆變器20b進(jìn)行控制使得對(duì)第二電容器35進(jìn)行充電，在這種情況下，第一單相逆變器20a使第一電容器25進(jìn)行放電，但是作為逆變器電路20整體是充電直流電力。然后，再次如情形Al那樣對(duì)第一電容器25進(jìn)行充電。由此，能夠?qū)Φ谝?、第二電容?5、35這兩者進(jìn)行充電。之后，在情形A3中，將短路用開關(guān)4設(shè)為斷開狀態(tài)，逆變器電路20放電直流電力。此時(shí)，當(dāng)對(duì)第一、第二單相逆變器20a、20b進(jìn)行控制使得第一、第二電容器25、35進(jìn)行放電時(shí)，直流電源I與第一、第二電容器25、35的電壓之和為240V，經(jīng)由整流二極管5將平滑電容器6的電壓升壓至240V。第二，示出直流電源I的電壓為120V時(shí)的動(dòng)作。首先，如圖5所示的情形BI那樣，當(dāng)在短路用開關(guān)4為接通狀態(tài)下接通逆變器電路20內(nèi)的半導(dǎo)體開關(guān)元件22、24、31、34時(shí)，從直流電源I流入的電流流過以下的路徑,將第二電容器35充電至120V。直流電源I —半導(dǎo)體開關(guān)元件22 —半導(dǎo)體開關(guān)元件24 —半導(dǎo)體開關(guān)元件31 —第二電容器35 —半導(dǎo)體開關(guān)元件34 —短路用開關(guān)4 —直流電源I接著，如圖6所示的情形B2那樣，當(dāng)在短路用開關(guān)4為斷開狀態(tài)下接通逆變器電路20內(nèi)的半導(dǎo)體開關(guān)元件22、24、32、33時(shí)，從直流電源I流入的電流流過以下的路徑,用直流電源I的電壓與第二電容器35的電壓之和對(duì)平滑電容器6充電直流電壓240V，完成升壓動(dòng)作。直流電源I —半導(dǎo)體開關(guān)元件22 —半導(dǎo)體開關(guān)元件24 —半導(dǎo)體開關(guān)元件32 —第二電容器35 —半導(dǎo)體開關(guān)元件33 —整流二極管5 —平滑電容器6這樣，在直流電源I的電壓為120V時(shí)，在情形BI中，將短路用開關(guān)4設(shè)定為接通狀態(tài)來對(duì)平滑電容器6進(jìn)行旁路，逆變器電路20充電直流電力。在情形BI中，對(duì)第二單相逆變器20b進(jìn)行控制使得對(duì)第二電容器35進(jìn)行充電，將第一單相逆變器20a的輸出設(shè)為O。然后，在情形B2中，將短路用開關(guān)4設(shè)為斷開狀態(tài)，逆變器電路20放電直流電力。此時(shí)，當(dāng)對(duì)第二單相逆變器20b進(jìn)行控制使得第二電容器35進(jìn)行放電時(shí)，直流電源I與第二電容器35的電壓之和為240V，經(jīng)由整流二極管5將平滑電容器6的電壓升壓至240V。第三，示出直流電源I的電壓為180V時(shí)的動(dòng)作。首先，如圖7所示的情形Cl那樣，當(dāng)在短路用開關(guān)4為接通狀態(tài)下接通逆變器電路20內(nèi)的半導(dǎo)體開關(guān)元件21、24、31、34時(shí)，從直流電源I流入的電流流過以下的路徑，將第一電容器25充電至60V，將第二電容器35充電至120V。直流電源I —半導(dǎo)體開關(guān)兀件21 —第一電容器25 —半導(dǎo)體開關(guān)兀件24 —半導(dǎo)體開關(guān)元件31 —第二電容器35 —半導(dǎo)體開關(guān)元件34 —短路用開關(guān)4 —直流電源I接著，如圖8所示的情形C2那樣，當(dāng)在短路用開關(guān)4為斷開狀態(tài)下接通逆變器電路20內(nèi)的半導(dǎo)體開關(guān)元件22、23、32、34時(shí)，從直流電源I流入的電流流過以下的路徑,用直流電源I的電壓與第一電容器25的電壓之和對(duì)平滑電容器6充電直流電壓240V，完成升壓動(dòng)作。直流電源I —半導(dǎo)體開關(guān)兀件22 —第一電容器25 —半導(dǎo)體開關(guān)兀件23 —半導(dǎo)體開關(guān)元件32 —半導(dǎo)體開關(guān)元件34 —整流二極管5 —平滑電容器6另外，也可以代替上述情形C2而使用圖9所示的情形C3。即，當(dāng)在短路用開關(guān)4為斷開狀態(tài)下接通逆變器電路20內(nèi)的半導(dǎo)體開關(guān)元件21、24、32、33時(shí)，從直流電源I流入的電流流過以下的路徑，用從直流電源I的電壓與第二電容器35的電壓之和減去第一電容器25的電壓而得到的電壓對(duì)平滑電容器6充電直流電壓240V，完成升壓動(dòng)作。直流電源I —半導(dǎo)體開關(guān)元件21 —第一電容器25 —半導(dǎo)體開關(guān)元件24 —半導(dǎo)體開關(guān)元件32 —第二電容器35 —半導(dǎo)體開關(guān)元件33 —整流二極管5 —平滑電容器6這樣，在直流電源I的電壓為180V時(shí)，在情形Cl中，將短路用開關(guān)4設(shè)為接通狀態(tài)來對(duì)平滑電容器6進(jìn)行旁路，逆變器電路20充電直流電力。此時(shí)，對(duì)第一、第二單相逆變器20a、20b進(jìn)行控制使得第一、第二電容器25、35進(jìn)行充電。然后，在情形C2、C3中，將短路用開關(guān)4設(shè)為斷開狀態(tài)，逆變器電路20放電直流電力。在情形C2中，對(duì)第一單相逆變器20a進(jìn)行控制使得第一電容器25進(jìn)行放電，將第二單相逆變器20b的輸出設(shè)為O。在情形C3中，對(duì)第二單相逆變器20b進(jìn)行控制使得第二電容器35進(jìn)行放電，在這種情況下，第一單相逆變器20a使第一電容器25進(jìn)行充電，但是作為逆變器電路20整體是放電直流電力。在本實(shí)施方式中，如上所述利用逆變器電路20中的直流電力的充放電來進(jìn)行直流/直流變換，因此不需要大容量的電抗器。另外，根據(jù)直流電源I的電壓對(duì)逆變器電路20的輸出進(jìn)行控制，對(duì)直流電源I的電壓重疊第一、第二單相逆變器20a、20b的各輸出電壓，向平滑電容器6輸出期望電壓。另外，當(dāng)切換短路用開關(guān)4的接通/斷開時(shí)，逆變器電路20被控制為對(duì)直流電壓的充電/放電動(dòng)作進(jìn)行切換。即，當(dāng)短路用開關(guān)4為接通狀態(tài)時(shí)，對(duì)平滑電容器6進(jìn)行旁路來能夠充電逆變器電路20的直流電壓，充電得到的能量在短路用開關(guān)4為斷開狀態(tài)時(shí)能夠使用于對(duì)平滑電容器6的放電。因此，短路用開關(guān)4和逆變器電路20內(nèi)的半導(dǎo)體開關(guān)元件不需要進(jìn)行高頻開關(guān)動(dòng)作，逆變器電路20能夠?qū)⒃陂_關(guān)動(dòng)作中處理的電壓設(shè)為比平滑電容器6的設(shè)定電壓低。這樣，通過使用低頻開關(guān)動(dòng)作，并且將各電容器25、35的電壓設(shè)為比平滑電容器6的設(shè)定電壓低，能夠?qū)崿F(xiàn)促進(jìn)電力損耗及噪聲的降低化和裝置結(jié)構(gòu)的小型輕量化的電力變換裝置。另外，在上述實(shí)施方式中，示出了逆變器電路20由兩個(gè)單相逆變器20a、20b構(gòu)成的情況，但是，如圖11所示，，也可以僅由一個(gè)單相逆變器20a構(gòu)成逆變器電路20，另外，如圖12所示，也可以將三個(gè)或其以上的單相逆變器20a 20c的交流側(cè)串聯(lián)連接而構(gòu)成逆變器電路20。在圖12中，20c是第三單相逆變器，由半導(dǎo)體開關(guān)元件41 44和作為直流電壓源的第三電容器45構(gòu)成。這樣，不拘泥于逆變器電路20內(nèi)的單相逆變器的數(shù)量，能夠得到與上述同樣的效果，但是當(dāng)使用多個(gè)單相逆變器時(shí)，由多個(gè)單相逆變器分擔(dān)逆變器電路20的輸出電壓，從而能夠降低各單相逆變器在開關(guān)動(dòng)作中處理的電壓，從而進(jìn)一步降低開關(guān)動(dòng)作損耗。另外，如圖13所示，構(gòu)成逆變器電路20的第一、第二單相逆變器也可以是由全橋逆變器構(gòu)成的第一、第二單相逆變器30a、30b，其中，所述全橋逆變器由半導(dǎo)體開關(guān)22、23、32、33、二極管26、27、36、37以及第一、第二電容器25、35構(gòu)成，能夠得到同樣的效果。另外，在上述實(shí)施方式中，設(shè)為整流二極管5的陰極側(cè)連接在輸出級(jí)的平滑電容器6的正極，但是整流二極管5也可以被配置成在平滑電容器6的負(fù)極側(cè)，該負(fù)極連接到整流二極管5的陽極側(cè)，能夠得到與上述實(shí)施方式同樣的動(dòng)作。另外，在上述實(shí)施方式中，設(shè)為逆變器電路20連接在輸出級(jí)的平滑電容器6的正極，但是，如圖14所示，逆變 器電路20也可以被配置成連接在平滑電容器6的負(fù)極側(cè)。并且，如圖15所示，也可以使用兩個(gè)逆變器電路20X、20Y配置成逆變器電路20Χ連接在輸出級(jí)的平滑電容器6的正極側(cè)，逆變器電路20Υ連接在輸出級(jí)的平滑電容器6的負(fù)極側(cè)。在應(yīng)用于具有雜散電容的太陽能電池等特殊電源的情況下，夾著該特殊電源而配置的正極側(cè)、負(fù)極側(cè)的兩個(gè)逆變器電路進(jìn)行相同的動(dòng)作，由此得到如下效果某個(gè)點(diǎn)上的電位不變動(dòng)。另外，如圖16所示，作為導(dǎo)通/非導(dǎo)通被切換的元件，也可以代替整流二極管5而使用開關(guān)9。該開關(guān)9被控制為接通/斷開狀態(tài)與短路用開關(guān)4相反。S卩，在短路用開關(guān)4為接通狀態(tài)時(shí)，開關(guān)9處于斷開狀態(tài)，對(duì)平滑電容器6進(jìn)行旁路來充電逆變器電路20的直流電壓。而且，在短路用開關(guān)4為斷開狀態(tài)時(shí)將開關(guān)9設(shè)為接通狀態(tài)來將充電得到的能量使用于對(duì)平滑電容器6的放電。此外，開關(guān)9也可以是IGBT、MOSFET等半導(dǎo)體開關(guān)元件或者機(jī)械式開關(guān)等。(實(shí)施方式2)在上述實(shí)施方式I中，短路用開關(guān)4的一端被連接在逆變器電路20的交流輸出線上，但是，在本實(shí)施方式2中，如圖17所示，短路用開關(guān)4a的一端被連接在作為構(gòu)成逆變器電路20的最后級(jí)的單相逆變器(在這種情況下是第二單相逆變器)的半橋單相逆變器30的第二電容器35的負(fù)極。短路用開關(guān)4a的另一端與上述實(shí)施方式I同樣地被連接在平滑電容器6的負(fù)極。另外，整流二極管5的陽極連接在第二電容器35的正極，整流二極管5的陰極連接在平滑電容器6的正極。
在本實(shí)施方式中，對(duì)逆變器電路20和短路用開關(guān)4a的控制與上述實(shí)施方式I相同，但是無論短路用開關(guān)4a處于接通/斷開中的哪一種狀態(tài)，都能夠降低電流所通過的元件數(shù)量，能夠降低導(dǎo)通損耗，能夠提高電力變換裝置整體的變換效率。另外，能夠由半橋單相逆變器30構(gòu)成最后級(jí)的單相逆變器，能夠簡化電路結(jié)構(gòu)。此外，如圖18所示，也可以由半橋單相逆變器40構(gòu)成最后級(jí)的單相逆變器，其中，該半橋單相逆變器40由半導(dǎo)體開關(guān)32、二極管36以及第二電容器35構(gòu)成，能夠得到相同的效果。在這種情況下，第一單相逆變器30a由全橋逆變器構(gòu)成，其中該全橋逆變器由半導(dǎo)體開關(guān)22、23、二極管26、27以及第一電容器25構(gòu)成。此外，在本實(shí)施方式中，關(guān)于最后級(jí)的單相逆變器，由半橋單相逆變器30、40構(gòu)成，但是如圖19所示，也可以設(shè)為全橋單相逆變器30b。在這種情況下，通過將短路用開關(guān)4a的一端連接在第二電容器35的負(fù)極，能夠得到如下效果能夠降低在短路用開關(guān)4a為接通時(shí)電流通過的元件數(shù)量，能夠降低導(dǎo)通損耗。(實(shí)施方式3)接著，根據(jù)圖20說明本發(fā)明的實(shí)施方式3的電力變換裝置。此外，電力變換裝置的主電路的結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施方式I的圖1所示的結(jié)構(gòu)相同。如圖20所示，具備輸入電壓檢測(cè)器10，其檢測(cè)從直流電源I得到的電壓Vin ;第一、第二電容器電壓檢測(cè)器11、12，其檢測(cè)逆變器電路20內(nèi)的第一、第二電容器25、35的各電壓；輸出電壓檢測(cè)器13，其檢測(cè)輸出側(cè)的平滑電容器6的電壓Vo ;以及控制部14?？刂撇?4將各電壓檢測(cè)器10 13的各輸出信號(hào)作為輸入來對(duì)逆變器電路20內(nèi)的開關(guān)元件和短路用開關(guān)4進(jìn)行控制。此外，控制部14例如由微計(jì)算機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器等構(gòu)成。下面根據(jù)圖21所示的流程圖說明控制部14的動(dòng)作。在控制部14中對(duì)從直流電源I得到的輸入電壓Vin進(jìn)行監(jiān)視(SI)，判斷輸入電壓Vin是否超過規(guī)定的輸入電壓設(shè)定值Vl (S2)。當(dāng)輸入電壓Vin超過電壓Vl時(shí)，啟動(dòng)主電路。接著，對(duì)逆變器電路20內(nèi)的電容器電壓Vc進(jìn)行監(jiān)視(S3)，判斷電容器電壓Vc是否超過電容器電壓設(shè)定值V2 (S4)。在此，電容器電壓Vc是第一、第二電容器25、35的各電壓Vcl、Vc2,電容器電壓設(shè)定值V2也是對(duì)第一、第二電容器25、35分別設(shè)定的兩個(gè)電壓值V21、V22。然后，將第一、第二電容器25、35的各電壓Vc1、Vc2與各自的電壓設(shè)定值V21、V22進(jìn)行比較，直到兩者的電壓Vcl、Vc2超過各電壓設(shè)定值V21、V22為止，判斷為充電模式
(S5)，輸出使短路用開關(guān)4接通的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且根據(jù)來自直流電源I的輸入電壓Vin，對(duì)逆變器電路20內(nèi)的各開關(guān)元件輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)來充電逆變器電路20中的直流電力(S6)。在步驟S4中，將第一、第二電容器25、35的各電壓Vcl、Vc2與各自的電壓設(shè)定值V2UV22進(jìn)行比較，當(dāng)兩者的電壓Vcl、Vc2超過各電壓設(shè)定值V21、V22時(shí)，即在第一、第二電容器25、35的充電完成的情況下，對(duì)輸出側(cè)的平滑電容器6的電壓Vo進(jìn)行監(jiān)視(S7)。然后，判斷平滑電容器的電壓Vo是否超過作為目標(biāo)電壓值的輸出電壓設(shè)定值V3(S8)，當(dāng)平滑電容器電壓Vo小于等于輸出電壓設(shè)定值V3時(shí)，判斷為放電模式(S9)，輸出使短路用開關(guān)4斷開的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且根據(jù)來自直流電源I的輸入電壓Vin，對(duì)逆變器電路20內(nèi)的各開關(guān)元件輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)來放電逆變器電路20中的直流電力(SlO)，直到平滑電容器6的電壓No成為輸出電壓設(shè)定值V3為止進(jìn)行充電。在本實(shí)施方式中，進(jìn)行控制使得在逆變器電路20內(nèi)的各電容器25、35的充電全部完成之后進(jìn)行放電，因此即使直流電源I為如太陽能電池那樣電壓變動(dòng)大的電源，也能夠容易且可靠地控制平滑電容器6的電壓。此外，在本實(shí)施方式中，對(duì)主電路結(jié)構(gòu)使用了在上述實(shí)施方式I的圖1所示的結(jié)構(gòu)，但是使用在上述實(shí)施方式1、2中示出的各種主電路結(jié)構(gòu)中的任一個(gè)也能夠同樣地進(jìn)行控制，能夠得到同樣的效果。(實(shí)施方式4)在上述實(shí)施方式3中，當(dāng)逆變器電路20內(nèi)的各電容器25、35的充電完成時(shí)，將短路用開關(guān)4從接通設(shè)為斷開，對(duì)逆變器電路20中的直流電力的充放電進(jìn)行切換，但是在本實(shí)施方式中，在以下的定時(shí)切換充放電。在來自直流電源I的電壓Vin與逆變器電路20的輸出電壓(各單相逆變器20a、20b的輸出電壓的總和)是相反極性且大小大致相等的條件下，將短路用開關(guān)4從接通設(shè)為斷開來對(duì)逆變器電路20中的直流電力的充放電進(jìn)行切換。即，作為逆變器電路20整體，充電時(shí)的充電電壓與來自直流電源I的電壓Vin大致相等，當(dāng)將作為逆變器電路20的輸出電壓的各單相逆變器20a、20b的輸出電壓的總和重疊到電壓Vin時(shí)電壓大致為O時(shí)，將短路用開關(guān)4從接通設(shè)為斷開。在該切換的定時(shí)中，電流幾乎不流過，因此能夠?qū)崿F(xiàn)零電流開關(guān)動(dòng)作，能夠降低開關(guān)動(dòng)作損耗和噪聲。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率且可靠性高的控制。(實(shí)施方式5) 接著，說明本發(fā)明的實(shí)施方式5的電力變換裝置。圖22是本發(fā)明的實(shí)施方式5的電力變換裝置的主電路結(jié)構(gòu)圖。此外，該主電路結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施方式I的主電路結(jié)構(gòu)相同，因此省略說明。下面根據(jù)圖23 圖27說明這樣構(gòu)成的電力變換裝置的動(dòng)作。在此，示出將輸出側(cè)的平滑電容器6的電壓Vo升壓至160V < Vo^ 240V的范圍的動(dòng)作，在圖23中示出直流電源I的電壓Vin為40V < Vin ( 60V的情況，在圖24中示出直流電源I的電壓Vin為60V< Vin ( 80V的情況，在圖25中示出直流電源I的電壓Vin為80V < Vin ( 120V的情況，在圖26中示出直流電源I的電壓Vin為120V < Vin ( 180V的情況。另外，在圖27中以列表方式示出這些動(dòng)作的一覽。此外，在圖27中，為方便起見，示出電壓Vin為50V、60V、70V、80V、90V、105V、120V、135V、150V、165V、180V 的情況。在圖23 圖26中，Vbitl是第一單相逆變器20a的輸出電壓，Vbit2是第二單相逆變器20b的輸出電壓，Va是對(duì)直流電源I的電壓Vin重疊第一、第二單相逆變器20a、20b的輸出電壓Vbitl、Vbit2而得到的電壓、即Vin+Vbitl+Vbit2。另夕卜，S(0N/0FF)是表示短路開關(guān)4的接通/斷開狀態(tài)的信號(hào)。此外，設(shè)第一單相逆變器20a中的第一電容器25的設(shè)定電壓Vcl與第二單相逆變器20b中的第二電容器35的設(shè)定電壓Vc2之比為(Vcl Vc2) = (I 2)。在電力變換裝置中，預(yù)先設(shè)定由第一、第二單相逆變器20a、20b的輸出控制以及短路用開關(guān)4的接通/斷開控制的組合構(gòu)成的多個(gè)控制模式，根據(jù)直流電源I的電壓Vin選擇控制模式來進(jìn)行切換。在這種情況下，使用控制模式A D。在各控制模式中，通過電力變換裝置的規(guī)定控制動(dòng)作進(jìn)行的逆變器電路20的直流電力的充放電是以一定的周期反復(fù)進(jìn)行，如后所述，在其一個(gè)周期中包括基于不同的控制動(dòng)作的多個(gè)控制動(dòng)作期間(以下稱為區(qū)間)。在圖23所示的40V < Vin ^ 60V的情況下，電力變換裝置在控制模式A下進(jìn)行動(dòng)作。在該控制模式A中，將逆變器電路20的直流電力的充放電動(dòng)作中的一個(gè)周期分為第一 第四這四個(gè)區(qū)間，在第一 第三區(qū)間中，將短路用開關(guān)4設(shè)為接通狀態(tài)來對(duì)平滑電容器6進(jìn)行旁路，逆變器電路20充電直流電力。在第四區(qū)間中，將短路用開關(guān)4設(shè)為斷開狀態(tài)，逆變器電路20放電直流電力，用重疊到直流電源I的電壓而得到的電壓和，經(jīng)由電壓整流二極管5對(duì)平滑電容器6進(jìn)行充電。該平滑電容器6的電壓Vo為輸出電壓，在該控制模式A中升壓比為4。例如，在直流電源I的電壓Vin為60V時(shí),在第一區(qū)間中將第一電容器25充電至60V,在第二區(qū)間中，用直流電源I的電壓Vin與第一電容器25的電壓之和將第二電容器35充電至120V。在第三區(qū)間中，將第一電容器25再次充電至60V。而且，在第四區(qū)間中，將短路用開關(guān)4設(shè)為斷開狀態(tài)，用直流電源I的電壓Vin和第一電容器25的電壓以及第二電容器35的電壓之和，經(jīng)由整流二極管5對(duì)平滑電容器6充電直流電壓240V。在圖24所示的60V < Vin ^ 80V的情況下，電力變換裝置在控制模式B下進(jìn)行動(dòng)作。在該控制模式B中，將逆變器電路20的直流電力的充放電動(dòng)作中的一個(gè)周期分為第一 第三這三個(gè)區(qū)間，在第一、第二區(qū)間中，將短路用開關(guān)4設(shè)為接通狀態(tài)來對(duì)平滑電容器6進(jìn)行旁路，逆變器電路20充電直流電力。在第三區(qū)間中，將短路用開關(guān)4設(shè)為斷開狀態(tài)，逆變器電路20放電直流電力，用重疊到直流電源I的電壓而得到的電壓和，經(jīng)由整流二極管5對(duì)平滑電容器6進(jìn)行充電。在該控制模式B中升壓比為3。例如，在直流電源I的電壓Vin為80V時(shí),在第一區(qū)間中將第一電容器25充電至80V,在第二區(qū)間中，用 直流電源I的電壓Vin與第一電容器25的電壓之和將第二電容器35充電至160V。而且，在第三區(qū)間中，將短路用開關(guān)4設(shè)為斷開狀態(tài)，用直流電源I的電壓Vin與第二電容器35的電壓之和，經(jīng)由整流二極管5對(duì)平滑電容器6充電直流電壓240V。在圖25所示的80V < Vin ( 120V的情況下，電力變換裝置在控制模式C下進(jìn)行動(dòng)作。在該控制模式C中，將逆變器電路20的直流電力的充放電動(dòng)作中的一個(gè)周期分為第一、第二這兩個(gè)區(qū)間，在第一區(qū)間中，將短路用開關(guān)4設(shè)為接通狀態(tài)來對(duì)平滑電容器6進(jìn)行旁路，逆變器電路20充電直流電力。在第二區(qū)間中，將短路用開關(guān)4設(shè)為斷開狀態(tài)，逆變器電路20放電直流電力，用重疊到直流電源I的電壓而得到的電壓和，經(jīng)由整流二極管5對(duì)平滑電容器6進(jìn)行充電。在該控制模式C中升壓比為2。例如，在直流電源I的電壓Vin為120V時(shí)，在第一區(qū)間中將第一電容器25充電至40V,并且將第二電容器35充電至80V。在第二區(qū)間中，將短路用開關(guān)4設(shè)為斷開狀態(tài)，用直流電源I的電壓Vin和第一電容器25的電壓以及第二電容器35的電壓之和，經(jīng)由整流二極管5對(duì)平滑電容器6充電直流電壓240V。在圖26所示的120V < Vin ( 180V的情況下，電力變換裝置在控制模式D下進(jìn)行動(dòng)作。在該控制模式D中，將逆變器電路20的直流電力的充放電動(dòng)作中的一個(gè)周期分為第一 第四這四個(gè)區(qū)間，在第一區(qū)間中，將短路用開關(guān)4設(shè)為接通狀態(tài)來對(duì)平滑電容器6進(jìn)行旁路，逆變器電路20充電直流電力。在第二 第四區(qū)間中，將短路用開關(guān)4設(shè)為斷開狀態(tài)，逆變器電路20放電直流電力，用重疊到直流電源I的電壓而得到的電壓和，經(jīng)由整流二極管5對(duì)平滑電容器6進(jìn)行充電。在該控制模式D中升壓比為1. 3。例如，在直流電源I的電壓Vin為180V時(shí)，在第一區(qū)間中將第一電容器25充電至60V,并且將第二電容器35充電至120V。在第二 第四區(qū)間中，將短路用開關(guān)4設(shè)為斷開狀態(tài)。首先，在第二區(qū)間中，用直流電源I的電壓Vin與第一電容器25的電壓之和，經(jīng)由整流二極管5對(duì)平滑電容器6充電直流電壓240V。在第三區(qū)間中，用直流電源I的電壓Vin與第二電容器35的電壓之和，將第一電容器25再次充電至60V，并且經(jīng)由整流二極管5對(duì)平滑電容器6充電直流電壓240V。而且，在第四區(qū)間中，用直流電源I的電壓Vin與第一電容器25的電壓之和，經(jīng)由整流二極管5對(duì)平滑電容器6充電直流電壓240V。如上所述，通過根據(jù)直流電源I的電壓Vin切換使用控制模式A D，利用逆變器電路20中的直流電力的充放電來進(jìn)行升壓。升壓比是針對(duì)各控制模式的每一個(gè)所確定的，選擇電壓Vin越小則升壓比越大的控制模式A D，將輸出電壓Vo升壓至160V < Vo ^ 240V的范圍。另外，選擇控制模式A D使得即使直流電源I的電壓Vin變動(dòng)，輸出電壓Vo的變動(dòng)也被抑制。這樣，通 過根據(jù)直流電源I的電壓Vin來決定控制模式A D并進(jìn)行切換，選擇升壓比。在圖28不出了相對(duì)于直流電源I的電壓Vin的第一、第二電容器25、35的電壓Vcl、Vc2以及輸出側(cè)的平滑電容器6的電壓Vo(輸出電壓)的關(guān)系。如圖28所示，輸出電壓Vo的電壓變動(dòng)率收斂在±20%的范圍。另外，在各控制模式A D中，對(duì)第一、第二單相逆變器20a、20b進(jìn)行輸出控制使得第一、第二電容器25、35通過充放電動(dòng)作進(jìn)行的電力授受取得平衡。如上所述，各控制模式中的一個(gè)周期包含多個(gè)區(qū)間，除了各單相逆變器20a、20b在整個(gè)一個(gè)周期內(nèi)不產(chǎn)生電壓的情況以外，一個(gè)周期內(nèi)包括各單相逆變器20a、20b輸出正電壓的區(qū)間和輸出負(fù)電壓的區(qū)間這兩個(gè)區(qū)間。并且，如圖23 26所示，在一個(gè)周期內(nèi)，各單相逆變器20a、20b輸出正電壓的區(qū)間的總和與輸出負(fù)電壓的區(qū)間的總和是區(qū)間長度相等。因此，第一、第二電容器25、35通過充放電動(dòng)作進(jìn)行的電力授受在一個(gè)周期內(nèi)可靠地取得平衡。在本實(shí)施方式中，如上所述利用逆變器電路20中的直流電力的充放電來進(jìn)行直流/直流變換，因此不需要大容量的電抗器。另外，在切換短路用開關(guān)4的接通/斷開時(shí)，逆變器電路20被控制為對(duì)直流電壓的充電/放電動(dòng)作進(jìn)行切換。因此，短路用開關(guān)4和逆變器電路20內(nèi)的半導(dǎo)體開關(guān)元件21 24、31 34不需要進(jìn)行高頻開關(guān)動(dòng)作，逆變器電路20能夠?qū)⒃陂_關(guān)動(dòng)作中處理的電壓設(shè)為比平滑電容器6的設(shè)定電壓低。因而，能夠?qū)崿F(xiàn)促進(jìn)電力損耗及噪聲的降低化和裝置結(jié)構(gòu)的小型輕量化的電力變換裝置。另外，預(yù)先設(shè)定多個(gè)控制模式A D，根據(jù)直流電源I的電壓Vin來選擇控制模式A D并進(jìn)行切換，其中，上述多個(gè)控制模式A D由第一、第二單相逆變器20a、20b的輸出控制以及短路用開關(guān)4的接通/斷開控制的組合構(gòu)成，且升壓比分別不同。并且，對(duì)直流電源I的電壓Vin重疊第一、第二單相逆變器20a、20b的各輸出電壓來向平滑電容器6輸出期望電壓。
根據(jù)多個(gè)単相逆變器20a、20b的輸出控制以及短路用開關(guān)4的接通/斷開控制的組合來設(shè)定多個(gè)控制模式A D，能夠?qū)⑨槍?duì)每個(gè)控制模式?jīng)Q定的升壓比設(shè)定于大范圍。在這種情況下，設(shè)定有1. 3 4為止的四個(gè)階段的升壓比。因此，能夠在大范圍內(nèi)選擇升壓比，相對(duì)于大范圍的輸入電壓(電壓Vin)能夠抑制輸出電壓Vo的電壓變動(dòng)，能夠得到期望的輸出電壓Vo。另外，對(duì)第一、第二単相逆變器20a、20b進(jìn)行輸出控制使得第一、第二電容器25、35通過充放電動(dòng)作進(jìn)行的電カ授受取得平衡，因此不需要從外部對(duì)第一、第二電容器25、35提供電カ或進(jìn)行控制，不需要設(shè)置DC/DC轉(zhuǎn)換器。另外，太陽能電池是除了日照量、溫度等條件之外，還根據(jù)能夠在室外設(shè)置的直流電源的串聯(lián)數(shù)量而電 壓范圍有很大不同，因此輸入到電カ變換裝置的電壓Vin在大范圍內(nèi)發(fā)生變動(dòng)。在本實(shí)施方式中，相對(duì)于大范圍的輸入電壓(電壓Vin)能夠得到期望的輸出電壓No，因此在對(duì)直流電源I使用太陽能電池的情況下特別有效。圖29是表示太陽能電池的輸出特性的圖。作為最大限度地利用從太陽能電池得到的電カ的方法，一般使用MPPT (Maximum Power Point Tracking :最大功率點(diǎn)跟蹤)控制，在這種情況下，需要將電壓維持在最大輸出點(diǎn)Vpmax。如圖29所示，雖然成為最大輸出點(diǎn)Vpmax的電壓發(fā)生變動(dòng)，但是在相對(duì)于大范圍的輸入電壓能夠得到期望的輸出電壓Vo的本實(shí)施方式中，通過與太陽能電池的MPPT控制并用，能夠進(jìn)ー步促進(jìn)電カ的有效利用。此外，也可以不改變用于決定逆變器電路20整體的充放電的短路用開關(guān)4的接通/斷開控制，而設(shè)為能夠調(diào)整第一、第二単相逆變器20a、20b的正負(fù)的電壓輸出的占空比。在這種情況下，能夠調(diào)整第一、第二単相逆變器20a、20b所具有的第一、第二電容器25、35的電壓比，因此即使由于電路所包含的損耗成分、空載時(shí)間(dead time)等影響而第一、第ニ電容器25、35的電壓比偏離設(shè)定值的情況下也能夠進(jìn)行調(diào)整。例如，在圖23所示的控制模式A下的控制中，當(dāng)將逆變器電路20的充電期間中的第一単相逆變器20a的正電壓輸出期間和第二単相逆變器20b的負(fù)電壓輸出期間分別調(diào)整為較長(較短)時(shí)，能夠?qū)⒌谝浑娙萜?5的電壓調(diào)整為較低(較高)，將第二電容器35的電壓調(diào)整為較高(較低)，從而能夠調(diào)整電壓比。(實(shí)施方式6)接著，說明本發(fā)明的實(shí)施方式6。在上述實(shí)施方式5中，第一単相逆變器20a中的第一電容器25的設(shè)定電壓VcI與第二單相逆變器20b中的第二電容器35的設(shè)定電壓Vc2之比被固定為1: 2，但是在本實(shí)施方式6中是可變的。此外，主電路結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施方式5相同。與上述實(shí)施方式5同樣地，電カ變換裝置中預(yù)先設(shè)定由第一、第二単相逆變器20a、20b的輸出控制以及短路用開關(guān)4的接通/斷開控制的組合構(gòu)成的多個(gè)控制模式，根據(jù)直流電源I的電壓Vin選擇控制模式來進(jìn)行切換。在這種情況下，使用控制模式A E。使用與上述實(shí)施方式5相同的控制模式A D和后述的控制模式E，在直流電源I的電壓Vin為120V < Vin彡160V的情況下使用控制模式E，在直流電源I的電壓Vin為160V< Vin彡180V的情況下使用控制模式D。與上述實(shí)施方式5同樣地使用控制模式A C。根據(jù)圖30說明基于120V < Vin彡160V的控制模式E的動(dòng)作。在該控制模式E中，將逆變器電路20的直流電カ的充放電動(dòng)作中的ー個(gè)周期分為第一 第三這三個(gè)區(qū)間，在第一區(qū)間中，將短路用開關(guān)4設(shè)為接通狀態(tài)來對(duì)平滑電容器6進(jìn)行旁路，逆變器電路20充電直流電力。在第二、第三區(qū)間中，將短路用開關(guān)4設(shè)為斷開狀態(tài)，逆變器電路20放電直流電力，用重疊到直流電源I的電壓而得到的電壓和，經(jīng)由整流ニ極管5對(duì)平滑電容器6進(jìn)行充電。在該控制模式E中，第一電容器25的設(shè)定電壓Vcl與第二電容器35的設(shè)定電壓Vc2之比為1: 1，升壓比為1.5。例如，在直流電源I的電壓Vin為160V時(shí)，在第一區(qū)間中將第一、第二電容器25、35分別充電至80V。在第二、第三區(qū)間中，將短路用開關(guān)4設(shè)為斷開狀態(tài)。首先，在第二區(qū)間中，用直流電源I的電壓Vin與第一電容器25的電壓之和，經(jīng)由整流ニ極管5對(duì)平滑電容器6充電直流電壓240V。在第三區(qū)間中，用直流電源I的電壓Vin與第二電容器35的電壓之和，經(jīng)由整流ニ極管5對(duì)平滑電容器6充電直流電壓240V。在這種情況下，也對(duì)第一、第二単相逆變器20a、20b進(jìn)行輸出控制使得第一、第二電容器25、35通過充放電動(dòng)作進(jìn)行的電カ授受取得平衡。圖31是表示基于160V < Vin彡180V的控制模式D的動(dòng)作的圖。除了直流電源I的電壓范圍以外，與上述實(shí)施方式5相同,第一電容器25的設(shè)定電壓Vcl與第二電容器35的設(shè)定電壓Vc2之比為1: 2，升壓比為1. 3。另外，在圖32中以列表方式示出這些動(dòng)作的ー覽。此外，在圖32中，為方便起見，示出了 電壓 Vin 為 50V、60V、70V、80V、90V、105V、120V、130V、140V、150V、160V、165V、180V 的情況。在圖33中不出相對(duì)于直流電源I的電壓Vin的第一、第二電容器25、35的電壓VcUVc2以及輸出側(cè)的平滑電容器6的電壓Vo (輸出電壓)的關(guān)系。圖中所示的比是第一、第二電容器25、35的電壓比， 示出僅在120V < Vin彡160V的情況下為1: 1，除此以外是I 2。如圖33所示，輸出 電壓Vo的電壓變動(dòng)率收斂在比上述實(shí)施方式5的情況小的范圍內(nèi)。如上所述，通過根據(jù)直流電源I的電壓Vin切換使用控制模式A E，利用逆變器電路20中的直流電カ的充放電來進(jìn)行升壓。升壓比是針對(duì)各控制模式的每ー個(gè)所確定的，選擇控制模式A E使得電壓Vin越小則升壓比越大，且即使直流電源I的電壓Vin發(fā)生變動(dòng)，輸出電壓Vo的變動(dòng)也被抑制，從而將輸出電壓Vo升壓至160V < Vo < 240V的范圍。即，根據(jù)電壓Vin來選擇升壓比，根據(jù)該選擇的升壓比決定控制模式A E，來控制電カ變換裝置。在本實(shí)施方式中，得到與上述實(shí)施方式5相同的效果，并且設(shè)為第一、第二電容器25、35的電壓比是可變的，因此能夠使可設(shè)定的控制模式和升壓比的數(shù)量增多。在這種情況下，第一、第二電容器25、35的電壓比為1:1和1: 2這兩種，根據(jù)控制模式A E設(shè)定有五個(gè)階段的升壓比。因此，能夠選擇更多的升壓比，能夠進(jìn)一歩抑制輸出電壓Vo的電壓變動(dòng)。此外，在上述實(shí)施方式5、6中，在逆變器電路20的后級(jí)連接了作為用于決定導(dǎo)通/非導(dǎo)通的半導(dǎo)體元件的整流ニ極管5，但是如上述實(shí)施方式I的圖16所示，也可以代替整流ニ極管5而使用半導(dǎo)體開關(guān)9。該半導(dǎo)體開關(guān)9被控制為其接通/斷開與短路用開關(guān)4相反。即，在短路用開關(guān)4為接通狀態(tài)時(shí)，半導(dǎo)體開關(guān)9為斷開狀態(tài)，對(duì)平滑電容器6進(jìn)行旁路來充電逆變器電路20的直流電壓。而且，在短路用開關(guān)4為斷開狀態(tài)時(shí)將半導(dǎo)體開關(guān)9設(shè)為接通狀態(tài)來將充電得到的能量使用于對(duì)平滑電容器6的放電。另外，在上述實(shí)施方式5、6中，也可以在構(gòu)成逆變器電路20的第一、第二單相逆變器中將半導(dǎo)體開關(guān)元件21、24、31、34替換為ニ極管來使用，能夠得到同樣的效果。另外，設(shè)為整流ニ極管5的陰極側(cè)連接在輸出級(jí)的平滑電容器6的正極，但是整流ニ極管5也可以被配置為在平滑電容器6的負(fù)極側(cè)，該負(fù)極連接到整流ニ極管5的陽極側(cè)。并且，在上述實(shí)施方式5、6中，短路用開關(guān)4的一端連接在逆變器電路20的交流輸出線上，但是如上述實(shí)施方式2所示，短路用開關(guān)4a的一端也可以連接在構(gòu)成逆變器電路20的最后級(jí)的単相逆變器(在這種情況下是第二単相逆變器30b)的第二電容器35的負(fù)極。在這種情況下，最后級(jí)的第二単相逆變器30b也可以是半橋單相逆變器，短路用開關(guān)4a的另一端與上述實(shí)施方式5、6同樣地連接在平滑電容器6的負(fù)極。另外，將整流ニ極管5的陽極連接在第二電容器35的正極，將陰極連接在平滑電容器6的正扱。由此，無論短路用開關(guān)4a處于接通/斷開中的哪ー種狀態(tài)，都能夠降低電流通過的元件數(shù)量，能夠降低導(dǎo)通損耗，能夠提高電カ變換裝置整體的變換效率。另外，能夠由半橋單相逆變器構(gòu)成最后級(jí)的単相逆變器30b，能夠簡化電路結(jié)構(gòu)。(實(shí)施方式7)在上述實(shí)施方式5、6中，示出了逆變器電路20由兩個(gè)單相逆變器構(gòu)成的情況，但是也可以將三個(gè)以上的単相逆變器的交流側(cè)串聯(lián)連接來構(gòu)成。圖34是本發(fā)明的實(shí)施方式7的電カ變換裝置的主電路結(jié)構(gòu)圖。如圖34所示，對(duì)由太陽能電池等構(gòu)成的直流電源I的輸出，串聯(lián)連接有逆變器電路20的交流側(cè)。逆變器電路20是將第一 第三単相逆變器31a 31c的交流側(cè)串聯(lián)連接而構(gòu)成的，將各單相逆變器31a 31c的輸出的總和作為逆變器電路20的輸出而重疊到來自直流電源I的直流電壓。構(gòu)成逆變器 電路20的第一、第二単相逆變器31a、31b由半導(dǎo)體開關(guān)元件22、23、32、33、ニ極管26、27、36、37以及作為直流電壓源的第一、第二電容器25、35構(gòu)成。另外，最后級(jí)的第三単相逆變器31c由半橋單相逆變器構(gòu)成，該半橋単相逆變器由半導(dǎo)體開關(guān)元件42、ニ極管46以及第三電容器45構(gòu)成。另外，在逆變器電路20的后級(jí)經(jīng)由整流ニ極管5連接有平滑電容器6，在第三電容器45的負(fù)極與平滑電容器6的負(fù)極之間連接有短路用開關(guān)4a。與上述實(shí)施方式5、6同樣地，電カ變換裝置中預(yù)先設(shè)定由第一 第三単相逆變器31a 31c的輸出控制以及短路用開關(guān)4a的接通/斷開控制的組合構(gòu)成的多個(gè)控制模式，根據(jù)直流電源I的電壓Vin選擇控制模式并進(jìn)行切換。而且，進(jìn)行控制使得多個(gè)(在這種情況下是三個(gè))電容器25、35、45的電壓值Vc (k)中成為最大的電壓Vc(N)和成為最小的電壓Vc(I)滿足以下的關(guān)系式。Vc (N) ^ ( E k =1-N-1^c (k))+Vc(l)此外，在上述實(shí)施方式5、6中，兩個(gè)電容器25、35的電壓比也是1: 2或1: 1，均滿足上述關(guān)系式。在圖35、圖36中示出在第一 第三電容器25、35、45的電壓Vcl、Vc2、Vc3滿足上述關(guān)系式的情況下，例如將電壓比設(shè)為“I I I” “1: 2 4”時(shí)的、逆變器電路20的總輸出電壓Vb (Vb = Va-Vin)能夠取得的電壓水平(level)。這樣，通過進(jìn)行控制使得第一 第三電容器25、35、45的電壓滿足上述關(guān)系式,逆變器電路20的總輸出電壓能夠選擇連續(xù)的值，能夠確?？稍O(shè)定的控制模式和升壓比的數(shù)量。此外，各電容器25、35、45的電壓比是根據(jù)控制模式所確定的，因此通過使用控制模式來控制電カ變換裝置，還能夠控制各電容器25、35、45的電壓比。在圖37中示出將第一 第三電容器25、35、45的電壓比固定為“I 2 4”的情況下的相對(duì)于直流電源I的電壓Vin的各電容器25、35、45的電壓Vcl、Vc2、Vc3以及輸出側(cè)的平滑電容器6的電壓Vo (輸出電壓)的關(guān)系。如圖37所示，根據(jù)電壓Vin選擇八個(gè)階段的升壓比，根據(jù)對(duì)應(yīng)的八種控制模式來進(jìn)行控制，輸出電壓Vo的電壓變動(dòng)率收斂在±14%的范圍內(nèi)。這樣，通過增加単相逆變器31a 31c的串聯(lián)數(shù)量，能夠選擇更多的升壓比，能夠降低電壓變動(dòng)率。接著，示出將第一 第三電容器25、35、45的電壓比設(shè)為可變并使用設(shè)為“1:1: 2”和“I I 3”這兩種電壓比的控制模式來控制電カ變換裝置的情況。在圖38中示出這種情況下的相對(duì)于直流電源I的電壓Vin的各電容器25、35、45的電壓Vcl、Vc2、Vc3以及輸出側(cè)的平滑電容器6的電壓Vo (輸出電壓)的關(guān)系。圖中所示的比是各電容器25、35、45的電壓比。如圖38所示，根據(jù)電壓Vin選擇七個(gè)階段的升壓比，根據(jù)對(duì)應(yīng)的七種控制模式進(jìn)行控制，輸出電壓Vo的電壓變動(dòng)率收斂在±14%的范圍內(nèi)。在這種情況下，也通過增加単相逆變器31a 31c的串聯(lián)數(shù)量，能夠選擇更多的升壓比，能夠降低電壓變動(dòng)率。另外，由于將第一 第三電容器25、35、45的電壓比設(shè)為可變，因此能夠使可設(shè)定的控制模式和升壓比的數(shù)量增多。在這種情況下，與固定為“1:1 : 2”和“ I I 3”中的某一方的情況相比，能夠選擇更多的升壓比，能夠進(jìn)一歩抑制輸出電壓Vo的電壓變動(dòng)。(實(shí)施方式8)接著，根據(jù)圖39說明本發(fā)明的實(shí)施方式8的電カ變換裝置。此外，電カ變換裝置的主電路與上述實(shí)施方式2的圖18所示的結(jié)構(gòu)相同。如圖39所示，具備輸入電壓檢測(cè)器10，其檢測(cè)從直流電源I得到的電壓Vin ;遲滯比較器(hysteresis comparator) 16,其將電壓Vin與作為預(yù)先設(shè)定的電壓判斷值的電壓閾值Vth (Vthl、Vth2)進(jìn)行比較；模式選擇部17，其切換控制模式；以及控制部18?？刂撇?8通過根據(jù)模式選擇部17的輸出信號(hào)選擇的控制模式對(duì)逆變器電路20內(nèi)的各単相逆變器30a、30b的半導(dǎo)體開關(guān)元件和短路用開關(guān)4a進(jìn)行控制。此外，模式選擇部17和控制部18例如由微計(jì)算機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器等構(gòu)成。下面根據(jù)圖40說明控制模式的切換動(dòng)作。此外，設(shè)Vthl < Vth2。首先，設(shè)電カ變換裝置在控制模式a下被控制而進(jìn)行輸出。隨著所輸入的電壓Vin增加，輸出電壓Vo也上升，但是當(dāng)電壓Vin達(dá)到電壓閾值Vth2時(shí)，切換為控制模式3使得電カ變換裝置的升壓比下降。由此，從圖中的動(dòng)作點(diǎn)A2轉(zhuǎn)移到B2。之后，即使電壓Vin下降，在控制模式P下的控制也繼續(xù)，當(dāng)電壓降低至電壓閾值Vthl時(shí)，切換為控制模式a使得電カ變換裝置的升壓比上升。由此，從圖中的動(dòng)作點(diǎn)BI轉(zhuǎn)移到Al。從太陽能電池等的直流電源I輸入的電壓Vin較大地發(fā)生變動(dòng)，但是在本實(shí)施方式中，由于對(duì)切換控制模式的電壓閾值(Vthl、Vth2)設(shè)定遲滯寬度，因此如圖41所示，能夠防止控制模式被頻繁切換，能夠防止輸出變得不穩(wěn)定。在圖41所示的情況下，控制模式的切換進(jìn)行2次，但是在表示沒有設(shè)定遲滯寬度的比較例的圖42的情況下，相對(duì)于同樣的電壓Vin，控制模式的切換變成4次。例如，在上述實(shí)施方式6中，設(shè)控制模式C與控制模式E之間的切換是在輸入電壓Vin為120V時(shí)進(jìn)行切換(參照?qǐng)D33)，但是通過設(shè)定5 IOV的遲滯寬度來設(shè)定Vthl、Vth2，能夠使輸出穩(wěn)定。此外，在本實(shí)施方式中，示出了僅具有用于切換兩個(gè)控制模式的電壓閾值(Vthl、Vth2)的情況，但是與控制模式的數(shù)量相應(yīng)地具有用于切換的電壓閾值。另外，遲滯比較器也可以如圖43所示那樣構(gòu)成。如圖43所示，由比較器19a、分壓電阻19b 19d以及晶體管19e構(gòu)成遲滯比較器19。在這種情況下，用比較器19a的輸出信號(hào)來使晶體管19e導(dǎo)通/截止，使用晶體管19e改變用于檢測(cè)所輸入的電壓Vin的分壓電阻19b 19d的比，由此實(shí)現(xiàn)遲滯特性。比較器19a能夠在電壓Vin下降時(shí)使用電壓閾值Vthl，在上升時(shí)使用電壓閾值Vth2 ( > Vthl)來檢測(cè)電壓Vin。在這種情況下，也能夠通過設(shè)定遲滯寬度(Vth2-Vthl)來使電カ變換裝置的輸出穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種電力變換裝置，其特征在于，具備 逆變器電路，串聯(lián)連接分別具有半導(dǎo)體開關(guān)元件和直流電壓源的一個(gè)以上單相逆變器的交流側(cè)而構(gòu)成，將該交流側(cè)串聯(lián)連接到直流電源的輸出，從而將各所述單相逆變器的輸出的總和重疊到所述直流電源的輸出； 平滑電容器，經(jīng)由切換導(dǎo)通/非導(dǎo)通的元件連接到該逆變器電路的后級(jí)，對(duì)來自該逆變器電路的輸出進(jìn)行平滑；以及 短路用開關(guān)，其一端連接到所述逆變器電路，另一端連接到所述平滑電容器的負(fù)極， 其中，利用所述逆變器電路中的直流電力的充放電來進(jìn)行直流/直流變換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述切換導(dǎo)通/非導(dǎo)通的元件是整流二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電力變換裝置，其特征在于， 各所述單相逆變器由將二極管串聯(lián)連接到所述半導(dǎo)體開關(guān)元件而成的電橋電路和所述直流電壓源構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述短路用開關(guān)的一端連接到在構(gòu)成所述逆變器電路的一個(gè)以上所述單相逆變器中的、連接到最后級(jí)的單相逆變器中的所述直流電壓源的負(fù)極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電力變換裝置，其特征在于， 在各所述單相逆變器中，只有所述連接到最后級(jí)的單相逆變器是由半橋逆變器構(gòu)成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電力變換裝置，其特征在于， 具備檢測(cè)所述直流電源的電壓的單元， 根據(jù)所述直流電源的電壓對(duì)所述逆變器電路進(jìn)行輸出控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電力變換裝置，其特征在于， 具備檢測(cè)各所述單相逆變器的所述直流電壓源的電壓的單元， 直到各該直流電壓源的電壓全部都超過分別設(shè)定的電壓值為止將所述短路用開關(guān)設(shè)為接通狀態(tài)，之后將所述短路用開關(guān)設(shè)為斷開狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電力變換裝置，其特征在于， 在切換所述短路用開關(guān)的接通/斷開時(shí)，所述逆變器電路被控制成對(duì)直流電力的充電/放電進(jìn)行切換。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電力變換裝置，其特征在于， 各所述單相逆變器的直流電壓小于等于所述平滑電容器的設(shè)定電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述直流電源是太陽能電池。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電力變換裝置，其特征在于， 各所述單相逆變器的所述直流電壓源由電容器構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述逆變器電路具有多個(gè)所述單相逆變器， 根據(jù)所述直流電源的電壓來切換使用由各該單相逆變器的輸出控制和所述短路用開關(guān)的接通斷開控制的組合構(gòu)成的多個(gè)控制模式，從而利用所述逆變器電路中的直流電力的充放電，來進(jìn)行直流/直流變換。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述多個(gè)控制模式針對(duì)各控制模式的每一個(gè)具有直流/直流變換的升壓比， 通過根據(jù)所述直流電源的電壓來決定所述控制模式并進(jìn)行切換，選擇所述升壓比。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述控制模式的切換是以減小所述直流電源的電壓變動(dòng)引起的所述電力變換裝置的輸出電壓的變動(dòng)的方式選擇并切換所述控制模式。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電力變換裝置，其特征在于， 將各所述單相逆變器的各所述直流電壓源的電壓比設(shè)為可變，設(shè)定所述多個(gè)控制模式使得根據(jù)各所述控制模式所決定的所述電壓比為多種。
16.根據(jù)權(quán)利要求12 14中的任一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述多個(gè)(N個(gè))直流電壓源的電壓值Vc(k)的電壓比為2的乘冪(1:2:4··: 2N-1)。
17.根據(jù)權(quán)利要求12 15中的任一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述多個(gè)(N個(gè))直流電壓源的電壓值Vc(k)中成為最大的電壓Vc(N)和成為最小的電壓Vc⑴滿足以下關(guān)系式
18.根據(jù)權(quán)利要求12 15中的任一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于， 在所述多個(gè)單相逆變器中，2個(gè)以上的單相逆變器的所述直流電壓源的電壓相同。
19.根據(jù)權(quán)利要求12 15中的任一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于， 設(shè)定所述多個(gè)控制模式使得基于各所述單相逆變器的輸出的各所述直流電壓源的電力授受平衡。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電力變換裝置，其特征在于， 在使用所述控制模式的控制中，通過調(diào)整各所述單相逆變器的正負(fù)的電壓輸出的占空比而不改變所述短路用開關(guān)的控制，調(diào)整各該單相逆變器的各所述直流電壓源的電壓比。
21.根據(jù)權(quán)利要求12 15中的任一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于， 對(duì)預(yù)先設(shè)定的電壓判斷值與所述直流電源的電壓進(jìn)行比較而進(jìn)行所述多個(gè)控制模式的切換，對(duì)所述電壓判斷值設(shè)定遲滯寬度。
22.根據(jù)權(quán)利要求12 15中的任一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于， 所述短路用開關(guān)的一端連接到所述逆變器電路的后級(jí)的交流側(cè)輸出線。
23.根據(jù)權(quán)利要求12 15中的任一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于， 在基于由所述多個(gè)單相逆變器的輸出控制和所述短路開關(guān)的接通斷開控制的組合構(gòu)成的各所述控制模式的該電力變換裝置的控制動(dòng)作中，以一定的周期反復(fù)進(jìn)行規(guī)定的控制動(dòng)作。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的電力變換裝置，其特征在于， 在基于所述規(guī)定的控制動(dòng)作的一個(gè)周期內(nèi)，基于各所述單相逆變器的輸出的各所述直流電壓源的電力授受平衡。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的電力變換裝置，其特征在于， 基于所述規(guī)定的控制動(dòng)作的一個(gè)周期至少由兩種不同的控制動(dòng)作期間構(gòu)成。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的電力變換裝置，其特征在于， 除了各所述單相逆變器在整個(gè)所述一個(gè)周期內(nèi)不產(chǎn)生電壓的情況以外，在該一個(gè)周期內(nèi)包括各所述單相逆變器輸出正電壓的控制動(dòng)作期間和輸出負(fù)電壓的控制動(dòng)作期間。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的電力變換裝置，其特征在于， 在所述一個(gè)周期內(nèi)，各所述單相逆變器輸出正電壓的控制動(dòng)作期間的總和與輸出負(fù)電壓的控制動(dòng)作期間的總和是期間的長度相等。
全文摘要
在進(jìn)行直流/直流變換的電力變換裝置中，在直流電源(1)的后級(jí)串聯(lián)連接將一個(gè)以上的單相逆變器(20a)、(20b)串聯(lián)連接而成的逆變器電路(20)，在其后級(jí)具備平滑電容器(6)，其經(jīng)由整流二極管(5)連接；以及短路用開關(guān)(4)，其用于對(duì)平滑電容器(6)進(jìn)行旁路。并且，接通短路用開關(guān)(4)來對(duì)單相逆變器(20a)、(20b)所具備的電容器(25)、(35)進(jìn)行充電，斷開短路用開關(guān)(4)來使電容器(25)、(35)進(jìn)行放電，以此控制平滑電容器(6)的電壓。
文檔編號(hào)G05F1/67GK103038990SQ20098012869
公開日2013年4月10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)明者川上知之, 巖田明彥, 奧田達(dá)也 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社