電力變換裝置及控制裝置的制造方法
【專利摘要】電力變換裝置包括：橋接電路，其在多個(gè)橋臂分別設(shè)有開關(guān)元件；濾波器，其設(shè)于橋接電路的交流側(cè)，并被連接到中性點(diǎn)；電抗器，其設(shè)于橋接電路與濾波器之間；平滑電路，其設(shè)于橋接電路的直流側(cè)；緩沖電路，其設(shè)于橋接電路與平滑電路之間；及開關(guān)電路，其設(shè)于平滑電路與緩沖電路之間。平滑電路包括在正極線與負(fù)極線之間串聯(lián)地連接的2個(gè)平滑電容器，2個(gè)平滑電容器之間被連接到中性點(diǎn)。緩沖電路包括在正極線與負(fù)極線之間串聯(lián)連接的2個(gè)緩沖電容器，2個(gè)緩沖電容器之間被連接到中性點(diǎn)。開關(guān)電路包括設(shè)于正極線的第1開關(guān)和設(shè)于負(fù)極線的第2開關(guān)。
【專利說(shuō)明】
電力變換裝置及控制裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力變換裝置及控制該電力變換裝置的控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] W往，公知有PFC(Power Factor Correction:功率因數(shù)改善電路）等的電力變換 裝置(例如，參照非專利文獻(xiàn)1)。
[0003] 非專利文獻(xiàn)1的PFC包括:橋接電路;高頻濾波器，其設(shè)于橋接電路的交流側(cè)；電抗 器，其設(shè)于橋接電路與高頻濾波器之間；平滑電容器，其設(shè)于橋接電路的直流側(cè);緩沖電容 器，其設(shè)于橋接電路與平滑電容器之間；及逆流防止二極管，其設(shè)于平滑電容器與緩沖電容 器之間。在PFC中，在輸入側(cè)連接有S相交流電源，在輸出側(cè)連接有負(fù)載。
[0004] 在橋接電路中設(shè)有=個(gè)由上橋臂及下橋臂構(gòu)成的支線。在各橋臂（上橋臂及下橋 臂）中分別設(shè)有開關(guān)元件，在該開關(guān)元件中并聯(lián)地連接有二極管。并且，在橋接電路中，與交 流電壓(輸入電壓）的相位對(duì)應(yīng)地選擇各支線中的上橋臂或下橋臂的開關(guān)元件，該選擇的3 個(gè)開關(guān)元件W-定的占空比被驅(qū)動(dòng)。另外，該P(yáng)FCWDCM(Discontinuous Current Mode:電 流不連續(xù)模式)進(jìn)行動(dòng)作，在電抗器中電流不連續(xù)地流過(guò)。
[0005] 并且，在非專利文獻(xiàn)1的PFC中，在電抗器中不流過(guò)電流時(shí)，橋接電路的開關(guān)元件被 接通，從而變成ZCS(ZeiX) Current Switching:零電流開關(guān)）。另外，在PFC中，在緩沖電容器 被放電的狀態(tài)下，關(guān)斷橋接電路的開關(guān)元件，從而變成ZVS(ZerC) Voltage Switching:零電 壓開關(guān)）。由此，能夠降低開關(guān)損耗。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007] 非專利文獻(xiàn)
[000引非專利文獻(xiàn)1:機(jī)部高范，宮路淳世，白木一浩，松川達(dá)哉，島田隆一，"應(yīng)用磁能再 生開關(guān)的原理的軟開關(guān)有源整流電路(磯部高範(fàn)、宮路淳世、白木一浩、松川達(dá)哉、嶋田隆 一、[磁気工才、瓜幸一回生原理玄応用btッフ^ス斗'；/^シクア夕テ^ク整流回 路]、電気學(xué)會(huì)論文誌D(産業(yè)応用部門誌））"，電學(xué)會(huì)論文雜志D(產(chǎn)業(yè)應(yīng)用部口雜志） Vol.131(2011)No.6p.793-800

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 發(fā)明要解決的課題
[0010] 但是，在上述的W往的PFC中，存在從S相交流電源輸入到PFC的輸入電流的波形 中發(fā)生失真的問(wèn)題。即，存在THD(Total化rmonic Distodion:總諧波失真)變高的問(wèn)題。 在此，圖16表示W(wǎng)往的PFC中的交流電壓及輸入電流的波形。如圖16所示，在交流電壓在零 交叉附近時(shí)，在輸入電流中發(fā)生失真。另外，在其他相的交流電壓在零交叉附近時(shí)(交流電 壓的相位在60度的時(shí)刻等），受到其他相的影響，從而在輸入電流發(fā)生失真。
[0011] 本發(fā)明是為了解決上述的課題而研發(fā)的，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)斎?電流的波形進(jìn)行整形的電力變換裝置及控制裝置。
[0012] 用于解決課題的手段
[0013] 本發(fā)明的電力變換裝置，包括:橋接電路，其在多個(gè)橋臂分別設(shè)有開關(guān)元件;濾波 器，其設(shè)于橋接電路的交流側(cè)，并被連接到中性點(diǎn)；電抗器，其設(shè)于橋接電路與濾波器之間； 平滑電路，其設(shè)于橋接電路的直流側(cè);緩沖電路，其設(shè)于橋接電路與平滑電路之間；及開關(guān) 電路，其設(shè)于平滑電路與緩沖電路之間。平滑電路包括在正極線與負(fù)極線之間串聯(lián)連接的2 個(gè)平滑電容器，2個(gè)平滑電容器之間被連接到中性點(diǎn)。緩沖電路包括在正極線與負(fù)極線之間 串聯(lián)連接的2個(gè)緩沖電容器，2個(gè)緩沖電容器之間被連接到中性點(diǎn)。開關(guān)電路包括設(shè)于正極 線的第1開關(guān)和設(shè)于負(fù)極線的第2開關(guān)。
[0014] 通過(guò)運(yùn)樣構(gòu)成，即便交流電壓在零交叉附近，通過(guò)開關(guān)電路而形成經(jīng)由平滑電容 器的阻抗低的電流路徑，從而能夠使流過(guò)電抗器的電流容易上升，因此能夠?qū)斎腚娏鞯?波形進(jìn)行整形。
[0015] 在上述電力變換裝置中，在電抗器中電流不連續(xù)地流過(guò)。
[0016] 在上述電力變換裝置中，橋接電路的開關(guān)元件W不同的占空比被驅(qū)動(dòng)，在每個(gè)開 關(guān)周期內(nèi)，在橋接電路的上橋臂的開關(guān)元件中的任意開關(guān)元件被最初接通時(shí)，第1開關(guān)被接 通，在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，在橋接電路的下橋臂的開關(guān)元件中的任意開關(guān)元件被最初接通時(shí)， 第2開關(guān)被接通。
[0017] 在上述電力變換裝置中，在2個(gè)緩沖電容器被放電的狀態(tài)下關(guān)斷橋接電路的開關(guān) 元件。
[0018] 本發(fā)明的控制裝置為控制電力變換裝置的控制裝置，電力變換裝置包括:橋接電 路，其在多個(gè)橋臂分別設(shè)有開關(guān)元件;濾波器，其設(shè)于橋接電路的交流側(cè)，并被連接到中性 點(diǎn)；電抗器，其設(shè)于橋接電路與濾波器之間；平滑電路，其設(shè)于橋接電路的直流側(cè)；緩沖電 路，其設(shè)于橋接電路與平滑電路之間；及開關(guān)電路，其設(shè)于平滑電路與緩沖電路之間。平滑 電路包括在正極線與負(fù)極線之間串聯(lián)地連接的2個(gè)平滑電容器，2個(gè)平滑電容器之間被連接 到中性點(diǎn)。緩沖電路包括在正極線與負(fù)極線之間串聯(lián)連接的2個(gè)緩沖電容器，2個(gè)緩沖電容 器之間被連接到中性點(diǎn)。開關(guān)電路包括設(shè)于正極線的第1開關(guān)和設(shè)于負(fù)極線的第2開關(guān)?？?制裝置根據(jù)電力變換裝置的輸入電壓、輸入電流及輸出電壓而控制橋接電路和開關(guān)電路。
[0019] 通過(guò)運(yùn)樣構(gòu)成，即便交流電壓在零交叉附近，通過(guò)開關(guān)電路而形成經(jīng)由平滑電容 器的阻抗低的電流路徑，從而能夠使流過(guò)電抗器的電流容易上升，因此能夠?qū)斎腚娏鞯?波形進(jìn)行整形。
[0020] 發(fā)明效果
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的電力變換裝置及控制裝置，能夠?qū)斎腚娏鞯牟ㄐ芜M(jìn)行整形。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的PFC的結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0023] 圖2是表示控制PFC的控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0024] 圖3是用于說(shuō)明PFC的橋接電路的開關(guān)模式的圖。
[0025] 圖4是示意性地表示PFC的規(guī)定的相的輸入側(cè)的波形(交流電壓ea。的波形、輸入電 流Iac,flit的波形及在電抗器流過(guò)的電流Il的波形）的概要圖。
[0026] 圖5是用于說(shuō)明PFC的動(dòng)作的時(shí)序圖。
[0027] 圖6是放大表示在PFC的R相用的電抗器流過(guò)的電流的波形的模式圖。
[0028] 圖7是表示在PFC中形成包括負(fù)極線側(cè)的平滑電容器的電流路徑的狀態(tài)的圖。
[0029] 圖8是表示在PFC中形成包括負(fù)極線側(cè)的緩沖電容器的電流路徑的狀態(tài)的圖。
[0030] 圖9是表示在PFC中負(fù)極線側(cè)的緩沖電容器被放電的狀態(tài)的圖。
[0031] 圖10是表示在PFC中形成包括正極線側(cè)的平滑電容器的電流路徑的狀態(tài)的圖。
[0032] 圖11是表示在PFC中形成包括正極線側(cè)的緩沖電容器的電流路徑的狀態(tài)的圖。
[0033] 圖12是表示在PFC中正極線側(cè)的緩沖電容器被放電的狀態(tài)的圖。
[0034] 圖13是表示在PFC中向負(fù)載供給電力的狀態(tài)的圖。
[0035] 圖14是表示第1實(shí)施方式的PFC中的規(guī)定的相的交流電壓及輸入電流的波形的圖。
[0036] 圖15是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的逆變器的結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0037] 圖16是表示W(wǎng)往例的PFC中的規(guī)定的相的交流電壓及輸入電流的波形的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0039] (第1實(shí)施方式）
[0040] -PFC的電路結(jié)構(gòu)-
[0041] 首先，參照?qǐng)D1，對(duì)本發(fā)明的第1實(shí)施方式的PFClOO的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。另外， PFClOO是本發(fā)明的"電力變換裝置"的一例。
[0042] 如圖1所示，PFClOO包括:高頻濾波器1、電抗部2、橋接電路3、緩沖電路4、開關(guān)電路 5、平滑電路6。在該P(yáng)FC100 中，在輸入側(cè)連接有S相交流電源(系統(tǒng)電源)80，在輸出側(cè)連接 有負(fù)載90。另外，=相交流電源80例如各相被連接到中性點(diǎn)7c。
[0043] 高頻濾波器1配置在=相交流電源80與電抗部2之間，且配置在橋接電路3的交流 偵U。該高頻濾波器1是為了去除高頻的噪聲成分而設(shè)置的。高頻濾波器1包括:R相用的電抗 器Ilr及電容器12r、S相用的電抗器Ils及電容器12s、T相用的電抗器lit及電容器12t。
[0044] 具體地，在電抗器Ilr中，一端連接到=相交流電源80的R相，另一端連接到電抗部 2。在電容器1化中，電極的一方連接到電抗器Ilr的另一端，電極的另一方連接到中性點(diǎn)7c。 在電抗器Ils中，一端連接到=相交流電源80的S相，另一端連接到電抗部2。在電容器12s 中，電極的一方連接到電抗器Ils的另一端，電極的另一方連接到中性點(diǎn)7c。在電抗器lit 中，一端連接到=相交流電源80的T相，另一端連接到電抗部2。在電容器12t中，電極的一方 連接到電抗器lit的另一端，電極的另一方連接到中性點(diǎn)7c。
[0045] 電抗部2配置在高頻濾波器1與橋接電路3之間。該電抗部2是為了通過(guò)諧振而使電 流不連續(xù)而設(shè)置的。電抗部2包括:R相用的電抗器化、S相用的電抗器2 S、T相用的電抗器21。 具體地，電抗器化的一端連接到電抗器Ilr的另一端，電抗器2s的一端連接到電抗器Ils的 另一端，電抗器2t的一端連接到電抗器lit的另一端。
[0046] 橋接電路3是為了將從=相交流電源80供給的電力由交流變換成直流而供給到負(fù) 載90而設(shè)置的。該橋接電路3包括:U相橋臂3u、V相橋臂3v、W相橋臂3w、X相橋臂3x、Y相橋臂 3y、Z相橋臂3z"U相橋臂3u、V相橋臂3v及W相橋臂3w是上橋臂，X相橋臂3x、Y相橋臂3y及Z相 橋臂3z是下橋臂。由U相橋臂3u及X相橋臂3x而構(gòu)成1個(gè)支線，由V相橋臂3v及Y相橋臂3y而構(gòu) 成1個(gè)支線，由W相橋臂3w及Z相橋臂3z而構(gòu)成1個(gè)支線。
[0047]在財(cái)目橋臂3u中設(shè)有IGBTQnsulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵型雙極 晶體管)31u，并與該IGBT31U并聯(lián)地設(shè)有二極管32u。在IGBT31U中，集電極連接到正極線7a， 發(fā)射極連接到電抗器化的另一端及X相橋臂3x。在二極管3化中，陰極連接到正極線7a，陽(yáng)極 連接到電抗器化的另一端及X相橋臂3x。
[004引在V相橋臂3v中設(shè)有IGBT31V，并與該IGBT31V并聯(lián)地設(shè)有二極管32v。在IGBT31V 中，集電極連接到正極線7曰，發(fā)射極連接到電抗器2s的另一端及Y相橋臂3y。在二極管32v 中，陰極連接到正極線7a，陽(yáng)極連接到電抗器2s的另一端及Y相橋臂巧。
[0049] 在W相橋臂3w中設(shè)有IGBT31W，并與該IGBT31W并聯(lián)地設(shè)有二極管32w。在IGBT31W 中，集電極連接到正極線7曰，發(fā)射極連接到電抗器2t的另一端及Z相橋臂3z。在二極管32w 中，陰極連接到正極線7a，陽(yáng)極連接到電抗器2t的另一端及Z相橋臂3z。
[(K)加]在X相橋臂3x中設(shè)有IGBT31X，并與該IGBT31X并聯(lián)地設(shè)有二極管32x。在IGBT31X 中，集電極連接到電抗器化的另一端及U相橋臂3u，發(fā)射極連接到負(fù)極線7b。在二極管32x 中，陰極連接到電抗器化的另一端及U相橋臂3u，陽(yáng)極連接到負(fù)極線化。
[0化1]在Y相橋臂3y中設(shè)有IGBT31y，并與該IGBT31y并聯(lián)地設(shè)有二極管32y。在IGBT31y 中，集電極連接到電抗器2s的另一端及V相橋臂3v，發(fā)射極連接到負(fù)極線7b。在二極管32y 中，陰極連接到電抗器2s的另一端及V相橋臂3v，陽(yáng)極連接到負(fù)極線化。
[0化2] 在Z相橋臂3z中設(shè)有IGBT31Z，并與該IGBT31Z并聯(lián)地設(shè)有二極管32z。在IGBT31Z 中，集電極連接到電抗器2t的另一端及W相橋臂3w，發(fā)射極連接到負(fù)極線7b。在二極管32z 中，陰極連接到電抗器2t的另一端及W相橋臂3w，陽(yáng)極連接到負(fù)極線化。
[0053]另外，16813111、31乂、31巧、31義、317及3^為本發(fā)明的。開關(guān)元件"的一例。
[0054] 緩沖電路4配置在橋接電路3與開關(guān)電路5之間。該緩沖電路4作用為吸收過(guò)渡性的 高電壓的保護(hù)電路。緩沖電路4包括在正極線7a與負(fù)極線7b之間串聯(lián)連接的2個(gè)緩沖電容器 41a及4化。在緩沖電容器41a及4化之間連接有中性點(diǎn)7c。
[0055] 在緩沖電容器41a中并聯(lián)連接有二極管42a。在該二極管4^1中，陰極連接到正極線 7曰，陽(yáng)極連接到中性點(diǎn)7c。另外，在緩沖電容器41b并聯(lián)連接有二極管42b。在該二極管42b 中，陰極連接到中性點(diǎn)7c，陽(yáng)極連接到負(fù)極線化。
[0056] 開關(guān)電路5配置在緩沖電路4與平滑電路6之間。該開關(guān)電路5是為了形成后述的經(jīng) 由平滑電容器6a或化的阻抗低的電流路徑而設(shè)置的。另外，對(duì)此將在后面詳述。
[0化7] 開關(guān)電路5包括設(shè)于正極線7a的IGBTSla和與IGBTSla并聯(lián)地設(shè)置的二極管52曰。在 IGBTSla中，發(fā)射極連接到緩沖電路4,集電極連接到平滑電路6。在二極管52a中，陽(yáng)極連接 到緩沖電路4,陰極連接到平滑電路6。另外，IGB巧Ia是本發(fā)明的"第1開關(guān)"的一例。
[005引另外，開關(guān)電路5包括設(shè)于負(fù)極線7b的IGBT5化和與IGBT5化并聯(lián)地設(shè)置的二極管 52b。在IGBT51 b中，集電極連接到緩沖電路4，發(fā)射極連接到平滑電路6。在二極管52b中，陰 極連接到緩沖電路4,陽(yáng)極連接到平滑電路6。另外，IGB巧化為本發(fā)明的"第2開關(guān)"的一例。
[0059] 平滑電路6配置在開關(guān)電路5與負(fù)載90之間，且配置在橋接電路3的直流側(cè)。該平滑 電路6是為了將橋接電路3的輸出平滑化而設(shè)置的。平滑電路6包括在正極線7a與負(fù)極線7b 之間串聯(lián)連接的2個(gè)平滑電容器6a及化。在平滑電容器6a及6b之間連接有中性點(diǎn)7c。平滑電 容器6a及化例如為電解電容器，電容比緩沖電容器41a及4化更大。
[0060] 該P(yáng)FClOO通過(guò)后述的控制裝置200而控制橋接電路3及開關(guān)電路5,從而進(jìn)行動(dòng)作。
[0061] -PFC的控制裝置-
[0062] 接著，參照?qǐng)D1~圖3,對(duì)控制上述的PFClOO的控制裝置200的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
[0063] 控制裝置200構(gòu)成為如下：生成PWM信號(hào)而驅(qū)動(dòng)橋接電路3的IGBT31u、31v、31w、 31x、31y及31z，并根據(jù)PWM信號(hào)而驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路5的IGBTSla及5化。
[0064] 在此，圖3表示橋接電路3的開關(guān)模式。如圖3所示，從=相交流電源80輸出正弦波 的交流電壓日3。-1^、日3別及日3。-1。并且，控制裝置200構(gòu)成為在各相的交流電壓為正的情況下驅(qū) 動(dòng)對(duì)應(yīng)的下橋臂的IGBT，而在各相的交流電壓為負(fù)的情況下驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的上橋臂的IGBT。即， 與交流電壓對(duì)應(yīng)地選擇各支線的上橋臂或下橋臂，并對(duì)該選擇的3個(gè)IGBT進(jìn)行脈沖驅(qū)動(dòng)。
[0065] 例如，在圖3的期間T1中，時(shí)目的交流電壓eac-R及T相的交流電壓eac-T為正，S相的交 流電壓eac-s為負(fù)。此時(shí)，在與R相對(duì)應(yīng)的支線中，作為上橋臂的U相橋臂3u的IGBT31uW截止 狀態(tài)被固定，作為下橋臂的X相橋臂3x的IGBT31XW開關(guān)頻率(載波頻率)被脈沖驅(qū)動(dòng)。另外， 在與S相對(duì)應(yīng)的支線中，作為上橋臂的V相橋臂3v的IGBT31vW開關(guān)頻率被脈沖驅(qū)動(dòng)，作為下 橋臂的Y相橋臂3y的IGBT31yW截止?fàn)顟B(tài)被固定。另外，在與T相對(duì)應(yīng)的支線中，作為上橋臂 的W相橋臂3w的IGBT31wW截止?fàn)顟B(tài)被固定，作為下橋臂的Z相橋臂3z的IGBT31zW開關(guān)頻率 被脈沖驅(qū)動(dòng)。另外，關(guān)于被脈沖驅(qū)動(dòng)的IGBT31x、31v及31z的占空比（相對(duì)開關(guān)頻率的周期的 導(dǎo)通期間）將在后面進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0066] 如圖2所示，控制裝置200具備：CPU201、R0M202、RAM203、輸入接口 204、輸出接口 205。
[0067] CPU201執(zhí)行存儲(chǔ)于R0M202的程序等。在R0M202中存儲(chǔ)有程序、在執(zhí)行該程序時(shí)所 使用的設(shè)定值等。RAM203具備臨時(shí)地存儲(chǔ)傳感器的檢測(cè)結(jié)果等的功能。
[0068] 在輸入接口 204連接有輸入電壓傳感器211、輸入電流傳感器212及輸出電壓傳感 器213,在輸出接口 205連接有橋接電路3及開關(guān)電路5的各IGBT的柵極。在輸入接口 204輸入 各傳感器的檢測(cè)結(jié)果，從輸出接口 205輸出驅(qū)動(dòng)各IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0069] 輸入電壓傳感器211是為了檢測(cè)從=相交流電源80輸出的各相的交流電壓(輸入 電壓)eac而設(shè)置的。具體地，輸入電壓傳感器211分別檢測(cè)時(shí)目的交流電壓eac-R、S相的交流電 壓Gac-S及T相的交流電壓eac-T。
[0070] 輸入電流傳感器212是為了檢測(cè)輸入到PFClOO的高頻濾波器1的各相的輸入電流 Iac, filt而設(shè)置的。具體地，輸入電流傳感器212分別檢測(cè)時(shí)目的輸入電流Iac, filt-R、S相的輸入 電流Iac, f ilt-S及T相的輸入電流Iac, f ilt-T。
[0071] 輸出電壓傳感器213是為了檢測(cè)從PFClOO輸出到負(fù)載90的輸出電壓Vd。而設(shè)置的。
[0072] 并且，控制裝置200根據(jù)輸入電壓傳感器211的檢測(cè)結(jié)果而選擇驅(qū)動(dòng)橋接電路3的 IGBT，并根據(jù)輸入電壓傳感器211、輸入電流傳感器212及輸出電壓傳感器213的檢測(cè)結(jié)果而 生成驅(qū)動(dòng)所選擇的IGBT的PWM信號(hào)。
[0073] 具體地，控制裝置200在每個(gè)開關(guān)周期，根據(jù)交流電壓eac-R而選擇IGBT31U或31x， 并W由W下的式（1)而計(jì)算的占空比來(lái)驅(qū)動(dòng)該選擇的IGBT31U或31x。
[0074] [數(shù)學(xué)式。
[0075]
I)
[0076] 巧外，巧巧（I)中，Duty_Pux刃所選掙的IGBT3 Iu或3 lx的占空比。lac, f iit-R[ A]是從R 相向高頻濾波器I輸入的輸入電流，Lres〇-R[H]是電抗器化的電感。fsw[Hz]是開關(guān)頻率，Vdc
[V]是PFClOO的輸出電壓。eac-R[V]是R相的交流電壓，0R[rad]是R相的交流電壓的相位。
[0077] 另外，控制裝置200在每個(gè)開關(guān)周期，根據(jù)交流電壓eac-s而選擇IGBT31V或31y，并 W由W下的式(2)而計(jì)算的占空比來(lái)驅(qū)動(dòng)該選擇的IGBT31V或31y。
[0078] [數(shù)學(xué)式2]
[00巧]
* * ' {資}
[0080] 另外，在式（2)中，Duty_Pvy為所選擇的IGBT31V或31y的占空比。Iac,fiit-s[A]是從S 相向高頻濾波器1輸入的輸入電流。Lreso-S陽(yáng)]是電抗器2s的電感，具備與電抗器化幾乎相同 的值。eac-s[V]是S相的交流電壓，0s[rad]是S相的交流電壓的相位。
[0081] 另外，控制裝置200在每個(gè)開關(guān)周期，根據(jù)交流電壓eac-T而選擇IGBT31W或31z，并 W由W下的式(3)而計(jì)算的占空比來(lái)驅(qū)動(dòng)該選擇的IGBT31W或31z。
[0082] [數(shù)學(xué)式3]
[0083] * * ? ( 3 )
[0084] 力yr，化;EU3 J T，uuty_Fwz刃尸ZT迎許的化m 3iW現(xiàn)3iZ的白至比。Iac,fiit-T[A]是從T 相向高頻濾波器1輸入的輸入電流。keso-T陽(yáng)]是電抗器2t的電感，具備與電抗器化及2s幾乎 相同的值。eaE-T[V]是T相的交流電壓，0T[rad]是T相的交流電壓的相位。
[0085] 如上所述，在第1實(shí)施方式中，橋接電路3的被選擇的IGBTW不同的占空比被驅(qū)動(dòng)。
[0086] 另外，控制裝置200根據(jù)P歷信號(hào)而驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路5的IGBTSla及5化。具體地，控制 裝置200在每個(gè)開關(guān)周期，當(dāng)上橋臂的IGBT31u、31v及31w的任意一個(gè)最初被接通時(shí)，使 IGB巧Ia接通。另外，控制裝置200在每個(gè)開關(guān)周期，當(dāng)下橋臂的IGBT31x、31y及31z的任意一 個(gè)最初被接通時(shí)，使IGBT5化接通。另外，所接通的IGBTSla及5化分別在經(jīng)過(guò)規(guī)定的期間之 后被關(guān)斷。
[0087] -PFC 的動(dòng)作-
[0088] 接著，參照?qǐng)D1~圖13,對(duì)通過(guò)控制裝置200而控制的PFClOO的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
[0089] 首先，作為PFClOO的動(dòng)作的整體的流程，從S相交流電源80向PFClOO輸出圖3所示 的正弦波的交流電壓eac-R、eac-S及eac-T。此時(shí)，在每個(gè)開關(guān)周期，通過(guò)控制裝置200而驅(qū)動(dòng) PFClOO的橋接電路3及開關(guān)電路5。并且，反復(fù)進(jìn)行圖3的期間Tl~T6。另外，開關(guān)周期被預(yù)先 設(shè)定，該開關(guān)周期是比期間Tl等短的期間。
[0090] 在此，通過(guò)控制裝置200進(jìn)行控制，W使PFC100WDCM(電流不連續(xù)模式)進(jìn)行動(dòng)作。 如圖4所示，DCM是發(fā)生流過(guò)電抗器化、2s及2t的電流在每個(gè)開關(guān)周期變成零的期間的動(dòng)作 模式。另外，在圖4中，為了便于觀察，僅示出了PFClOO的輸入側(cè)的1相。另外，在PFClOO中，橋 接電路3的被選擇的IGBT W不同的占空比被驅(qū)動(dòng)。
[0091] 接著，對(duì)PFClOO的動(dòng)作進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。另外，下面，W圖3的期間Tl的初期的開關(guān)周 期為一例進(jìn)行說(shuō)明。即，對(duì)R相的交流電壓eac-R在零伏特附近時(shí)的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
[0092] 首先，通過(guò)控制裝置200,并根據(jù)輸入電壓傳感器211的檢測(cè)結(jié)果，選擇各支線被驅(qū) 動(dòng)的IGBT。在期間Tl中，時(shí)目的交流電壓eac-R及T相的交流電壓eac-T為正，S相的交流電壓eac-S 為負(fù)，由此選擇IGBT31x、31v及31z。
[0093] 并且，通過(guò)控制裝置200,并根據(jù)輸入電壓傳感器211、輸入電流傳感器212及輸出 電壓傳感器213的檢測(cè)結(jié)果，由上述的式（1)而計(jì)算IGBT31X的占空比。另外，通過(guò)控制裝置 200,并根據(jù)輸入電壓傳感器211、輸入電流傳感器212及輸出電壓傳感器213的檢測(cè)結(jié)果，由 上述的式（2)而計(jì)算IGBT31V的占空比。另外，通過(guò)控制裝置200,并根據(jù)輸入電壓傳感器 211、輸入電流傳感器212及輸出電壓傳感器213的檢測(cè)結(jié)果，由上述的式(3)而計(jì)算IGBT31Z 的占空比。
[0094] 并且，如圖5所示，在控制裝置200中在開關(guān)頻率下生成銀齒波，關(guān)斷IGBT31x、31v 及31z的時(shí)機(jī)與銀齒波的終端匹配。在此，由于IGBT31x、31v及31z的占空比不同，因此接通 168131義、31￥及3^的時(shí)機(jī)變得不同。
[00M]另外，在圖5的例子中，在上橋臂中僅接通IGBT31V，因此與接通該IGBT31V的時(shí)機(jī) 匹配地接通IGBT51a。另外，在下橋臂中接通IGBT31X及31z，但由于IGBT31X最初被接通，因 此與接通該IGBT31X的時(shí)機(jī)匹配地接通IGBT5化。
[0096] 接著，按照?qǐng)D5的時(shí)序圖，對(duì)開關(guān)周期中的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
[0097] 首先，在時(shí)刻11，接通IGBT31X及51 b。由此，如圖7所示，形成從電抗器2r經(jīng)由 IGBT31x、5化、平滑電容器6b及中性點(diǎn)7c而回流到S相的電流路徑P1。之后，當(dāng)接通IGBT31Z 時(shí)，來(lái)自電抗器2t的電流經(jīng)由IGBT31Z而在負(fù)極線化被合流。
[0098] 在此，在電流路徑Pl中配置有電容大且WVdc/2被充電的平滑電容器化。因此，能夠 降低電流路徑Pl的阻抗，因此即便R相的交流電壓eac-R在零伏特附近，也容易使在電抗器化 流過(guò)的電流IL-R(參照?qǐng)D6)上升。即，通過(guò)將平滑電容器6b用作電源，從而能夠促進(jìn)電抗器 化的電流Il-R。
[0099] 換言之，在W往的PFC中，在交流電壓在零伏特附近時(shí)，由于電抗器的電流難W上 升而在輸入電流中發(fā)生失真，而在第1實(shí)施方式中，即便交流電壓eac-R在零伏特附近，通過(guò) 形成包括平滑電容器6b的阻抗低的電流路徑Pl，從而能夠使電抗器化的電流Il-R容易上升。 即，即便交流電壓eac-R在零伏特附近，通過(guò)適當(dāng)控制電抗器化的電流Il-R,從而能夠?qū)斎?電流IaE,filt-R的波形進(jìn)行整形。
[0100] 另外，PFClOO WDCM(電流不連續(xù)模式)進(jìn)行動(dòng)作，在接通IGBT31X及5化時(shí)，在電抗 器化不流過(guò)電流，因此變成ZCS(零電流開關(guān)）。另外，在接通IGBT31Z時(shí)，在電抗器2t不流過(guò) 電流，因此變成ZCS。
[0101] 接著，在圖5的時(shí)刻t2, IGBTSlb被關(guān)斷。由此，如圖8所示，形成從電抗器化經(jīng)由 IGBT31X、負(fù)極線7b、緩沖電容器41b及中性點(diǎn)7c而回流到S相的電流路徑P2。另外，來(lái)自電抗 器2t的電流經(jīng)由IGBT31Z而在負(fù)極線化被合流。
[0102] 由此，緩沖電容器41b被放電。在此，如圖6所示，在時(shí)刻t2,成為電流流過(guò)的狀態(tài)， 因此與W開始流過(guò)的較少的電流放電的W往的情況相比，能夠在短時(shí)間內(nèi)完成放電。之后， 如圖9所示，當(dāng)完成放電時(shí)，形成從電抗器化經(jīng)由IGBT31X、負(fù)極線7b、二極管42b及中性點(diǎn)7c 而回流到S相的電流路徑P3。另外，來(lái)自電抗器2t的電流經(jīng)由IGBT31Z而在負(fù)極線化被合流。
[0103] 接著，在時(shí)刻t3，IGBT31v及51a被接通。由此，如圖10所示，在電流路徑P3的基礎(chǔ) 上，還形成從中性點(diǎn)7c分支并經(jīng)由平滑電容器6a、IGB巧Ia及IGBT31V而流過(guò)電抗器2s的電 流路徑P4。另外，當(dāng)接通IGBT31V及51a時(shí)，在電抗器2s不流過(guò)電流，因此變成ZCS(零電流開 關(guān))。
[0104] 之后，在圖5的時(shí)刻t4，IGBT51 a被關(guān)斷。由此，如圖11所示，在電流路徑P3的基礎(chǔ) 上，形成從中性點(diǎn)7c分支并經(jīng)由緩沖電容器41曰、正極線7a、IGBT31v而流過(guò)電抗器2s的電流 路徑P5。
[0105] 由此，緩沖電容器41 a被放電。之后，如圖12所示，當(dāng)完成放電時(shí)，在電流路徑P3的 基礎(chǔ)上，還形成從中性點(diǎn)7c分支并經(jīng)由二極管42曰、正極線7a、IGBT31v而流過(guò)電抗器2s的電 流路徑P6。另外，根據(jù)阻抗，也可W代替運(yùn)些路徑而使來(lái)自電抗器化的電流經(jīng)由二極管32U、 正極線7a及IGBT31V而流入電抗器2s或經(jīng)由IGBT31X、負(fù)極線7b及二極管32y而流入電抗器 2s。另外，在來(lái)自電抗器2t的電流的情況下也相同。
[0106] 接著，在圖5的時(shí)刻巧，IGBT31x、31v及31z被關(guān)斷。另外，當(dāng)IGBT31x、31v及31z被關(guān) 斷時(shí)，緩沖電容器41a及4化被放電，各支線之間變成零伏特，因此成為ZVS(零電壓開關(guān)）。
[0107] 并且，如圖13所示，當(dāng)IGBT31x、31v及31z被關(guān)斷時(shí)，電流從電抗器化經(jīng)由二極管 3化及52a而流向負(fù)載90側(cè)，并且電流從電抗器2t經(jīng)由二極管32w及52a而流向負(fù)載90側(cè)。另 夕h電流從負(fù)載90側(cè)經(jīng)由二極管52b及32y而流向電抗器2s。此時(shí)，緩沖電容器41a及4化被充 電，過(guò)渡性的高電壓被吸收。
[0108] 之后，如圖6所示，在電抗器化、2s及2t不流過(guò)電流。并且，W開關(guān)頻率反復(fù)進(jìn)行運(yùn) 樣的動(dòng)作。
[0109] 另外，在上述的例子中，下橋臂的IGBT31X比上橋臂的IGBT31V先被接通，因此通過(guò) IGB巧化的接通而促進(jìn)電流化-R，而在上橋臂的IGBT比下橋臂的IGBT先被接通的情況下，通 過(guò)IGBTSla的接通而促進(jìn)電流。即，根據(jù)從S相交流電源80供給的交流電壓eac-R、eac-S及Gac-T 的狀況，具有通過(guò)IGBT5化及平滑電容器6b而促進(jìn)電流的情況和通過(guò)IGBTSla及平滑電容器 6a而促進(jìn)電流的情況。
[0110] -効果-
[0111] 如上述，在第1實(shí)施方式中具備:在正極線7a與負(fù)極線7b之間串聯(lián)連接的2個(gè)緩沖 電容器41a及4化、在正極線7a與負(fù)極線7b之間串聯(lián)連接的2個(gè)平滑電容器6a及6b、設(shè)于緩沖 電容器41a與平滑電容器6a之間的正極線7a的IGBT51a、及設(shè)于緩沖電容器4化與平滑電容 器6b之間的負(fù)極線7b的IGBT5化。并且，在緩沖電容器41a及4化之間連接有中性點(diǎn)7c，在平 滑電容器6a及化之間連接有中性點(diǎn)7c。
[om] 通過(guò)運(yùn)樣構(gòu)成，即便交流電壓eac-R(eac-S，eac-T)在零交叉附近，但通過(guò)IGBTSlb (51a)而形成經(jīng)由平滑電容器化(6a)的阻抗低的電流路徑P1，從而使在電抗器化(2s，2t)流 過(guò)的電流容易上升，因此如圖14所示，能夠?qū)斎腚娏?3。^化-[?(13。^化-5，13。^111；-1')的波形 進(jìn)行整形。即，能夠降低T皿。
[0113] 另外，在第1實(shí)施方式中，在電流流過(guò)的狀態(tài)下緩沖電容器41b(41a)被放電，從而 與W開始流過(guò)的較少的電流放電的W往的情況相比，能夠W短時(shí)間完成放電。由此，也能夠 使輸入電流13。,:化-[?(13。,:111；-5，13。,:111；-1')的波形不容易失真。
[0114] 另外，在第1實(shí)施方式中，使PFC100WDCM進(jìn)行動(dòng)作，由此能夠使IGBT31x、31v及31z (31u，31y，31w)的接通變成ZCS，因此能夠降低開關(guān)損耗。
[0115] 另外，在第1實(shí)施方式中，在緩沖電容器41a及41b被放電的狀態(tài)下關(guān)斷IGBT31X、 31v及3^(3111，317,31*)，從而變成2￥5，因此能夠降低開關(guān)損耗。
[0116] (第2實(shí)施方式）
[0117] 下面，參照?qǐng)D15,對(duì)本發(fā)明的第2實(shí)施方式的逆變器300進(jìn)行說(shuō)明。另外，逆變器300 是本發(fā)明的"電力變換裝置"的一例。
[0118] 在逆變器300中，在輸入側(cè)連接有直流電源301，在輸出側(cè)連接有=相交流電源(系 統(tǒng)電源)80。即，在逆變器300中，輸出及輸入方向與第1實(shí)施方式的PFClOO相反。另外，逆變 器300的電路結(jié)構(gòu)與PFClOO相同。
[0119] 在第2實(shí)施方式中，計(jì)算PWM信號(hào)的占空比的計(jì)算式與第1實(shí)施方式不同。
[0120] 具體地，由W下的式(4)來(lái)計(jì)算用于驅(qū)動(dòng)IGBT31U或31x的占空比。
[0121] [數(shù)學(xué)式4]
[0122]
? * . (4)
[0123] 另外，在式(4)中，Duty_Iux為所選擇的IGBT31U或31x的占空比。Iac,fiit-R[A]是向R 相輸出的輸出電流，Vd。[V]是直流電源301的電壓。
[0124] 另外，由W下的式(5)來(lái)計(jì)算用于驅(qū)動(dòng)IGBT31V或31y的占空比。
[0125] 「猶舉式51
[0126]
* * - ( B)
[0127] 另外，在式巧）中，DutyJvy為所選擇的IGBT31V或31y的占空比。Iac,fiit-s[A]是向S 相輸出的輸出電流，Vd。[V]是直流電源301的電壓。
[0128] 另外，由W下的式(6)來(lái)計(jì)算用于驅(qū)動(dòng)IGBT31W或31z的占空比。
[0129] [數(shù)學(xué)式6]
[0130]
' ?.（授）
[0131 ]另外，在式(6)中，Duty_Iwz為所選擇的IGBT31W或31z的占空比。Iac,fiit-T[A]是向T 相輸出的輸出電流，Vd。[V]是直流電源301的電壓。
[0132] 在第2實(shí)施方式中能夠獲得可實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的逆變器300。
[0133] (其他實(shí)施方式）
[0134] 另外，本次公開的實(shí)施方式在所有的方面均為例示，不應(yīng)W此進(jìn)行限定性的解釋。 因此，本發(fā)明的技術(shù)范圍應(yīng)根據(jù)權(quán)利要求書的記載而進(jìn)行劃定，不應(yīng)僅根據(jù)上述的實(shí)施方 式而進(jìn)行解釋。另外，本發(fā)明的技術(shù)范圍包括與權(quán)利要求書均等的意思及范圍內(nèi)的所有的 變更。
[0135] 例如，在第1實(shí)施方式中示出了 PFClOO為S相用的例子，但本發(fā)明不限于此，PFC可 W是單向用。另外，在第2實(shí)施方式的逆變器300的情況下也相同。
[0136] 另外，在第1及第2實(shí)施方式中示出了在U相橋臂3u設(shè)有IGBT31U及二極管3化的例 子，但本發(fā)明不限于此，也可W在U相橋臂設(shè)置反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)。另外，在V相橋臂、W 相橋臂、X相橋臂、Y相橋臂、Z相橋臂的情況下也相同。同樣，可W代替IGBTSla及二極管52a 而設(shè)置反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)，也可W代替IGBT5化及二極管52b而設(shè)置反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體 開關(guān)。
[0137] 另外，在第1實(shí)施方式中示出了在每個(gè)開關(guān)周期始終驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路5的例子，但本 發(fā)明不限于此，也可W在交流電壓63。-1^、63別或63。-1在零交叉附近時(shí)驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路5,而在其 他情況下(在交流電壓eac-R、63別及日3。-1不在零交叉附近時(shí))不驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路5。
[0138] 另外，在第1實(shí)施方式中示出了在開關(guān)周期中將IGBTSla及51b運(yùn)兩者在不同的時(shí) 機(jī)接通的例子，但本發(fā)明不限于此，在開關(guān)周期內(nèi)IGBTSla及5化的一方先被接通的情況下， 也可W不驅(qū)動(dòng)另一方。
[0139] 另外，在第1實(shí)施方式中作為促進(jìn)電流的電源使用了平滑電容器6a及6b，但本發(fā)明 不限于此，也可W另設(shè)促進(jìn)電流的電源。
[0140] 產(chǎn)業(yè)上的利用可能性
[0141] 本發(fā)明可利用于電力變換裝置及控制該電力變換裝置的控制裝置。
[0142] (符號(hào)的說(shuō)明）
[0143] 1高頻濾波器(濾波器）
[0144] 2r，2s，2t 電抗器
[0145] 3橋接電路
[0146] 3u財(cái)目橋臂(橋臂）
[0147] 3v V相橋臂(橋臂）
[014引3w W相橋臂(橋臂）
[0149] 3x X相橋臂(橋臂）
[0150] 巧Y相橋臂(橋臂）
[0151] 3z Z相橋臂(橋臂）
[0152] 31u，31v，31w，31x，31y，31z IGBT(開關(guān)元件）
[0153] 4緩沖電路
[0154] 41a，4化緩沖電容器
[0155] 5開關(guān)電路
[0156] 51a IGBT(第 1 開關(guān)）
[0157] 5化 IGBT(第2開關(guān)）
[015引 6平滑電路
[0159] 6日，化平滑電容器
[0160] 7a正極線
[0161] 7b負(fù)極線
[0162] 7c中性點(diǎn)
[0163] 100 PFC(電力變換裝置）
[0164] 200控制裝置
[0165] 300逆變器(電力變換裝置）
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電力變換裝置，其特征在于，其包括： 橋接電路，其在多個(gè)橋臂分別設(shè)有開關(guān)元件； 濾波器，其設(shè)于上述橋接電路的交流側(cè)，連接到中性點(diǎn)； 電抗器，其設(shè)于上述橋接電路與上述濾波器之間； 平滑電路，其設(shè)于上述橋接電路的直流側(cè)； 緩沖電路，其設(shè)于上述橋接電路與上述平滑電路之間；及 開關(guān)電路，其設(shè)于上述平滑電路與上述緩沖電路之間， 上述平滑電路包括2個(gè)平滑電容器，上述2個(gè)平滑電容器之間被連接到上述中性點(diǎn)，該2 個(gè)平滑電容器串聯(lián)連接在正極線與負(fù)極線之間， 上述緩沖電路包括2個(gè)緩沖電容器，上述2個(gè)緩沖電容器之間被連接到上述中性點(diǎn)，該2 個(gè)緩沖電容器串聯(lián)連接在上述正極線與上述負(fù)極線之間， 上述開關(guān)電路包括設(shè)于上述正極線的第1開關(guān)和設(shè)于上述負(fù)極線的第2開關(guān)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其特征在于， 該電力變換裝置構(gòu)成為，在上述電抗器中電流不連續(xù)地流過(guò)。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， 上述橋接電路的開關(guān)元件以不同的占空比被驅(qū)動(dòng)， 在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，在上述橋接電路的上橋臂的開關(guān)元件中的任意開關(guān)元件最初被接 通時(shí)，上述第1開關(guān)被接通， 在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，在上述橋接電路的下橋臂的開關(guān)元件中的任意開關(guān)元件最初被接 通時(shí)，上述第2開關(guān)被接通。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的電力變換裝置，其特征在于， 該電力變換裝置構(gòu)成為，在上述2個(gè)緩沖電容器被放電的狀態(tài)下關(guān)斷上述橋接電路的 開關(guān)元件。5. -種控制電力變換裝置的控制裝置，其特征在于， 上述電力變換裝置包括： 橋接電路，其在多個(gè)橋臂分別設(shè)有開關(guān)元件； 濾波器，其設(shè)于上述橋接電路的交流側(cè)，連接到中性點(diǎn)； 電抗器，其設(shè)于上述橋接電路與上述濾波器之間； 平滑電路，其設(shè)于上述橋接電路的直流側(cè)； 緩沖電路，其設(shè)于上述橋接電路與上述平滑電路之間；及 開關(guān)電路，其設(shè)于上述平滑電路與上述緩沖電路之間， 上述平滑電路包括2個(gè)平滑電容器，上述2個(gè)平滑電容器之間被連接到上述中性點(diǎn)，該2 個(gè)平滑電容器串聯(lián)連接在正極線與負(fù)極線之間， 上述緩沖電路包括2個(gè)緩沖電容器，上述2個(gè)緩沖電容器之間被連接到上述中性點(diǎn)，該2 個(gè)緩沖電容器串聯(lián)連接在上述正極線與上述負(fù)極線之間， 上述開關(guān)電路包括設(shè)于上述正極線的第1開關(guān)和設(shè)于上述負(fù)極線的第2開關(guān)， 根據(jù)上述電力變換裝置的輸入電壓、輸入電流及輸出電壓而控制上述橋接電路和上述 開關(guān)電路。
【文檔編號(hào)】H02M7/12GK105940599SQ201580006755
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2015年2月19日
【發(fā)明人】兵頭貴志, 加藤修平
【申請(qǐng)人】歐姆龍株式會(huì)社