功率轉換裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及即使交流電源發生電壓變動并且交流電源發生停電也能向負載提供 穩定的電壓的功率轉換裝置。
【背景技術】
[0002] 圖17是用于說明專利文獻1所公開的常時逆變器供電方式的功率轉換裝置的圖。 該功率轉換裝置將交流電源的電壓暫時轉換成直流電壓，并再次將直流電壓轉換成交流電 壓來提供給負載。 圖中，1為單相交流電源，2為電容器，3為整流器電路，4為逆變器電路，5為濾波電路， 6為負載。電容器2連接在交流電源1的兩端。
[0003] 整流器電路3的交流輸入端子與交流電源1的一端相連接。在整流器電路3內， 電抗器L的一端與交流輸入端子相連接。電抗器L的另一端連接至由開關元件Qp、Qn串 聯連接而構成的開關元件串聯電路的連接中點。開關元件串聯電路的兩端連接有由電容器 Cp、Cn串聯連接而構成的電容器串聯電路。電容器串聯電路的連接中點與交流電源1的另 一端相連接。整流器電路3通過使開關元件Qp、Qn導通或斷開來對交流電源1的電壓進行 整流，并將電容器Cp、Cn充電至規定電壓。分別被充電至規定電壓的電容器Cp、Cn形成直 流電源。
[0004] 逆變器電路4由串聯連接的開關元件Ql、Q2構成。逆變器電路4與整流器電路3 的直流輸出端子相連接。逆變器電路4通過使開關元件Q1、Q2導通或斷開，將由電容器Cp、 Cn構成的直流電源的電壓轉換為交流電壓。
[0005] 濾波電路5由電抗器Lf 1與電容器Cf 1串聯連接來構成。濾波電路5的一端連接 至開關元件Ql、Q2的連接中點。濾波電路5的另一端連接至電容器串聯電路的連接中點。 濾波電路5從逆變器電路4輸出的交流電壓中去除高頻分量。 負載6的一端連接至電抗器Lfl與電容器Cfl的連接點。負載6的另一端與交流電源 1的另一端相連接。從逆變器電路4輸出的交流電壓經由濾波電路5提供給負載6。
[0006] 圖18是用于說明專利文獻2所公開的不間斷工業供電方式的功率轉換裝置的圖。 圖中，在交流電源1與負載之間串聯連接有開關7和變壓器8的二次繞組。整流器電 路3、逆變器電路4、濾波電路5以及電容器2各自之間的連接關系都與圖17的實施方式相 同。并且，整流器電路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 聯電路的連接中點與交流電源1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Lf 1與電容器Cf 1的連接點與負載6的一端相連接。
[0007] 該功率轉換裝置在交流電源1正常時將交流電源1的電壓提供給負載。而且，當 交流電源1的電壓下降時，整流器電路3使開關元件Qp、Qn導通或斷開。通過這樣的動作， 使得在變壓器8的一次側產生用于補償交流電源1的電壓下降量的補償電壓。該補償電壓 經由變壓器8而疊加于交流電源1的電壓。然后，將在交流電源1的電壓上疊加了補償電 壓后的電壓提供給負載6。在該情況下，電容器串聯電路的充電由逆變器電路4來進行。 另外，當交流電源1發生停電時，開關7被斷開。然后，逆變器電路4使開關元件Ql、 Q2導通或斷開，將電容器串聯電路的直流電壓轉換為交流電壓并提供給負載6。 現有技術文獻 專利文獻
[0008] 專利文獻1 :日本專利特開平7-337036號公報 專利文獻2 :日本專利特開平11-178216號公報
【發明內容】
發明所要解決的技術問題
[0009] 然而，圖17所示的功率轉換裝置在每次向負載6提供交流電壓時，都需要整流器 電路3和逆變器電路4。并且，流過負載的電流至少要通過整流器電路3和逆變器電路4各 自的開關元件各一次。因此，整流器電路3和逆變器電路4中均會產生導通損耗。另外，當 整流器電路3和逆變器電路4的開關元件進行導通或斷開動作時，要向各個開關元件施加 由電容器Cp和Cn構成的直流電源的電壓。因此，在各個開關元件上會產生與直流電源的 電壓值相對應的開關損耗。 因而，專利文獻1所公開的技術中，由開關元件的導通損耗及開關損耗構成的功耗會 變大。如果開關元件的功耗較大，則會導致功率轉換裝置的轉換效率降低的問題。
[0010] 而在圖18所示的功率轉換裝置中，為了補償交流電源1的電壓下降，需要設置變 壓器8。變壓器8需要在工業用頻率下進行動作，因此尺寸較大。而且，圖18所示的功率轉 換裝置在交流電源1發生停電時，通過對整流器電路3和逆變器電路4的動作進行切換，來 向負載6提供規定的交流電壓。 因而，專利文獻2所公開的技術中，需要使用大型的工頻變壓器，從而具有導致功率轉 換裝置的尺寸變大的問題。此外，伴隨著整流器電路3與逆變器電路4的動作切換，存在對 交流輸出電壓產生干擾的問題。
[0011] 本發明是為了解決上述現有技術存在的問題而完成的。即，本發明的目的在于提 供一種在交流電源的電壓下降時、以及交流電源停電時也能在不產生干擾的情況下輸出交 流電壓的功率轉換裝置。本發明的目的還在于提供一種能夠降低功耗的功率轉換裝置。本 發明的目的還在于提供一種在進行電壓補償動作時不需要使用用于疊加電壓的工頻變壓 器的功率轉換裝置。 解決技術問題所采用的技術方案
[0012] 為了實現上述目的，本發明應用于具有由開關元件串聯電路和第一及第二雙向開 關構成的逆變器電路的功率轉換裝置。逆變器電路的輸入電源是如下所述的直流電源串聯 電路：即，將交流電源和第一及第二直流電源串聯連接，且該串聯連接點即中性點端子連接 至交流電源的一端。逆變器電路的第一輸出端子是開關元件串聯電路的串聯連接點，第二 輸出端子是中性點端子。
[0013] 開關元件串聯電路由正側開關元件和負側開關元件串聯連接而成。開關元件串聯 電路連接在直流電源串聯電路的正側端子和負側端子之間。第一雙向開關由第一開關元件 和第二開關元件反向并聯連接或者反向串聯連接而成。第一雙向開關連接在交流電源的另 一端與第一輸出端子之間。第二雙向開關由第三開關元件和第四開關元件反向并聯連接或 者反向串聯連接而成。第二雙向開關連接在第一輸出端子與第二輸出端子之間。
[0014] 該功率轉換裝置具有控制電路。控制電路生成用于使正側和負側的開關元件及第 一至第四的開關元件進行導通截止動作的控制信號。該控制電路在每次生成各個元件的控 制信號時，將電壓指令的周期分割成多個控制期間。控制電路在各個控制期間，從正側和負 側的開關元件以及第一至第四的開關元件中選出第一元件和第二元件。各個控制期間中對 于第一元件和第二元件的選擇是基于交流電源的電壓和電壓指令的大小關系來進行的。第 一元件和第二元件的控制信號是在各個控制期間中進行了脈沖寬度調制、且隔著停止期間 互補地進行導通截止的信號。控制電路在各個控制期間，對于除了被選為第一元件和第二 元件的元件以外的各個元件，生成用于使它們分別導通或者截止的控制信號。
[0015] 功率轉換裝置根據由此生成的控制信號，以第一控制模式進行動作。若功率轉換 裝置以第一控制模式進行動作，則在第一輸出端子和第二輸出端子之間輸出與電壓指令相 對應的電壓。該輸出電壓是在各個控制期間，對交流電源的電壓、直流電源串聯電路的正電 壓和負電壓、以及中性點端子的零電壓這4種電平的電壓之中的2種電平的電壓進行組合 而得到的電壓。各個控制期間中的輸出電壓的平均值等于電壓指令。
[0016] 在功率轉換裝置以第一控制模式進行動作時，功率轉換裝置根據規定的條件將各 個控制期間區分為區域1?區域7中的任一個。 電壓指令在零電壓以上且交流電源的電壓在零電壓以下的控制期間屬于區域1。在該 區域中，控制電路生成將正側開關元件作為第一元件、且將第四開關元件作為第二元件的 控制信號。控制電路還生成使負側開關元件和第一開關元件及第二開關元件截止的控制信 號、以及使第三開關元件導通的控制信號。在該區域中，輸出直流電源串聯電路的正電壓和 零電壓。
[0017] 電壓指令在零電壓以上、交流電源的電壓大于零電壓且電壓指令大于交流電源的 電壓的控制期間屬于區域