电力变换装置以及电力变换装置的控制方法

专利名称：电力变换装置以及电力变换装置的控制方法
技术领域：
本发明涉及把直流电源电压变换为任意的交流电压或者直流电压的电力 变换装置，例如，在对于不同材质的被加热物供给希望的功率来进行感应加热 的逆变器方式的电磁感应加热装置或者逆变器方式的点亮装置中所使用的电 力变换装置。 背景4支术
近年来，开始广泛使用不用火来加热锅等被加热物的逆变器方式的电磁感 应加热装置。电^t感应加热装置，在加热线圈中流过高频电流，佳_接近线圈配 置的金属制的被加热物中发生涡流，通过被加热物自身的电阻发热。 一般，被 加热物是磁性体且固有电阻大的铁容易加热，而非磁性体且低电阻的铜或者铝 等难以加热。
作为解决这样的问题的现有例子，有在专利文献1中公开的电磁感应加热 烹调器。该公知例由单一的加热线圈和也作为半桥方式作用的全桥电路的高频 逆变器构成。并且，判别烹调锅是磁性锅还是非磁性锅，根据其结杲切换全桥 方式逆变器和半桥方式逆变器，对不同材质的被加热物进4亍感应加热。
另外，现有的以商用交流电源作为输入的逆变器装置，连接功率因数改善
变换器、在后级连接DC-AC变换器的方式是普遍的。但是，出于小型化、 轻量化、电路简单化、低成本化等理由，提出了在后级的DC-AC变换器中 集成功率因数改善功能的变换器。作为这样的变换器的现有例，有专利文献2 中公开的逆变器装置。该公知例具有对交流电源进行整流，通过开关元件和 电感器向电解电容器输出平滑直流电压的降压斩波器电路；以及把平滑直流电 压变换为高频来提供给负载的逆变器电路。逆变器电路具有兼用作升压或者升 降压斩波器的开关元件，控制降压斩波器电路和逆变器电路的开关元件的导 通.关断时刻，使其作为降压、升降压、升压的某一种斩波器电路来动作。使 降压斩波器电路在接通电源时为抑制冲击电流而动作，其后，通过使逆变器电路动作，来改善功率因数和向负载供给高频电力。
在专利文献1中公开的现有技术中，能够把高频逆变器切换为全桥方式和 半桥方式，但是因为共振电容器与方式无关地被固定，所以驱动频率的设定范 围受限。
另一方面，在专利文献2中公开的现有技术中，在上述^f兹性锅或者非^f兹性 锅那样负载变动大的情况下，无法用最佳的共振负载条件、逆变器电压、驱动 频率来加热。
这样，在专利文献l、 2中，在磁性锅和非磁性锅那样负载变动大的情况 下，难以分别用最佳的频率和电压进行加热，难以对于双方得到均等的加热性 能。
另外，在专利文献2中，在进行升压或者升降压斩波器动作时，能够进4亍 逆变器动作，但是在进行降压斩波器动作时，有不能进行逆变器动作的缺点。专利文献1特开平5-251172号公报专利文献2特许第3261829号公报

发明内容
本发明提供一种电力变换装置，其即使在负载变动大的条件下也能够设定 为最佳的逆变器电压、驱动频率，能够高效率地供给希望的电力。
本发明的优选实施形态是电力变换装置的控制方法，所述电力变换装置具 有逆变器，其具有作为两个主开关元件的串联体的第一、第二上下臂，对于 直流电压进行直流/交流变换，对负载供给交流电压；第一逆变器控制单元， 其通过驱动第一上下臂的开关元件，使逆变器作为半桥方式逆变器动作；第二 逆变器控制单元，其通过驱动第一、第二上下臂的开关元件，使逆变器作为全 桥方式逆变器动作，所述控制方法的特征在于，通过斩波器电路对于直流电源 电压进行直流/直流变换，作为所述直流电压施加给逆变器，在包含第一上下 臂而构成的所述半桥方式逆变器的输出端子间连接第一负载电路，在通过第 一、第二上下臂而构成的全桥方式逆变器的输出端子间连接包含第一负载电路 的至少一部分的第二负载电路，通过开关单元从逆变器上连接、断开该第二负 载电路，同时把第二上下臂的一方的开关元件兼用作斩波器电路的升压或者升 降压用的开关元件。这里，所谓半桥方式逆变器，基本上是指通过对第一上下臂的开关元件进 行导通/关断驱动，来向负载供给交流的逆变器。因此，也包含即使使用全桥 电路、在仅导通第二上下臂的开关元件的一方的状态下对第一上下臂的开关元 件进行导通/关断驱动的SEPP方式逆变器。
在本发明的优选的其他实施形态中，在第一、第二上下臂的各自的串联连 接点间连接所述第 一 负载电路。
在本发明的优选实施形态中，作为所述第一、第二负载电路，连接具有电 感器以及共振电容器的共振负载电路。
在本发明的优选实施形态中，作为所述第一负载电路的所述共振电容器， 连接静电容量比所述第二负载电路的所述共振电容器小的电容器。
在本发明的优选实施形态中，用滤波电容器滤波通过所述斩波器电路从直 流电源得到的直流电压，在所述直流电源上连接第一上下臂，在滤波电容器上 连接第二上下臂。
根据本发明的优选实施形态，尽管部件数少，但是即使在负载变动大的条 件下也能够设定为最佳的逆变器电压、驱动频率，能够高效率地向负载供给希 望的电力。
本发明的其他的目的和特征，从下述实施形态中明了。


图1是本发明的第 一实施形态的电力变换装置的电路结构图。
图2是本发明的第二实施形态的电力变换装置的电路结构图。
图3是图2的实施形态的电力变换装置的动作说明图。图4是图2的实施形态的电力变换装置的动作说明图。
图5是图2的实施形态的电力变换装置的动作波形。
图6是图2的实施形态的电力变换装置的动作波形。
图7是图2的实施形态的电力变换装置的动作波形。
图8是图2的实施形态的电力变换装置的动作波形。
图9是图2的实施形态的电力变换装置的动作波形。
图10是本发明的第三实施形态的电力变换装置的电路结构图。
图11是本发明的第四实施形态的电力变换装置的电路结构图。图12是图11的实施形态的电力变换装置的动作波形。 图13是图11的实施形态的电力变换装置的动作波形。 图14是本发明的第五实施形态的电力变换装置的电路结构图。 图15是本发明的第六实施形态的电力变换装置的电路结构图。 符号说明
1直流电源，2 二极管整流电路，3、 4上下臂，5a 5d、 42、 45、 47开 关元件，6a~6d、 43、 46、 48 二极管，7a 7b、 9、 12、 13、 44电容器，11加 热线圈，20继电器接点，8、 41电感器，50、 60共振负载电路，AC商用交 流电源，61、 62驱动电路，70控制电路，71、 73、 75电流传感器，72线圏 电流检测电路，74AC电流检测电路，76输入电流检测电路，78INV电压枱r 测电路
具体实施例方式
下面参照

本发明的优选实施形态。实施例1
图1是本发明的第一实施形态的电力变换装置的电路结构图。本实施例是 把直流电力变换为交流电力的结构，表示在磁力发生线圈中流过高频的交流电 流，通过电磁感应加热金属性的被加热物的电路结构。被加热物虽未图示但和 磁力发生线圈ll磁耦合，向被加热物供给电力。在图1中，在直流电源1的
件5d。在电感器41的两端通过二极管43和二极管6c连接了滤波电容器44。 在滤波电容器44的两端并联连接了将开关元件5a和开关元件5b串联连接 的第一上下臂3、和将开关元件5c和上述开关元件5d串联连接的第二上下臂 4。在从开关元件5a到开关元件5d上分別反向并联连接了二极管6a到6d， 在开关元件5a和5b上分别并联连接了緩冲电容器7a、 7b。緩冲电容器7a、 7b,通过关断开关元件5a或者5b时的切断电流被充电或者放电，减小在两开 关元件上施加的电压的变化，由此抑制关断损失。在上述第一上下臂3的输出 端子上连接了加热线圈11的一端，在加热线圏11的另一端和直流电源1的负 电极之间连接第一共振电容器12,构成第一共振负载电路50。另外，在上述 加热线圏的另 一端和上述第二上下臂的输出端子间连接了串联连接的第二共振电容器13和继电器接点20。通过加热线圏11和第一共振电容器12以及第 二共振电容器13构成第二共振负载电路60，根据被加热物的材质或者设定火 力来切换继电器接点20,由此能够切换上述第一共振负载电路50和第二共振 负栽电路60。
这里，因为加热线圈11和被加热物(未图示)磁耦合，所以当把被加热 物变换为从加热线圈11侧看的等价电路时，形成被加热物的等价电阻和等价 电感串联连接的结构。等价电阻以及等价电感根据被力。热物的材质而不同，在 是非磁性体且是低电阻的铜或铝时，等价电阻和等价电感两者都减小，在是磁 性体且是高电阻的铁时，两者都增大。
在图1中，在被加热物是铜或铝时，切断上述继电器接点20,用由上述 第一上下臂3和加热线圈11以及第一共振电容器12构成的SEPP( Single Ended Push-Pull (单端推挽))方式的逆变器进行加热。如上所述，这是半桥方式逆 变器的一种。
作为非磁性体且低电阻的被加热物，因为等价电阻小，所以为得到希望的 输出需要流过大的电流。被加热物的表面电阻具有与频率的平方根成比例的特 征，在加热铜或铝等低电阻的被加热物时，提高频率是有效的。因此，设定第 一共振电容器12的容量，以便能够用例如约90kHz的频率驱动第一上下臂3。 因为继电器接点20处于关断状态，所以第二上下臂4从共振负载电路60断开， 成为半桥电路状态。
斩波器或者升降压斩波器用开关元件而动作，二极管6c作为整流元件而动作。
用的开关元件而动作，二极管43作为整流元件而动作。
在被加热物是铁时，接通上述继电器接点20,用由上述第一以及第二上 下臂和加热线圈11以及第一、第二共振电容器12、 13构成的全桥方式逆变器 进行加热。如上所述，是磁性体且是高电阻的被加热物因为等价电阻大所以在 共振负载电路中电流难以流动。因此，通过切换为全桥方式使逆变器的输出电 压提高到两倍来得到希望的输出。在上述铜或铝的情况下，因为电阻小，所以 使逆变器的频率为约90kHz来提高表面电阻，但是因为铁的电阻本来就大，所以用约20kHz的频率驱动上述第一、第二上下臂。如上所述，第一共振电 容器12的容量与约90kHz的驱动频率相匹配地进行设定，第二共振电容器13 的容量与约20kHz的驱动频率相匹配地进行设定。因为驱动频率大大不同， 所以第二共振电容器13的容量成为比第一共振电容器12的容量足够大的值。 因此，主要通过第二共振电容器13来设定全桥方式逆变器的共振频率。即使 在该全桥方式逆变器动作中，因为流过共振电容器13的电流大，所以即使在 保持连接共振用电容器12的状态下也没有大的问题。
在上述现有技术中存在共振电容器不依赖于电路方式地被固定，驱动频率 的设定范围受到限制的问题，但是在本实施例中，通过切换继电器接点20也 能够切换共振电容器的容量。因此，能够扩展逆变器的驱动频率的设定范围， 能够与被加热物的材质相匹配地用最佳的频率加热。因为继电器接点20处于 接通状态，所以第二上下臂4与共振负载电路60连接，开关元件5d被用作逆 变器用开关元件，同时也被用作把电感器41作为斩波器用的电感器的升压斩 波器或者升降压斩波器用开关元件。关于各开关元件的动作在后面进行描述。
在本实施例中，把负载作为被加热物，但是例如通过在共振电容器上并联 连接荧光灯也能够向光源供给电力。另外，通过^^加热线圏置换为变压器并在 变压器二次侧设置整流电路，对于电子设备等的直流负载也能够供给电力。实施例2
图2是本发明的第二实施形态的电力变换装置的电路结构图。对于和图1 相同的部分赋予相同符号并省略说明。在图2中，在二极管桥2的交流输入端 子上连接交流电源AC,在二极管桥2的直流输出端子上连接由电感器8和电 容器9构成的滤波器。在电容器9的两端输出包含由于商用频率引起的脉动的 直流电压，作为上述第一实施例的直流电源1而作用。从电容器9起，后级的 结构成为和上述第一实施例相同的结构。
下面说明为控制本实施例中的各开关元件所需要的电压电流检测位置。
为了检测从交流电源AC输入的功率或者被加热物的材质，需要检测从交 流电源AC流出的AC电流。在本实施例中，在通过电流传感器73把从交流 电源AC流出的AC电流变换为电压后，通过AC电流检测电路74进行检观'J。
另外，为了通过根据交流电源AC的电压进行AC电流的波形生成来改善功率因数，需要作为电流波形的基准的信号。 一般，检测二极管桥的输出电压、
即整流后的直流电压。在本实施例中，通过输入电压检测电路77检测二极管 桥2的直流输出端子间的电压。为谋求减少部件，也可以不4全测输入电压而在 控制电路内部求出基准波形，进行AC电流的波形生成。在这种情况下，能够 省去输入电压片企测电路77。为进行AC电流的波形生成，可以通过控制流过 斩波器用的电感器41的电流波形来实现。在本实施例中，在通过电流传感器 75把流过电感器41的电流变换为电压后，通过输入电流检测电路76进行检 测。也可以不检测电感器41的电流而检测开关元件42的电流来进行AC电流 的波形生成，在这种情况下，变更电流传感器75的位置便没有问题。
为控制输入功率或者4企测^皮加热物的材质、状态，需要4t测流过加热线圈 的电流。在本实施例中，在通过电流传感器71把流过加热线圈11的电流变换 为电压后，通过线圈电流^r测电路72进行;险测。
另外，为控制负载的输出功率，需要检测斩波器电路的输出电压即逆变器 的电源电压来进行反馈控制。在本实施例中，通过INV电压检测电路78检测 滤波电容器44两端的电压。控制电路70根据上述各检测电路的检测值和来自 输入功率设定部80的功率指令值，生成各开关元件的驱动信号。
为通过逆变器电路控制功率，利用把共振负载电路的阻抗变换为频率、使 频率可变的PFM (脉冲频率调制)控制是最容易的。在本实施例中，通过对 第一上下臂3进行PFM控制能够控制功率。但是，在功率相对于频率的变化 大、即表示共振的敏锐度的Q高的负载条件下，希望使逆变器的电源电压振 幅可变的PAM (脉冲振幅调制)控制。在本实施例中，通过控制第二上下臂4 的导通时间Duty来控制逆变器的电源电压，能够通过PAM控制进行功率控制。 开关元件5a、 5b才艮据从控制电路70提供的控制信号由驱动电路62驱动，同 样，开关元件42、 5c、 5d也根据控制电路70的控制信号由驱动电路61驱动。
下面说明本实施例中的控制方法。开关元件5d、 42作为降压、升压、升 降压斩波器用的开关元件而动作，根据交流电源AC的电压进行生成输入电流 的波形的功率因数改善控制和输出电压控制。
图3、图4表示开关元件5d、 42的控制方法。在图3、图4中，用V2表 示二极管桥2的直流输出电压，用V44表示滤波电容器44的电压。首先，在图3中，在V2比V44高时，使开关元件5d成为关断状态，通过对开关元件 42进行导通关断控制，能够进行降压模式的斩波器动作。反之，在V2比V44 低时，通过对开关元件5d进行导通关断控制，使开关元件42成为导通状态， 能够进行升压模式的斩波器动作。这样，通过根据二极管桥2的直流输出电压 的变化、即商用周期内的电压变化来切换斩波器动作，能够减少各开关元件的 开关次数，减小开关损失。在图4中，通过与商用周期内的电压变化无关地同 时对开关元件5d、 42进行导通关断控制，能够进行升降压模式的斩波器动作。 接着，说明本实施例中被加热物是铜或铝时的动作。如在第一实施例中所 述，在被加热物是铜或铝时，关断继电器接点20，用由第一上下臂3和加热 线圏11以及第一共振电容器12构成的SEPP ( Single Ended Push-Pull)方式的 半桥方式逆变器进行加热。因为继电器接点20处于关断状态，所以第二上下 臂4被从共振负载电路60断开。因此，开关元件5d作为把电感器41作为斩 波器用的电感器的升压斩波器或者升降压斩波器用开关元件而动作，二极管 6c作为整流元件而动作。另一方面，开关元件42作为把电感器41作为斩波 器用的电感器的降压斩波器用的开关元件而动作，二极管43作为整流元件而 动作。
图5表示应用在商用周期内切换降压和升压模式的方式时的降压模式时 的各开关元件的驱动信号和电流波形以及加热线圈11的电流波形。在图5中， 开关元件5a、 5b互补驱动，开关元件5c、 5d处于关断状态，开关元件42为 进行功率因数改善一边控制导通时间一边进行降压模式的斩波器动作。开关元 件5a、 5b实际上设置死区时间，以使上下臂不短路，但是在这里为容易理解， 在省略开关切换时的过渡动作、省略了死区时间的状态下进行图示。开关元件 5a、 5b用比通过包含被加热物的加热线圈11的等价电感和共振电容器12决 定的共振频率高的频率驱动。由此，开关元件5a因为在二极管6a在导通状态 时被导通，所以不发生开关损失。同样，开关元件5b也不发生被导通时的开 关损失。另一方面，开关元件42能够与逆变器的驱动频率无关地以任意的频 率独立地进行斩波器动作。
图6表示升压模式时的各开关元件的驱动信号和电流波形以及加热线圏 ll的电流波形。在图6中，开关元件5a、 5b互补驱动，开关元件5c处于关断状态，开关元件42处于导通状态，开关元件5d为进行功率因数改善一边控制 导通时间 一边进行升压才莫式的斩波器动作。
接着说明在本实施例中被加热物是铁时的动作。如在第一实施例中所述那 样，在被加热物是铁时，继电器接点20接通，通过由第一以及第二上下臂和 加热线圏11以及第一、第二共振电容器12、 13构成的全桥方式逆变器进行加 热。因为继电器接点20处于接通状态，所以第二上下臂4连接共振负载电路 60，作为逆变器用开关元件被使用，同时也作为把电感器41作为斩波器用的 电感器的升压斩波器或者升降压斩波器用开关元件被使用。
图7表示应用在商用周期内切换降压和升压模式的方式时的交流电源AC 的电压Vac和电流Iac、滤波电容器44的电压V44以及加热线圈11的电流Ill。 加热线圈电流Ill根据交流电压Vac的电压变化而脉动，通过在商用周期内切 换降压和升压模式而发生。分别使用图8、图9说明期间(a)以及期间(b) 的动作。
图8是放大了图7的期间(a)部分的动作波形，表示各开关元件的驱动 信号和电流波形以及加热线圏11的电流波形。在图8中，开关元件5a、 5b互 补驱动，开关元件5c处于导通状态，5d处于关断状态，开关元件42为进行 功率因数改善一边控制导通时间一边进行降压模式的斩波器动作。逆变器电路 成为由第一、第二上下臂构成的全桥电路，但是第二上下臂不进行导通关断动 作， 一方的开关元件5c处于导通状态，另一方的开关元件5d处于关断状态。 因此，变成通过由第一上下臂3和加热线圈11以及第一、第二共振电容器12、 13构成的半桥方式逆变器进行加热。因此，在共振负载电路60上施加滤波电 容器44的电压的一半，所以加热线圈11的电流Ill变小。开关元件5a、 5b 用比由包含被加热物的加热线圈11的等价电感和共振电容器12、 13决定的共 振频率高的频率驱动。由此，开关元件5a因为在二极管6a处于导通状态时被 导通，所以不发生开关损失。同样，开关元件5b也不发生被导通时的开关损 失。另一方面，开关元件42在降压模式的情况下，能够与逆变器的驱动频率 无关地以任意的驱动频率独立进行斩波器动作。但是，因为在商用周期内切换 降压和升压模式，所以当考虑下面要说明的升压模式的斩波器动作和逆变器动 作时，希望开关元件42和逆变器同步驱动。图9是放大了图7的期间(b)部分的动作波形，表示各开关元件的驱动 信号和电流波形以及加热线圈11的电流波形。在图9中，开关元件5a、 5b互 补驱动，开关元件5d为进行功率因数改善一边控制导通时间一边进行升压才莫 式的斩波器动作。开关元件5c和开关元件5d互补驱动，开关元件42成为导 通状态。开关元件5c、 5d实际上设置死区时间，以使上下臂不短路，但是这 里为容易理解，省略开关切换时的过渡动作，省略了死区时间来进行图示。逆 变器电路成为由第一、第二上下臂构成的全桥方式逆变器。但是，仅在开关元 件5a和5d同时导通以及开关元件5b和5c同时导通的期间，在共振负载电路 60上施加滤波电容器44的全部电压。开关元件5d作为逆变器用开关元件被 使用，同时也作为升压斩波器用开关元件祐:使用，所以电感器41的电流和加 热线圈11的电流重叠流过。通过同步驱动开关元件5a和5d,在加热线圈11 的电流比电感器41的电流大时，开关元件5d可以在二极管6d处于导通状态 时被导通，所以不发生开关损失。通常，斩波器用的开关元件在以电流连续模 式动作时，在导通时整流用二极管反向恢复，流过恢复电流，所以发生开关损 失。但是，在本实施例中，在满足上述电流条件的情况下能够消除导通时的开 关损失，所以有助于提高效率。在图9中，二极管6c作为逆变器用环流元件 被使用，同时也作为斩波器用整流元件被使用，所以电感器41的电流和加热 线圈11的电流重叠流过。
I实施例3
图IO是本发明的第三实施形态的电力变换装置的电路结构图。对于和图 1相同的部分赋予相同符号并省略说明。在图10中，在直流电源1的正电极
在电感器41的两端通过二极管46和二极管6d连接了滤波电容器44。和上述 第一实施例的不同点是，把开关元件5c作为逆变器用和升压斩波器或者升降 压斩波器用开关元件来使用。与此相伴，也把二极管6d作为逆变器用环流元 件和斩波器用整流元件来使用。实施例4
图11是本发明的第四实施形态的电力变换装置的电路结构图。对于和图 1相同的部分赋予相同符号并省略说明。在图11中，和上述第一实施例的不同点是，在第一、第二上下臂3、 4的输出端子间连接由加热线圏ll和第一共 振电容器12构成的共振负载电路50。继电器接点20如上所述根据被加热物 的材质切换，但不依赖于被加热物的材质地通过使用全桥电路的逆变器进行加 热。在被加热物是铜或铝时，如上所述，第一上下臂3例如用约90kHz的频 率驱动。此时，即使是作为全桥方式逆变器进行驱动时，第二上下臂4当考虑 减小开关损失时也不一定需要以和第一上下臂3相同的频率驱动。因此，也能 够用比第一上下臂3低的频率驱动第二上下臂4，进行逆变器动作和升压或者 升降压斩波器动作。
图12表示相对于第一上下臂3的开关元件5a、 5b的驱动频率，把第二上 下臂4的开关元件5c、 5d的驱动频率减小到1/3时的升压模式时的各开关元 件的驱动信号和电流波形以及加热线圈11的电流。在图12中，开关元件5a、 5b互补驱动，开关元件5d为进行功率因数改善一边控制导通时间一边进行升 压模式的斩波器动作。开关元件5c和开关元件5d互补驱动，开关元件42成 为导通状态。逆变器成为由第一、第二上下臂构成的全桥方式逆变器，但是， 仅在开关元件5a和5d同时导通以及开关元件5b和5c同时导通期间，在共振 负载电路50或者60上施加滤波电容器44的全部电压。开关元件5d作为逆变
41的电流和加热线圏11的电流重叠流过。通过同步驱动开关元件5a和5d， 在加热线圏11的电流比电感器41的电流大时，开关元件5d可以在二极管6d 处于导通状态时被导通，所以不发生开关损失。
在图12中，第一上下臂3相对于共振负载电路50或者60的共振频率以 高的频率驱动，所以在导通时间内加热线圏11的电流极性反转的次数为一次。 另一方面，第二上下臂4的驱动频率相对于第一上下臂3的驱动频率减小到 1/3，所以在开关元件的导通时间几乎延续到驱动周期时，加热线圈ll的电流 极性最多反转六次。
图13表示相对于共振负载电路50或者60的共振频率，把第一、第二上 下臂3、 4的驱动频率一起减小到1/3时的升压模式时的各开关元件的驱动信 号和电流波形以及加热线圈11的电流。在图13中，开关元件5a、 5b互补驱 动，开关元件5d为进行功率因数改善一边控制导通时间一边进行升压模式的斩波器动作。开关元件5c和开关元件5d互补驱动，开关元件42成为导通状 态。逆变器电路成为由第一、第二上下臂构成的全桥方式，但是，仅在开关元 件5a和5d同时导通以及开关元件5b和5c同时导通的期间，在共振负载电路 50或者60上施加滤波电容器44的全部电压。开关元件5d作为逆变器用开关 元件使用的同时也作为升压斩波器用开关元件使用，所以电感器41的电流和 加热线圈11的电流重叠流过。通过同步驱动开关元件5a和5d，在加热线圏 11的电流比电感器41的电流大时，开关元件5d可以在二极管6d处于导通状 态时被导通，所以不发生开关损失。在图13中，第一上下臂3相对于共振频 率把驱动频率减小到1/3，所以在开关元件的导通时间内加热线圏11的电流极 性反转三次流过。另一方面，因为第二上下臂4也和第一上下臂3同样地相对 于共振频率把驱动频率减小到1/3，所以在开关元件的导通时间几乎延续到驱 动周期时，加热线圈11的电流极性最多反转六次。
如上所述，通过一起用比共振频率低的频率、即大体整数分之一的频率驱 动第一、第二上下臂，能够谋求减小两者的开关损失。实施例5
图14是本发明的第五实施形态的电力变换装置的电路结构图。对于和图 11相同的部分赋予相同符号并省略说明。在图14中，和上述实施例4的不同 点是在直流电源1的正电极和负电极之间连接第一上下臂3。由此，供给共 振负载电路50或者60的电力的一部分能够不通过开关元件42地进行供给， 所以能够减轻开关元件42的负担。实施例6
图15是本发明的第六实施形态的电力变换装置的电路结构图。对于和图 1相同的部分赋予相同符号并省略说明。在图15中，和上述第一实施例的不 同点是各开关元件为MOSFET;与二极管43逆并联地连接了 MOSFET作 为开关元件。通过把开关元件置换为MOSFET能够快速关断，减小开关损失。 另外，通过代替二极管43而使开关元件47和开关元件42互补驱动并进行同 步整流，若使用耐压高、导通电阻小的MOSFET，则能够减小导通损失。同 样，通过同步整流开关元件5a到5d能够减小导通损失。
本发明，能够作为以一般家庭或者商业用的感应加热烹调器为首的温水发生、低温 高温水蒸气发生装置、金属的熔解、复印机色粉定影用的热转印 鼓等多种领域的热源的电源来使用。另外，作为点亮焚光灯的逆变器装置、家 电、民生设备或者以商业用的交流电源为输入的开关电源，也可以应用本发明。
权利要求
1. 一种电力变换装置，具有逆变器，其具有作为两个主开关元件的串联体的第一、第二上下臂，对于直流电压进行直流/交流变换，对负载供给交流电压；第一逆变器控制单元，其通过驱动第一上下臂的开关元件，使所述逆变器作为半桥方式逆变器动作；和第二逆变器控制单元，其通过驱动所述第一、第二上下臂的开关元件，使所述逆变器作为全桥方式逆变器动作，该电力变换装置的特征在于，具有对于直流电源电压进行直流/交流变换后作为所述直流电压施加给所述逆变器的斩波器电路，具有第一负载电路，其连接在包含所述第一上下臂而构成的所述半桥方式逆变器的输出端子间；第二负载电路，其连接在通过所述第一、第二上下臂构成的全桥方式逆变器的输出端子间，包含所述第一负载电路的至少一部分；和开关单元，用于从所述逆变器上连接、断开该第二负载电路，所述第二上下臂的一方的开关元件，兼用作所述斩波器电路的升压或者升降压用的开关元件。
2. 根据权利要求l所述的电力变换装置，其特征在于， 将所述第一负载电路连接在所述第一、第二上下臂的各自的串联连接点之间。
3. 根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于， 具有直流电源以及滤波电容器，该滤波电容器用于对从该直流电源通过所述斩波器电路得到的直流电压进行滤波，将所述第一上下臂连接在所述直流电 源上，将所述第二上下臂连接在所述滤波电容器上。
4. 根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于， 具有驱动单元，用于同步驱动所述第一、第二上下臂的开关元件。
5. 根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，具有驱动单元，其用比所述第二上下臂的开关频率高的频率驱动所述第一 上下臂的开关元件。
6. 根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于， 具有驱动单元，其用比在所述逆变器上连接所述第二负载电路的状态下的所述逆变器的开关频率高的频率，驱动从所述逆变器上断开所述第二负载电路 的状态下的所述逆变器。
7. 根据权利要求l所述的电力变换装置，其特征在于， 具有并联连接在所述第一上下臂的开关元件上的緩沖电容器。
8. 根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，所述第一、第二负载电路是具有电感器以及共振电容器的共振负载电路。
9. 根据权利要求8所述的电力变换装置，其特征在于，所述第一负载电路的所述共振电容器，容量比所述第二负载电路的所述共 振电容器小。
10. 根据权利要求8所述的电力变换装置，其特征在于，所述第一、第二上下臂的驱动频率是所述第一共振负载电路的共振频率的 约整数分之一。
11. 一种电力变换装置的控制方法，所述电力变换装置具有逆变器，其具有作为两个主开关元件的串联体的第一、第二上下臂，对于 直流电压进行直流/交流变换，对负载供给交流电压；第一逆变器控制单元，其通过驱动所述第一上下臂的开关元件，使所述逆 变器作为半桥方式逆变器动作；和第二逆变器控制单元，其通过驱动所述第一、第二上下臂的开关元件，使 所述逆变器作为全桥方式逆变器动作，所述控制方法的特征在于，通过斩波器电路对于直流电源电压进行直流/直流变换，作为所述直流电 压施加给所述逆变器，在包含所述第一上下臂而构成的所述半桥方式逆变器的输出端子间连接 第一负载电路，在通过所述第一、第二上下臂而构成的全桥方式逆变器的输出端子间连接包含所述第一负载电路的至少一部分的第二负载电路，通过开关单元从所述逆变器上连接、断开该第二负载电路，并且把所述第 二上下臂的一方的开关元件兼用作所述斩波器电路的升压或者升降压用的开 关元件。
12. 根据权利要求11所述的电力变换装置的控制方法，其特征在于， 将所述第一负载电路连接在所述第一、第二上下臂的各自的串联连接点之间。
13. 根据权利要求11所述的电力变换装置的控制方法，其特征在于， 用滤波电容器对从直流电源通过所述斩波器电路得到的直流电压进行滤波，将所述第一上下臂连接在所述直流电源上，将所述第二上下臂连接在所述 滤波电容器上。
14. 根据权利要求11所述的电力变换装置的控制方法，其特征在于， 同步驱动所述第一、第二上下臂的开关元件。
15. 根据权利要求11所述的电力变换装置的控制方法，其特征在于，用比所述第二上下臂的开关频率高的频率驱动所述第一上下臂的开关元件。
16. 根据权利要求11所述的电力变换装置的控制方法，其特征在于， 用比在所述逆变器上连接所述第二负载电路的状态下的所述逆变器的开关频率高的频率驱动从所迷逆变器上断开所述第二负载电路的状态下的所述 逆变器。
17. 根据权利要求11所述的电力变换装置的控制方法，其特征在于， 在所述第一上下臂的开关元件上并联连接緩冲电容器。
18. 根据权利要求11所述的电力变换装置的控制方法，其特征在于， 作为所述第一、第二负载电路，连接具有电感器以及共振电容器的共振负载电路。
19. 根据权利要求18所述的电力变换装置的控制方法，其特征在于， 作为所述第一负载电路的所述共振电容器，连接静电容量比所述第二负载电路的所述共振电容器小的电容器。
20. 根据权利要求18所述的电力变换装置的控制方法，其特征在于， 用所述第一共振负载电路的共振频率的约整数分之一的开关频率驱动所述第一、第二上下臂的开关元件。
全文摘要
本发明提供一种电力变换装置，其即使在负载变动大的条件下也能够设定为最佳的逆变器电压、驱动频率，能够高效率地供给希望的电力。该电力变换装置具有把直流电源的直流电压变换为平滑直流电压后施加给逆变器的斩波器电路，逆变器具有由串联连接的至少两个开关元件构成的第一、第二上下臂，至少在由第一上下臂构成的SEPP方式逆变器的输出端子上具有第一共振负载电路，在由第一、第二上下臂构成的全桥逆变器的输出端子间具有包含所述第一负载电路的第二共振负载电路，具有从第二上下臂的输出端子断开第二共振负载电路的开关单元，所述第二上下臂的一方的开关元件兼用作所述斩波器电路的升压或者升降压用的开关元件。
文档编号H02M7/48GK101447743SQ20081017947
公开日2009年6月3日 申请日期2008年11月28日 优先权日2007年11月30日
发明者宇留野纯平, 庄司浩幸, 矶贝雅之 申请人:日立空调·家用电器株式会社