谐振负载电力转换设备和用于谐振负载电力转换设备的时分操作方法与流程

本发明涉及负载谐振电力转换装置，其用于向诸如感应加热电路的谐振负载提供具有矩形或方形波形的电压。

背景技术：

图5示出了与谐振负载连接的负载谐振电力转换装置(ac/dc转换装置)的电路构造。在图5中，ac/dc转换装置或转换器10设有单相逆变器，该单相逆变器具有与dc电压源11连接的输入侧以及与诸如感应加热电路的谐振负载12连接的输出侧。转换装置10通过对单相逆变器的各开关设备的导通/关断控制向谐振负载12输出处于谐振频率的矩形或方形电压。

在谐振负载12是感应加热电路的情况下，这个ac/dc转换装置10被构造为感应加热负载谐振ac/dc转换装置(感应加热谐振型逆变器)。

这种感应加热负载谐振ac/dc转换装置将通过对单相逆变器中的各开关设备的导通/关断控制所产生的交变电流引导通过线圈和电容器的LC谐振电路，将这样生成的交变磁场施加到要被加热的物体(电导体)从而产生涡电流，并且利用通过涡电流而在物体中生成的焦耳热从内部加热物体。

在作为谐振负载与负载谐振电力转换装置(例如，图5的ac/dc转换装置10)的输出侧连接的感应加热电路中，电流穿透的深度随着频率变高而减小，如从之前已知的。

在电阻焊管接合(通过电阻焊接接合接缝来制造管道或管子)中，为了执行表面淬火，需要负载谐振ac/dc转换装置来产生高频电压。

另一方面，用于感应加热的负载谐振ac/dc转换装置中的开关设备不能处理高于开关设备的驱动频率的上限的电压频率。

为了解决这个问题，例如在专利文献1中提出了谐振负载逆变器系统。如在这个专利文献的图3和第[0007]～[0009]段中所公开的，N个部分的串联连接的上部和下部开关设备的并联连接使得能够以1/N循环(cycle)或周期(period)驱动开关设备。因而，对于期望的谐振频率，能够将开关设备的驱动频率减小到与并联连接的部分的数量成反比的频率。

而且，可以想到如图6中所示的专利文献1的谐振负载逆变器系统的变型例。在图6的这个变型例中，单相逆变器的每个臂具有开关设备(例如，IGBT)的N并联布置。

例如，图6的装置是可以在图5的ac/dc转换装置10中使用的负载谐振ac/dc转换装置。这个装置包括dc链路电压输入部分Vdc、矩形或方形电压输出部分Vout以及在每个臂中包括N个(在本例中为三个)并联连接的开关设备(U11、U21、U31；V11、V21、V31；X11、X21、X31；和Y11、Y21、Y31)的单相逆变器。

作为图6的例子，通过增大每个臂中并联连接的开关设备的数量N，能够如专利文献1的谐振负载逆变器系统中那样降低每个开关设备的开关频率。

图6的每个开关设备根据图7中所示的门控命令信号生成模式在ON和OFF之间被控制。

图7的门控命令信号生成模式包括时钟信号，其利用单相逆变器的输出电压命令(Vout_ref)的ON、OFF变化作为触发器并且遵循以6个时钟或6个时钟间隔为周期或循环周期的周期性的门控命令信号。用于开关设备U11和Y11的U11/Y11门控命令信号U11_gate/Y11_gate周期性地对一个时钟输出ON信号并对五个时钟输出OFF信号。用于开关设备X11和V11的X11/V11门控命令信号X11_gate/V11_gate相对于门控命令信号U11_gate/Y11_gate延迟一个时钟，但是具有与U11/Y11门控命令信号U11_gate/Y11_gate的ON时段和OFF时段相同的导通时段和关断时段。用于开关设备U21和Y21的U21/Y21门控命令信号U21_gate/Y21_gate相对于门控命令信号X11_gate/V11_gate延迟一个时钟，但是具有与门控命令信号X11_gate/V11_gate的ON时段和OFF时段相同的导通时段和关断时段。用于开关设备X21和V21的X21/V21门控命令信号X21_gate/V21_gate相对于门控命令信号U21_gate/Y21_gate延迟一个时钟，但具有与门控命令信号U21_gate/Y21_gate的ON时段和OFF时段相同的导通时段和关断时段。用于开关设备U31和Y31的U31/Y31门控命令信号U21_gate/Y21_gate相对于门控命令信号X21_gate/V21_gate延迟一个时钟，但是具有与门控命令信号X21_gate/V11_gate的ON时段和OFF时段相同的导通时段和关断时段。用于开关设备X31和V31的X31/V31门控命令信号X31_gate/V31_gate相对于门控命令信号U31_gate/Y31_gate延迟一个时钟，但是具有与门控命令信号U31_gate/Y31_gate的ON时段和OFF时段相同的导通时段和关断时段。

图6的每个开关设备以图8的(a)至图8的(f)中所示模式(1)～(6)重复的方式由这样产生的门控命令信号U11_gate/Y11_gate...X31_gate/V31_gate中的一个在ON和OFF之间被控制。

图8示出了当图6的开关设备由图7的门控命令信号生成模式驱动时的输出电流。

图8的(a)～图8的(f)分别对应于图7的模式(1)～(6)。在每个图中，“ON”指示开关设备由门控命令的ON信号被调谐为ON，并且箭头指示流经ON控制的开关设备和负载的输出电流Iout的路径。

如从图7和图8清楚的是，用于每个开关设备的命令的开关频率(驱动频率)通过模式(1)～(6)的顺序切换操作而被减小到(1/3)(1/N)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP2004-510400A

技术实现要素：

如上面所提到的，通过专利文献1的系统和图8中所示的电路构造，开关频率可以减小到1/N。但是，门控命令信号U11_gate/Y11_gate...X31_gate/V31_gate的脉冲宽度或脉冲持续时间不减小到1/N。因此，由于每个开关设备的接通上升时间和关断下降时间，输出频率的上限基于设备特性由最小脉冲宽度决定。

而且，专利文献1的系统的电路构造需要在单相逆变器之中连接开关设备的主电路导体并且图8中所示的电路构造需要在单相逆变器中连接开关设备的主电路导体。这些电路构造所需的主电路导体的数量与作为并联连接的连接部件的数量的并联数N成比例。此外，在dc输入部分Vdc与上臂和下臂的每个开关设备的dc输入侧端子之间以及在方波电压输出部分Vout与上臂和下臂的每个开关设备的输出端子之间，专利文献1和图8的电路构造需要数量等于开关设备的主电路导体(所需的主电路导体的数量等于4N＝N个并联连接部件×四个臂)。因而，由于在数量上与并联连接的部件的数量N成比例的主电路导体，成本和空间增大了。

此外，开关设备的布局与开关设备的数量成比例地扩大。因而，主电路导体的路径长度差异很大并且因此主电路导体的阻抗广泛地分散。因此，流经每个主电路部件的电流的过零点偏移并且由于在与每个开关设备连接的未示出的缓冲(snubber)电路中流动的电流的增大而损失增大。而且，缓冲电流的增大可能造成开关设备的损坏。

而且，存在进一步降低每个开关设备的开关频率的需求。

本发明被设计以解决这些问题。本发明的一目的是提供用于谐振负载的电力转换装置及其时分操作方法，该装置和方法用于降低每个开关设备的开关频率并减小在dc输入部分Vdc与上臂和下臂的每个开关设备的dc输入侧端子之间以及在方波电压输出部分Vout与上臂和下臂的每个开关设备的输出端子之间的主电路导体的数量。

为了解决上面提到的问题，如权利要求1中阐述的谐振负载电力转换装置包括单相逆变器，该单相逆变器具有要与dc电压源连接的dc输入侧和要与谐振负载连接并输出具有谐振频率的矩形波电压的输出侧，该谐振负载电力转换装置包括：开关组电路，分别与单相逆变器的一相或第一相的上臂和下臂以及单相逆变器的另一相或第二相的上臂和下臂连接，开关组电路中的每个包括N个串联组合，N是串联组合的数量(N是大于或等于2的整数)，串联组合中的每个是M个开关设备的串联组合，M是开关设备的数量(M是大于或等于2的整数)，N个串联组合通过主电路导体彼此并联连接；以及控制部分，被配置为通过以1/(M×N)的时分方式执行开关控制来控制单相逆变器的开关组电路的每个开关设备。

如权利要求3中阐述的时分操作方法是用于谐振负载电力转换装置的时分操作方法，该谐振负载电力转换装置包括单相逆变器，该单相逆变器具有与dc电压源连接的dc输入侧和与谐振负载连接并输出具有谐振频率的矩形波电压的输出侧，该谐振负载电力转换装置包括：开关组电路，分别与单相逆变器的第一相的上臂和下臂以及单相逆变器的第二相的上臂和下臂连接，开关组电路中的每个包括N个串联组合，N是串联组合的数量(N是大于或等于2的整数)，串联组合中的每个是M个开关设备的串联组合，M是开关设备的数量(M是大于或等于2的整数)，N个串联组合通过主电路导体彼此并联连接，并且如要求保护的权利要求3的时分操作方法包括通过利用控制部分以1/(M×N)的时分方式执行开关控制来控制单相逆变器的开关组电路的每个开关设备的控制步骤。

利用上面提到的构造，能够将每个开关设备的开关频率减小到与串联数M和并联数N的乘积(M×N)成反比的频率。

此外，能够将在dc链路电压输入部分Vdc与上臂和下臂的相应开关设备的dc输入端子之间以及在矩形波电压输出部分Vout与上臂和下臂的相应开关设备的输出端子之间的主电路导体的数量减小到小于开关设备的数量(M×N)的数量。因而，能够降低装置的成本并减小用于安装主电路导体的空间。

由于每个开关组电路中开关设备的串联并联连接，与早期技术的仅N并联连接相比，开关设备的布置没有扩大，并且能够减小由于主电路导体长度的分散而引起的阻抗的分散。

此外，在如权利要求2中要求保护的谐振负载电力转换装置中，单相逆变器的第一相的上臂包括开关设备U11和U12的串联组合、开关设备U21和U22的串联组合以及开关设备U31和U32的串联组合的并联组合，这些串联组合通过主电路导体彼此并联连接，单相逆变器的第一相的下臂包括开关设备X11和X12的串联组合、开关设备X21和X22的串联组合以及开关设备X31和X32的串联组合的并联组合，第一相的下臂的串联组合通过主电路导体彼此并联连接，单相逆变器的第二相的上臂包括开关设备V11和V12的串联组合、开关设备V21和V22的串联组合以及开关设备V31和V32的串联组合的并联组合，第二相的上臂的串联组合通过主电路导体彼此并联连接，单相逆变器的第二相的下臂包括开关设备Y11和Y12的串联组合、开关设备Y21和Y22的串联组合以及开关设备Y31和Y32的串联组合的并联组合，第二相的下臂的串联组合通过主电路导体彼此并联连接，

控制部分包括门控命令生成部分，该门控命令生成部分被配置为：

利用单相逆变器的输出电压命令的导通和关断变化作为触发器生成时钟，

生成用于开关设备U11和Y11的第一门控命令信号，第一门控命令信号是周期性的，具有等于2×2(串联数M)×3(并联数N)的时钟数的循环周期，在等于{2(串联数M)×3(并联数N)}+1的时钟数的ON时段期间被设置为ON，并且在等于{2(串联数M)×3(并联数N)}-1的OFF时段期间被设置为OFF，

生成用于开关设备X11和V11的第二门控命令信号，第二门控命令信号相对于用于开关设备U11和Y11的第一门控命令信号延迟一个时钟，并且被设置为具有等于用于开关设备U11和Y11的第一门控命令信号的ON时段的ON时段、和等于用于开关设备U11和Y11的第一门控命令信号的OFF时段的OFF时段，

生成用于开关设备U21和Y21的第三门控命令信号，第三门控命令信号相对于用于开关设备X11和V11的第二门控命令信号延迟一个时钟，并且被设置为具有等于用于开关设备X11和V11的第二门控命令信号的ON时段的ON时段、和等于用于开关设备X11和V11的第二门控命令信号的OFF时段的OFF时段，

生成用于开关设备X21和V21的第四门控命令信号，第四门控命令信号相对于用于开关设备U21和Y21的第三门控命令信号延迟一个时钟，并且被设置为具有等于用于开关设备U21和Y21的第三门控命令信号的ON时段的ON时段、和等于用于开关设备U21和Y21的第三门控命令信号的OFF时段的OFF时段，

生成用于开关设备U31和Y31的第五门控命令信号，第五门控命令信号相对于用于开关设备X21和V21的第四门控命令信号延迟一个时钟，并且被设置为具有等于用于开关设备X21和V21的第四门控命令信号的ON时段的ON时段、和等于用于开关设备X21和V21的第四门控命令信号的OFF时段的OFF时段，

生成用于开关设备X31和V31的第六门控命令信号，第六门控命令信号相对于用于开关设备U31和Y31的第五门控命令信号延迟一个时钟，并且被设置为具有等于用于开关设备U31和Y31的第五门控命令信号的ON时段的ON时段、和等于用于开关设备U31和Y31的第五门控命令信号的OFF时段的OFF时段，

生成用于开关设备U12和Y12的第七门控命令信号，第七门控命令信号相对于用于开关设备X31和V31的第六门控命令信号延迟一个时钟，并且被设置为具有等于用于开关设备X31和V31的第六门控命令信号的ON时段的ON时段、和等于用于开关设备X31和V31的第六门控命令信号的OFF时段的OFF时段，

生成用于开关设备X12和V12的第八门控命令信号，第八门控命令信号相对于用于开关设备U12和Y12的第七门控命令信号延迟一个时钟，并且被设置为具有等于用于开关设备U12和Y12的第七门控命令信号的ON时段的ON时段、和等于用于开关设备U12和Y12的第七门控命令信号的OFF时段的OFF时段，

生成用于开关设备U22和Y22的第九门控命令信号，第九门控命令信号相对于用于开关设备X12和V12的第八门控命令信号延迟一个时钟，并且被设置为具有等于用于开关设备X12和V12的第八门控命令信号的ON时段的ON时段、和等于用于开关设备X12和V12的第八门控命令信号的OFF时段的OFF时段，

生成用于开关设备X22和V22的第十门控命令信号，第十门控命令信号相对于用于开关设备U22和Y22的第九门控命令信号延迟一个时钟，并且被设置为具有等于用于开关设备U22和Y22的第九门控命令信号的ON时段的ON时段、和等于用于开关设备U22和Y22的第九门控命令信号的OFF时段的OFF时段，

生成用于开关设备U32和Y32的第十一门控命令信号，第十一门控命令信号相对于用于开关设备X22和V22的第十门控命令信号延迟一个时钟，并且被设置为具有等于用于开关设备X22和V22的第十门控命令信号的ON时段的ON时段、和等于用于开关设备X22和V22的第十门控命令信号的OFF时段的OFF时段，及

生成用于开关设备X32和V32的第十二门控命令信号，第十二门控命令信号相对于用于开关设备U32和Y32的第十一门控命令信号延迟一个时钟，并且被设置为具有等于用于开关设备U32和Y32的第十一门控命令信号的ON时段的ON时段、和等于用于开关设备U32和Y32的第十一门控命令信号的OFF时段的OFF时段，

控制部分被配置为利用门控命令信号在ON和OFF之间分别控制开关设备。

在如权利要求4要求保护的时分操作方法中，单相逆变器的第一相的上臂包括开关设备U11和U12的串联组合、开关设备U21和U22的串联组合以及开关设备U31和U32的串联组合的并联组合，这些串联组合通过主电路导体彼此并联连接，

单相逆变器的第一相的下臂包括开关设备X11和X12的串联组合、开关设备X21和X22的串联组合以及开关设备X31和X32的串联组合的并联组合，第一相的下臂的串联组合通过主电路导体彼此并联连接，

单相逆变器的第二相的上臂包括开关设备V11和V12的串联组合、开关设备V21和V22的串联组合以及开关设备V31和V32的串联组合的并联组合，第二相的上臂的串联组合通过主电路导体彼此并联连接，

单相逆变器的第二相的下臂包括开关设备Y11和Y12的串联组合、开关设备Y21和Y22的串联组合以及开关设备Y31和Y32的串联组合的并联组合，第二相的下臂的串联组合通过主电路导体彼此并联连接，

控制步骤包括门控命令生成步骤，该门控命令生成步骤包括以下操作：

利用单相逆变器的输出电压命令的导通和关断变化作为触发器生成时钟，

生成用于开关设备U11和Y11的第一门控命令信号，第一门控命令信号是周期性的，具有等于2×2(串联数M)×3(并联数N)的时钟数的循环周期，在等于{2(串联数M)×3(并联数N)}+1的时钟数的ON时段期间设置为ON，并且在等于{2(串联数M)×3(并联数N)}-1的时钟数的OFF时段期间设置为OFF，

生成用于开关设备X11和V11的第二门控命令信号，第二门控命令信号相对于用于开关设备U11和Y11的第一门控命令信号延迟一个时钟，并且被设置为具有等于用于开关设备U11和Y11的第一门控命令信号的ON时段的ON时段、和等于用于开关设备U11和Y11的第一门控命令信号的OFF时段的OFF时段，

生成用于开关设备U21和Y21的第三门控命令信号，第三门控命令信号相对于用于开关设备X11和V11的第二门控命令信号延迟一个时钟，并且被设置为具有等于用于开关设备X11和V11的第二门控命令信号的ON时段的ON时段、和等于用于开关设备X11和V11的第二门控命令信号的OFF时段的OFF时段，

生成用于开关设备X21和V21的第四门控命令信号，第四门控命令信号相对于用于开关设备U21和Y21的第三门控命令信号延迟一个时钟，并且被设置为具有等于用于开关设备U21和Y21的第三门控命令信号的ON时段的ON时段、和等于用于开关设备U21和Y21的第三门控命令信号的OFF时段的OFF时段，

生成用于开关设备U31和Y31的第五门控命令信号，第五门控命令信号相对于用于开关设备X21和V21的第四门控命令信号延迟一个时钟，并且被设置为具有等于用于开关设备X21和V21的第四门控命令信号的ON时段的ON时段、和等于用于开关设备X21和V21的第四门控命令信号的OFF时段的OFF时段，

生成用于开关设备X31和V31的第六门控命令信号，第六门控命令信号相对于用于开关设备U31和Y31的第五门控命令信号延迟一个时钟，并且被设置为具有等于用于开关设备U31和Y31的第五门控命令信号的ON时段的ON时段、和等于用于开关设备U31和Y31的第五门控命令信号的OFF时段的OFF时段，

生成用于开关设备U12和Y12的第七门控命令信号，第七门控命令信号相对于用于开关设备X31和V31的第六门控命令信号延迟一个时钟，并且被设置为具有等于用于开关设备X31和V31的第六门控命令信号的ON时段的ON时段、和等于用于开关设备X31和V31的第六门控命令信号的OFF时段的OFF时段，

生成用于开关设备X12和V12的第八门控命令信号，第八门控命令信号相对于用于开关设备U12和Y12的第七门控命令信号延迟一个时钟，并且被设置为具有等于用于开关设备U12和Y12的第七门控命令信号的ON时段的ON时段、和等于用于开关设备U12和Y12的第七门控命令信号的OFF时段的OFF时段，

生成用于开关设备U22和Y22的第九门控命令信号，第九门控命令信号相对于用于开关设备X12和V12的第八门控命令信号延迟一个时钟，并且被设置为具有等于用于开关设备X12和V12的第八门控命令信号的ON时段的ON时段、和等于用于开关设备X12和V12的第八门控命令信号的OFF时段的OFF时段，

生成用于开关设备X22和V22的第十门控命令信号，第十门控命令信号相对于用于开关设备U22和Y22的第九门控命令信号延迟一个时钟，并且被设置为具有等于用于开关设备U22和Y22的第九门控命令信号的ON时段的ON时段、和等于用于开关设备U22和Y22的第九门控命令信号的OFF时段的OFF时段，

生成用于开关设备U32和Y32的第十一门控命令信号，第十一门控命令信号相对于用于开关设备X22和V22的第十门控命令信号延迟一个时钟，并且被设置为具有等于用于开关设备X22和V22的第十门控命令信号的ON时段的ON时段、和等于用于开关设备X22和V22的第十门控命令信号的OFF时段的OFF时段，

生成用于开关设备X32和V32的第十二门控命令信号，第十二门控命令信号相对于用于开关设备U32和Y32的第十一门控命令信号延迟一个时钟，并且被设置为具有等于用于开关设备U32和Y32的第十一门控命令信号的ON时段的ON时段、和等于用于开关设备U32和Y32的第十一门控命令信号的OFF时段的OFF时段，

开关设备是被利用门控命令信号在ON和OFF之间分别控制的。

利用上面提到的构造，能够避免由于由设备的特性决定的最小脉冲宽度的限制对输出频率的限制，这是因为其间每个开关设备通过由门控命令生成部分产生的门控命令信号而被保持导通或关断的导通或关断时段对于多个时钟或多个时钟间隔是连续的。

(1)根据权利要求1～4中一项阐述的本发明，能够将每个开关设备的开关频率降低到与串联数M和并联数N的乘积(M×N)成反比的频率。

此外，能够将在dc链路电压输入部分Vdc与上臂和下臂的相应开关设备的dc输入端子之间以及在矩形波电压输出部分Vout与上臂和下臂的相应开关设备的输出端子之间的主电路导体的数量减小到小于M×N的数量。因而，能够降低装置的成本并减小用于安装主电路导体的空间。

由于每个开关组电路中的开关设备的串联并联连接，因此，与先前技术的连接相比，开关设备的布置没有扩大，并且能够减小由于主电路导体的长度的分散造成的阻抗的分散。

(2)根据权利要求2或4阐述的本发明，能够避免由设备的特性决定的最小脉冲宽度的限制对输出频率的限制，这是因为其间每个开关设备通过由门控命令生成部分产生的门控命令信号而被保持导通或关断的导通或关断时段对于多个时钟或多个时钟间隔是连续的。

附图说明

图1是根据本发明实施例的实际例子的单相逆变器的框图。

图2是作为例子示出根据本实施例的实际例子的门控命令信号生成模式的信号波形图。

图3是用于示出图2中的门控命令生成模式(1)～(6)中的导通控制的开关设备和输出电流路径的视图。

图4是用于示出图2中的门控命令生成模式(7)～(12)中的导通控制的开关设备和输出电流路径的视图。

图5是示出对其应用本发明的谐振负载电力转换装置的框图。

图6是示出从专利文献1的谐振负载逆变器系统可想到的变形例的逆变器部分的电路图。

图7是示出用于控制图6的逆变器部分的开关设备的门控命令信号生成模式的一个例子的信号波形图。

图8是用于示出图7中的门控命令生成模式(1)～(6)中的导通控制的开关设备和输出电流路径的视图。

具体实施方式

虽然在下面参照附图解释本发明的一个或多个实施例，但是本发明不限于以下实施例。图1示出了根据本发明实施例的单相逆变器部分的构造。这个单相逆变器可被用作例如图5的ac/dc转换装置10(用于谐振负载的电力转换器)。

图1的单相逆变器的dc输入部分与dc链路电压输入部分Vdc连接。开关组电路100U、100V、100X和100Y分别在单相逆变器的臂中连接。每个开关组电路包括布置在M串联N并联阵列(在图1的例子中是2串联3并联)中的开关设备(例如，IGBT)。矩形或方形波输出电压Vout从开关组电路100U和100X的共同连接点与开关组电路100V和100Y的共同连接点之间输出。

单相逆变器的一相或第一相的上臂的开关组电路100U包括开关设备U11和U12的串联组合、开关设备U21和U22的串联组合以及开关设备U31和U32的串联组合的并联布置。第一相的上臂的这些串联组合通过第一相的上臂的主电路导体彼此并联连接。

单相逆变器的第一相的下臂的开关组电路100X包括开关设备X11和X12的串联组合、开关设备X21和X22的串联组合以及开关设备X31和X32的串联组合的并联布置。第一相的下臂的这些串联组合通过第一相的下臂的主电路导体彼此并联连接。

单相逆变器的另一相或第二相的上臂的开关组电路100V包括开关设备V11和V12的串联组合、开关设备V21和V22的串联组合以及开关设备V31和V32的串联组合的并联布置。第二相的上臂的这些串联组合通过第二相的上臂的主电路导体彼此并联连接。

单相逆变器的该另一相或第二相的下臂的开关组电路100Y包括开关设备Y11和Y12的串联组合、开关设备Y21和Y22的串联组合以及开关设备Y31和Y32的串联组合的并联布置。第二相的下臂的这些串联组合通过第二相的下臂的主电路导体彼此并联连接。

每个串联组合是具有2合1结构的模块的形式，并且每个串联组合的两个开关设备在模块内部彼此连接。

在图1所示的单相逆变器中，每个开关组电路的开关设备以串联并联电路的形式连接，如前面所提到的。因此，能够将分别在dc链路电压输入部分Vdc与上臂和下臂中每个臂的开关设备的dc输入端子之间以及在矩形波电压输出部分Vout与上臂和下臂中每个的开关设备的输出端子之间连接的主电路导体的数量减小到小于开关设备数量(M×N)的数量。而且，由于开关设备的串联并联连接，用于安装主电路导体的空间不与开关设备的数量(M×N)成比例地增大并且能够减小由于主电路导体的路径长度的不均匀引起的阻抗的分散或不均匀。

图1的用于控制单相逆变器的控制部分包括门控命令生成部分，该门控命令生成部分用于产生时钟或时钟脉冲和如图2的门控命令信号生成模式中所示的门控命令信号，并且该控制部分利用产生的门控命令信号以ON/OFF控制的方式控制开关设备。

图2示出了图1的实际例子中的门控命令信号生成模式，其中串联数或串联连接的部件的数量M＝2并且并联数或并联连接的部件的数量N＝3。

时钟是通过利用单相逆变器的输出电压命令(Vout_ref)的导通和关断作为触发器来生成的。

用于开关设备U11和Y11中每个的第一门控命令信号U11_gate/Y11_gate是具有等于12个时钟(2×(串联数M)×(并联数N))的循环周期的周期性信号。第一门控命令信号U11_gate/Y11_gate对7个时钟((串联数M)×(并联数N)+1)为ON，并且对5个时钟((串联数M)×(并联数N)-1)为OFF。

用于开关设备X11和V11中每个的第二门控命令信号X11_gate/V11_gate相对于第一门控命令信号U11_gate/Y11_gate延迟一个时钟。第二门控命令信号X11_gate/V11_gate具有长度等于第一门控命令信号的导通时段的导通时段和长度等于第一门控命令信号的关断时段的关断时段。

用于开关设备U21和Y21中每个的第三门控命令信号U21_gate/Y21_gate相对于第二门控命令信号X11_gate/V11_gate延迟一个时钟。第三门控命令信号U21_gate/Y21_gate具有等于第二门控命令信号的导通时段的导通时段和等于第二门控命令信号的关断时段的关断时段。

用于开关设备X21和V21中每个的第四门控命令信号X21_gate/V21_gate相对于第三门控命令信号U21_gate/Y21_gate延迟一个时钟。第四门控命令信号X21_gate/V21_gate具有等于第三门控命令信号的导通时段的导通时段和等于第三门控命令信号的关断时段的关断时段。

用于开关设备U31和Y31中每个的第五门控命令信号U31_gate/Y31_gate相对于第四门控命令信号X21_gate/V21_gate延迟一个时钟。第五门控命令信号U31_gate/Y31_gate具有等于第四门控命令信号的导通时段的导通时段和等于第四门控命令信号的关断时段的关断时段。

用于开关设备X31和V31中每个的第六门控命令信号X31_gate/V31_gate相对于第五门控命令信号U31_gate/Y31_gate延迟一个时钟。第六门控命令信号X31_gate/V31_gate具有等于第五门控命令信号的导通时段的导通时段和等于第五门控命令信号的关断时段的关断时段。

用于开关设备U12和Y12中每个的第七门控命令信号U12_gate/Y12_gate相对于第六门控命令信号X31_gate/V31_gate延迟一个时钟。第七门控命令信号U12_gate/Y12_gate具有等于第六门控命令信号的导通时段的导通时段和等于第六门控命令信号的关断时段的关断时段。

用于开关设备X12和V12中每个的第八门控命令信号X12_gate/V12_gate相对于第七门控命令信号U12_gate/Y12_gate延迟一个时钟。第八门控命令信号X12_gate/V12_gate具有等于第七门控命令信号的导通时段的导通时段和等于第七门控命令信号的关断时段的关断时段。

用于开关设备U22和Y22中每个的第九门控命令信号U22_gate/Y22_gate相对于第八门控命令信号X12_gate/V12_gate延迟一个时钟。第九门控命令信号U22_gate/Y22_gate具有等于第八门控命令信号的导通时段的导通时段和等于第八门控命令信号的关断时段的关断时段。

用于开关设备X22和V22中每个的第十门控命令信号X22_gate/V22_gate相对于第九门控命令信号U22_gate/Y22_gate延迟一个时钟。第十门控命令信号X22_gate/V22_gate具有等于第九门控命令信号的导通时段的导通时段和等于第九门控命令信号的关断时段的关断时段。

用于开关设备U32和Y32中每个的第十一门控命令信号U32_gate/Y32_gate相对于第十门控命令信号X22_gate/V22_gate延迟一个时钟。第十一门控命令信号U32_gate/Y32_gate具有等于第十门控命令信号的导通时段的导通时段和等于第十门控命令信号的关断时段的关断时段。

用于开关设备X32和V32中每个的第十二门控命令信号X32_gate/V32_gate相对于第十一门控命令信号U32_gate/Y32_gate延迟一个时钟。第十二门控命令信号X32_gate/V32_gate具有等于第十一门控命令信号的导通时段的导通时段和等于第十一门控命令信号的关断时段的关断时段。

图1中所示的每个开关设备通过借由图2中所示这样产生的门控命令信号U11_gate/Y11_gate...X32_gate/V32_gate的模式(1)～(12)的重复而在ON和OFF之间被控制。

图3和图4示出了当图1中所示的开关组电路的开关设备通过图2的门控命令信号生成模式被控制为ON和OFF时的输出电流的流。

图3的(a)～(f)分别对应于图2的模式(1)～(6)，并且图4(a)～(f)分别对应于图2的模式(7)～(12)。在这些图中，由门控命令的ON信号被控制为“ON”的开关设备由“ON”指示，并且箭头指示流经这样导通的开关设备和负载的输出电流Iout的路径。

图3和图4的例子中所示的负载是诸如感应加热设备的谐振负载。

在图3的(a)的模式(1)中，开关设备U11、Y11、U12、Y12、X12、V12、U22、Y22、X22、V22、U32、Y32、X32和V32导通，并且开关设备X11、V11、U21、Y21、X21、V21、U31、Y31、X31和V31关断。因此，电流流经U11→U12→负载→Y11→Y12的路径。

在图3的(b)的模式(2)中，开关设备U11、Y11、X11、V11、X12、V12、U22、Y22、X22、V22、U32、Y32、X32和V32导通，并且开关设备U12、Y12、U21、Y21、X21、V21、U31、Y31、X31和V31关断。因此，电流流经V11→V12→负载→X11→X12的路径。

在图3的(c)的模式(3)中，开关设备U11、Y11、X11、V11、U21、Y21、U22、Y22、X22、V22、U32、Y32、X32和V32导通，并且开关设备U12、Y12、X12、V12、X21、V21、U31、Y31、X31和V31关断。因此，电流流经U21→U22→负载→Y21→Y22的路径。

在图3的(d)的模式(4)中，开关设备U11、Y11、X11、V11、U21、Y21、X21、V21、X22、V22、U32、Y32、X32和V32导通，并且开关设备U12、Y12、X12、V12、U22、Y22、U31、Y31、X31和V31关断。因此，电流流经V21→V22→负载→X21→X22的路径。

在图3的(e)的模式(5)中，开关设备U11、Y11、X11、V11、U21、Y21、X21、V21、U31、Y31、U32、Y32、X32和V32导通，并且开关设备U12、Y12、X12、V12、U22、Y22、X22、V22、X31和V31关断。因此，电流流经U31→U32→负载→Y31→Y32的路径。

在图3的(f)的模式(6)中，开关设备U11、Y11、X11、V11、U21、Y21、X21、V21、U31、Y31、X31、V31、X32和V32导通，并且开关设备U12、Y12、X12、V12、U22、Y22、X22、V22、U32和Y32关断。因此，电流流经V31→V32→负载→X31→X32的路径。

在图4的(a)的模式(7)中，开关设备U11、Y11、U12、Y12、X11、V11、U21、Y21、X21、V21、U31、Y31、X31和V31导通，并且开关设备X12、V12、U22、Y22、X22、V22、U32、Y32、X32和V32关断。因此，电流流经U11→U12→负载→Y11→Y12的路径。

在图4的(b)的模式(8)中，开关设备U12、Y12、X11、V11、X12、V12、U21、Y21、X21、V21、U31、Y31、X31和V31导通，并且开关设备U11、Y11、U22、Y22、X22、V22、U32、Y32、X32和V32关断。因此，电流流经V11→V12→负载→X11→X12的路径。

在图4的(c)的模式(9)中，开关设备U12、Y12、X12、V12、U21、Y21、U22、Y22、X21、V21、U31、Y31、X31和V31导通，并且开关设备U11、Y11、X11、V11、X22、V22、U32、Y32、X32和V32关断。因此，电流流经U21→U22→负载→Y21→Y22的路径。

在图4的(d)的模式(10)中，开关设备U12、Y12、X12、V12、U22、Y22、X21、V21、X22、V22、U31、Y31、X31和V31导通，并且开关设备U11、Y11、X11、V11、U21、Y21、U32、Y32、X32和V32关断。因此，电流流经V21→V22→负载→X21→X22的路径。

在图4的(e)的模式(11)中，开关设备U12、Y12、X12、V12、U22、Y22、X22、V22、U31、Y31、U32、Y32、X31和V31导通，并且开关设备U11、Y11、X11、V11、U21、Y21、X21、V21、X32和V32关断。因此，电流流经U31→U32→负载→Y31→Y32的路径。

在图4的(f)的模式(12)中，开关设备U12、Y12、X12、V12、U22、Y22、X22、V22、U32、Y32、X31、V31、X32和V32导通，并且开关设备U11、Y11、X11、V11、U21、Y21、X21、V21、U31和Y31关断。因此，电流流经V31→V32→负载→X31→X32的路径。

通过使用图3和图4中所示的模式(1)～(12)，转换系统顺序地切换开关设备(ON、OFF控制)。通过这样做(即，执行时分操作)，能够将一个开关设备的驱动频率减小到与串联数M和并联数N的乘积(M×N)成反比的频率(1/6)。此外，每个开关设备的导通时段和关断时段对于多个时钟或多个时钟间隔是连续的。因此，能够避免由设备的特性决定的最小脉冲宽度的限制对输出频率的限制(ac/dc转换装置的输出频率不受开关设备的特性的限制)。

此外，每个开关组电路的开关设备以串联并联连接的形式连接。因此，能够将在dc链路电压输入部分Vdc与上臂和下臂的相应开关设备的dc输入端子之间以及在矩形波电压输出部分Vout与上臂和下臂的相应开关设备的输出端子之间的主电路导体的数量减小到小于开关设备的数量(M×N)的数量。由于开关设备的串联并联连接，放置主电路导体所需的空间不与开关设备的数量(M×N)成比例地增大，并且能够减小由于主电路导体的长度的分散造成的阻抗的分散。

串联数M或单相逆变器的每个臂的开关组电路中串联连接的开关设备的数量不限于2，并且串联数M可以大于或等于3。并联数N或并联连接的电路部件的数量不限于3，并且并联数N可以等于2或者大于或等于4。在这种情况下，能够进一步减小开关频率。