电力变换装置及控制装置的制造方法
【专利摘要】电力变换装置包括：桥接电路，其在多个桥臂分别设有开关元件；滤波器，其设于桥接电路的交流侧，并被连接到中性点；电抗器，其设于桥接电路与滤波器之间；平滑电路，其设于桥接电路的直流侧；缓冲电路，其设于桥接电路与平滑电路之间；及开关电路，其设于平滑电路与缓冲电路之间。平滑电路包括在正极线与负极线之间串联地连接的2个平滑电容器，2个平滑电容器之间被连接到中性点。缓冲电路包括在正极线与负极线之间串联连接的2个缓冲电容器，2个缓冲电容器之间被连接到中性点。开关电路包括设于正极线的第1开关和设于负极线的第2开关。
【专利说明】
电力变换装置及控制装置
技术领域
[0001] 本发明设及电力变换装置及控制该电力变换装置的控制装置。
【背景技术】
[0002] W往，公知有PFC(Power Factor Correction:功率因数改善电路）等的电力变换 装置(例如，参照非专利文献1)。
[0003] 非专利文献1的PFC包括:桥接电路;高频滤波器，其设于桥接电路的交流侧；电抗 器，其设于桥接电路与高频滤波器之间；平滑电容器，其设于桥接电路的直流侧;缓冲电容 器，其设于桥接电路与平滑电容器之间；及逆流防止二极管，其设于平滑电容器与缓冲电容 器之间。在PFC中，在输入侧连接有S相交流电源，在输出侧连接有负载。
[0004] 在桥接电路中设有=个由上桥臂及下桥臂构成的支线。在各桥臂（上桥臂及下桥 臂）中分别设有开关元件，在该开关元件中并联地连接有二极管。并且，在桥接电路中，与交 流电压(输入电压）的相位对应地选择各支线中的上桥臂或下桥臂的开关元件，该选择的3 个开关元件W-定的占空比被驱动。另外，该PFCWDCM(Discontinuous Current Mode:电 流不连续模式)进行动作，在电抗器中电流不连续地流过。
[0005] 并且，在非专利文献1的PFC中，在电抗器中不流过电流时，桥接电路的开关元件被 接通，从而变成ZCS(ZeiX) Current Switching:零电流开关）。另外，在PFC中，在缓冲电容器 被放电的状态下，关断桥接电路的开关元件，从而变成ZVS(ZerC) Voltage Switching:零电 压开关）。由此，能够降低开关损耗。
[0006] 现有技术文献
[0007] 非专利文献
[000引非专利文献1:机部高范，宫路淳世，白木一浩，松川达哉，岛田隆一，"应用磁能再 生开关的原理的软开关有源整流电路(磯部高範、宮路淳世、白木一浩、松川達哉、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]、電気学会論文誌D(産業応用部門誌））"，电学会论文杂志D(产业应用部口杂志） Vol.131(2011)No.6p.793-800
【发明内容】
[0009] 发明要解决的课题
[0010] 但是，在上述的W往的PFC中，存在从S相交流电源输入到PFC的输入电流的波形 中发生失真的问题。即，存在THD(Total化rmonic Distodion:总谐波失真)变高的问题。 在此，图16表示W往的PFC中的交流电压及输入电流的波形。如图16所示，在交流电压在零 交叉附近时，在输入电流中发生失真。另外，在其他相的交流电压在零交叉附近时(交流电 压的相位在60度的时刻等），受到其他相的影响，从而在输入电流发生失真。
[0011] 本发明是为了解决上述的课题而研发的，本发明的目的在于提供一种能够对输入 电流的波形进行整形的电力变换装置及控制装置。
[0012] 用于解决课题的手段
[0013] 本发明的电力变换装置，包括:桥接电路，其在多个桥臂分别设有开关元件;滤波 器，其设于桥接电路的交流侧，并被连接到中性点；电抗器，其设于桥接电路与滤波器之间； 平滑电路，其设于桥接电路的直流侧;缓冲电路，其设于桥接电路与平滑电路之间；及开关 电路，其设于平滑电路与缓冲电路之间。平滑电路包括在正极线与负极线之间串联连接的2 个平滑电容器，2个平滑电容器之间被连接到中性点。缓冲电路包括在正极线与负极线之间 串联连接的2个缓冲电容器，2个缓冲电容器之间被连接到中性点。开关电路包括设于正极 线的第1开关和设于负极线的第2开关。
[0014] 通过运样构成，即便交流电压在零交叉附近，通过开关电路而形成经由平滑电容 器的阻抗低的电流路径，从而能够使流过电抗器的电流容易上升，因此能够对输入电流的 波形进行整形。
[0015] 在上述电力变换装置中，在电抗器中电流不连续地流过。
[0016] 在上述电力变换装置中，桥接电路的开关元件W不同的占空比被驱动，在每个开 关周期内，在桥接电路的上桥臂的开关元件中的任意开关元件被最初接通时，第1开关被接 通，在每个开关周期内，在桥接电路的下桥臂的开关元件中的任意开关元件被最初接通时， 第2开关被接通。
[0017] 在上述电力变换装置中，在2个缓冲电容器被放电的状态下关断桥接电路的开关 元件。
[0018] 本发明的控制装置为控制电力变换装置的控制装置，电力变换装置包括:桥接电 路，其在多个桥臂分别设有开关元件;滤波器，其设于桥接电路的交流侧，并被连接到中性 点；电抗器，其设于桥接电路与滤波器之间；平滑电路，其设于桥接电路的直流侧；缓冲电 路，其设于桥接电路与平滑电路之间；及开关电路，其设于平滑电路与缓冲电路之间。平滑 电路包括在正极线与负极线之间串联地连接的2个平滑电容器，2个平滑电容器之间被连接 到中性点。缓冲电路包括在正极线与负极线之间串联连接的2个缓冲电容器，2个缓冲电容 器之间被连接到中性点。开关电路包括设于正极线的第1开关和设于负极线的第2开关。控 制装置根据电力变换装置的输入电压、输入电流及输出电压而控制桥接电路和开关电路。
[0019] 通过运样构成，即便交流电压在零交叉附近，通过开关电路而形成经由平滑电容 器的阻抗低的电流路径，从而能够使流过电抗器的电流容易上升，因此能够对输入电流的 波形进行整形。
[0020] 发明效果
[0021] 根据本发明的电力变换装置及控制装置，能够对输入电流的波形进行整形。
【附图说明】
[0022] 图1是表示本发明的第1实施方式的PFC的结构的电路图。
[0023] 图2是表示控制PFC的控制装置的结构的框图。
[0024] 图3是用于说明PFC的桥接电路的开关模式的图。
[0025] 图4是示意性地表示PFC的规定的相的输入侧的波形(交流电压ea。的波形、输入电 流Iac,flit的波形及在电抗器流过的电流Il的波形）的概要图。
[0026] 图5是用于说明PFC的动作的时序图。
[0027] 图6是放大表示在PFC的R相用的电抗器流过的电流的波形的模式图。
[0028] 图7是表示在PFC中形成包括负极线侧的平滑电容器的电流路径的状态的图。
[0029] 图8是表示在PFC中形成包括负极线侧的缓冲电容器的电流路径的状态的图。
[0030] 图9是表示在PFC中负极线侧的缓冲电容器被放电的状态的图。
[0031] 图10是表示在PFC中形成包括正极线侧的平滑电容器的电流路径的状态的图。
[0032] 图11是表示在PFC中形成包括正极线侧的缓冲电容器的电流路径的状态的图。
[0033] 图12是表示在PFC中正极线侧的缓冲电容器被放电的状态的图。
[0034] 图13是表示在PFC中向负载供给电力的状态的图。
[0035] 图14是表示第1实施方式的PFC中的规定的相的交流电压及输入电流的波形的图。
[0036] 图15是表示本发明的第2实施方式的逆变器的结构的电路图。
[0037] 图16是表示W往例的PFC中的规定的相的交流电压及输入电流的波形的图。
【具体实施方式】
[0038] 下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
[0039] (第1实施方式）
[0040] -PFC的电路结构-
[0041] 首先，参照图1，对本发明的第1实施方式的PFClOO的电路结构进行说明。另外， PFClOO是本发明的"电力变换装置"的一例。
[0042] 如图1所示，PFClOO包括:高频滤波器1、电抗部2、桥接电路3、缓冲电路4、开关电路 5、平滑电路6。在该PFC100 中，在输入侧连接有S相交流电源(系统电源)80，在输出侧连接 有负载90。另外，=相交流电源80例如各相被连接到中性点7c。
[0043] 高频滤波器1配置在=相交流电源80与电抗部2之间，且配置在桥接电路3的交流 侦U。该高频滤波器1是为了去除高频的噪声成分而设置的。高频滤波器1包括:R相用的电抗 器Ilr及电容器12r、S相用的电抗器Ils及电容器12s、T相用的电抗器lit及电容器12t。
[0044] 具体地，在电抗器Ilr中，一端连接到=相交流电源80的R相，另一端连接到电抗部 2。在电容器1化中，电极的一方连接到电抗器Ilr的另一端，电极的另一方连接到中性点7c。 在电抗器Ils中，一端连接到=相交流电源80的S相，另一端连接到电抗部2。在电容器12s 中，电极的一方连接到电抗器Ils的另一端，电极的另一方连接到中性点7c。在电抗器lit 中，一端连接到=相交流电源80的T相，另一端连接到电抗部2。在电容器12t中，电极的一方 连接到电抗器lit的另一端，电极的另一方连接到中性点7c。
[0045] 电抗部2配置在高频滤波器1与桥接电路3之间。该电抗部2是为了通过谐振而使电 流不连续而设置的。电抗部2包括:R相用的电抗器化、S相用的电抗器2 S、T相用的电抗器21。 具体地，电抗器化的一端连接到电抗器Ilr的另一端，电抗器2s的一端连接到电抗器Ils的 另一端，电抗器2t的一端连接到电抗器lit的另一端。
[0046] 桥接电路3是为了将从=相交流电源80供给的电力由交流变换成直流而供给到负 载90而设置的。该桥接电路3包括:U相桥臂3u、V相桥臂3v、W相桥臂3w、X相桥臂3x、Y相桥臂 3y、Z相桥臂3z"U相桥臂3u、V相桥臂3v及W相桥臂3w是上桥臂，X相桥臂3x、Y相桥臂3y及Z相 桥臂3z是下桥臂。由U相桥臂3u及X相桥臂3x而构成1个支线，由V相桥臂3v及Y相桥臂3y而构 成1个支线，由W相桥臂3w及Z相桥臂3z而构成1个支线。
[0047]在財目桥臂3u中设有IGBTQnsulated Gate Bipolar Transistor:绝缘栅型双极 晶体管)31u，并与该IGBT31U并联地设有二极管32u。在IGBT31U中，集电极连接到正极线7a， 发射极连接到电抗器化的另一端及X相桥臂3x。在二极管3化中，阴极连接到正极线7a，阳极 连接到电抗器化的另一端及X相桥臂3x。
[004引在V相桥臂3v中设有IGBT31V，并与该IGBT31V并联地设有二极管32v。在IGBT31V 中，集电极连接到正极线7曰，发射极连接到电抗器2s的另一端及Y相桥臂3y。在二极管32v 中，阴极连接到正极线7a，阳极连接到电抗器2s的另一端及Y相桥臂巧。
[0049] 在W相桥臂3w中设有IGBT31W，并与该IGBT31W并联地设有二极管32w。在IGBT31W 中，集电极连接到正极线7曰，发射极连接到电抗器2t的另一端及Z相桥臂3z。在二极管32w 中，阴极连接到正极线7a，阳极连接到电抗器2t的另一端及Z相桥臂3z。
[(K)加]在X相桥臂3x中设有IGBT31X，并与该IGBT31X并联地设有二极管32x。在IGBT31X 中，集电极连接到电抗器化的另一端及U相桥臂3u，发射极连接到负极线7b。在二极管32x 中，阴极连接到电抗器化的另一端及U相桥臂3u，阳极连接到负极线化。
[0化1]在Y相桥臂3y中设有IGBT31y，并与该IGBT31y并联地设有二极管32y。在IGBT31y 中，集电极连接到电抗器2s的另一端及V相桥臂3v，发射极连接到负极线7b。在二极管32y 中，阴极连接到电抗器2s的另一端及V相桥臂3v，阳极连接到负极线化。
[0化2] 在Z相桥臂3z中设有IGBT31Z，并与该IGBT31Z并联地设有二极管32z。在IGBT31Z 中，集电极连接到电抗器2t的另一端及W相桥臂3w，发射极连接到负极线7b。在二极管32z 中，阴极连接到电抗器2t的另一端及W相桥臂3w，阳极连接到负极线化。
[0053]另外，16813111、31乂、31巧、31义、317及3^为本发明的。开关元件"的一例。
[0054] 缓冲电路4配置在桥接电路3与开关电路5之间。该缓冲电路4作用为吸收过渡性的 高电压的保护电路。缓冲电路4包括在正极线7a与负极线7b之间串联连接的2个缓冲电容器 41a及4化。在缓冲电容器41a及4化之间连接有中性点7c。
[0055] 在缓冲电容器41a中并联连接有二极管42a。在该二极管4^1中，阴极连接到正极线 7曰，阳极连接到中性点7c。另外，在缓冲电容器41b并联连接有二极管42b。在该二极管42b 中，阴极连接到中性点7c，阳极连接到负极线化。
[0056] 开关电路5配置在缓冲电路4与平滑电路6之间。该开关电路5是为了形成后述的经 由平滑电容器6a或化的阻抗低的电流路径而设置的。另外，对此将在后面详述。
[0化7] 开关电路5包括设于正极线7a的IGBTSla和与IGBTSla并联地设置的二极管52曰。在 IGBTSla中，发射极连接到缓冲电路4,集电极连接到平滑电路6。在二极管52a中，阳极连接 到缓冲电路4,阴极连接到平滑电路6。另外，IGB巧Ia是本发明的"第1开关"的一例。
[005引另外，开关电路5包括设于负极线7b的IGBT5化和与IGBT5化并联地设置的二极管 52b。在IGBT51 b中，集电极连接到缓冲电路4，发射极连接到平滑电路6。在二极管52b中，阴 极连接到缓冲电路4,阳极连接到平滑电路6。另外，IGB巧化为本发明的"第2开关"的一例。
[0059] 平滑电路6配置在开关电路5与负载90之间，且配置在桥接电路3的直流侧。该平滑 电路6是为了将桥接电路3的输出平滑化而设置的。平滑电路6包括在正极线7a与负极线7b 之间串联连接的2个平滑电容器6a及化。在平滑电容器6a及6b之间连接有中性点7c。平滑电 容器6a及化例如为电解电容器，电容比缓冲电容器41a及4化更大。
[0060] 该PFClOO通过后述的控制装置200而控制桥接电路3及开关电路5,从而进行动作。
[0061] -PFC的控制装置-
[0062] 接着，参照图1~图3,对控制上述的PFClOO的控制装置200的结构进行说明。
[0063] 控制装置200构成为如下：生成PWM信号而驱动桥接电路3的IGBT31u、31v、31w、 31x、31y及31z，并根据PWM信号而驱动开关电路5的IGBTSla及5化。
[0064] 在此，图3表示桥接电路3的开关模式。如图3所示，从=相交流电源80输出正弦波 的交流电压日3。-1^、日3別及日3。-1。并且，控制装置200构成为在各相的交流电压为正的情况下驱 动对应的下桥臂的IGBT，而在各相的交流电压为负的情况下驱动对应的上桥臂的IGBT。即， 与交流电压对应地选择各支线的上桥臂或下桥臂，并对该选择的3个IGBT进行脉冲驱动。
[0065] 例如，在图3的期间T1中，时目的交流电压eac-R及T相的交流电压eac-T为正，S相的交 流电压eac-s为负。此时，在与R相对应的支线中，作为上桥臂的U相桥臂3u的IGBT31uW截止 状态被固定，作为下桥臂的X相桥臂3x的IGBT31XW开关频率(载波频率)被脉冲驱动。另外， 在与S相对应的支线中，作为上桥臂的V相桥臂3v的IGBT31vW开关频率被脉冲驱动，作为下 桥臂的Y相桥臂3y的IGBT31yW截止状态被固定。另外，在与T相对应的支线中，作为上桥臂 的W相桥臂3w的IGBT31wW截止状态被固定，作为下桥臂的Z相桥臂3z的IGBT31zW开关频率 被脉冲驱动。另外，关于被脉冲驱动的IGBT31x、31v及31z的占空比（相对开关频率的周期的 导通期间）将在后面进行详细说明。
[0066] 如图2所示，控制装置200具备：CPU201、R0M202、RAM203、输入接口 204、输出接口 205。
[0067] CPU201执行存储于R0M202的程序等。在R0M202中存储有程序、在执行该程序时所 使用的设定值等。RAM203具备临时地存储传感器的检测结果等的功能。
[0068] 在输入接口 204连接有输入电压传感器211、输入电流传感器212及输出电压传感 器213,在输出接口 205连接有桥接电路3及开关电路5的各IGBT的栅极。在输入接口 204输入 各传感器的检测结果，从输出接口 205输出驱动各IGBT的驱动信号。
[0069] 输入电压传感器211是为了检测从=相交流电源80输出的各相的交流电压(输入 电压)eac而设置的。具体地，输入电压传感器211分别检测时目的交流电压eac-R、S相的交流电 压Gac-S及T相的交流电压eac-T。
[0070] 输入电流传感器212是为了检测输入到PFClOO的高频滤波器1的各相的输入电流 Iac, filt而设置的。具体地，输入电流传感器212分别检测时目的输入电流Iac, filt-R、S相的输入 电流Iac, f ilt-S及T相的输入电流Iac, f ilt-T。
[0071] 输出电压传感器213是为了检测从PFClOO输出到负载90的输出电压Vd。而设置的。
[0072] 并且，控制装置200根据输入电压传感器211的检测结果而选择驱动桥接电路3的 IGBT，并根据输入电压传感器211、输入电流传感器212及输出电压传感器213的检测结果而 生成驱动所选择的IGBT的PWM信号。
[0073] 具体地，控制装置200在每个开关周期，根据交流电压eac-R而选择IGBT31U或31x， 并W由W下的式（1)而计算的占空比来驱动该选择的IGBT31U或31x。
[0074] [数学式。
[0075]
I)
[0076] 巧外，巧巧（I)中，Duty_Pux刃所选挣的IGBT3 Iu或3 lx的占空比。lac, f iit-R[ A]是从R 相向高频滤波器I输入的输入电流，Lres〇-R[H]是电抗器化的电感。fsw[Hz]是开关频率，Vdc
[V]是PFClOO的输出电压。eac-R[V]是R相的交流电压，0R[rad]是R相的交流电压的相位。
[0077] 另外，控制装置200在每个开关周期，根据交流电压eac-s而选择IGBT31V或31y，并 W由W下的式(2)而计算的占空比来驱动该选择的IGBT31V或31y。
[0078] [数学式2]
[00巧]
* * ' {資}
[0080] 另外，在式（2)中，Duty_Pvy为所选择的IGBT31V或31y的占空比。Iac,fiit-s[A]是从S 相向高频滤波器1输入的输入电流。Lreso-S阳]是电抗器2s的电感，具备与电抗器化几乎相同 的值。eac-s[V]是S相的交流电压，0s[rad]是S相的交流电压的相位。
[0081] 另外，控制装置200在每个开关周期，根据交流电压eac-T而选择IGBT31W或31z，并 W由W下的式(3)而计算的占空比来驱动该选择的IGBT31W或31z。
[0082] [数学式3]
[0083] * * ? ( 3 )
[0084] 力yr，化;EU3 J T，uuty_Fwz刃尸ZT迎许的化m 3iW现3iZ的白至比。Iac,fiit-T[A]是从T 相向高频滤波器1输入的输入电流。keso-T阳]是电抗器2t的电感，具备与电抗器化及2s几乎 相同的值。eaE-T[V]是T相的交流电压，0T[rad]是T相的交流电压的相位。
[0085] 如上所述，在第1实施方式中，桥接电路3的被选择的IGBTW不同的占空比被驱动。
[0086] 另外，控制装置200根据P歷信号而驱动开关电路5的IGBTSla及5化。具体地，控制 装置200在每个开关周期，当上桥臂的IGBT31u、31v及31w的任意一个最初被接通时，使 IGB巧Ia接通。另外，控制装置200在每个开关周期，当下桥臂的IGBT31x、31y及31z的任意一 个最初被接通时，使IGBT5化接通。另外，所接通的IGBTSla及5化分别在经过规定的期间之 后被关断。
[0087] -PFC 的动作-
[0088] 接着，参照图1~图13,对通过控制装置200而控制的PFClOO的动作进行说明。
[0089] 首先，作为PFClOO的动作的整体的流程，从S相交流电源80向PFClOO输出图3所示 的正弦波的交流电压eac-R、eac-S及eac-T。此时，在每个开关周期，通过控制装置200而驱动 PFClOO的桥接电路3及开关电路5。并且，反复进行图3的期间Tl~T6。另外，开关周期被预先 设定，该开关周期是比期间Tl等短的期间。
[0090] 在此，通过控制装置200进行控制，W使PFC100WDCM(电流不连续模式)进行动作。 如图4所示，DCM是发生流过电抗器化、2s及2t的电流在每个开关周期变成零的期间的动作 模式。另外，在图4中，为了便于观察，仅示出了PFClOO的输入侧的1相。另外，在PFClOO中，桥 接电路3的被选择的IGBT W不同的占空比被驱动。
[0091] 接着，对PFClOO的动作进行详细说明。另外，下面，W图3的期间Tl的初期的开关周 期为一例进行说明。即，对R相的交流电压eac-R在零伏特附近时的动作进行说明。
[0092] 首先，通过控制装置200,并根据输入电压传感器211的检测结果，选择各支线被驱 动的IGBT。在期间Tl中，时目的交流电压eac-R及T相的交流电压eac-T为正，S相的交流电压eac-S 为负，由此选择IGBT31x、31v及31z。
[0093] 并且，通过控制装置200,并根据输入电压传感器211、输入电流传感器212及输出 电压传感器213的检测结果，由上述的式（1)而计算IGBT31X的占空比。另外，通过控制装置 200,并根据输入电压传感器211、输入电流传感器212及输出电压传感器213的检测结果，由 上述的式（2)而计算IGBT31V的占空比。另外，通过控制装置200,并根据输入电压传感器 211、输入电流传感器212及输出电压传感器213的检测结果，由上述的式(3)而计算IGBT31Z 的占空比。
[0094] 并且，如图5所示，在控制装置200中在开关频率下生成银齿波，关断IGBT31x、31v 及31z的时机与银齿波的终端匹配。在此，由于IGBT31x、31v及31z的占空比不同，因此接通 168131义、31￥及3^的时机变得不同。
[00M]另外，在图5的例子中，在上桥臂中仅接通IGBT31V，因此与接通该IGBT31V的时机 匹配地接通IGBT51a。另外，在下桥臂中接通IGBT31X及31z，但由于IGBT31X最初被接通，因 此与接通该IGBT31X的时机匹配地接通IGBT5化。
[0096] 接着，按照图5的时序图，对开关周期中的动作进行说明。
[0097] 首先，在时刻11，接通IGBT31X及51 b。由此，如图7所示，形成从电抗器2r经由 IGBT31x、5化、平滑电容器6b及中性点7c而回流到S相的电流路径P1。之后，当接通IGBT31Z 时，来自电抗器2t的电流经由IGBT31Z而在负极线化被合流。
[0098] 在此，在电流路径Pl中配置有电容大且WVdc/2被充电的平滑电容器化。因此，能够 降低电流路径Pl的阻抗，因此即便R相的交流电压eac-R在零伏特附近，也容易使在电抗器化 流过的电流IL-R(参照图6)上升。即，通过将平滑电容器6b用作电源，从而能够促进电抗器 化的电流Il-R。
[0099] 换言之，在W往的PFC中，在交流电压在零伏特附近时，由于电抗器的电流难W上 升而在输入电流中发生失真，而在第1实施方式中，即便交流电压eac-R在零伏特附近，通过 形成包括平滑电容器6b的阻抗低的电流路径Pl，从而能够使电抗器化的电流Il-R容易上升。 即，即便交流电压eac-R在零伏特附近，通过适当控制电抗器化的电流Il-R,从而能够对输入 电流IaE,filt-R的波形进行整形。
[0100] 另外，PFClOO WDCM(电流不连续模式)进行动作，在接通IGBT31X及5化时，在电抗 器化不流过电流，因此变成ZCS(零电流开关）。另外，在接通IGBT31Z时，在电抗器2t不流过 电流，因此变成ZCS。
[0101] 接着，在图5的时刻t2, IGBTSlb被关断。由此，如图8所示，形成从电抗器化经由 IGBT31X、负极线7b、缓冲电容器41b及中性点7c而回流到S相的电流路径P2。另外，来自电抗 器2t的电流经由IGBT31Z而在负极线化被合流。
[0102] 由此，缓冲电容器41b被放电。在此，如图6所示，在时刻t2,成为电流流过的状态， 因此与W开始流过的较少的电流放电的W往的情况相比，能够在短时间内完成放电。之后， 如图9所示，当完成放电时，形成从电抗器化经由IGBT31X、负极线7b、二极管42b及中性点7c 而回流到S相的电流路径P3。另外，来自电抗器2t的电流经由IGBT31Z而在负极线化被合流。
[0103] 接着，在时刻t3，IGBT31v及51a被接通。由此，如图10所示，在电流路径P3的基础 上，还形成从中性点7c分支并经由平滑电容器6a、IGB巧Ia及IGBT31V而流过电抗器2s的电 流路径P4。另外，当接通IGBT31V及51a时，在电抗器2s不流过电流，因此变成ZCS(零电流开 关)。
[0104] 之后，在图5的时刻t4，IGBT51 a被关断。由此，如图11所示，在电流路径P3的基础 上，形成从中性点7c分支并经由缓冲电容器41曰、正极线7a、IGBT31v而流过电抗器2s的电流 路径P5。
[0105] 由此，缓冲电容器41 a被放电。之后，如图12所示，当完成放电时，在电流路径P3的 基础上，还形成从中性点7c分支并经由二极管42曰、正极线7a、IGBT31v而流过电抗器2s的电 流路径P6。另外，根据阻抗，也可W代替运些路径而使来自电抗器化的电流经由二极管32U、 正极线7a及IGBT31V而流入电抗器2s或经由IGBT31X、负极线7b及二极管32y而流入电抗器 2s。另外，在来自电抗器2t的电流的情况下也相同。
[0106] 接着，在图5的时刻巧，IGBT31x、31v及31z被关断。另外，当IGBT31x、31v及31z被关 断时，缓冲电容器41a及4化被放电，各支线之间变成零伏特，因此成为ZVS(零电压开关）。
[0107] 并且，如图13所示，当IGBT31x、31v及31z被关断时，电流从电抗器化经由二极管 3化及52a而流向负载90侧，并且电流从电抗器2t经由二极管32w及52a而流向负载90侧。另 夕h电流从负载90侧经由二极管52b及32y而流向电抗器2s。此时，缓冲电容器41a及4化被充 电，过渡性的高电压被吸收。
[0108] 之后，如图6所示，在电抗器化、2s及2t不流过电流。并且，W开关频率反复进行运 样的动作。
[0109] 另外，在上述的例子中，下桥臂的IGBT31X比上桥臂的IGBT31V先被接通，因此通过 IGB巧化的接通而促进电流化-R，而在上桥臂的IGBT比下桥臂的IGBT先被接通的情况下，通 过IGBTSla的接通而促进电流。即，根据从S相交流电源80供给的交流电压eac-R、eac-S及Gac-T 的状況，具有通过IGBT5化及平滑电容器6b而促进电流的情况和通过IGBTSla及平滑电容器 6a而促进电流的情况。
[0110] -効果-
[0111] 如上述，在第1实施方式中具备:在正极线7a与负极线7b之间串联连接的2个缓冲 电容器41a及4化、在正极线7a与负极线7b之间串联连接的2个平滑电容器6a及6b、设于缓冲 电容器41a与平滑电容器6a之间的正极线7a的IGBT51a、及设于缓冲电容器4化与平滑电容 器6b之间的负极线7b的IGBT5化。并且，在缓冲电容器41a及4化之间连接有中性点7c，在平 滑电容器6a及化之间连接有中性点7c。
[om] 通过运样构成，即便交流电压eac-R(eac-S，eac-T)在零交叉附近，但通过IGBTSlb (51a)而形成经由平滑电容器化(6a)的阻抗低的电流路径P1，从而使在电抗器化(2s，2t)流 过的电流容易上升，因此如图14所示，能够对输入电流13。^化-[?(13。^化-5，13。^111；-1')的波形 进行整形。即，能够降低T皿。
[0113] 另外，在第1实施方式中，在电流流过的状态下缓冲电容器41b(41a)被放电，从而 与W开始流过的较少的电流放电的W往的情况相比，能够W短时间完成放电。由此，也能够 使输入电流13。,:化-[?(13。,:111；-5，13。,:111；-1')的波形不容易失真。
[0114] 另外，在第1实施方式中，使PFC100WDCM进行动作，由此能够使IGBT31x、31v及31z (31u，31y，31w)的接通变成ZCS，因此能够降低开关损耗。
[0115] 另外，在第1实施方式中，在缓冲电容器41a及41b被放电的状态下关断IGBT31X、 31v及3^(3111，317,31*)，从而变成2￥5，因此能够降低开关损耗。
[0116] (第2实施方式）
[0117] 下面，参照图15,对本发明的第2实施方式的逆变器300进行说明。另外，逆变器300 是本发明的"电力变换装置"的一例。
[0118] 在逆变器300中，在输入侧连接有直流电源301，在输出侧连接有=相交流电源(系 统电源)80。即，在逆变器300中，输出及输入方向与第1实施方式的PFClOO相反。另外，逆变 器300的电路结构与PFClOO相同。
[0119] 在第2实施方式中，计算PWM信号的占空比的计算式与第1实施方式不同。
[0120] 具体地，由W下的式(4)来计算用于驱动IGBT31U或31x的占空比。
[0121] [数学式4]
[0122]
? * . (4)
[0123] 另外，在式(4)中，Duty_Iux为所选择的IGBT31U或31x的占空比。Iac,fiit-R[A]是向R 相输出的输出电流，Vd。[V]是直流电源301的电压。
[0124] 另外，由W下的式(5)来计算用于驱动IGBT31V或31y的占空比。
[0125] 「猶举式51
[0126]
* * - ( B)
[0127] 另外，在式巧）中，DutyJvy为所选择的IGBT31V或31y的占空比。Iac,fiit-s[A]是向S 相输出的输出电流，Vd。[V]是直流电源301的电压。
[0128] 另外，由W下的式(6)来计算用于驱动IGBT31W或31z的占空比。
[0129] [数学式6]
[0130]
' ?.（授）
[0131 ]另外，在式(6)中，Duty_Iwz为所选择的IGBT31W或31z的占空比。Iac,fiit-T[A]是向T 相输出的输出电流，Vd。[V]是直流电源301的电压。
[0132] 在第2实施方式中能够获得可实现软开关的逆变器300。
[0133] (其他实施方式）
[0134] 另外，本次公开的实施方式在所有的方面均为例示，不应W此进行限定性的解释。 因此，本发明的技术范围应根据权利要求书的记载而进行划定，不应仅根据上述的实施方 式而进行解释。另外，本发明的技术范围包括与权利要求书均等的意思及范围内的所有的 变更。
[0135] 例如，在第1实施方式中示出了 PFClOO为S相用的例子，但本发明不限于此，PFC可 W是单向用。另外，在第2实施方式的逆变器300的情况下也相同。
[0136] 另外，在第1及第2实施方式中示出了在U相桥臂3u设有IGBT31U及二极管3化的例 子，但本发明不限于此，也可W在U相桥臂设置反向导通型半导体开关。另外，在V相桥臂、W 相桥臂、X相桥臂、Y相桥臂、Z相桥臂的情况下也相同。同样，可W代替IGBTSla及二极管52a 而设置反向导通型半导体开关，也可W代替IGBT5化及二极管52b而设置反向导通型半导体 开关。
[0137] 另外，在第1实施方式中示出了在每个开关周期始终驱动开关电路5的例子，但本 发明不限于此，也可W在交流电压63。-1^、63別或63。-1在零交叉附近时驱动开关电路5,而在其 他情况下(在交流电压eac-R、63別及日3。-1不在零交叉附近时)不驱动开关电路5。
[0138] 另外，在第1实施方式中示出了在开关周期中将IGBTSla及51b运两者在不同的时 机接通的例子，但本发明不限于此，在开关周期内IGBTSla及5化的一方先被接通的情况下， 也可W不驱动另一方。
[0139] 另外，在第1实施方式中作为促进电流的电源使用了平滑电容器6a及6b，但本发明 不限于此，也可W另设促进电流的电源。
[0140] 产业上的利用可能性
[0141] 本发明可利用于电力变换装置及控制该电力变换装置的控制装置。
[0142] (符号的说明）
[0143] 1高频滤波器(滤波器）
[0144] 2r，2s，2t 电抗器
[0145] 3桥接电路
[0146] 3u財目桥臂(桥臂）
[0147] 3v V相桥臂(桥臂）
[014引3w W相桥臂(桥臂）
[0149] 3x X相桥臂(桥臂）
[0150] 巧Y相桥臂(桥臂）
[0151] 3z Z相桥臂(桥臂）
[0152] 31u，31v，31w，31x，31y，31z IGBT(开关元件）
[0153] 4缓冲电路
[0154] 41a，4化缓冲电容器
[0155] 5开关电路
[0156] 51a IGBT(第 1 开关）
[0157] 5化 IGBT(第2开关）
[015引 6平滑电路
[0159] 6日，化平滑电容器
[0160] 7a正极线
[0161] 7b负极线
[0162] 7c中性点
[0163] 100 PFC(电力变换装置）
[0164] 200控制装置
[0165] 300逆变器(电力变换装置）
【主权项】
1. 一种电力变换装置，其特征在于，其包括： 桥接电路，其在多个桥臂分别设有开关元件； 滤波器，其设于上述桥接电路的交流侧，连接到中性点； 电抗器，其设于上述桥接电路与上述滤波器之间； 平滑电路，其设于上述桥接电路的直流侧； 缓冲电路，其设于上述桥接电路与上述平滑电路之间；及 开关电路，其设于上述平滑电路与上述缓冲电路之间， 上述平滑电路包括2个平滑电容器，上述2个平滑电容器之间被连接到上述中性点，该2 个平滑电容器串联连接在正极线与负极线之间， 上述缓冲电路包括2个缓冲电容器，上述2个缓冲电容器之间被连接到上述中性点，该2 个缓冲电容器串联连接在上述正极线与上述负极线之间， 上述开关电路包括设于上述正极线的第1开关和设于上述负极线的第2开关。2. 根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于， 该电力变换装置构成为，在上述电抗器中电流不连续地流过。3. 根据权利要求1或2所述的电力变换装置，其特征在于， 上述桥接电路的开关元件以不同的占空比被驱动， 在每个开关周期内，在上述桥接电路的上桥臂的开关元件中的任意开关元件最初被接 通时，上述第1开关被接通， 在每个开关周期内，在上述桥接电路的下桥臂的开关元件中的任意开关元件最初被接 通时，上述第2开关被接通。4. 根据权利要求1至3中的任意一项所述的电力变换装置，其特征在于， 该电力变换装置构成为，在上述2个缓冲电容器被放电的状态下关断上述桥接电路的 开关元件。5. -种控制电力变换装置的控制装置，其特征在于， 上述电力变换装置包括： 桥接电路，其在多个桥臂分别设有开关元件； 滤波器，其设于上述桥接电路的交流侧，连接到中性点； 电抗器，其设于上述桥接电路与上述滤波器之间； 平滑电路，其设于上述桥接电路的直流侧； 缓冲电路，其设于上述桥接电路与上述平滑电路之间；及 开关电路，其设于上述平滑电路与上述缓冲电路之间， 上述平滑电路包括2个平滑电容器，上述2个平滑电容器之间被连接到上述中性点，该2 个平滑电容器串联连接在正极线与负极线之间， 上述缓冲电路包括2个缓冲电容器，上述2个缓冲电容器之间被连接到上述中性点，该2 个缓冲电容器串联连接在上述正极线与上述负极线之间， 上述开关电路包括设于上述正极线的第1开关和设于上述负极线的第2开关， 根据上述电力变换装置的输入电压、输入电流及输出电压而控制上述桥接电路和上述 开关电路。
【文档编号】H02M7/12GK105940599SQ201580006755
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2015年2月19日
【发明人】兵头贵志, 加藤修平
【申请人】欧姆龙株式会社