专利名称：复合型交流电源装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于反向器方式的交流电源装置。
反向器方式的交流电源裝置大都采用下述方式，也就是说，在以采用功率MOS-FET或IGBT等功率控制元件的全桥型电路或半桥型电路实施装置内部的直流电源输出的高频开关动作后，利用平滑化滤波器将其变换成特定频率的交流电压，因为以控制开关动作脉冲宽度和控制误差电压成比例来获得需要的交流输出电压，而可获得低功率损失及功率变换的高效率，然而，因为以电感器及电容器构成的平滑化电路将执行开关动作的矩形波电压变换成交流输出电压，故在抑制输出电压波形变形或涟波干扰上有限度，且因为平滑化滤波器机构的频率响应特性使它对急速负载变动的高速响应特性受到限制，故有如何降低交流电压波形的变形的问题。
日本特开平8-168267号公报中，为了减轻PWM开关动作方式交流电源装置的电压波形的变形问题，利用设置降低输出电压的低通滤波器Q值的机构，而获得可改善控制误差电压的频率响应特性并且对瞬间的负载变动也可快速响应的高品质交流电压。
另外，功率MOS-FET或双极电晶体因为可以快速执行开关动作，所以可以提供电压波形变形较小的交流电，然而，因为快速开关动作时的电流容量较小，而不适用于大功率的供应，且必须执行裝置本身的并联同步运转，另一方面，IGBT元件之类的可提供高耐压及大功率的元件，因为只能执行低频开关动作，在以开关动作反向器方式产生交流电压时，会有无法根据各种负载变动而提供交流电压波形变形较少的高品质交流电的缺点。
为了达成前述目的，低速反向器电路是利用IGBT元件之类的可供应高耐压、大功率的开关元件，虽然会有涟波干扰及交流电压波形变形的问题，却可产生高电压、大功率的交流电压波形，而高速反向器电路则是利用功率MOS-FET或双极电晶体等只可供应低耐压、小功率却可执行快速开关动作的开关元件，产生虽然为低电压、小功率却为低涟波干扰及低交流电压波形变形的交流电压波形。
将低速反向器电路及高速反向器电路的交流电压输出进行串联即可得到本发明的交流电源裝置的负载输出，低速反向器电路是利用该反向器电路的交流电压输出波形、以及共同连接于低速/高速反向器电路控制电路交流基准电压的交流电压输出波形的控制误差信号来执行反馈控制，产生高电压、大功率的交流电压，高速反向器电路则是利用本发明的交流电源裝置负载输出部分的交流电压输出波形、以及前述交流基准电压的交流电压输出波形的控制误差信号来执行反馈控制，产生虽然是低电压、小功率却不含涟波干扰及负载激变时的交流电压变形的高品质交流电压，本发明就是利用此单一裝置，就可以实现传统交流电源装置必须以并联同步运转才能实现的大功率、高品质交流电压的供应。
将低速反向器电路的高电压、大功率、交流电压输出、以及高速反向器电路的低电压、小功率交流电压输出串联至负载，低速反向器电路是利用该反向器电路产生的交流电压输出实施反馈控制。前述低速反向器电路是采用IGBT等可提供高耐压、高功率却只能实施低速开关动作的开关元件，而前述高速反向器电路则采用可执行快速开关动作却只能提供低耐压、小功率的开关元件。
以对负载的交流电压输出对高速反向器电路执行反馈控制，以高速反向器电路产生的低电压、小功率却可以执行快速开关动作的涟波干扰及负载激变时的电压波形变形较小的高品质交流电压，补偿低速反向器电路产生的高电压、大功率交流电压输出含有的涟波干扰及负载激变时的交流电压波形变形，这样本发明的电路方式及交流电源装置利用单一装置就可以实现传统PWM控制开关动作反向器必须以并联同步运转才能实现的大功率、高品质交流电压输出，提供更便宜的交流电源装置。
反向器电路1是由IGBT等高电压、大功率低速开关元件的全桥型电路、以及具电感器LHa、LHb及电容器CH、电阻RH的平滑化电路所构成，开关元件Xa、Xd及Xb、Xc利用低速PWM控制电路5，以互补方式执行直流电压的开关动作，并产生交流电压，另外，前述直流电压是由电压高于反向器电路2的直流电压源VdcL的直流电压源VdcH所提供。此处的低速PWM控制电路5是利用相位补偿电路等众所周知的电路方式实施反馈控制，而前述相位补偿电路则是以改变开关元件Xa、Xd及Xb、Xc的闸极驱动信号Ga、Gd及Gb、Gc的开关动作脉冲宽度，使交流基准电压源7及反向器电路1的交流电压输出端3的控制误差为最小，利用此方式，使交流电压输出端3及交流基准电压源7的控制误差为最小。
反向器电路2是由双极电晶体等低耐压、小功率却可快速响应的开关元件所构成的全桥型电路、以及具电感器LLa、LLb及电容器CL、电阻RL的平滑化电路所构成，开关元件Q1、Q4及Q2、Q3利用高速PWM控制电路6，以互补方式执行直流电压的开关动作，并产生交流电压，另外，前述直流电压是由电压低于反向器电路1的直流电压源VdcH的直流电压源VdcL提供。此处的高速PWM控制电路6是利用相位补偿电路等众所周知的电路方式实施反馈控制，而前述相位补偿电路则是以改变开关元件Q1、Q4及Q2、Q3的闸极驱动信号G1、G4及G2、G3的开关动作脉冲宽度，使对本发明交流电源裝置的负载输出端8的交流电压输出端4及交流基准电压源7的控制误差为最小，利用此方式，使对负载输出端8的交流电压输出端4及交流基准电压源7的控制误差为最小，另外，前述本发明交流电源裝置是将反向器电路1产生的交流电压输出及反向器电路2的交流电压输出进行串联并由电容器C及电阻R所构成。
另外，
图1中的反向器电路1及2都以全桥型电路构成，然而，反向器电路的电路构成上，并未限定为此种构成，图2所示的实施例，即以半桥型电路构成反向器电路2，而图3所示的实施例，即以半桥型电路构成反向器电路1，另外，图4所示的实施例，反向器电路1及反向器电路2都是以半桥型电路所构成，然而，在任何实施例中皆由低速PWM控制电路5控制的反向器电路1，是利用该反向器电路的交流电压输出端3来执行反馈控制，而由高速PWM控制电路6控制的反向器电路2，则是利用负载输出端8的交流电压输出端4来执行反馈控制。
此时，低速PWM控制电路5的开关动作频率为20KHz，高速PWM控制电路6的开关动作频率则为200KHz，由低速PWM控制电路5控制的反向器电路1的直流电源VdcH的电压值为500V，电感器LHa、LHb的容量为250μH，而由高速PWM控制电路6控制的反向器电路2的直流电源VdcL的电压值为50V，电感器LLa、LLb的容量为10μH，如前述的图1实施例的电路构成中，交流基准电压源7的交流电压为±10V、500Hz时的各部分模拟波形，参照图5至图11进行说明。
图5所示的波形为交流基准电压源7的输出波形，是±10V、500Hz的正弦波电压波形。图6所示的波形为低速PWM控制电路5内部的控制误差比较电路的电压波形，而图7所示的波形则为前述误差比较电路产生的开关元件Xa闸极驱动信号Ga的电压波形。
图8所示的波形为反向器电路1的交流电压输出端3的电压波形，因为低速PWM控制电路5的开关动作频率为较低的20KHz，而为含有涟波干扰及交流电压波形变形的交流电压波形。
图9上段所示的波形，是放大显示反向器电路1的交流电压输出端3、及交流基准电压源7控制目标的理想交流电压输出的电压差，也就是反向器电路1的交流电压输出端3的误差电压波形，图9下段所示的波形，是放大显示反向器电路2产生的交流电压输出、及交流基准电压源7控制目标的理想交流电压输出的电压差，相对于含有涟波干扰及交流电压波形变形而由反向器电路1产生的交流电压输出的误差电压，而反向器电路2产生的交流电压输出则为反相的大致相同的误差电压波形。
图10是负载输出端8的交流电压输出波形，图11所示的波形，是放大显示负载输出端8的交流电压输出、及交流基准电压源7控制目标的交流电压输出的电压差，也就是本发明交流电源裝置的交流电压输出的误差电压波形，也是涟波干扰及交流电压波形变形较少的高品质交流电压波形。
如前面所述，本发明的电路方式的特征，是将低速反向器电路产生的交流电压输出、以及高速反向器电路的交流电压输出串联到负载，低速反向器电路利用该反向器电路的交流电压输出执行反馈控制，而高速反向器电路则利用对负载输出的交流电压输出执行反馈控制，利用此方式，以单一的交流电源裝置就可以提供涟波干扰以及相对于负载变动的交流电压波形变形都较小的高品质、大功率交流电压。前述低速反向器电路是采用IGBT等虽然可耐高电压、大功率却只能以低速执行开关动作的开关元件，而可产生虽然含有涟波干扰及交流电压波形变形却具有高电压、大功率的交流电压波形，另外，前述高速反向器电路则采用只有低耐压及小功率却可快速执行开关动作的双极电晶体等，可产生虽然是低电压、小功率却可以利用快速开关动作来追随涟波干扰、及对应负载条件变动的交流电压波形变形等。
另外，使用于低速反向器电路的开关元件，只要可供应高耐压、大功率的开关元件即可，因为无需考虑低速开关动作时的涟波干扰的发生、以及负载激变时的交流电压波形变形，所以可以选择便宜的开关元件，同样的，使用于高速反向器电路的开关元件，只要产生可补偿低速反向器电路产生的高电压、大功率交流电压输出的涟波干扰、以及负载激变时的交流电压波形变形的低电压、小功率交流电压的开关元件即可，故和低速反向器电路的开关元件的选择相同，可以选择较便宜的开关元件，故只要采用本发明的电路方式，利用单一裝置即可实现传统交流电源裝置必须以并联同步运转才能实现的大功率、高品质交流电压的供应。
以上，是针对本发明的实施形态进行说明，然而，本发明并未限定为前述实施形态而已，即使一方的开关动作反向器电路的构成上，采用全桥型或半桥型以外的众所周知的反向器电路，利用由对负载的交流电压输出执行反馈控制的反向器电路2相对于反向器电路1为快速开关动作，且相对于反向器电路1产生的交流电压为低电压、小功率，串联反向器电路1及反向器电路2的交流电压输出，并将其当作对负载的交流电压输出，如上，只要是本发明的电路方式，即可获得和前述实施例相同的效果。
权利要求
1.一种复合型交流电源装置，包含连接着共用交流基准电压源的高速开关反向器电路以及低速开关反向器电路的交流电源装置，其特征为各反向器电路的交流电压串联后输出，并将其当作对该交流电源装置的负载的交流电压输出，和低速反向器电路相比，高速开关反向器电路具有较低电压且由产生小功率的交流电压波形的电路构成，并利用该交流电源装置的负载输出端的交流电压输出实施反馈控制，低速开关反向器电路则利用该反向器电路的交流电压输出实施反馈控制。
全文摘要
本发明提供一种复合型交流电源装置。本发明的解决手段是将低速反向器电路产生的高电压、大功率交流电压输出、以及高速反向器电路产生的低电压、小功率交流电压输出进行串联，高速反向器电路利用对负载输出的交流电压输出执行反馈控制，低速反向器电路则利用该反向器电路的交流电压输出执行反馈控制，前述低速反向器电路采用可提供高耐压、大功率却只能以低速执行开关动作的开关元件，前述高速反向器电路则采用只能提供低耐压、小功率却可执行快速开关动作的开关元件，利用此电路方式，可实现可供高品质、大功率、且便宜的交流电源装置。
文档编号H02M7/48GK1479443SQ03119180
公开日2004年3月3日 申请日期2003年3月13日 优先权日2002年8月29日
发明者似鸟宪治 申请人:计测技术研究所