电力转换装置的制作方法

专利名称：电力转换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力转换装置。
背景技术：
一般，在对输入电压进行升压而输出的情况下，使用升压电路。例如，有这样的升压电路在用二极管桥等整流电路将从交流发电机输出的交流电力转换为直流电力之后，通过升压斩波电路使电压上升而提供给负载。但是，在将该升压斩波电路用于例如交流发电机的输出的升压时，用二极管桥进行整流是必不可少的。此外，当将该升压斩波电路用于交流发电机的输出的升压时，在交流 发电机中流过滞后功率因数的电流，由于电枢反作用致使输出电压降低。由此，交流发电机的功率因数下降，不能充分发挥交流发电机的性能。为了改善该功率因数，广泛地采用了如下方法该方法使用了基于切换模式整流方式的功率因数改善，即使用了所谓PFC (Power Factor Correction :功率因数校正)转换器。但是，在使用PFC转换器的方法中，也需要将交流电源的输出一度整流为直流。为此，至今已进行了各种设计。例如，存在不用变压器进行升压，而是将电抗器与交流电源连接来改善功率因数的、AC动作的无桥路升压(BLB)式的PFC电路。BLB式的PFC电路与具有二极管桥的以往的PFC电路相比，部件数量少损失低。但是，由于BLB式的PFC电路使用了直流电抗器，因此成为非常关键的电路。与交流电抗器相比，直流电抗器存在直流磁极化的影响，因此其大小很大。并且，不能利用绝缘变压器的漏电抗和发电机的内部电感等。另外，在对负载施加电压的期间，PFC控制用的切换动作是硬切换。另外，在专利文献I中公开了如下所述的交流直流转换装置其能够进行升压，切换动作是软切换，且能够将交流电源的输出的功率因数大致调整为I。在该交流直流转换装置中，将由4个反向导通的半导体开关和电容器构成的磁能再生开关、电抗器、交流电源串联连接，与交流电压同步地切换反向导通型半导体开关的接通/断开，由此引起电容器与电抗器的谐振。用二极管整流电路取出该谐振的电压，从而将比交流输入电压高的直流电压施加到负载。并且，流过交流电源的电流的高次谐波减少，交流电源的功率因数变高。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2007-174723号公报发明概要发明所要解决的课题但是，在记载于专利文献I的交流直流转换装置中，在流过交流电源的电流波形中产生了失真，不能从交流电源得到期望的正弦波。并且，在记载于专利文献I的交流直流转换装置中，虽然能够对从交流电源输出的电压进行升压而将直流电压施加到负载上，但是不能将交流电压施加到负载上。本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种小型低损失的电力转换装置，其能够从交流电源得到期望的电流波形，能够对交流电压进行升压或者降压，能够调整提供给负载的电力。另外，本发明的另一目的在于，提供一种能够用软切换来进行PFC控制的电力转
换装置。用于解决课题的手段为了实现上述目的，本发明的第I方面的电力转换装置的特征在于，该电力转换
装置具有电感器，其一端与一端连接于基准电位点的交流电源的另一端连接；电流方向切换单元，其具有与所述电感器的另一端连接的输入端子和与负载的一端连接的输出端子，该电流方向切换单元在所述交流电源的输出电压为正时，使得从所述输入端子流向所述输出端子的电流导通、且切断从所述输出端子流向所述输入端子的电流，在所述交流电源的输出电压为负时，使得从所述输出端子流向所述输入端子的电流导通、且切断从所述输入端子流向所述输出端子的电流，由此切换电流导通的方向；磁能再生开关，其具有第I交流端子和第2交流端子、第I直流端子和第2直流端子、第I 二极管、第2 二极管、第3 二极管和第4 二极管、第I自灭弧型元件、第2自灭弧型元件、第3自灭弧型元件和第4自灭弧型元件、以及电容器，在所述第I交流端子上连接着所述第I 二极管的阳极和所述第2 二极管的阴极，在所述第I直流端子上连接着所述第I二极管的阴极、所述第3 二极管的阴极和所述电容器的一极，在所述第2直流端子上连接着所述第2 二极管的阳极、所述第4 二极管的阳极和所述电容器的另一极，在所述第2交流端子上连接着所述第3 二极管的阳极和所述第4 二极管的阴极，所述第I自灭弧型元件与所述第I 二极管并联连接，所述第2自灭弧型元件与所述第2 二极管并联连接，所述第3自灭弧型元件与所述第3 二极管并联连接，所述第4自灭弧型元件与所述第4 二极管并联连接，在所述第I交流端子上连接着所述输入端子，在所述第2交流端子上连接着所述负载的另一端和所述基准电位点；以及 控制单元，其控制各个所述自灭弧型元件的接通/断开，所述控制单元以该交流电源的输出电压的频率以上的频率，反复地切换所述第2自灭弧型元件与第3自灭弧型元件的对和所述第I自灭弧型元件与第4自灭弧型元件的对中，与所述交流电源输出的电压的正/负对应的对的接通/断开，且使另一对保持断开。另外，为了实现上述目的，本发明的第2方面的电力转换装置的特征在于，该电力转换装置具有电感器，其一端与一端连接于基准电位点的交流电源的另一端连接；电流方向切换单元，其具有第I输入端子和第2输入端子以及第I输出端子和第2输出端子，并且在所述第I输入端子与所述第2输入端子之间，连接有所述交流电源与所述电感器的串联电路，在所述第I输出端子与所述第2输出端子之间连接有负载，该电流方向切换单元将从所述第I输入端子和所述第2输入端子输入的交流电流整流为直流而从所述第I输出端子与所述第2输出端子之间输出；磁能再生开关，其具有第I交流端子和第2交流端子、第I直流端子和第2直流端子、第I 二极管、第2 二极管、第3 二极管和第4 二极管、第I自灭弧型元件、第2自灭弧型元件、第3自灭弧型元件和第4自灭弧型元件、以及电容器，在所述第I交流端子上连接着所述第I 二极管的阳极和所述第2 二极管的阴极，在所述第I直流端子上连接着所述第I 二极管的阴极、所述第3 二极管的阴极和所述电容器的一极，在所述第2直流端子上连接着所述第2 二极管的阳极、所述第4 二极管的阳极和所述电容器的另一极，在所述第2交流端子上连接着所述第3 二极管的阳极和所述第4 二极管的阴极，所述第I自灭弧型元件与所述第I 二极管并联连接，所述第2自灭弧型元件与所述第2 二极管并联连接，所述第3自灭弧型元件与所述第3 二极管并联连接，所述第4自灭弧型元件与所述第4 二极管并联连接，在所述第I交流端子上连接着所述第I输入端子，在所述第2交流端子上连接着所述第2输入端子；以及控制单元，其控制各个所述自灭弧型元件的接通/断开，
所述控制单元以该交流电源的输出电压的频率以上的频率，反复地切换所述第2自灭弧型元件与第3自灭弧型元件的对和所述第I自灭弧型元件与第4自灭弧型元件的对中，与所述交流电源输出的电压的正/负对应的对的接通/断开，且使另一对保持断开。另外，为了实现上述目的，本发明的第3方面的电力转换装置的特征在于，该电力转换装置具有第I电感器、第2电感器和第3电感器，它们的一端与三相交流电源的各相连接；电流方向切换单元，其具有第I输入端子、第2输入端子和第3输入端子、以及第I输出端子和第2输出端子，在所述第I输入端子上连接着所述第I电感器的另一端，在所述第2输入端子上连接着所述第2电感器的另一端，在所述第3输入端子上连接着所述第3电感器的另一端，在所述第I输出端子与所述第2输出端子之间连接有负载，该电流方向切换单元将从所述第I输入端子、所述第2输入端子和所述第3输入端子输入的三相交流电流整流为直流而从所述第I输出端子与第2输出端子之间输出；磁能再生开关，其具有第I交流端子、第2交流端子和第3交流端子、第I直流端子和第2直流端子、第I 二极管、第2 二极管、第3 二极管、第4 二极管、第5 二极管和第6二极管、第I自灭弧型元件、第2自灭弧型元件、第3自灭弧型元件、第4自灭弧型元件、第5自灭弧型元件和第6自灭弧型元件、以及电容器，在所述第I交流端子上连接着所述第I二极管的阳极和所述第2 二极管的阴极，在所述第2交流端子上连接着所述第3 二极管的阳极和所述第4 二极管的阴极，在所述第3交流端子上连接着所述第5 二极管的阳极和所述第6 二极管的阴极，在所述第I直流端子上连接着所述第I 二极管的阴极、所述第3 二极管的阴极、所述第5 二极管的阴极和所述电容器的一极，在所述第2直流端子上连接着所述第2 二极管的阳极、所述第4 二极管的阳极、所述第6 二极管的阳极和所述电容器的另一极，所述第I自灭弧型元件与所述第I 二极管并联连接，所述第2自灭弧型元件与所述第2 二极管并联连接，所述第3自灭弧型元件与所述第3 二极管并联连接，所述第4自灭弧型元件与所述第4 二极管并联连接，所述第5自灭弧型元件与所述第5 二极管并联连接，所述第6自灭弧型元件与所述第6 二极管并联连接，在所述第I交流端子上连接着所述第I输入端子，在所述第2交流端子上连接着所述第2输入端子，在所述第3交流端子上连接着所述第3输入端子；以及控制单元，其控制各个所述自灭弧型元件的接通/断开，所述控制单元执行如下控制在所述三相交流电源的第I相的输出为正时，以所述交流电源的输出电压的频率以上的频率对所述第I自灭弧型元件进行反复切换、且使所述第2自灭弧型元件保持断开，在所述第I相的输出为负时，以所述交流电源的输出电压的频率以上的频率反复地切换所述第2自灭弧型元件的接通/断开、且使所述第I自灭弧型元件保持断开，在第2相的输出为正时，以所述交流电源的输出电压的频率以上的频率对所述第3自灭弧型元件进行反复切换、且使所述第4自灭弧型元件保持断开，在所述第2相的输出为负时，以所述交流电源的输出电压的频率以上的频率反复地切换所述第4自灭弧型元件的接通/断开、且使所述第3自灭弧型元件保持断开，在第3相的输出为正时，以所述交流电源的输出电压的频率以上的频率对所述第5自灭弧型元件进行反复切换、且使所述第6自灭弧型元件保持断开，在所述第3相的输出为负时，以所述交流电源的输出电压的频率以上的频率反复地切换所述第6自灭弧型元件的接通/断开、且使所述第5自灭弧型元件保持断开。 发明效果根据本发明，能够低损失地从交流电源得到期望的电流波形，能够对交流电压进行升压或者降压，能够调整提供给负载的电力。并且，能够用软切换来进行PFC控制。


图I是示出本发明的第一实施方式的电力转换装置的结构的电路图。图2A是示出作为图I的电力转换装置的工作模式的放电P模式的图。图2B是示出作为图I的电力转换装置的工作模式的并联P模式的图。图2C是示出作为图I的电力转换装置的工作模式的充电P模式的图。图3A是示出作为图I的电力转换装置的工作模式的放电N模式的图。图3B是示出作为图I的电力转换装置的工作模式的并联N模式的图。图3C是示出作为图I的电力转换装置的工作模式的充电N模式的图。图4A是示出图I所示的电力转换装置的电源输出与施加给负载的电压之间的关系例的图。图4B是示出图I所示的电力转换装置的电源输出与施加给负载的电压之间的关系例的图。图5是示出流过图I所示的电力转换装置的交流电源的电流与目标电流的关系的图。图6是示出流过图I所示的电力转换装置的交流电源的电流与目标电流的关系的图。图7是示出本发明的第二实施方式的电力转换装置的结构的电路图。图8A是示出流过图7所示的电力转换装置的交流电源的电流的图。图8B是示出图7所示的电力转换装置施加给负载的电压和电容器的电压的图。图8C是示出图7所示的电力转换装置的门控信号的图。
图8D是示出图7所示的电力转换装置的门控信号的图。图9是示出与图7所示的电力转换装置的切换相伴的、反向导通型半导体开关的电流/电压的变化的图。图10是示出本发明的第三实施方式的电力转换装置的结构的电路图。图IlA是示出流过图10所示的电力转换装置的交流电源的电流的图。图IlB是示出图10所示的电力转换装置施加给负载的电压、电容器的电压、和交流电压源输出的电压的图。图IlC是示出图10所示的电力转换装置在负载上消耗的电力的图。图12是示出本发明的第四实施方式的电力转换装置的结构的电路图。 图13是示出本发明的第五实施方式的电力转换装置的结构的电路图。图14是示出将图1、7、12、13所示的电力转换装置应用于直流电源的图。
具体实施例方式以下，参照附图来说明本发明的实施方式的电力转换装置。(实施方式I)本实施方式的电力转换装置I是如下这样的装置通过对全桥型MERS 100进行斩波，来增大从交流电源20提供给负载30的电力，且进行流过交流电源20的电流的波形控制和功率因数改善。如图I所示，电力转换装置I由电感器L、LO、全桥型MERS 100、控制电路110、电流方向切换部200、电流计300、连接端子ta、tb、tc构成。全桥型MERS 100由4个反向导通型半导体开关SWl至SW4、电容器CM、交流端子AC1、AC2、直流端子DCP、DCN构成。全桥型MERS 100的反向导通型半导体开关SWl至SW4由二极管部DSWl至DSW4、与二极管部DSWl至DSW4并联连接的开关部SSWl至SSW4、配置于开关部SSWl至SSW4的门控端GSWl至GSW4构成。电流方向切换部200由输入端子11、输出端子01、反向导通型半导体开关SWR、SWL、二极管DR、DL构成。电流方向切换部200的反向导通型半导体开关SWR、SffL由二极管部DSWR、DSffL,与二极管部DSWR、DSffL并联连接的开关部SSWR、SSWL、配置于开关部SSWR、SSffL的门控端GSWR、GSWL 构成。交流电源20的一端与端子tb连接,另一端与连接于基准电位点的接地线连接。负载30的一端与端子tc连接,负载30的另一端与接地线连接。电感器L的一端与端子tb连接，电感器L的另一端与电流方向切换部200的输入端子Il和电感器LO的一端连接。在电流方向切换部200的输入端子Il上，连接着二极管部DSWR的阴极和二极管DL的阴极。二极管部DSWR的阳极连接着二极管DR的阳极，二极管DL的阳极连接着二极管部DSffl的阳极，二极管DR的阴极和二极管部DSWL的阴极与输出端子01连接。电流方向切换部200的输出端子01与端子tc连接。电感器LO的另一端与全桥型MERS 100的交流端子ACl连接。全桥型MERS 100的交流端子AC2与连接端子ta连接。端子ta与接地线连接。在全桥型MERS 100的交流端子ACl上，连接着二极管部DSWl的阳极和二极管部DSW2的阴极。在直流端子DCP上连接着二极管部DSWl的阴极、二极管部DSW3的阴极和电容器Cl的正极。另外，在直流端子DCN上连接着二极管部DSW2的阳极、二极管部DSW4的阳极和电容器Cl的负极。在交流端子AC2上连接着二极管部DSW3的阳极和二极管部DSW4的阴极。电流计300以能够计测流过电感器L的电流的方式与电感器L串联连接,将计测的电流值输入到控制电路110。
控制电路110被输入交流电源20输出的电压，控制电路110的输出被输入到反向导通型半导体开关SWl至SW4、SWR、SWL。电感器L例如是IOmH的交流电抗，将交流电源20作为电流源发挥功能。电感器LO例如是IOOii H的小型线圈，使流过全桥型MERS 100的电流的上升平稳。反向导通型半导体开关SWx (X = 1、2、3、4、R、L)的开关部SSWx在对门控端GSWx输入了接通信号时接通，在对门控端GSWx输入了断开信号时断开。当开关部SSWx接通时,二极管部DSWx被短接,反向导通型半导体开关SWx接通。当开关部SSWx断开时，二极管部DSWx发挥功能，反向导通型半导体开关SWx断开。反向导通型半导体开关SWx例如是N沟道型硅MOSFET (M0SFET Metbl-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)。全桥型MERS 100对在全桥型MERS 100部分的交流端子ACl与交流端子AC2之间流动的电流的导通/切断进行切换。全桥型MERS 100是对蓄积的磁能进行再生来作为静电能量的开关。具体地讲，全桥型MERS 100在电流切断时，将通过磁能而流过的电流作为静电能量蓄积到电容器CM中，在下一次电流导通时，在电流流过的方向上进行该蓄积的磁能的再生。在全桥型MERS 100中，当反向导通型半导体开关SW2、SW3接通且反向导通型半导体开关SW1、SW4断开时，使得从交流端子ACl流向交流端子AC2的电流导通。并且，全桥型MERS 100切断从交流端子AC2流向交流端子ACl的电流。同样，当反向导通型半导体开关SW1、SW4接通且反向导通型半导体开关SW2、SW3断开时，全桥型MERS 100使得从交流端子AC2流向交流端子ACl的电流导通。并且，全桥型MERS 100切断从交流端子ACl流向交流端子AC2的电流。在电流方向切换部200中，当反向导通型半导体开关SWR接通且反向导通型半导体开关SWL断开时，使得从输入端子Il流向输出端子01的电流导通，并且切断从输出端子01流向输入端子Il的电流。同样，在电流方向切换部200中，当反向导通型半导体开关SWL接通且反向导通型半导体开关SWR断开时，使得从输出端子01流向输入端子Il的电流导通，切断从输入端子Il流向输出端子01的电流。反向导通型半导体开关SWR、SWL的接通/断开根据从控制电路110输出的门控信号进行切换。由此，电流方向切换部200在从交流电源20输出的电压为正时，使得从输入端子Il流向输出端子Ol的电流导通，切断从输出端子01流向输入端子Il的电流。另一方面，在从交流电源20输出的电压为负时，电流方向切换部200使得从输出端子01流向输入端子II的电流导通，切断从输入端子Il流向输出端子01的电流。控制电路110向反向导通型半导体开关SWx的门控端GSWx分别输出表示接通或断开的门控信号SGx。反向导通型半导体开关SWx根据门控信号SGx的接通信号或断开信号来切换接通/断开。通过预先设定的频率f的PWM(Pulse Width Modulation :脉冲宽度调制)，反复地切换门控信号SG2、SG3的对和门控信号SGI、SG4的对中，与交流电源20输出的正/负电压对应的对的接通信号和断开信号。接通信号与断开信号的占空比可变，频率f例如是6KHz。门控信号SGR、SGL的接通信号和断开信号与交流电源20输出的正/负电压对应地进行切换。在交流电源20的输出电压为正时，控制电路110对门控信号SG2、SG3的接通信号/断开信号进行切换。并且，控制电路110将门控信号SGR始终保持为接通信号，将门控信号SGl、SG4、SGL保持为断开信号。在交流电源20的输出电压为负时，控制电路110对门控 信号SGl、SG4的接通信号/断开信号进行切换。并且，控制电路110将门控信号SGL保持为接通信号，将门控信号SG2、SG3、SGR保持为断开信号。通过该控制，将升压后的交流电源20的输出电压施加到负载30上。另外，控制电路110通过PFC控制来改善交流电源20的功率因数。控制电路110对通过电流计300得到的流过电感器L的电流信息进行反馈。并且，控制电路110通过PWM控制门控信号SGl至SG4的占空比，使得流过电感器L的电流波形成为预先存储在存储器中的目标波形。该目标波形例如是与从交流电源20输出的交流电压相同相位/相同周期、且预先设定了峰值的正弦波。如上所述，电力转换电路I作为对输入的交流电压进行升压并提供给负载30的变压器而工作。通过由该控制电路110实现的该PFC控制，使得交流电源20的输出成为恒定电力。另外，由于控制电路110对流过交流电源20的电流进行放大，因此流过负载30的电流量增加。其结果，施加给负载30的电压得到升压。控制电路110是例如由比较器、触发器、定时器等构成的电子电路。电容器CM的电容被调整为，使得电容器CM与电感器L的谐振频率fr比控制电路110输出的门控信号的频率f大。关于上述结构的电力转换装置1，通过反复切换图2A 图2C、图3A C所示的后述的放电P模式、并联P模式、充电P模式、放电N模式、并联N模式、充电N模式，来调整流过负载30的电流。以下，关于图中的箭头，设沿着该箭头的方向流动的电流为正、其相反方向为负，对各个工作模式进行说明。另外，以下将交流电源20输出的电压即将从负切换为正的时刻TO设为初始时刻来进行说明。在时刻T0，电力转换装置I处于图3C所示的后述的充电N模式。在充电N模式中，反向导通型半导体开关SWl至SW4及反向导通型半导体开关SWR断开，反向导通型半导体开关SWL接通。并且，在电容器CM中蓄积有电荷。
(放电P模式)(图2A)在时刻Tl，控制电路110使门控信号SG2、SG3、SGR成为接通信号，使门控信号SGL成为断开信号，将门控信号SGI、SG4保持为断开信号。由此，反向导通型半导体开关SW2、Sff3, SWR切换为接通，反向导通型半导体开关SWL切换为断开，电流以图2A所示的方式流动。反向导通型半导体开关SW1、SW4保持断开。流过电感器L及交流电源20的电流被分流为经过电流方向切换部200而流过负载30的电流Iload、和流过全桥型MERS 100的电流Imers。电流Imers经过电感器L0，且经由接通的反向导通型半导体开关SW2而流入电容器CM的负极。电容器CM从正极对电荷进行放电。从电容器CM的正极流出的电流经由接通的反向导通型半导体开关SW3返回交流电源20。电流Iload经过接通的反向导通型半导体开关SWR，且经过二极管DR而流过负载30，返回交流电源20。在电感器L中蓄积由电流Iload及电流Imers产生的磁能。(并联P模式)(图2B)在电容器CM的放电结束，电容器CM两端的电位差大致成为0的时刻T2，电流以图2B所示的方式开始流动。电流Imers经过电感器LO，在以下两个路径中流动，进而返回交流电源20，所述两个路径是经过断开的反向导通型半导体开关SWl和接通的反向导通型半导体开关SW3的路径、和经过接通的反向导通型半导体开关SW2和断开的反向导通型半导体开关SW4的路径。电感器L蓄积的磁能随着电流Imers及电流Iload的增减而增减。(充电P模式)(图2C)在对反馈电流计300的输出进行了反馈，且使上述的并联P模式持续一定时间后的时刻T3，控制电路110将门控信号SG2、SG3切换为断开信号。门控信号SGR保持接通信号，其他的门控信号保持断开信号。由于电容器CM的两端电压大致为0，因此该切换动作是软切换。反向导通型半导体开关SW2、SW3被切换为断开，电流以图2C所示的方式流动。流到反向导通型半导体开关SW2、SW3的电流被切断。并且，由蓄积在电感器LO等中的磁能产生的电流经由断开的反向导通型半导体开关SWl流入到电容器CM的正极。电容器CM被充电，从电容器CM的负极流出的电流经由断开的反向导通型半导体开关SW4而返回交流电源20。当磁能消失，电容器CM的充电结束时，电流Imers被切断。由于电流Imers被切断，因此在负载30中，在由电流Imers和电流Iload蓄积在电感器L中的磁能的作用下，流过电流。由此，流过负载30的电流Iload增加，负载30的电压也增加。流过电感器LO的电流随着磁能的消耗而慢慢减少。当蓄积在电感器LO和线路电感等中的磁能消失，电容器CM的充电结束时，电流Imers被切断。(放电P模式)(图2A)在与预先设定的频率f的周期对应的时刻T4，控制电路110将门控信号SG2、SG3切换为接通信号。门控信号SGR保持接通信号，其他的门控信号保持断开信号。由于电流Imers被切断，因此切换动作是软切换。反向导通型半导体开关SW2、SW3接通，电流再次以图2A所示的方式流动。在交流电源20的输出电压为正的期间，控制电路110控制门控信号SG2与SG3的占空比，并反复进行上述动作，使得由电流计300检测的流过电感器L的电流成为目标波形。(放电N模式)(图3A)在交流电源20输出的电压从正切换为负，且在电容器CM中保持有电荷的时刻T5，控制电路110将门控信号SG1、SG4、SGL切换为接通信号，将门控信号SG2、SG3、SGR切换为断开信号。由此，反向导通型半导体开关SW1、Sff4, SffL接通，反向导通型半导体开关SW2、Sff3, SffR断开，电流以图3A所示的方式流动。从交流电源20流出的电流被分流为经过负载30而流过电流方向切换部200的电流I load、和流过全桥型MERS 100的电流Imers。电流Imers经由接通的反向导通型半导体开关SW4而流入电容器CM的负极。电容器CM对电荷进行放电，从电容器CM的正极流出的电流经过接通的反向导通型半导体开关SW1，且经由电感器LO返回交流电源20。电流Iload流过负载30，经过接通的反向导通型半导体开关SWL，进而经过二极管DL而返回交流电源20。(并联N模式)(图3B)在电容器CM的放电结束，电容器CM两端的电位差大致成为0的时刻T6，电流以图3B所示的方式流出。电流Imers在以下两个路径中流动，进而经由电感器LO返回交流电源20，所述两个路径是经过断开的反向导通型半导体开关SW3和接通的反向导通型半导体开关SWl的路径、和经过接通的反向导通型半导体开关SW4和断开的反向导通型半导体开关SW2的路径。在交流电源20的电感器L中，蓄积由电流Iload及电流Imers产生的磁能。(充电N模式)(图3C)在使上述的并联N模式持续一定时间后的时刻17，控制电路110将门控信号SG1、SG4切换为断开信号。门控信号SGL保持接通信号，其他的门控信号保持断开信号。反向导通型半导体开关SW1、SW4断开，电流以图3C所示的方式流动。流到反向导通型半导体开关SW1、SW4的电流被切断。并且，由蓄积在电感器LO等中的磁能产生的电流经由断开的反向导通型半导体开关SW3而流入到电容器CM的正极。电容器CM被充电，从电容器CM的负极流出的电流经过断开的反向导通型半导体开关SW2，经由电感器LO返回交流电源20。当蓄积在电感器LO等中的磁能消失，电容器CM的充电结束时，电流Imers被切断。由于电流Imers被切断，因此在负载30中，在由电流Imers和电流Iload蓄积在电感器L中的磁能的作用下，流过电流。由此，流过负载30的电流Iload增加，负载30的电压也增加。(放电N模式)(图3A)
在与预先设定的频率f的周期对应的时刻T8，控制电路110将门控信号SGl、SG4切换为接通信号。门控信号SGL保持接通信号，其他的门控信号保持断开信号。由于电流Imers被切断，因此切换动作是软切换。反向导通型半导体开关SW1、SW4接通，电流再次以图3A所示的方式流动。在交流电源20的输出电压为负的期间，控制电路110控制门控信号SGl与SG4的占空比，并反复进行上述动作，使得由电流计300检测的流过电感器L的电流成为目标波形。通过反复执行上述各个模式，施加给负载30的电压Vload、交流电源20的输出电压Vs、流过电感器L及交流电源20的电流Iin的关系，例如成为图4A、图4B所示的那样。图4将横轴设为时间(毫秒)而示出了控制电路110以6KHz的频率进行PFC控制 以使得电流Iin的峰值成为4A的正弦波时的上述关系。另外，交流电源20的输出为50Hz，正弦波的峰值为141V，电感器L的电感为10mH，电感器LO的电感为100 y H，电容器CM的电容为0. 2 ii F，负载30的电阻为144 Q。图4A示出了电流Iin(A)的时间变化，图4B示出了电压Vs (V)及Vload (V)的时间变化。如图4A、图4B所示，对峰值144V的电压Vs进行升压而在负载30上施加峰值288V的电压Vload。由交流电源20提供给负载30的电力的功率因数大致为1，电流Iin的峰值大致为4A。从交流电源20输出50Hz、峰值为144V、4A的电力，在144Q的负载30上施加了50Hz、峰值为288V的电压。因此，从交流电源20输出的电力与负载30上消耗的电力大致相等。时刻TO-时刻T4中的电流的门控信号SG2、SG3、流过电感器L及交流电源20的电流Iin、控制电路110进行的PFC控制的目标波形的关系，例如成为图5所示的那样。在时刻Tl，电流方向切换部200切断经过反向导通型半导体开关SWL的电流，经过反向导通型半导体开关SWR的电流开始流动。在从时刻Tl到时刻T3的期间，电流Iin增力口，在从时刻T3到时刻T4的期间，电流Iin减少。关于时刻T4以后的电流I in，与从时刻Tl到时刻T4相同。时刻T5-时刻T8中的电流的门控信号SGI、SG4、流过电感器L及交流电源20的电流Iin、以及控制电路110进行的PFC控制的目标波形的关系成为例如图6所示的那样。与从时刻I到时刻T4同样，在时刻T5，电流方向切换部200切断经过反向导通型半导体开关SWR的电流，经过反向导通型半导体开关SWL的电流开始流动。在从时刻T5到时刻17的期间，电流Iin减少，在从时刻T7到时刻T8的期间，电流Iin增加。关于时刻T8以后的电流I in，与从时刻T5到时刻T8相同。如图4A、图4B、图5、图6所示，通过控制电路110的PWM-PFC控制将电流Iin调整为接近目标波形。如以上说明的那样，根据电力转换装置I，控制电路110对流过电感器L及交流电源20的电流Iin进行反馈，对门控信号SGl至SG4进行PWM-PFC控制。由此，能够使交流电源20输出的电力的功率因数大致成为I。并且，几乎所有的切换动作都是软切换，因此开关损失减少，且噪声减少。并且，控制电路110对电流Iin进行反馈控制，使得电流Iin成为目标波形，因此还能够调整由交流电源20提供的电力。由于对交流电源20提供的电力进行调整，因此，流过负载30的电流与负载30无关而恒定。而且，还能够通过电感器L0，保护全桥型MERS 100的各个元件不发生急剧的电流上升。(实施方式2)通过使电力转换装置I的电流方向切换部200成为二极管桥，还能够对负载施加直流电压。在本实施方式的电力转换装置2中，如图7所示，使图I的电力转换装置I的电流方向切换部200成为由二极管桥构成的电流方向切换部210，而且，在负载30上连接了平滑电容器CC。电流方向切换部210是由4个二极管DU、DV、DX、DY构成的二极管桥电路。在输 入端子Il上，连接着二极管DU的阳极和二极管DX的阴极。在输入端子12上，连接着二极管DV的阳极和二极管DY的阴极。并且，在输出端子01上，连接着二极管DU的阴极和二极管DV的阴极。在输出端子02上，连接着二极管DX的阳极和二极管DY的阳极。控制电路110的门控信号SGl至SG4的控制与实施方式I的电力转换装置I的控制相同。电流方向切换部210对输入到输入端子11、12的电流进行整流并从输出端子01、02输出。平滑电容器CC对从电流方向切换部210的输出端子01、02之间输出的电压进行平滑而提供给负载30。电力转换装置2施加给负载30的电压Vload、电容器CM的电压Vcm、流过交流电源20的电流Iin、以及门控信号SGl至SG4的关系，例如成为图8A 图8D所示的那样。图8将横轴设为时间(毫秒)而示出了控制电路110以频率6KHz的PWM进行PFC控制以使得电流Iin的峰值大致成为4A时的上述关系。另外，交流电源20的输出为50Hz，正弦波的峰值为141V，电感器L的电感为10mH，电感器LO的电感为100 y H，电容器CM的电容为0. 2iiF，负载30的电阻为144 Q，平滑电容器CC的电容为200 y F。图8A示出了电流Iin的时间变化，图8B示出了电压Vload(V)和电压Vcm(V)的时间变化。另外，图8C示出了门控信号SG2及SG3的时间变化，图8D示出了门控信号SGl及SG4的时间变化。如图8A-D所示，与交流电源20的输出电压的正/负对应地，对门控信号SGl至SG4的接通信号/断开信号进行切换，交流电源20的输出电压被升压。由此，被转换为大致260V的直流的电压Vload施加在负载30上。从交流电源20提供的电力的功率因数大致为1，电流Iin的峰值大致为4A。与图SC中的门控信号SG3的接通信号/断开信号的切换相伴的、流过反向导通型半导体开关SW3的电流Isw3与电压Isw3的变化如图9所示。另外，在图9中，为了容易理解，使电压Vsw3与电流Isw3的范围一致。如图9所示，当门控信号SG3从断开信号切换为接通信号时，电流Isw3大致为0，当从接通信号切换为断开信号时，电压Vsw3大致为O。由此可知，切换动作是软切换。关于反向导通型半导体开关SW1、SW2、Sff4,同样也是软切换。与实施方式I的电力转换装置I相同，控制电路110控制门控信号SGl至SG4，使得流过电感器L及交流电源20的电流Iin成为目标波形。因此，从交流电源20提供的电力与负载30无关而恒定。通过将电力转换装置I及电力转换装置2分别与三相交流电源的各相并联连接，从而还能够应用于三相电路。此时，由于负载在各相中相同，因此需要用变压器对各相的电源进行绝缘。此时，可以利用变压器的漏电抗。另外，通过将3个全桥型MERS与三相交流用的二极管整流器并联连接，由此，尽管输入电压不平衡，但能够使输入电流平衡。在输入电流平衡的情况下，如图10所示，可以使用三相桥型MERS 101。(实施方式3)图10示出了将实施方式2的电力转换装置2应用于三相电路的电力转换装置3。本实施方式的电力转换装置3是对三相交流电源21的输出电压进行升压而提供给负载30的装置。如图10所示，电力转换装置3由电感器L1-L3、三相桥型MERS101、控制电路110、电流方向切换部220、平滑电容器CC构成。三相桥型MERS 101由6个反向导通型半导体开关SWU至SWZ、交流端子AC1、AC2、AC3、以及变压器Xfl、Xf 2、Xf 3构成。三相桥型MERS 101的反向导通型半导体开关SWU至SWZ由二极管部DSWU至DSWZ、与二极管部DSWU至DSWZ并联连接的开关部SSWU至SSWZ、以及配置于开关部SSWU至SSWZ的门控端⑶至GZ构成。电流方向切换部220由输入端子II、12、13、输出端子01、02、二极管DU至DZ构成。交流电源21用3个交流电压源VS1、VS2、VS3的等效电路表示，交流电压源VS1、VS2、VS3经由变压器Xfl、Xf2、Xf3与电流方向切换部220的输入端子II、12、13连接。负载30连接在电流方向切换部220的输出端子01、02之间。在电流方向切换部220的输入端子Il上，连接着二极管DU的阳极和二极管DX的阴极。在输入端子12上，连接着二极管DV的阳极和二极管DY的阴极。在输入端子13上，连接着二极管DW的阳极和二极管DZ的阴极。在电流方向切换部220的输出端子01上，连接着二极管DU、DV、Dff的阴极。在输出端子02上连接着二极管DX、DY、DZ的阳极。电感器LI至L3的一端与三相桥型MERS 101的交流端子ACl至AC3连接。电感器LI至L3的另一端与电流方向切换部220的输入端子Il至13连接。在三相全桥型MERS 101的交流端子ACl上，连接着二极管部DSWU的阳极和二极管部DSWX的阴极。在交流端子AC2上，连接着二极管部DSWV的阳极和二极管部DSWY的阴 极。在交流端子AC3上，连接着二极管部DSffff的阳极和二极管部DSWZ的阴极。三相全桥型MERS 101的二极管部DSWU、DSffV, DSffff的阴极与电容器CM的正极连接，二极管部DSWX、DSffY, DSffZ的阳极与电容器CM的负极连接。控制电路110被输入交流电源21输出的电压。交流电源21是输出三相交流电的电源，例如是交流发电机。变压器Xfl至Xf3在一次绕组上产生随交流电源21的输出而变化的磁场，将该磁场传递到通过互感结合的二次绕组，再次转换为电流。变压器Xfl至Xf3的二次绕组被调整为产生大致IOmH的漏感。电感器LI至L3例如是100 u H的小型线圈，使流过三相桥型MERS 101的电流的上升平稳。反向导通型半导体开关SWU至SWZ例如是N沟道型硅M0SFET，根据输入到门控端⑶至GW的信号来切换接通/断开。通过对反向导通型半导体开关SWU至SWZ的接通/断开进行切换，电容器CM将蓄积在变压器Xfl至Xf3的二次绕组的漏感中的磁能作为静电能量进行蓄积/再生。电流方向切换部220对输入到输入端子Il至13的电力进行整流并从输出端子01,02输出。 平滑电容器CC对从电流方向切换部220的输出端子01、02之间输出的电力进行平滑而提供给负载30。控制电路110向反向导通型半导体开关SWU至SWZ的门⑶至GZ输出表示接通信号或断开信号的门控信号S⑶至SGZ。反向导通型半导体开关SWU至SWZ根据门控信号S⑶至SGZ的接通信号或断开信号，对接通/断开进行切换。门控信号S⑶至SGZ具有预先设定的频率f，其占空比可变。在交流电压源VSl的输出电压为正时，控制电路110以频率f 且恒定的占空比对门控信号SGU的接通信号/断开信号进行切换，将门控信号SGX保持为断开信号。相对于此，在交流电压源VSl的输出电压为负时，控制电路110以频率f 且恒定的占空比对门控信号SGX的接通信号/断开信号进行切换，将门控信号SGU保持为断开信号。同样，在交流电源VS2的输出电压为正时，控制电路110对门控信号SGV的接通/断开信号进行切换，将门控信号SGY保持为断开信号。另一方面，在交流电源VS2的输出电压为负时，对门控信号SGY的接通/断开信号进行切换，将门控信号SGV保持为断开信号。而且，在交流电源VS3的输出电压为正时，控制电路110对门控信号SGW的接通/断开信号进行切换，将门控信号SGZ保持为断开信号。另一方面，在交流电源VS3的输出电压为负时，对门控信号SGZ的接通/断开信号进行切换，将门控信号SGW保持为断开信号。在电力转换装置3中，控制电路110不需要进行PFC控制。即使在不进行PFC控制的情况下，也能够使得接近正弦波的波形的电流流过交流电压源VSl至VS3。流过交流电压源VSl至VS3的电流Iinl至Iin3、电容器CM的电压Vcm、交流电压源VSl输出的电压VS1、施加给负载30的电压Vload、以及负载30所消耗的电力P的时间变化如图IlA C所示。图11是将横轴设为时间(毫秒)而示出了控制电路110以6KHz的频率且0. 5占空比来控制门控信号S⑶至SGZ时的上述关系。另外，交流电源21的输出为50Hz，三相交流电压的峰值为14V，变压器Xfl至Xf3的漏感为10mH，电感器LI至L3的电感为100 y H，电容器CM的电容量为0. 2 ii F，负载30的电阻为144 Q，平滑电容器CC的电容量为200 U F。图IlA示出了电流Iinl至Iin3的时间变化，图IlB示出了电压Vcm(V)、电压VSl (V)和电压Vload(V)的时间变化，图IlC示出了电力P(W)的时间变化。如图IlA C所示，交流电源21的输出被升压，转换为大致400V的直流的电压Vload施加在负载30上。交流电源20输出的电力的功率因数高，负载30消耗了 3. 5KW左右的电力。电力转换装置3通过调整控制电路110的门控信号SGU至SGZ的占空比，能够调整交流电源21的输出电力。根据上述的充电P模式等各模式的关系，当占空比变大时，从交流电源21提供的电力增大。由此，通过调整占空比，能够得到期望的电力。如以上说明的那样，根据本实施方式的电力转换装置1、2，与交流电源的输出电压的正/负对应地，对全桥型MERS的反向导通型半导体开关的接通/断开进行切换。由此，通过调整电流的流动方向，来调整从交流电源提供给负载的电力。并且，通过对流过电感器L的电流进行反馈控制，能够改善功率因数。另外，根据本实施方式的电力转换装置3，与三相交流电源各相的 输出电压的正/负对应地，对三相桥型MERS的反向导通型半导体开关的接通/断开进行切换，对电流进行整流。由此，电力转换装置3能够调整从三相交流电源提供给负载的电力。(实施方式4)作为图I的电力转换装置I的应用例，图12示出了作为降压转换器发挥功能的电力转换装置4。电力转换装置4取代图I的电流方向切换部200而具有电流方向切换部201，该电流方向切换部201将反向导通型半导体开关SWR和反向导通型半导体开关SWL串联连接在输入端子Il与输出端子01之间。如图12所示,交流电源20连接在连接端子ta与接地线之间。负载30连接在连接端子tb与接地线之间。连接端子tc与接地线连接。通过这样地进行连接，电力转换装置4作为降压转换器来发挥功能。电流计300以能够计测流过负载30的电流的方式进行连接。控制电路110与上述的控制同样地对流过电感器L的电流进行反馈控制。通过使目标电流的峰值或相位偏移，来调整从交流电源20提供的电力。对接通/断开进行切换的反向导通型半导体开关对根据电流的方向进行切换。在交流电源20的输出电压为正时，控制电路110对反向导通型半导体开关SW1、SM的接通/断开进行切换，使反向导通型半导体开关SW2、SW3、SWL保持断开，使反向导通型半导体开关SWR保持接通。另一方面，在交流电源20的输出电压为负时，控制电路110对反向导通型半导体开关SW2、SW3的接通/断开进行切换，使反向导通型半导体开关SW1、Sff4, SffR保持断开，使反向导通型半导体开关SWL保持接通。在全桥型MERS 100中通过电流的期间，电流经由交流电源20和电感器L流到负载30。在电感器L中，经由交流电源20蓄积磁能。此时，从交流电源20向电感器L和负载30提供电力。在通过全桥型MERS 100切断了电流的期间，通过蓄积在电感器L中的磁能而在负载30中流过电流。流过电感器L的电流流入负载30和电流方向切换部200，再次返回电感器L。由于不从交流电源提供电力，因此电感器L的磁能被负载30消耗，流过负载30的电流慢慢减少。通过对全桥型MERS 100的电流的导通/切断进行切换,从而提供给负载30的电力减少。另外，在图I的电力转换装置I中，通过调换连接端子tb和连接端子tc的连接对象，从而电力转换装置I还可以作为升压降压转换器来工作。(实施方式5)图13示出了将图12的电力转换装置4的电流方向切换部201变更为由二极管桥构成的电流方向切换部210后的电力转换电路5。电力转换电路5的电流方向切换部210的输入端子Il连接着电感器LO的一端，输入端子12连接着连接端子tc。并且，连接端子tc连接着接地线，输出端子01连接着电感器L的另一端，连接端子tb连接着电感器L的一端。而且，在输出端子02与连接端子tb之间连接有负载30。电 力转换装置5从图7所示的电力转换装置2中去除了平滑电容器CC，变更了连接方法。通过电力转换电路5使得交流电源20的输出电压下降而施加给负载30。由此，调整提供给负载30的电力。如上所述，将电感器L串联连接在交流电源与负载之间，将串联连接着具有比电感器L小的电感的电感器LO的全桥型MERS 100并联或串联连接在负载30上。并且，以电源20输出的交流电压的频率以上的频率，来切换构成全桥型MERS 100的4个反向导通型半导体开关中的、反向导通型半导体开关SW2、SW3的对和反向导通型半导体开关SW1、SM的对中，与流过交流电源20的电流方向对应的对的接通/断开。并且，使另一对保持断开，由此来增大或者减小从交流电源20提供的电力，能够进行波形的控制和功率因数改善。另外，通过选择电流方向切换部200、201、210，能够选择对负载30提供直流/交流中的哪一方。另外，本发明不限于上述实施方式，可进行各种应用及变形。例如，电容器CM可以是无极性电容器，也可以是有极性电容器。另外，也可以将电力转换装置1、2、4与直流电源连接。例如，如图14所示，可以将直流电源40与正交转换器50连接而成为交流电源22。正交转换器50例如是图14所示的由4个反向导通型半导体开关51至54构成的桥电路。在直流端子NDP上，连接着反向导通型半导体开关51的漏极和反向导通型半导体开关53的漏极。在直流端子NDN上，连接着反向导通型半导体开关52的源极和反向导通型半导体开关54的源极。并且，在交流端子NAl上，连接着反向导通型半导体开关51的源极和反向导通型半导体开关52的漏极。在交流端子NA2上，连接着反向导通型半导体开关53的源极和反向导通型半导体开关54的漏极。直流电源40的正极与直流端子NDP连接，负极与直流端子NDN连接。交流端子NAl和交流端子NA2作为交流电源22的输出端子发挥功能。对如下情况进行说明例如将交流端子NAl接地，以反向导通型半导体开关51、54的对与反向导通型半导体开关52、53的对彼此不同的方式，利用50Hz对接通/断开进行切换。在反向导通型半导体开关52、53的对接通且反向导通型半导体开关51、54的对断开时，从交流端子NA2输出正电位。另一方面，在反向导通型半导体开关51、54的对接通且反向导通型半导体开关52、53的对断开时，从交流端子NA2输出负电位。通过切换反向导通型半导体开关51至54的接通/断开，由此从交流端子NA2输出50Hz的矩形波。在取代交流电源20而将交流电源22连接到电力转换装置1、2、4、5时，控制电路110控制门控信号SGl至SG4，使得流过交流电源22的电流成为与从交流电源22输出的电压相同周期的交流电流。即使直流电源40是太阳光发电或风力发电等输出不稳定的电源，通过由控制电路110进行强制控制，也能使得流过交流电源22的电流成为目标波形。另外，在上述实施例中，示出了通过PWM来实现由控制电路110进行的PFC控制的例子，但不限于此。例如，也可以通过脉冲模式(pulse pattern)等来进行PFC控制。
另外，在上述实施方式中，示出了通过控制电路110来控制由电流方向切换部200、电流方向切换部201导通/切断的电流方向的例子，但这只是一例，也可以通过其他的方法来控制。例如，可以将交流电源的输出电压为正时输出接通信号、交流电源的输出电压负时输出断开信号的电路连接到反向导通型半导体开关SWR的门控端GSWR。另外，还可以将交流电源的输出电压为正时输出断开信号、交流电源的输出电压为负时输出接通信号的电路连接到反向导通型半导体开关SWL。另外，在上述实施例中，示出了电力转换装置1、2、4、5具有使流过全桥型MERS100的电流的上升平稳的电感器LO的例子，但不必限定于此。例如，电力转换装置1、2、4、5也可以不具有电感器L0。另外，在上述实施例中，说明了在从交流电源20输出的电压的正负切换时，在电容器CM中蓄积有电压的例子。这仅是一例，例如也可以调整PWM的频率，由此,在电容器CM中未蓄积电压时，切换交流电源20输出的电压的正负。 例如，在上述实施方式中，对反向导通型半导体开关是由开关及其寄生二极管构成的N沟道型MOSFET的情况进行了说明。但是，这仅是一例，反向导通型半导体开关只要是反向导电型的开关即可，也可以是场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管(IGBT JnsulatedGate Bipolar Transistor)、门极可关断晶闸管(GTO :Gate Turn-Offthyristor)、二极管与开关的组合。另外，虽然将控制电路110作为进行上述控制的电路进行了说明，但是不必限定于此。例如，也可以是 CPU (Central Processing Unit)、具有 RAM (Random AccessMemory)或ROM (Read Only Memory)等存储单元的微计算器控制器(以下，称为“微机”。)等计算机。特别是，在控制电路110为微机时，以与从微机输出的I和0的信号对应地对反向导通型半导体开关进行接通/断开的方式，组合反向导通型半导体开关和微机。由此，由于通过微机的输出来切换反向导通型半导体开关的接通/断开，因此部件数量少。此时，例如可以将输出上述的门控信号的程序预先存储到微机中。本申请基于2009年10月28日提交的日本专利申请特愿2009-247310号。将其说明书、权利要求和附图以参照的方式结合于本说明书中。符号说明1、2、3、4电力转换装置20、21、22 交流电源30 负载40直流电源50直交转换器100 全桥型 MERS101 三相桥型 MERS110控制电路200、201、210、220电流方向切换部SW1、SW2、Sff3, Sff4, SWR, SWL, SffU, SffV, Sffff, SffX, SffY, SWZ、51、52、53、54 反向导通型半导体开关L、L0、LI、L2、L3 电抗器DR、DL、DU、DV、DX、DY 二极管CC平滑电容器DCP、DCN、NDP、NDN 直流端子ACl、AC2、NAl、NA2 交流端子II、12、13 输入端子、
01、02输出端子CM电容器SSffU SSW2, SSW3、SSW4、SSWR, SSWL, SSffU, SSffV, SSffff, SSffX, SSffY, SSffZ 开关部DSffl、DSW2、DSW3、DSW4、DSWR, DSffL, DSWU, DSffV, DSffff、DSWX, DSffY, DSffZ 二极管部GSW1、GSW2、GSff3, GSW4、GSWR, GSffL,⑶、GV、Gff, GX、GY、GZ 门控端SGI、SG2、SG3、SG4、SGR、SGL、S⑶、SGV, SGff, SGX、SGY、SGZ 门控信号
权利要求
1.ー种电カ转换装置，其特征在于，该电カ转换装置具有 电感器，其一端与一端连接于基准电位点的交流电源的另一端连接； 电流方向切换单元，其具有与所述电感器的另一端连接的输入端子和与负载的一端连接的输出端子，该电流方向切换单元在所述交流电源的输出电压为正时，使得从所述输入端子流向所述输出端子的电流导通、且切断从所述输出端子流向所述输入端子的电流，在所述交流电源的输出电压为负时，使得从所述输出端子流向所述输入端子的电流导通、且切断从所述输入端子流向所述输出端子的电流，由此切换电流导通的方向； 磁能再生开关，其具有第I交流端子和第2交流端子、第I直流端子和第2直流端子、第I ニ极管、第2 ニ极管、第3 ニ极管和第4 ニ极管、第I自灭弧型元件、第2自灭弧型元件、第3自灭弧型元件和第4自灭弧型元件、以及电容器，在所述第I交流端子上连接着所述第I ニ极管的阳极和所述第2 ニ极管的阴极，在所述第I直流端子上连接着所述第I ニ极管的阴极、所述第3 ニ极管的阴极和所述电容器的ー极，在所述第2直流端子上连接着所述第2 ニ极管的阳极、所述第4 ニ极管的阳极和所述电容器的另ー极，在所述第2交流端子上连接着所述第3 ニ极管的阳极和所述第4 ニ极管的阴极，所述第I自灭弧型元件与所述第I ニ极管并联连接，所述第2自灭弧型元件与所述第2 ニ极管并联连接，所述第3自灭弧型元件与所述第3 ニ极管并联连接，所述第4自灭弧型元件与所述第4 ニ极管并联连接，在所述第I交流端子上连接着所述输入端子，在所述第2交流端子上连接着所述负载的另ー端和所述基准电位点；以及 控制单元，其控制各个所述自灭弧型元件的接通/断开， 所述控制単元以该交流电源的输出电压的频率以上的频率，反复地切换所述第2自灭弧型元件与第3自灭弧型元件的对和所述第I自灭弧型元件与第4自灭弧型元件的对中，与所述交流电源输出的电压的正/负对应的对的接通/断开，且使另ー对保持断开。
2.根据权利要求I所述的电カ转换装置，其特征在干， 所述电カ转换装置还具有电流检测单元，该电流检测单元检测流过所述电感器的电流， 所述控制单元控制所述第I自灭弧型元件至第4自灭弧型元件的接通/断开，使得所述电流检测单元检测的电流的波形成为目标波形。
3.根据权利要求I所述的电カ转换装置，其特征在干， 所述控制单元控制所述第I自灭弧型元件至第4自灭弧型元件的接通/断开，使得从所述交流电源提供的电カ的功率因数大致为I。
4.根据权利要求I所述的电カ转换装置，其特征在干， 所述电カ转换装置还具有第2电感器，该第2电感器使得流过所述磁能再生开关的电流的上升平稳。
5.ー种电カ转换装置，其特征在于，该电カ转换装置具有 电感器，其一端与一端连接于基准电位点的交流电源的另一端连接； 电流方向切换单元，其具有第I输入端子和第2输入端子以及第I输出端子和第2输出端子，并且在所述第I输入端子与所述第2输入端子之间，连接有所述交流电源与所述电感器的串联电路，在所述第I输出端子与所述第2输出端子之间连接有负载，该电流方向切换单元将从所述第I输入端子和所述第2输入端子输入的交流电流整流为直流而从所述第I输出端子与所述第2输出端子之间输出； 磁能再生开关，其具有第I交流端子和第2交流端子、第I直流端子和第2直流端子、第I ニ极管、第2 ニ极管、第3 ニ极管和第4 ニ极管、第I自灭弧型元件、第2自灭弧型元件、第3自灭弧型元件和第4自灭弧型元件、以及电容器，在所述第I交流端子上连接着所述第I ニ极管的阳极和所述第2 ニ极管的阴极，在所述第I直流端子上连接着所述第I ニ极管的阴极、所述第3 ニ极管的阴极和所述电容器的ー极，在所述第2直流端子上连接着所述第2ニ极管的阳极、所述第4 ニ极管的阳极和所述电容器的另ー极，在所述第2交流端子上连接着所述第3 ニ极管的阳极和所述第4 ニ极管的阴极，所述第I自灭弧型元件与所述第I ニ极管并联连接，所述第2自灭弧型元件与所述第2 ニ极管并联连接，所述第3自灭弧型元件与所述第3 ニ极管并联连接，所述第4自灭弧型元件与所述第4 ニ极管并联连接，在所述第I交流端子上连接着所述第I输入端子，在所述第2交流端子上连接着所述第2输入端子；以及 控制单元，其控制各个所述自灭弧型元件的接通/断开， 所述控制単元以该交流电源的输出电压的频率以上的频率，反复地切换所述第2自灭弧型元件与第3自灭弧型元件的对和所述第I自灭弧型元件与第4自灭弧型元件的对中，与所述交流电源输出的电压的正/负对应的对的接通/断开，且使另ー对保持断开。
6.根据权利要求5所述的电カ转换装置，其特征在干， 所述电カ转换装置在所述第I输出端子与所述第2输出端子之间，还具有与所述负载并联连接的平滑电容器。
7.根据权利要求5所述的电カ转换装置，其特征在干， 所述电カ转换装置还具有电流检测单元，该电流检测单元检测流过所述电感器的电流， 所述控制单元控制所述第I自灭弧型元件至第4自灭弧型元件的接通/断开，使得所述电流检测单元检测的电流的波形成为目标波形。
8.根据权利要求5所述的电カ转换装置，其特征在干， 所述控制单元控制所述第I自灭弧型元件至第4自灭弧型元件的接通/断开，使得从所述交流电源提供的电カ的功率因数大致为I。
9.根据权利要求5所述的电カ转换装置，其特征在干， 所述电カ转换装置还具有第2电感器，该第2电感器使得流过所述磁能再生开关的电流的上升平稳。
10.ー种电カ转换装置，其特征在于，该电カ转换装置具有 第I电感器、第2电感器和第3电感器，它们的一端分别与三相交流电源的各相连接； 电流方向切换单元，其具有第I输入端子、第2输入端子和第3输入端子、以及第I输出端子和第2输出端子，在所述第I输入端子上连接着所述第I电感器的另一端，在所述第2输入端子上连接着所述第2电感器的另一端，在所述第3输入端子上连接着所述第3电感器的另一端，在所述第I输出端子与所述第2输出端子之间连接有负载，该电流方向切换单元将从所述第I输入端子、所述第2输入端子和所述第3输入端子输入的三相交流电流整流为直流而从所述第I输出端子与第2输出端子之间输出； 磁能再生开关，其具有第I交流端子、第2交流端子和第3交流端子、第I直流端子和第2直流端子、第I ニ极管、第2 ニ极管、第3 ニ极管、第4 ニ极管、第5 ニ极管和第6 ニ极管、第I自灭弧型元件、第2自灭弧型元件、第3自灭弧型元件、第4自灭弧型元件、第5自灭弧型元件和第6自灭弧型元件、以及电容器，在所述第I交流端子上连接着所述第Iニ极管的阳极和所述第2 ニ极管的阴极，在所述第2交流端子上连接着所述第3 ニ极管的阳极和所述第4 ニ极管的阴极，在所述第3交流端子上连接着所述第5 ニ极管的阳极和所述第6 ニ极管的阴极，在所述第I直流端子上连接着所述第I ニ极管的阴极、所述第3 ニ极管的阴极、所述第5 ニ极管的阴极和所述电容器的ー极，在所述第2直流端子上连接着所述第2ニ极管的阳极、所述第4 ニ极管的阳极、所述第6 ニ极管的阳极和所述电容器的另ー极，所述第I自灭弧型元件与所述第I ニ极管并联连接，所述第2自灭弧型元件与所述第2 ニ极管并联连接，所述第3自灭弧型元件与所述第3 ニ极管并联连接，所述第4自灭弧型元件与所述第4 ニ极管并联连接，所述第5自灭弧型元件与所述第5 ニ极管并联连接，所述第6自灭弧型元件与所述第6 ニ极管并联连接，在所述第I交流端子上连接着所述第I输入端子，在所述第2交流端子上连接着所述第2输入端子，在所述第3交流端子上连接着所述第3输入端子；以及 控制单元，其控制各个所述自灭弧型元件的接通/断开， 所述控制单元执行如下控制在所述三相交流电源的第I相的输出为正吋，以所述交流电源的输出电压的频率以上的频率对所述第I自灭弧型元件进行反复切换、且使所述第2自灭弧型元件保持断开，在所述第I相的输出为负时，以所述交流电源的输出电压的频率以上的频率反复地切换所述第2自灭弧型元件的接通/断开、且使所述第I自灭弧型元件保持断开，在第2相的输出为正吋，以所述交流电源的输出电压的频率以上的频率对所述第3自灭弧型元件进行反复切换、且使所述第4自灭弧型元件保持断开，在所述第2相的输出为负吋，以所述交流电源的输出电压的频率以上的频率反复地切换所述第4自灭弧型元件的接通/断开、且使所述第3自灭弧型元件保持断开，在第3相的输出为正吋，以所述交流电源的输出电压的频率以上的频率对所述第5自灭弧型元件进行反复切换、且使所述第6自灭弧型元件保持断开，在所述第3相的输出为负时，以所述交流电源的输出电压的频率以上的频率反复地切换所述第6自灭弧型元件的接通/断开、且使所述第5自灭弧型元件保持断开。
11.根据权利要求10所述的电カ转换装置，其特征在干， 所述电流方向切换单元为ニ极管桥。
12.根据权利要求10所述的电カ转换装置，其特征在干， 所述电カ转换装置还具有第2电感器，该第2电感器使得流过所述磁能再生开关的电流的上升平稳。
全文摘要
电力转换装置(1)由以下部分构成与交流电源(20)和负载(30)串联连接的电感器L、与负载(30)并联连接的全桥型MERS(100)、控制电路(110)、串联连接在电感器L与负载(30)之间的电流方向切换部(200)、以及电流计(300)。控制电路(110)对电流计(300)检测的电流进行反馈，反复地切换构成全桥型MERS(100)的反向导通型半导体开关SW2、SW3的对和反向导通型半导体开关SW1、SW4的对中，与交流电源(20)的输出的正/负对应的对的接通/断开，使另一对保持断开。
文档编号H02M5/293GK102668353SQ201080048930
公开日2012年9月12日 申请日期2010年10月8日 优先权日2009年10月28日
发明者嶋田隆一 申请人:莫斯科技株式会社