功率变换器的制造方法
【专利摘要】在可双向传输功率的功率变换器中维持软开关。具备：相桥(1)、与相桥(1)并联连接的相桥(2)、相桥(3)、与相桥(3)并联连接的相桥(4)、与相桥(1、2)并联连接的直流电压源(5)、与相桥(3、4)并联连接的直流电压源(6)以及连接在相桥(1、3)的连接端子之间的电感器(7)。相桥(2、4)的连接端子短路连接。相桥(1、2)的带有连接器的开关进行开关，以使一次电压波形每半周期经由零电压在相位期间γ交替重复直流电压源(5)的电压和反向电压；相桥(3、4)的带有连接器的开关进行开关，以使二次电压波形与一次电压波形相同的频率且相位比一次电压波形滞后(180度－控制角)地每半周期经由零电压在相位期间交替重复直流电压源(6)的电压和反向电压。
【专利说明】功率变换器
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请主张于2012年7月30日提出申请的日本国专利申请2012-168644号的优 先权，将此前申请的全部公开内容并入本文以作为参考。
【技术领域】
[0003] 本发明涉及在两个直流电压源之间进行功率传输的功率变换器、在交流电压源与 直流电压源之间进行功率传输的功率变换器，尤其涉及将开关元件开关时的电压或电流变 为零的功率变换器。
【背景技术】
[0004] 以往，已知有在两个直流电压间进行功率传输的功率变换器（例如，参照非专利 文献1)。图8是表示在两个直流电压间进行功率传输的现有功率变换器的一例的电路图。 图9是示出图8所示的功率变换器的工作波形的图。下面，参照图8以及图9,说明现有功 率变换器的工作原理。将二极管反并联连接于能够开关单向电流的开关元件，电容器再并 联连接于该开关元件的元件称为带有缓冲器的开关。通过将二极管的阴极连接于正极端子 的带有缓冲器的开关21和二极管的阳极连接于负极端子的带有缓冲器的开关22借助连接 端子沿相同方向串联连接而构成相桥1。同样，由带有缓冲器的开关23和带有缓冲器的开 关24构成相桥2,由带有缓冲器的开关25和带有缓冲器的开关26构成相桥3,由带有缓冲 器的开关27和带有缓冲器的开关28构成相桥4。
[0005] 直流电压源5的高电位侧连接于相桥1和相桥2的正极端子，直流电压源5的低 电位侧连接于相桥1和相桥2的负极端子，从而由直流电压源5、相桥1以及相桥2构成桥 式电路30。同样，直流电压源6的高电位侧连接于相桥3和相桥4的正极端子，直流电压 源6的低电位侧连接于相桥3和相桥4的负极端子，从而由直流电压源6、相桥3以及相桥 4构成桥式电路31。
[0006] 外接电感器11和相桥2的连接端子连接于变压器8的初级绕组，外接电感器11 的另一端与相桥1的连接端子连接。同样，外接电感器12和相桥4的连接端子连接于变压 器8的次级绕组，外接电感器12的另一端与相桥3的连接端子连接。
[0007] 所有带有缓冲器的开关都以占空比50%的相同频率进行开关的同时，带有缓冲器 的开关22、24、26、28分别以经由带有缓冲器的开关21、23、25、27的空载时间的反转工作进 行开关。
[0008] 图9的电压 '是相桥1的连接端子相对于相桥2的连接端子的电压，通过带有缓 冲器的开关21和带有缓冲器的开关24以相同定时接通、断开，交替地输出直流电压源5的 电压Ei和其反向电压一 E i。同样，电压V2是相桥3的连接端子相对于相桥4的连接端子的 电压，通过带有缓冲器的开关25和带有缓冲器的开关28以相同定时接通、断开，交替地输 出直流电压源6的电压E2和其反向电压一 E 2。电压和电压V 2如图9那样产生由传输功 率P决定的相位差〇。从直流电压源5朝向直流电压源6的传输功率P使用相位差〇而 由式⑴表示。在此，Ei为直流电压源5的电压，E2为直流电压源6的电压，L为外接电感 器11、12的电感与变压器8的漏感之和，《 = 2Jif，f?为开关频率。由式⑴可明显看出， 若相位差〇为零，则传输功率P成为零。
[0009]公式 1
【权利要求】
1. 一种功率变换器，其在直流电压源之间双向传输功率，该功率变换器具备： 第一相桥、第二相桥、第三相桥以及第四相桥，该第一相桥、第二相桥、第三相桥以及第 四相桥各自具有两个由电容器并联连接于开关元件且二极管反并联连接于该开关元件而 构成的带有缓冲器的开关，并且二极管的阴极连接于正极端子的带有缓冲器的开关和二极 管的阳极连接于负极端子的带有缓冲器的开关借助连接端子沿相同方向串联连接； 第一直流电压源，其与所述第一相桥以及所述第二相桥并联连接； 第二直流电压源，其与所述第三相桥以及所述第四相桥并联连接；以及 电感器，其连接在所述第一相桥的连接端子与所述第三相桥的连接端子之间， 所述第二相桥与所述第一相桥并联连接，所述第四相桥与所述第三相桥并联连接， 所述第四相桥的连接端子与所述第二相桥的连接端子短路连接， 对所述第一相桥的带有缓冲器的开关以及所述第二相桥的带有缓冲器的开关进行开 关，以使一次电压波形每半周期经由零电压在相位期间Y交替重复所述第一直流电压源 的电压和该电压的反向电压，该一次电压波形是所述第一相桥的连接端子相对于所述第二 相桥的连接端子的电压波形， 对所述第三相桥的带有缓冲器的开关以及所述第四相桥的带有缓冲器的开关进行开 关，以使二次电压波形以与所述一次电压波形相同的频率且相位比所述一次电压波形滞后 (180度一控制角S)地每半周期经由零电压在相位期间Y交替重复所述第二直流电压源 的电压和该电压的反向电压，该二次电压波形是所述第三相桥的连接端子相对于所述第四 相桥的连接端子的电压波形。
2. 根据权利要求1所述的功率变换器，其中， 所述相位期间Y是将零以上的值作为截距的所述控制角S的一次函数。
3. 根据权利要求1所述的功率变换器，其中， 使所述一次电压波形的角频率随所述直流电压源（5)的电压E1和所述直流电压源（6) 的电压￡2而变化。
4. 根据权利要求3所述的功率变换器，其中， 所述一次电压波形的角频率设为，使用所述第一直流电压源的电压E1、所述第二直流 电压源的电压E2、最大传输功率Pm时的所述第一直流电压源的电压Elm、最大传输功率？111时 的所述第二直流电压源（6)的电压E2m以及最大传输功率Pm时的角频率《 m而通过下式算 出的值： (公式1)
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的功率变换器，其中， 所述功率变换器具备变压器而代替所述电感器， 所述第一相桥的连接端子和所述第二相桥的连接端子连接于所述变压器的初级绕组， 所述第三相桥的连接端子和所述第四相桥的连接端子连接于所述变压器的次级绕组。
6. -种功率变换器，其在三相交流电压源与直流电压源之间双向传输功率，该功率变 换器具备： 第一相桥以及第二相桥，该第一相桥以及第二相桥各自具有两个由电容器并联连接于 开关元件且二极管反并联连接于该开关元件而构成的带有缓冲器的开关，并且二极管的阴 极连接于正极端子的带有缓冲器的开关和二极管的阳极连接于负极端子的带有缓冲器的 开关借助连接端子沿相同方向串联连接； 直流电压源，其与所述第一相桥以及所述第二相桥并联连接； 正极选择器，其具有三个带有缓冲器的双向开关，该带有缓冲器的双向开关反向串联 连接有电容器并联连接于开关元件且二极管反并联连接于该开关元件的两个带有缓冲器 的开关，该三个带有缓冲器的双向开关的三个端子连接于三相交流电压源的各相，剩余的 三个端子短路连接而作为正极端子； 负极选择器，其具有三个所述带有缓冲器的双向开关，该三个所述带有缓冲器的双向 开关的三个端子连接于所述三相交流电压源的各相，剩余的三个端子短路连接而作为负极 端子；以及 电感器，其连接在所述第一相桥的连接端子与所述正极选择器的正极端子之间， 所述第二相桥与所述第一相桥并联连接，所述第二相桥的连接端子与所述负极选择器 的负极端子短路连接。
7. 根据权利要求6所述的功率变换器，其中， 所述功率变换器具备变压器而代替所述电感器， 所述正极选择器的正极端子和所述负极选择器的负极端子连接于所述变压器的初级 绕组，所述第一相桥的连接端子和所述第二相桥的连接端子连接于所述变压器的次级绕 组。
8. 根据权利要求6或7所述的功率变换器，其中， 在所述三相交流电压源的两相的电压极性为正的情况下，以时分方式切换与该两相连 接的所述正极选择器的带有缓冲器的双向开关来进行开关， 在所述三相交流电压源的两相的电压极性为负的情况下，以时分方式切换与该两相连 接的所述负极选择器的带有缓冲器的双向开关来进行开关。
9. 一种功率变换器，其在单相交流电压源与直流电压源之间双向传输功率，该功率变 换器具备： 第一相桥以及第二相桥，该第一相桥以及第二相桥各自具有两个由电容器并联连接于 开关元件且二极管反并联连接于该开关元件而构成的带有缓冲器的开关，并且二极管的阴 极连接于正极端子的带有缓冲器的开关和二极管的阳极连接于负极端子的带有缓冲器的 开关借助连接端子沿相同方向串联连接； 直流电压源，其与所述第一相桥以及所述第二相桥并联连接； 单相正极选择器，其具有两个带有缓冲器的双向开关，该带有缓冲器的双向开关反向 串联连接有电容器并联连接于开关元件且二极管反并联连接于该开关元件的两个带有缓 冲器的开关，该两个带有缓冲器的双向开关的两个端子连接于单相交流电压源，剩余的两 个端子短路连接而作为正极端子； 单相负极选择器，其具有两个所述带有缓冲器的双向开关，该两个所述带有缓冲器的 双向开关的两个端子连接于所述单相交流电压源，剩余的两个端子短路连接而作为负极端 子；以及 电感器，其连接在所述第一相桥的连接端子与所述单相正极选择器的正极端子之间， 所述第二相桥与所述第一相桥并联连接，所述第二相桥的连接端子与所述单相负极选 择器的负极端子短路连接。
10.根据权利要求9所述的功率变换器，其中， 所述功率变换器具备变压器而代替所述电感器， 所述单相正极选择器的正极端子和所述单相负极选择器的负极端子连接于所述变压 器的初级绕组，所述第一相桥的连接端子和所述第二相桥的连接端子连接于所述变压器的 次级绕组。
【文档编号】H02M3/158GK104508966SQ201380040182
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2013年7月30日 优先权日:2012年7月30日
【发明者】石内宏树, 大森洋一 申请人:东洋电机制造株式会社