功率转换装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及即使交流电源的电压下降，也能向负载提供稳压的电压的功率转换装置。
【背景技术】
[0002]作为即使交流电源的电压下降也仍向负载提供稳压的电压的功率转换装置，已知有连续逆变器供电类型的功率转换装置。图7是用于说明专利文献I和专利文献2所公开的连续逆变器供电类型的功率转换装置的图。图中，I为单相的交流电源，2为电容器，3为转换器，4为逆变器，5为滤波器，6为负载。
该功率转换装置将交流电源I的电压暂时转换成直流电压，然后将该直流电压再次转换成交流电压后提供给负载6。
[0003]这里，将交流电源I的电压转换成直流电压的动作由转换器3来进行。转换器3通过使开关元件Qp、Qn导通截止，来将交流电源I的电压转换成直流电压。转换器3生成的直流电压由电容器Cp、Cn进行滤波。经过电容器Cp、Cn滤波后的直流电压被输出至逆变器4。
[0004]逆变器4通过选择性地使开关元件Ql、Q2和双向开关BSl导通截止，从而将电容器Cp、Cn的直流电压转换成脉冲宽度经过控制的脉冲序列的交流电压Vuο滤波器5去除由该脉冲序列形成的交流电压Vu中所包含的谐波分量，输出正弦波状的交流电压Vload。该正弦波状的交流电压Vload被施加到负载6。
[0005]上述功率转换装置具备直送模式、升压模式、降压模式、备用模式来作为其动作模式。通过对交流电源I的电压等进行检测来决定功率转换装置在哪一个模式下进行动作。
[0006]直送模式是在交流电源I的电压处于规定的范围内时，将交流电源I的电压作为交流电压Vload来输出的动作模式。在该动作模式下，开关元件Q1、Q2截止，双向开关BSl导通。
[0007]升压模式是在交流电源I的电压低于规定值时，对交流电源I的电压进行升压，从而输出具有规定的振幅的交流电压Vload的动作模式。在该动作模式下，基于脉宽调制后的控制信号来选择性地使开关元件Ql、Q2及双向开关BSl进行导通截止。
[0008]降压模式是在交流电源I的电压高于规定值时，对交流电源I的电压进行降压，从而输出具有规定的振幅的交流电压Vload的动作模式。在该动作模式下，开关元件Ql、Q2截止，基于脉宽调制后的控制信号来使双向开关BSl进行导通截止。
[0009]备用模式是在检测到交流电源I停电时，使用电容器Cp、Cn的直流电压来输出具有规定的振幅的交流电压Vload的动作模式。在该动作模式下，双向开关BSl截止，基于脉宽调制后的控制信号来选择性地使开关元件Ql、Q2进行导通截止。
现有技术文献专利文献
[0010]专利文献1:日本专利特开平10-075581号公报专利文献2:国际公开TO2012/067167A1
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0011]然而，在上述那样的功率转换装置中，包含有纹波电流的电流会流过滤波器5的电抗器Lf。为了减小电抗器Lf，需要对因该纹波电流而产生的损耗进行抑制。因此，在上述功率转换装置中，必须要将流过电抗器Lf的电流的纹波分量抑制在规定值内。
[0012]另一方面，上述功率转换装置在升压模式时及备用模式时这两个动作下，以相同的频率使开关元件Ql、Q2进行导通截止。施加到电抗器Lf的电压的变化幅度在仅使用直流电源的电压来输出交流电压时变为最大。因此，在备用模式时，流过电抗器Lf的纹波电流变为最大。电抗器Lf的电感值被确定为使得备用模式时的纹波电流处于规定值以内。
[0013]但是，按此方式确定得到的电抗器Lf的电感值与升压动作时所需的电感值相比，是较大的值。为了得到较大的电感值，就需要增加卷绕于电抗器Lf的铁芯的线圈的匝数。若线圈的匝数增加，则线圈的导体电阻增加，从而电抗器Lf的铜损增加。其结果导致产生功率转换装置的效率下降这样的问题。并且，随着电抗器Lf变大，也带来了功率转换装置大型化的问题。
[0014]本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而完成的。即，本发明的目的在于提供一种功率转换装置，能够抑制电抗器Lf的电感值的增加，并且即使在交流电源的瞬时电压下降时也能将纹波电流抑制在规定值内。
解决技术问题所采用的技术手段
[0015]为了达到上述目的，本发明适用于基于输出电压指令来输出交流电压的功率转换装置。该功率转换装置具备直流电源、交流电源、逆变器、对该逆变器的输出电压进行滤波的电抗器以及控制逆变器的控制部。交流电源的一端与直流电源的中间电位点相连接。
控制部在第I条件时，指令第I频率的载波信号。控制部在第2条件时，指令高于第I频率的第2频率的载波信号。第I条件为交流电源的电压相对输出电压指令较小，且两者之差小于规定值。第2条件为交流电源的电压相对输出电压指令较小，且两者之差大于规定值。控制部基于输出电压指令和所指令的载波信号，生成用于使逆变器动作的控制信号。
逆变器基于控制部所生成的控制信号，输出规定的交流电压。使用直流电源的两端电压及中性点电压和交流电源的电压来生成该交流电压。
[0016]在上述功率转换装置中，控制部在对第I条件和第2条件进行判断时，可至少使用输出电压指令和交流电源的电压各自的有效值、或者其各自的瞬时值。
[0017]在上述功率转换装置中，载波信号的第I频率和第2频率被设定为下述关系，即:当逆变器在各频率下进行动作时，流过电抗器的纹波电流的最大振幅基本相同。
[0018]在上述功率转换装置中，载波信号的第2频率根据输出电压指令与交流电源的电压的差来进行设定。
[0019]在上述功率转换装置中，逆变器进行动作直到交流电源的电压下降至OV为止。
[0020]上述功率转换装置的逆变器的实施方式为至少包含有开关元件串联电路和双向开关。开关元件串联电路由第I开关元件和第2开关元件串联连接而构成。开关元件串联电路与直流电源的两端相连接。第I二极管与第I开关元件反向并联连接。第2二极管与第2开关元件反向并联连接。
双向开关的一端与第I开关元件和第2开关元件的连接点相连接，双向开关的另一端与交流电源的另一端相连接。
[0021]在上述功率转换装置的逆变器中，第I开关元件和第2开关元件可由以碳化硅和氮化镓中的任一种作为材料的宽带隙半导体形成的MOSFET构成。
在上述功率转换装置的逆变器中，第I 二极管和第2 二极管可由以碳化硅和氮化镓中的任一种作为材料的宽带隙半导体形成。
在上述功率转换装置的逆变器中，双向开关可通过将由以碳化硅和氮化镓中的任一种作为材料的宽带隙半导体形成的MOSFET反向并联连接而构成。
在上述功率转换装置的逆变器中，双向开关可构成为包含有二极管，该二极管由以碳化硅和氮化镓中的任一种作为材料的宽带隙半导体形成。
发明效果
[0022]根据本发明，由于在升压模式下，可切换逆变器的动作频率，因此，能够抑制电抗器的电感值的增加，并且即使在交流电源的瞬时电压下降时，也能够将纹波电流抑制在规定值内。
【附图说明】
[0023]图1是用于说明应用了本发明的功率转换装置的一个实施方式的图。
图2是用于说明应用了本发明的功率转换装置的控制部的图。
图3是用于说明载波信号的切换的实施例的图。
图4是用于说明升压模式时的输出电压波形的图。
图5是用于说明升压模式时(Vr = 0V)的输出电压波形的图。
图6是用于说明应用了本发明的功率转换装置的其他实施方式的图。
图7是用于说明现有技术所涉及的功率转换装置的图。
【具体实施方式】
[0024]下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是用于说明本发明的一个实施方式所涉及的功率转换装置的电路结构的图。图中，I为单相的交流电源。电容器2连接在交流电源I的端子R与端子S之间。30为直流电源、40为逆变器、5为滤波器、6为负载、80为控制部。
[0025]直流电源30是正侧直流电源Psp (第I直流电源)和负侧直流电源Psn (第2直流电源)串联连接而构成的电源。直流电源30具备端子P、0、N。端子P连接至直流电源30的高电位侧端子。端子N连接至直流电源30的低电位侧端子。端子O与直流电源Psp和直流电源Psn的连接点(输出直流电源30的中间电压的端子)相连接。交流电源I的端子S与直流电源30的端子O相连接。
由直流电源Psp和直流电源Psn构成的直流电源30例如可由图7所示的转换器3构成。转换器3使用交流电源I的电压Vr来输出三个电平的电位。但是，直流电源30并不限于转换器3这样的电路结构，也可以是通过其他方式构成的电路。