專利名稱：復合型交流電源裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于反向器方式的交流電源裝置。
反向器方式的交流電源裝置大都采用下述方式，也就是說，在以采用功率MOS-FET或IGBT等功率控制元件的全橋型電路或半橋型電路實施裝置內部的直流電源輸出的高頻開關動作后，利用平滑化濾波器將其變換成特定頻率的交流電壓，因為以控制開關動作脈沖寬度和控制誤差電壓成比例來獲得需要的交流輸出電壓，而可獲得低功率損失及功率變換的高效率，然而，因為以電感器及電容器構成的平滑化電路將執(zhí)行開關動作的矩形波電壓變換成交流輸出電壓，故在抑制輸出電壓波形變形或漣波干擾上有限度，且因為平滑化濾波器機構的頻率響應特性使它對急速負載變動的高速響應特性受到限制，故有如何降低交流電壓波形的變形的問題。
日本特開平8-168267號公報中，為了減輕PWM開關動作方式交流電源裝置的電壓波形的變形問題，利用設置降低輸出電壓的低通濾波器Q值的機構，而獲得可改善控制誤差電壓的頻率響應特性并且對瞬間的負載變動也可快速響應的高品質交流電壓。
另外，功率MOS-FET或雙極電晶體因為可以快速執(zhí)行開關動作，所以可以提供電壓波形變形較小的交流電，然而，因為快速開關動作時的電流容量較小，而不適用于大功率的供應，且必須執(zhí)行裝置本身的并聯同步運轉，另一方面，IGBT元件之類的可提供高耐壓及大功率的元件，因為只能執(zhí)行低頻開關動作，在以開關動作反向器方式產生交流電壓時，會有無法根據各種負載變動而提供交流電壓波形變形較少的高品質交流電的缺點。
為了達成前述目的，低速反向器電路是利用IGBT元件之類的可供應高耐壓、大功率的開關元件，雖然會有漣波干擾及交流電壓波形變形的問題，卻可產生高電壓、大功率的交流電壓波形，而高速反向器電路則是利用功率MOS-FET或雙極電晶體等只可供應低耐壓、小功率卻可執(zhí)行快速開關動作的開關元件，產生雖然為低電壓、小功率卻為低漣波干擾及低交流電壓波形變形的交流電壓波形。
將低速反向器電路及高速反向器電路的交流電壓輸出進行串聯即可得到本發(fā)明的交流電源裝置的負載輸出，低速反向器電路是利用該反向器電路的交流電壓輸出波形、以及共同連接于低速/高速反向器電路控制電路交流基準電壓的交流電壓輸出波形的控制誤差信號來執(zhí)行反饋控制，產生高電壓、大功率的交流電壓，高速反向器電路則是利用本發(fā)明的交流電源裝置負載輸出部分的交流電壓輸出波形、以及前述交流基準電壓的交流電壓輸出波形的控制誤差信號來執(zhí)行反饋控制，產生雖然是低電壓、小功率卻不含漣波干擾及負載激變時的交流電壓變形的高品質交流電壓，本發(fā)明就是利用此單一裝置，就可以實現傳統(tǒng)交流電源裝置必須以并聯同步運轉才能實現的大功率、高品質交流電壓的供應。
將低速反向器電路的高電壓、大功率、交流電壓輸出、以及高速反向器電路的低電壓、小功率交流電壓輸出串聯至負載，低速反向器電路是利用該反向器電路產生的交流電壓輸出實施反饋控制。前述低速反向器電路是采用IGBT等可提供高耐壓、高功率卻只能實施低速開關動作的開關元件，而前述高速反向器電路則采用可執(zhí)行快速開關動作卻只能提供低耐壓、小功率的開關元件。
以對負載的交流電壓輸出對高速反向器電路執(zhí)行反饋控制，以高速反向器電路產生的低電壓、小功率卻可以執(zhí)行快速開關動作的漣波干擾及負載激變時的電壓波形變形較小的高品質交流電壓，補償低速反向器電路產生的高電壓、大功率交流電壓輸出含有的漣波干擾及負載激變時的交流電壓波形變形，這樣本發(fā)明的電路方式及交流電源裝置利用單一裝置就可以實現傳統(tǒng)PWM控制開關動作反向器必須以并聯同步運轉才能實現的大功率、高品質交流電壓輸出，提供更便宜的交流電源裝置。
反向器電路1是由IGBT等高電壓、大功率低速開關元件的全橋型電路、以及具電感器LHa、LHb及電容器CH、電阻RH的平滑化電路所構成，開關元件Xa、Xd及Xb、Xc利用低速PWM控制電路5，以互補方式執(zhí)行直流電壓的開關動作，并產生交流電壓，另外，前述直流電壓是由電壓高于反向器電路2的直流電壓源VdcL的直流電壓源VdcH所提供。此處的低速PWM控制電路5是利用相位補償電路等眾所周知的電路方式實施反饋控制，而前述相位補償電路則是以改變開關元件Xa、Xd及Xb、Xc的閘極驅動信號Ga、Gd及Gb、Gc的開關動作脈沖寬度，使交流基準電壓源7及反向器電路1的交流電壓輸出端3的控制誤差為最小，利用此方式，使交流電壓輸出端3及交流基準電壓源7的控制誤差為最小。
反向器電路2是由雙極電晶體等低耐壓、小功率卻可快速響應的開關元件所構成的全橋型電路、以及具電感器LLa、LLb及電容器CL、電阻RL的平滑化電路所構成，開關元件Q1、Q4及Q2、Q3利用高速PWM控制電路6，以互補方式執(zhí)行直流電壓的開關動作，并產生交流電壓，另外，前述直流電壓是由電壓低于反向器電路1的直流電壓源VdcH的直流電壓源VdcL提供。此處的高速PWM控制電路6是利用相位補償電路等眾所周知的電路方式實施反饋控制，而前述相位補償電路則是以改變開關元件Q1、Q4及Q2、Q3的閘極驅動信號G1、G4及G2、G3的開關動作脈沖寬度，使對本發(fā)明交流電源裝置的負載輸出端8的交流電壓輸出端4及交流基準電壓源7的控制誤差為最小，利用此方式，使對負載輸出端8的交流電壓輸出端4及交流基準電壓源7的控制誤差為最小，另外，前述本發(fā)明交流電源裝置是將反向器電路1產生的交流電壓輸出及反向器電路2的交流電壓輸出進行串聯并由電容器C及電阻R所構成。
另外，

圖1中的反向器電路1及2都以全橋型電路構成，然而，反向器電路的電路構成上，并未限定為此種構成，圖2所示的實施例，即以半橋型電路構成反向器電路2，而圖3所示的實施例，即以半橋型電路構成反向器電路1，另外，圖4所示的實施例，反向器電路1及反向器電路2都是以半橋型電路所構成，然而，在任何實施例中皆由低速PWM控制電路5控制的反向器電路1，是利用該反向器電路的交流電壓輸出端3來執(zhí)行反饋控制，而由高速PWM控制電路6控制的反向器電路2，則是利用負載輸出端8的交流電壓輸出端4來執(zhí)行反饋控制。
此時，低速PWM控制電路5的開關動作頻率為20KHz，高速PWM控制電路6的開關動作頻率則為200KHz，由低速PWM控制電路5控制的反向器電路1的直流電源VdcH的電壓值為500V，電感器LHa、LHb的容量為250μH，而由高速PWM控制電路6控制的反向器電路2的直流電源VdcL的電壓值為50V，電感器LLa、LLb的容量為10μH，如前述的圖1實施例的電路構成中，交流基準電壓源7的交流電壓為±10V、500Hz時的各部分模擬波形，參照圖5至圖11進行說明。
圖5所示的波形為交流基準電壓源7的輸出波形，是±10V、500Hz的正弦波電壓波形。圖6所示的波形為低速PWM控制電路5內部的控制誤差比較電路的電壓波形，而圖7所示的波形則為前述誤差比較電路產生的開關元件Xa閘極驅動信號Ga的電壓波形。
圖8所示的波形為反向器電路1的交流電壓輸出端3的電壓波形，因為低速PWM控制電路5的開關動作頻率為較低的20KHz，而為含有漣波干擾及交流電壓波形變形的交流電壓波形。
圖9上段所示的波形，是放大顯示反向器電路1的交流電壓輸出端3、及交流基準電壓源7控制目標的理想交流電壓輸出的電壓差，也就是反向器電路1的交流電壓輸出端3的誤差電壓波形，圖9下段所示的波形，是放大顯示反向器電路2產生的交流電壓輸出、及交流基準電壓源7控制目標的理想交流電壓輸出的電壓差，相對于含有漣波干擾及交流電壓波形變形而由反向器電路1產生的交流電壓輸出的誤差電壓，而反向器電路2產生的交流電壓輸出則為反相的大致相同的誤差電壓波形。
圖10是負載輸出端8的交流電壓輸出波形，圖11所示的波形，是放大顯示負載輸出端8的交流電壓輸出、及交流基準電壓源7控制目標的交流電壓輸出的電壓差，也就是本發(fā)明交流電源裝置的交流電壓輸出的誤差電壓波形，也是漣波干擾及交流電壓波形變形較少的高品質交流電壓波形。
如前面所述，本發(fā)明的電路方式的特征，是將低速反向器電路產生的交流電壓輸出、以及高速反向器電路的交流電壓輸出串聯到負載，低速反向器電路利用該反向器電路的交流電壓輸出執(zhí)行反饋控制，而高速反向器電路則利用對負載輸出的交流電壓輸出執(zhí)行反饋控制，利用此方式，以單一的交流電源裝置就可以提供漣波干擾以及相對于負載變動的交流電壓波形變形都較小的高品質、大功率交流電壓。前述低速反向器電路是采用IGBT等雖然可耐高電壓、大功率卻只能以低速執(zhí)行開關動作的開關元件，而可產生雖然含有漣波干擾及交流電壓波形變形卻具有高電壓、大功率的交流電壓波形，另外，前述高速反向器電路則采用只有低耐壓及小功率卻可快速執(zhí)行開關動作的雙極電晶體等，可產生雖然是低電壓、小功率卻可以利用快速開關動作來追隨漣波干擾、及對應負載條件變動的交流電壓波形變形等。
另外，使用于低速反向器電路的開關元件，只要可供應高耐壓、大功率的開關元件即可，因為無需考慮低速開關動作時的漣波干擾的發(fā)生、以及負載激變時的交流電壓波形變形，所以可以選擇便宜的開關元件，同樣的，使用于高速反向器電路的開關元件，只要產生可補償低速反向器電路產生的高電壓、大功率交流電壓輸出的漣波干擾、以及負載激變時的交流電壓波形變形的低電壓、小功率交流電壓的開關元件即可，故和低速反向器電路的開關元件的選擇相同，可以選擇較便宜的開關元件，故只要采用本發(fā)明的電路方式，利用單一裝置即可實現傳統(tǒng)交流電源裝置必須以并聯同步運轉才能實現的大功率、高品質交流電壓的供應。
以上，是針對本發(fā)明的實施形態(tài)進行說明，然而，本發(fā)明并未限定為前述實施形態(tài)而已，即使一方的開關動作反向器電路的構成上，采用全橋型或半橋型以外的眾所周知的反向器電路，利用由對負載的交流電壓輸出執(zhí)行反饋控制的反向器電路2相對于反向器電路1為快速開關動作，且相對于反向器電路1產生的交流電壓為低電壓、小功率，串聯反向器電路1及反向器電路2的交流電壓輸出，并將其當作對負載的交流電壓輸出，如上，只要是本發(fā)明的電路方式，即可獲得和前述實施例相同的效果。
權利要求
1.一種復合型交流電源裝置，包含連接著共用交流基準電壓源的高速開關反向器電路以及低速開關反向器電路的交流電源裝置，其特征為各反向器電路的交流電壓串聯后輸出，并將其當作對該交流電源裝置的負載的交流電壓輸出，和低速反向器電路相比，高速開關反向器電路具有較低電壓且由產生小功率的交流電壓波形的電路構成，并利用該交流電源裝置的負載輸出端的交流電壓輸出實施反饋控制，低速開關反向器電路則利用該反向器電路的交流電壓輸出實施反饋控制。
全文摘要
本發(fā)明提供一種復合型交流電源裝置。本發(fā)明的解決手段是將低速反向器電路產生的高電壓、大功率交流電壓輸出、以及高速反向器電路產生的低電壓、小功率交流電壓輸出進行串聯，高速反向器電路利用對負載輸出的交流電壓輸出執(zhí)行反饋控制，低速反向器電路則利用該反向器電路的交流電壓輸出執(zhí)行反饋控制，前述低速反向器電路采用可提供高耐壓、大功率卻只能以低速執(zhí)行開關動作的開關元件，前述高速反向器電路則采用只能提供低耐壓、小功率卻可執(zhí)行快速開關動作的開關元件，利用此電路方式，可實現可供高品質、大功率、且便宜的交流電源裝置。
文檔編號H02M7/48GK1479443SQ03119180
公開日2004年3月3日 申請日期2003年3月13日 優(yōu)先權日2002年8月29日
發(fā)明者似鳥憲治 申請人:計測技術研究所