專利名稱：斬波器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可在與蓄電電容器之間進(jìn)行充放電的斬波器裝置。
背景技術(shù)：
為了能夠?qū)⒃谪?fù)載側(cè)產(chǎn)生的再生能量積蓄起來而進(jìn)行再利用，或者能夠?qū)碾娏?系統(tǒng)接受的電力平均化，已有將斬波器與逆變器連接的方法(專利文獻(xiàn)I)。
專利文獻(xiàn)1:日本特開2009 - 27763號公報發(fā)明內(nèi)容
然而，根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)，由于在逆變器的直流母線的正極側(cè)和負(fù)極側(cè)之間連接 有斬波器，因此，在斬波器側(cè)只能對直流母線電壓進(jìn)行檢測。因此，在直流母線電壓降低的 情況下，很難在斬波器側(cè)區(qū)分出其是由動力運(yùn)行引起的電壓下降、或是由系統(tǒng)電壓下降而 引起的電壓下降。
其結(jié)果，為了利用斬波器使受電電力平均化，需要在系統(tǒng)電壓下降時，從外部向斬 波器施加釋放指令和釋放量指令，使斬波器以釋放能量的形式動作，其中，所述釋放量指令 用于指示應(yīng)以何種程度進(jìn)行釋放。
為了從外部向斬波器施加釋放指令和釋放量指令，需要在檢測出逆變器以多大負(fù) 載進(jìn)行動力運(yùn)行后，確定所需的釋放量指令，除了斬波器之外，必須另外準(zhǔn)備用于上述目的 的檢測器或控制器。另外，在不易增設(shè)上述檢測器或控制器的已有設(shè)備中，很難利用斬波器 使受電電力平均化。
本發(fā)明就是鑒于上述情況而提出的，其目的在于得到一種無需在斬波器外部檢測 逆變器以多大的負(fù)載進(jìn)行動力運(yùn)行，而能夠在斬波器側(cè)對逆變器的動力運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷 的斬波器裝置。
為了解決上述課題并實現(xiàn)目的，本發(fā)明的斬波器裝置通過將從直流母線供給的直 流電壓的通電路徑進(jìn)行通斷，從而進(jìn)行充放電，其特征在于，在該斬波器裝置中設(shè)有能夠與 所述直流母線的截斷位置的一端連接的第I正側(cè)直流端子、和能夠與所述截斷位置的另一 端連接的第2正側(cè)直流端子，所述直流母線的電流經(jīng)由所述第I正側(cè)直流端子而被導(dǎo)入所 述斬波器裝置內(nèi)，并經(jīng)由所述第2正側(cè)直流端子返回至所述直流母線中。
發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明，具有無需在斬波器外部檢測逆變器以多大的負(fù)載進(jìn)行動力運(yùn)行，而 能夠在斬波器側(cè)對逆變器的動力運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷的效果。


圖1是表示本發(fā)明所涉及的斬波器裝置及逆變器的實施方式的概略結(jié)構(gòu)的電路 圖。
圖2是表示圖1的斬波器裝置的斬波器控制方法的流程圖。
具體實施方式
下面，基于附圖，對本發(fā)明所涉及的斬波器裝置的實施方式詳細(xì)地進(jìn)行說明。此 外，本發(fā)明并不限定于本實施方式。
圖1是表示本發(fā)明所涉及的斬波器裝置及逆變器的實施方式的概略結(jié)構(gòu)的電路 圖。在圖1中，在逆變器2中設(shè)置有整流電路7、平滑電容器Cl、橋臂電路8及浪涌電流防 止電路6。
并且，整流電路7與交流電源I連接，橋臂電路8與負(fù)載3連接。另外，在整流電 路7的后段經(jīng)由平滑電容器Cl而連接有橋臂電路8。此外，負(fù)載3可以是交流電動機(jī)，也可 以是在交流下動作的電子設(shè)備。
其中，在整流電路7中設(shè)有整流二極管Dll至D16，整流二極管D11、D12彼此串聯(lián) 連接，整流二極管D13、D14彼此串聯(lián)連接，整流二極管D15、D16彼此串聯(lián)連接。
并且，整流二極管D11、D12的串聯(lián)電路、整流二極管D13、D14的串聯(lián)電路、整流二 極管D15、D16的串聯(lián)電路，連接在直流母線的正側(cè)和負(fù)側(cè)之間。
另外，整流二極管D11、D12的連接點(diǎn)、整流二極管D13、D14的連接點(diǎn)、整流二極管 D15、D16的連接點(diǎn)，分別與3相電壓輸入端子R、S、T連接。
另外，在橋臂電路8中設(shè)置開關(guān)元件Ml至M6及續(xù)流二極管Dl至D6。續(xù)流二極管 Dl至D6分別與開關(guān)元件Ml至M6并聯(lián)連接。另外，開關(guān)元件M1、M2彼此串聯(lián)連接，開關(guān)元 件M3、M4彼此串聯(lián)連接，開關(guān)元件M5、M6彼此串聯(lián)連接。
并且，開關(guān)元件Ml、M2的串聯(lián)電路、開關(guān)元件M3、M4的串聯(lián)電路、開關(guān)元件M5、M6 的串聯(lián)電路，連接在直流母線的正側(cè)和負(fù)側(cè)之間。
另外，開關(guān)元件Ml、M2的連接點(diǎn)、開關(guān)元件M3、M4的連接點(diǎn)、開關(guān)元件M5、M6的連 接點(diǎn)，分別與3相電壓輸出端子U、V、W連接。
另外，在整流電路7和橋臂電路8之間插入有浪涌電流防止電路6。在此，在浪涌 電流防止電路6中設(shè)有開關(guān)SW和電阻R，開關(guān)SW和電阻R彼此并聯(lián)連接。
另外，逆變器2的正側(cè)直流母線在整流電路7和浪涌電流防止電路6之間被截斷。 并且，在逆變器2的正側(cè)直流母線的截斷位置的一端設(shè)置正側(cè)直流端子Pl，在逆變器2的正 側(cè)直流母線的截斷位置的另一端設(shè)置正側(cè)直流端子P。在逆變器2的負(fù)側(cè)直流母線上設(shè)置 負(fù)側(cè)直流端子N。此外，能夠在逆變器2的正側(cè)直流端子P1、P處外接使直流母線上的波紋 減小的電抗器。截斷位置也可以設(shè)在浪涌電流防止電路6和橋臂電路8之間。
另外，在斬波器4中設(shè)置有開關(guān)元件M21、M22、續(xù)流二極管D21、D22及電感L。續(xù) 流二極管D21、D22分別與開關(guān)元件M21、M22并聯(lián)連接。另外，開關(guān)元件M21、M22彼此串聯(lián) 連接。并且，開關(guān)元件M21、M22的串聯(lián)電路連接在斬波器4的直流母線的正側(cè)和負(fù)側(cè)之間。
此外，作為開關(guān)元件Ml至M6、M21、M22，可以使用場效應(yīng)晶體管，也可以使用雙極 晶體管或IGBT。另外，開關(guān)元件M21、M22的材料可以使用碳化硅類材料、氮化鎵類材料或 金剛石等寬帶隙半導(dǎo)體。
在此，作為開關(guān)元件M21、M22的材料，通過使用寬帶隙半導(dǎo)體，能夠大幅度降低開 關(guān)元件M21、M22的損耗，并且，能夠承受高溫下的動作。因此，無需插入冷卻用基體，或者在 外部設(shè)置風(fēng)扇或散熱片等冷卻機(jī)構(gòu)，即可安裝開關(guān)元件M21、M22。
并且，開關(guān)元件M21、M22的串聯(lián)電路與平滑電容器C2并聯(lián)連接。另外，在開關(guān)元件M21、M22的連接點(diǎn)和充放電端子CP之間連接有電感L。另外，在斬波器4中設(shè)有正側(cè)直流端子Pl'、P'及負(fù)側(cè)直流端子N'、N"。其中， 正側(cè)直流端子Pl' 能夠與正側(cè)直流端子PUP連接。并且，正側(cè)直流端子Pl' 構(gòu)成為，與斬波器4的正側(cè)的直流母線連接，逆變器2的直流母線的電流經(jīng)由正側(cè)直流端子 Pl'被導(dǎo)入斬波器4內(nèi)，并經(jīng)由正側(cè)直流端子P'返回至逆變器2的直流母線中。
另外，負(fù)側(cè)直流端子N'、Ν"與斬波器4的負(fù)側(cè)的直流母線連接。并且，負(fù)側(cè)直流端子N'與負(fù)側(cè)直流端子N連接，在負(fù)側(cè)直流端子N'和充放電端子CP之間連接有蓄電電容器C3。此外，也可以取代蓄電電容器C3而使用2次電池等蓄電器。
另外，在斬波器4中設(shè)有電流傳感器Kl，其對逆變器2的直流母線的電流Idc進(jìn)行檢測；電流傳感器Κ2，其對電感L的電流Icap進(jìn)行檢測；以及通斷控制部5，其基于直流母線的電流Idc的檢測值、直流母線的電壓Vdc的檢測值和電感L的電流Icap的檢測值， 對開關(guān)元件Μ21、Μ22的占空比進(jìn)行控制。
在逆變器2中，將從交流電源I供給的交流利用整流電路7整流后，利用平滑電容器Cl平滑化而變換為直流。并且，經(jīng)由平滑電容器Cl輸出的直流，通過追隨開關(guān)元件Ml 至Μ6的通斷動作而接通/斷開，從而變換為交流，輸出至負(fù)載Μ。
在此，在逆變器2啟動時，通過將開關(guān)SW斷開，使電流經(jīng)由電阻R從整流電路7流出，從而防止浪涌電流。并且，在達(dá)到平滑電容器Cl以大于或等于規(guī)定值進(jìn)行了充電且沒有引起浪涌電流的狀態(tài)后，將開關(guān)SW接通。
另外，斬波器4從蓄電電容器C3向逆變器2釋放逆變器2側(cè)所缺少的能量，或?qū)⒛孀兤?側(cè)剩余的能量向蓄電電容器C3充電。
圖2是表示圖1的斬波器裝置的斬波器控制方法的流程圖。在圖2中，直流母線的電壓輸入至通斷控制部5，并對直流母線的電壓Vdc進(jìn)行檢測(步驟SI)。
并且，通斷控制部5對直流母線的電壓Vdc的檢測值是否超過基準(zhǔn)值Vref進(jìn)行判斷(步驟S2)，在直流母線的電壓Vdc的檢測值超過基準(zhǔn)值Vref的情況下，對開關(guān)元件M21、 Μ22的占空比進(jìn)行控制，以對蓄電電容器C3進(jìn)行充電。
S卩，如果將充電增益設(shè)為K，則通斷控制部5利用下面的公式計算斬波器4的直流母線的電流Ich的指令值Ich*，經(jīng)由斬波器4吸收與電壓Vdc超過基準(zhǔn)值Vref的量成正比的電流(步驟S3)。
Ich*= (Vref — Vdc) XK
由此，在再生能量增大的情況下，能夠相對應(yīng)地使經(jīng)由斬波器4吸收的能量增大， 并可對再生能量進(jìn)行再利用，從而能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能化。
接下來，將斬波器4的直流母線的電流Ich的指令值Ich*變換為電感L的電流 Icap的指令值I cap*(步驟S4)。并且,通過進(jìn)行斬波器電流控制，以使得電感L的電流Icap 的檢測值接近電感L的電流Icap的指令值leap* (步驟S5)，從而對開關(guān)元件M21、M22的占空比進(jìn)行設(shè)定(步驟S6)。
此外，通過將斬波器4的直流母線的電流Ich的指令值Ich*變換為電感L的電流 Icap的指令值leap*，從而無需對斬波器4的直流母線的電流Ich進(jìn)行檢測。因此，能夠不受斬波器4的直流母線的電流Ich的變動的影響，設(shè)定開關(guān)元件M21、M22的占空比，并能夠使斬波器電流控制穩(wěn)定。
另一方面，在直流母線的電壓Vdc的檢測值小于或等于基準(zhǔn)值Vref的情況下，通斷控制部5檢測直流母線的電流Idc (步驟S7)。并且，在經(jīng)由低通濾波器從直流母線的電流Idc的檢測值將波紋成分去除后(步驟S8)，判斷直流母線的電流Idc的檢測值是否超過 O (步驟S9)，在直流母線的電流Idc的檢測值小于或等于O的情況下，對開關(guān)元件M21、M22 的占空比進(jìn)行控制，以使得電感L的電流Icap的檢測值為O。
S卩，通斷控制部5將直流母線的電流Ich的指令值Ich*設(shè)定為O (步驟S14)，進(jìn)入步驟S4。
另一方面，在直流母線的電流Idc的檢測值超過O的情況下，作為負(fù)載平均化模式，選擇定比輔助模式或上限限制模式(步驟S10)。此外，負(fù)載平均化模式是經(jīng)由斬波器4 供給逆變器2動力運(yùn)行時所需的能量的一部分或全部，從而·實現(xiàn)逆變器2的輸入電力平均化的模式。
其中，在選擇定比輔助模式的情況下，對開關(guān)元件M21、M22的占空比進(jìn)行控制，以從蓄電電容器C3供給直流母線的電流Idc的一部分。
即，如果將輔助系數(shù)設(shè)為α，則通斷控制部5利用下面的公式計算斬波器4的直流母線的電流Ich的指令值Ich*,經(jīng)由斬波器4釋放與直流母線的電流Idc成正比的電流 (步驟SI I)。
Ich*=IdcX α
另一方面，在選擇上限限制模式的情況下，判斷直流母線的電流Idc的檢測值是否超過上限值Imax(步驟S12)，在直流母線的電流Idc的檢測值小于或等于上限值Imax的情況下，進(jìn)入步驟S14，對開關(guān)元件Μ21、Μ22的占空比進(jìn)行控制，以使得電感L的電流Icap 的檢測值為O。
另一方面，在直流母線的電流Idc的檢測值超過上限值Imax的情況下，對開關(guān)元件Μ21、Μ22的占空比進(jìn)行控制，以從蓄電電容器C3供給直流母線的電流Idc的欠缺部分， 從而使得直流母線的電流Idc的檢測值不超過上限值Imax。
S卩，通斷控制部5利用下面的公式計算斬波器4的直流母線的電流Ich的指令值 Ich*,經(jīng)由斬波器4釋放與電流Idc超過上限值Imax的量相對應(yīng)的電流(步驟S13)。
Ich*=Idc — Imax
此外，在對蓄電電容器C3進(jìn)行充電的情況下，使開關(guān)元件M21進(jìn)行通斷動作。并且，在開關(guān)元件M21接通期間，通過使電流Icap沿正方向從直流母線經(jīng)由開關(guān)元件M21流入至電感L，從而能夠?qū)π铍婋娙萜鰿3進(jìn)行充電。另外，在開關(guān)元件M21斷開期間，通過使電流Icap從電感L依次經(jīng)由蓄電電容器C3及續(xù)流二極管D21而沿正向流動并返回至電感 L,從而能夠使電流Icap循環(huán)。
另外，在從蓄電電容器C3進(jìn)行放電的情況下，使開關(guān)元件M22進(jìn)行通斷動作。并且，在開關(guān)元件M22接通期間，通過使電流Icap沿負(fù)方向從蓄電電容器C3依次流過電感L 及開關(guān)元件M22，從而能夠?qū)㈦姶拍芰糠e蓄在電感L中。另外，在開關(guān)元件M22斷開期間，通過使電流Icap從蓄電電容器C3依次經(jīng)由電感L及續(xù)流二極管D21而沿負(fù)方向流入直流母線，從而能夠從蓄電電容器C3放電。
在此，通過將直流母線的電流Idc從逆變器2導(dǎo)入斬波器4，從而無需在斬波器4外部檢測逆變器2以多大的負(fù)載3進(jìn)行動力運(yùn)行，能夠在斬波器4側(cè)判斷逆變器2的動力 運(yùn)行狀態(tài)。因此，無需從外部向斬波器4施加釋放指令和釋放量指令，能夠在負(fù)載平均化模 式下使斬波器4動作，由于除了斬波器之外無需另外準(zhǔn)備施加釋放指令和釋放量指令的檢 測器或控制器，因此，能夠使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，并且，能夠在不易增設(shè)上述檢測器或控制器的 已有設(shè)備中使用。
另外，為了將直流母線的電流Idc從逆變器2導(dǎo)入斬波器4，通過在斬波器4中設(shè) 置可與正側(cè)直流端子P1、P連接的正側(cè)直流端子Pl' ，從而無需變更逆變器2的結(jié)構(gòu)， 能夠容易地應(yīng)用于現(xiàn)有的逆變器2。
工業(yè)實用性
如上所述，本發(fā)明所涉及的斬波器裝置無需在斬波器外部檢測逆變器以多大的負(fù) 載進(jìn)行動力運(yùn)行，能夠在斬波器側(cè)判斷逆變器的動力運(yùn)行狀態(tài)，適用于利用斬波器對逆變 器進(jìn)行輔助的方法。
標(biāo)號的說明
I交流電源
2逆變器
3負(fù)載
4斬波器
5通斷控制部
6浪涌電流防止電路
7整流電路
8臂部電路
Dl至D6、D21、D22續(xù)流二極管
Dll至D16整流二極管
Ml至M6、M21、M22開關(guān)元件
P、P1、P'、P1'正側(cè)直流端子
N、N'、N"負(fù)側(cè)直流端子
CP充放電端子
SW開關(guān)
R電阻
C1、C2平滑電容器
L電感
C3蓄電電容器
K1、K2電流傳感器
權(quán)利要求
1.一種斬波器裝置，其通過使從直流母線供給的直流電壓的通電路徑進(jìn)行通斷，從而進(jìn)行充放電， 該斬波器裝置的特征在于， 在該斬波器裝置中設(shè)有第I正側(cè)直流端子和第2正側(cè)直流端子，其中，第I正側(cè)直流端子能夠與所述直流母線的截斷位置的一端連接，第2正側(cè)直流端子能夠與所述截斷位置的另一端連接，所述直流母線的電流經(jīng)由所述第I正側(cè)直流端子被導(dǎo)入所述斬波器裝置內(nèi)，并經(jīng)由所述第2正側(cè)直流端子返回至所述直流母線中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斬波器裝置，其特征在于， 所述直流母線的截斷位置設(shè)置在與所述斬波器裝置連接的逆變器上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的斬波器裝置，其特征在于， 在所述直流母線的截斷位置處，能夠連接使所述直流母線上的波紋減小的電抗器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的斬波器裝置，其特征在于， 在經(jīng)由所述第I正側(cè)端子將所述直流母線的電流導(dǎo)入所述斬波器裝置內(nèi)的導(dǎo)入線上，設(shè)有對所述直流母線的電流進(jìn)行檢測的電流傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的斬波器裝置，其特征在于，具有 第I及第2開關(guān)元件的串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路連接在所述直流母線的所述第I正側(cè)直流端子和負(fù)側(cè)直流端子之間； 電感，其連接在第I及第2開關(guān)元件的連接點(diǎn)和充放電端子之間；以及 通斷控制部，其基于所述直流母線的電流檢測值、所述直流母線的電壓檢測值、及所述電感的電流檢測值，對所述第I及第2開關(guān)元件的占空比進(jìn)行控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的斬波器裝置，其特征在于， 所述通斷控制部在所述直流母線的電壓檢測值超過基準(zhǔn)值的情況下，對所述第I及第2開關(guān)元件的占空比進(jìn)行控制，以對與所述充放電端子連接的蓄電器進(jìn)行充電。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的斬波器裝置，其特征在于， 所述通斷控制部在所述直流母線的電壓檢測值小于或等于基準(zhǔn)值、且所述直流母線的電流檢測值小于或等于O的情況下，對所述第I及第2開關(guān)元件的占空比進(jìn)行控制，以使得所述電感的電流檢測值為O。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項所述的斬波器裝置，其特征在于， 所述通斷控制部在所述直流母線的電壓檢測值小于或等于基準(zhǔn)值、且所述直流母線的電流檢測值超過O的情況下，對所述第I及第2開關(guān)元件的占空比進(jìn)行控制，以從與所述充放電端子連接的蓄電器供給所述直流母線的電流的一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項所述的斬波器裝置，其特征在于， 所述通斷控制部在所述直流母線的電壓檢測值小于或等于基準(zhǔn)值、且所述直流母線的電流檢測值超過O的情況下，對所述第I及第2開關(guān)元件的占空比進(jìn)行控制，以從與所述充放電端子連接的蓄電器供給所述直流母線的電流的欠缺部分，從而使得所述直流母線的電流檢測值不超過上限值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的斬波器裝置，其特征在于， 所述通斷控制部在所述直流母線的電壓檢測值小于或等于基準(zhǔn)值、且所述直流母線的電流檢測值超過所述上限值的情況下，對所述第I及第2開關(guān)元件的占空比進(jìn)行控制，以使得所述電感的電流檢測值為O。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的斬波器裝置，其特征在于，所述通斷控制部將所述直流母線側(cè)的電流指令值變換為所述電感側(cè)的電流指令值，對所述第I及第2開關(guān)元件的占空比進(jìn)行控制，以使得所述電感的電流檢測值接近所述電感側(cè)的電流指令值。
12.根據(jù)權(quán)利要求5至11中任一項所述的斬波器裝置，其特征在于，所述第I及第2開關(guān)元件由寬帶隙半導(dǎo)體構(gòu)成。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的斬波器裝置，其特征在于，所述寬帶隙半導(dǎo)體是碳化硅類材料、氮化鎵類材料或金剛石。
全文摘要
在斬波器(4)中設(shè)有與斬波器(4)的正側(cè)直流母線連接的正側(cè)直流端子(P1′、P′)，通過將正側(cè)直流端子(P1′、P′)分別與正側(cè)直流端子(P1、P)連接，從而經(jīng)由正側(cè)直流端子(P1′)將逆變器(2)的直流母線的電流導(dǎo)入斬波器(4)內(nèi)，并經(jīng)由正側(cè)直流端子(P′)返回至逆變器(2)的直流母線中。
文檔編號H02M7/72GK103026606SQ20108006826
公開日2013年4月3日 申請日期2010年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
發(fā)明者市原昌文 申請人:三菱電機(jī)株式會社