專利名稱：諧振型逆變裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將直流變換為交流的軟開關(guān)控制的諧振型逆變裝置。
背景技術(shù)：
作為諧振型逆變裝置的一例，公知具有V接線逆變電路的電力變換裝置(專利文獻(xiàn)1)。該電力變換裝置設(shè)置第1輔助開關(guān)和第2輔助開關(guān)、諧振電抗器以及諧振電容器，通過接通、斷開第1輔助開關(guān)和第2輔助開關(guān)，在諧振電抗器和諧振電容器中產(chǎn)生諧振，使主開關(guān)的接通成為零電壓開關(guān)(軟開關(guān))，降低了主開關(guān)的開關(guān)損失。在該電力變換裝置中，在第1輔助開關(guān)和第2輔助開關(guān)中未設(shè)置緩沖電路，但是， 在實(shí)用方面，優(yōu)選在第ι輔助開關(guān)和第2輔助開關(guān)的集電極-發(fā)射極之間追加緩沖電路，實(shí)現(xiàn)過電壓保護(hù)和高頻振動抑制。圖4是示出現(xiàn)有的包含緩沖電路的諧振型逆變裝置的電路圖。在圖4中，在直流電源E的兩端連接有升壓電路1。該升壓電路1通過連接在直流電源E的兩端的升壓電抗器Ll與由絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)構(gòu)成的開關(guān)Qo的串聯(lián)電路、以及陽極連接在升壓電抗器Ll與開關(guān)Qo的連接點(diǎn)的二極管Dc構(gòu)成，對直流電源E的電壓進(jìn)行升壓。在開關(guān)Qo 的集電極-發(fā)射極之間并聯(lián)連接有二極管Do和電容器Co。在升壓電路1的輸出兩端，經(jīng)由正側(cè)輸入線P和負(fù)側(cè)輸入線N連接有輔助電路加。 輔助電路加如下構(gòu)成。在正側(cè)輸入線P與負(fù)側(cè)輸入線N之間連接有由IGBT構(gòu)成的輔助開關(guān)Ql、輔助電容器Ca、輔助電容器Cb的串聯(lián)電路。在輔助電容器Ca和輔助電容器Cb的連接點(diǎn)與正側(cè)輸入線P之間連接有諧振電抗器Lr、由IGBT構(gòu)成的輔助開關(guān)Q2的串聯(lián)電路。在輔助開關(guān)Ql的集電極-發(fā)射極之間并聯(lián)連接有二極管Da，并且，連接有緩沖二極管D5、緩沖電容器C5、緩沖電容器C6的串聯(lián)電路。在緩沖二極管D5與緩沖電容器C5的連接點(diǎn)以及輔助電容器Cb的一端連接有電阻Rl。在緩沖電容器C5與緩沖電容器C6的連接點(diǎn)以及輔助電容器Ca與輔助電容器Cb的連接點(diǎn)連接有電阻R2。緩沖二極管D5、緩沖電容器C5、C6、電阻Rl、R2構(gòu)成輔助開關(guān)Ql的緩沖電路。在輔助開關(guān)Q2的集電極-發(fā)射極之間并聯(lián)連接有二極管Db，并且，連接有緩沖電容器C7和緩沖電容器C8的串聯(lián)電路。緩沖二極管D6與緩沖電容器C7并聯(lián)連接。在緩沖電容器C7與緩沖電容器C8的連接點(diǎn)以及輔助開關(guān)Ql的集電極連接有電阻R3。緩沖二極管D6、緩沖電容器C7、C8、電阻R3構(gòu)成輔助開關(guān)Q2的緩沖電路。在正側(cè)輸入線P與負(fù)側(cè)輸入線N之間連接有逆變電路3。在逆變電路3中，在正側(cè)輸入線P與負(fù)側(cè)輸入線N之間連接有主開關(guān)Sl和主開關(guān)S2的串聯(lián)電路(半橋電路)，并且，連接有主開關(guān)S3和主開關(guān)S4的串聯(lián)電路(半橋電路)。在由IGBT構(gòu)成的主開關(guān)Sl S4的集電極-發(fā)射極之間連接有二極管Dl D4以及諧振電容器Cl C4。主開關(guān)Sl與主開關(guān)S2的連接點(diǎn)經(jīng)由電抗器Lw與交流輸出端子Wl連接，主開關(guān) S3與主開關(guān)S4的連接點(diǎn)經(jīng)由電抗器Lu與交流輸出端子Ul連接，輔助電容器Ca與輔助電容器Cb的連接點(diǎn)與交流輸出端子Vl連接。這里，濾波電路4由電抗器Lu、Lw以及電容器C1UC12構(gòu)成，是去除高頻分量而輸出正弦波分量的濾波器?？刂齐娐?00分別對開關(guān)Qo、 輔助開關(guān)Ql、Q2、主開關(guān)Sl S4進(jìn)行接通斷開控制，使主開關(guān)Sl S4成為零電壓開關(guān)， 并且，對交流輸出端子U1、V1、W1輸出正弦波狀的三相交流電壓。接著，對動作進(jìn)行說明。首先，參照圖5所示的波形圖對在圖4所示的結(jié)構(gòu)中沒有緩沖電路時的動作進(jìn)行說明。在圖5中，GOil)是輔助開關(guān)Ql的柵極信號，G(Q2)是輔助開關(guān)Q2的柵極信號， G(S3)是主開關(guān)S3的柵極信號，G(S4)是主開關(guān)S4的柵極信號，I(Lr)是流過諧振電抗器 Lr的電流，V(S3)是主開關(guān)S3的集電極-發(fā)射極間電壓，I (S3)是流過主開關(guān)S3的集電極電流，V(S4)是主開關(guān)S4的集電極-發(fā)射極間電壓，V0i2)是輔助開關(guān)Q2的集電極-發(fā)射極間電壓。在期間t2，輔助開關(guān)Ql為斷開狀態(tài)，當(dāng)輔助開關(guān)Q2接通時，諧振電容器C3的電荷放電，電流I (Lr)按照C3 — Lr — Q2 — Cb — D4 — C3的路徑流過諧振電抗器Lr。此時，電流I (Lr)由于諧振電抗器Lr與諧振電容器C3的諧振而成為正弦波狀的電流。在期間t3，諧振電容器C3的電荷放電完成，諧振電容器C3的電壓V(S3)為零電壓，電流I (Lr)為零時，使主開關(guān)S3接通。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)主開關(guān)S3的零電壓開關(guān)。并且，開始按照Cb — Db — Lr — S3 — C4 — Cb的路徑流過負(fù)的電流I (Lr)。電流 I (Lr)和電流I (S3)由于諧振電抗器Lr與諧振電容器C4的諧振而成為正弦波狀的電流。在期間t4，通過諧振電流對諧振電容器C4進(jìn)行充電，V(S4)的電壓上升。在期間 t4，斷開輔助開關(guān)Q2，但是，經(jīng)由二極管Db流過諧振電流。然后，諧振結(jié)束后，在期間t5，諧振電抗器Lr的電流I(Lr)上升而成為零時，在期間t6的開始時，輔助開關(guān)Q2的二極管Db反向恢復(fù)。該反向恢復(fù)的能量蓄積在諧振電抗器 Lr中，但是，由于沒有能量放出的路徑，因此在輔助開關(guān)Q2中產(chǎn)生浪涌電壓。然后，通過輔助開關(guān)Q2的寄生電容與諧振電抗器Lr的諧振，在諧振電抗器Lr的電流I (Lr)和輔助開關(guān) Q2的電壓AKQ2)中產(chǎn)生高頻振動。在輔助開關(guān)Q2向斷開的切換偏移到期間t6以后的情況下，在諧振電抗器Lr中蓄積能量，由此產(chǎn)生與上述現(xiàn)象相同的現(xiàn)象。接著，參照圖6所示的輔助電路和圖7所示的動作波形圖，對設(shè)置了緩沖電路的圖 4所示的現(xiàn)有的諧振型逆變裝置的動作進(jìn)行說明。在存在緩沖電路的情況下，在諧振電抗器Lr中蓄積的能量經(jīng)由緩沖二極管D5、 D6、緩沖電容器C5、C6、C7、C8流出。緩沖電容器C5、C6、C7、C8的電壓經(jīng)由電阻Rl、R2、R3 被輔助電容器Ca、Cb鉗位。因此，在圖7的期間t6，能夠抑制在諧振電抗器Lr的電流I (Lr) 和輔助開關(guān)Q2的電壓AKQ2)中產(chǎn)生高頻振動的情況。專利文獻(xiàn)1日本特開2004-260882號公報(bào)但是，圖4所示的諧振型逆變裝置設(shè)置了緩沖電路，由此，由二極管、電容器、電阻構(gòu)成的部件增加。因此，存在成本增加、裝置大型化以及在緩沖電路中產(chǎn)生損失的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供降低損失和成本且能夠?qū)崿F(xiàn)小型化的諧振型逆變裝置。為了解決上述課題，本發(fā)明的諧振型逆變裝置將從正側(cè)輸入線與負(fù)側(cè)輸入線之間提供的直流電源的直流電壓變換為交流電壓并輸出，其特征在于，該諧振型逆變裝置具有第1串聯(lián)電路，其連接在所述正側(cè)輸入線與所述負(fù)側(cè)輸入線之間，由第1輔助開關(guān)、第1輔助電容器和第2輔助電容器構(gòu)成；第2串聯(lián)電路，其連接在所述正側(cè)輸入線與所述負(fù)側(cè)輸入線之間，由第2輔助開關(guān)和第1 二極管構(gòu)成；諧振電抗器，其連接在所述第1輔助電容器和所述第2輔助電容器的連接點(diǎn)與所述第2輔助開關(guān)和所述第1二極管的連接點(diǎn)之間；以及逆變電路，其連接在所述正側(cè)輸入線與所述負(fù)側(cè)輸入線之間，并聯(lián)連接多個半橋電路而構(gòu)成，該半橋電路由2個并聯(lián)連接了諧振電容器的主開關(guān)串聯(lián)連接而構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明，在第1 二極管中流過順向電流，由此，第1輔助開關(guān)接通后的第2輔助開關(guān)的電壓被鉗位成第1輔助電容器和第2輔助電容器的電壓。由此，能夠抑制第2輔助開關(guān)接通后的高頻振動。因此，能夠削減現(xiàn)有的緩沖電路，能夠提供降低損失和成本且能夠?qū)崿F(xiàn)小型化的諧振型逆變裝置。


圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施例1的諧振型逆變裝置的電路圖。圖2是示出在實(shí)施例1的諧振型逆變裝置中設(shè)置的輔助電路的圖。圖3是實(shí)施例1的諧振型逆變裝置的各部的動作波形圖。圖4是示出現(xiàn)有的包含緩沖電路的諧振型逆變裝置的電路圖。圖5是現(xiàn)有的不包含緩沖電路的諧振型逆變裝置的動作波形圖。圖6是示出在圖4所示的現(xiàn)有的諧振型逆變裝置中設(shè)置的輔助電路的圖。圖7是圖4所示的現(xiàn)有的諧振型逆變裝置的各部的動作波形圖。標(biāo)號說明E 直流電源；Ll 升壓電抗器；Qo 開關(guān)；Ql、Q2 輔助開關(guān)；Sl S4 主開關(guān)；Lr 諧振電抗器；Da、Db、Dc、Ds、Do D4 :二極管；Ca、Cb 輔助電容器；Co C4 諧振電容器； ClU C12 電容器；Lu、Lw:電抗器；1 升壓電路；2、2a 輔助電路；3 逆變電路；4 濾波電路；10、100 控制電路。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的諧振型逆變裝置的實(shí)施方式。實(shí)施例1圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施例1的諧振型逆變裝置的電路圖。圖1所示的諧振型逆變裝置相對于圖4所示的諧振型逆變裝置，僅輔助電路2不同，其他結(jié)構(gòu)與圖4所示的結(jié)構(gòu)相同，所以，這里以輔助電路2的結(jié)構(gòu)為主進(jìn)行說明。在連接升壓電路1和逆變電路3 (逆變電路)的正側(cè)輸入線P與負(fù)側(cè)輸入線N之間連接有輔助電路2。輔助電路2由輔助開關(guān)Ql (第1輔助開關(guān))、輔助開關(guān)Q2 (第2輔助開關(guān))、諧振電抗器Lr、輔助電容器Ca (第1輔助電容器)、輔助電容器Cb (第2輔助電容器)、二極管Ds (第1 二極管)構(gòu)成。在正側(cè)輸入線P與負(fù)側(cè)輸入線N之間連接有由輔助開關(guān)Q1、輔助電容器Ca、輔助電容器Cb構(gòu)成的第1串聯(lián)電路，該輔助開關(guān)Ql由IGBT構(gòu)成。輔助開關(guān)Ql是用于對正側(cè)輸入線P與輔助電容器Ca進(jìn)行切斷的開關(guān)。輔助電容器Ca和輔助電容器Cb由電解電容器構(gòu)成，是大容量電容器。
并且，在正側(cè)輸入線P與負(fù)側(cè)輸入線N之間連接有由輔助開關(guān)Q2和二極管Ds構(gòu)成的第2串聯(lián)電路，該輔助開關(guān)Q2由IGBT構(gòu)成且作為諧振用開關(guān)。在輔助電容器Ca和輔助電容器Cb的連接點(diǎn)與輔助開關(guān)Q2和二極管Ds的連接點(diǎn)之間連接有諧振電抗器Lr。在輔助開關(guān)Ql的集電極-發(fā)射極之間并聯(lián)連接有二極管Da，在輔助開關(guān)Q2的集電極-發(fā)射極之間并聯(lián)連接有二極管Db。逆變電路3將從正側(cè)輸入線P與負(fù)側(cè)輸入線N之間提供的由升壓電壓1升壓后的直流電壓變換為交流電壓，并輸出到濾波電路4。在正側(cè)輸入線P與負(fù)側(cè)輸入線N之間連接有由主開關(guān)Sl(第1主開關(guān))和主開關(guān)S2(第2主開關(guān))構(gòu)成的第3串聯(lián)電路、以及由主開關(guān)S3(第3主開關(guān))和主開關(guān)S4(第4主開關(guān))構(gòu)成的第4串聯(lián)電路。在主開關(guān)Sl S4的集電極-發(fā)射極之間分別并聯(lián)連接有諧振電容器Cl C4以及二極管Dl D4。諧振電容器Cl C4可以是主開關(guān)Sl S4的寄生電容，二極管Dl D4可以是主開關(guān)Sl S4的寄生二極管?？刂齐娐?0對輔助開關(guān)Q1、Q2進(jìn)行接通斷開控制，以使諧振電容器Cl C4的電壓在主開關(guān)Sl S4接通時成為零電壓，從而使主開關(guān)Sl S4成為零電壓開關(guān)。接著，參照圖2所示的輔助電路和圖3所示的動作波形圖，對這樣構(gòu)成的實(shí)施例1 的諧振型逆變裝置的動作進(jìn)行說明。另外，圖2所示的逆變電路是單臂(主開關(guān)S3、S4的串聯(lián)連接)的半橋電路，利用電流源Io示出各輸出電流。并且，圖3中的動作波形的各部的名稱與圖5所示的動作波形的各部的名稱相同，所以，這里省略這些說明。首先，在期間t2，輔助開關(guān)Ql為斷開狀態(tài)，當(dāng)輔助開關(guān)Q2接通時，諧振電容器C3 的電荷放電，電流I (Lr)按照C3 — Q2 — Lr — Cb — D4 — C3的路徑流過諧振電抗器Lr。 此時，電流I (Lr)由于諧振電抗器Lr與諧振電容器C3的諧振而成為正弦波狀的電流。在期間t3，諧振電容器C3的電荷放電完成，諧振電容器C3的電壓V(S3)為零電壓，電流I (Lr)為零時，使主開關(guān)S3接通。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)主開關(guān)S3的零電壓開關(guān)。并且，開始按照Cb — Lr — Q2 — S3 — C4 — Cb的路徑流過負(fù)的電流I (Lr)。電流 I (Lr)和電流I (S3)由于諧振電抗器Lr與諧振電容器C4的諧振而成為正弦波狀的電流。在期間t4，通過諧振電流對諧振電容器C4進(jìn)行充電，V(S4)的電壓上升。在期間 t4，斷開輔助開關(guān)Q2，但是，經(jīng)由二極管Db流過諧振電流。然后，在期間t4的最后諧振結(jié)束時，即在期間t5的開始時，輔助開關(guān)Ql接通。諧振電抗器Lr的電流I (Lr)上升而成為零時，在期間t6的開始時，輔助開關(guān)Q2的二極管Db 反向恢復(fù)。由于反向恢復(fù)而蓄積在諧振電抗器Lr中的能量按照Lr — Cb — Ds — Lr的路徑再生到輔助電容器Cb。在該期間，輔助開關(guān)Q2的電壓AKQ2)被鉗位成輔助電容器Ca、Cb 的合成后的電壓。即，被鉗位成升壓電路1的輸出電壓。蓄積在諧振電抗器Lr中的能量再生到輔助電容器Cb，由此，在期間t6，能夠抑制諧振電抗器Lr的電流I (Lr)和輔助開關(guān)Q2的電壓WQ2)的高頻振動。在輔助開關(guān)Q2向斷開的切換偏移到期間t6以后，在諧振電抗器Lr中蓄積能量的情況下，也成為與上述動作相同的動作。這樣，根據(jù)實(shí)施例1的諧振型逆變裝置，按照諧振電抗器Lr —輔助電容器Cb —二極管Ds —諧振電抗器Lr的路徑在二極管Ds中流過順向電流，由此，輔助開關(guān)Ql接通后的輔助開關(guān)Q2的電壓被鉗位成輔助電容器Ca和輔助電容器Cb的電壓。由此，能夠抑制輔助開關(guān)Q2斷開后的高頻振動。因此，能夠削減現(xiàn)有的緩沖電路。并且，在現(xiàn)有的緩沖電路中，必須針對輔助開關(guān)Q1、Q2分別設(shè)置二極管、電容器、 電阻，但是，在實(shí)施例1中，僅追加二極管Ds，所以，能夠大幅降低損失和成本，而且，能夠使
裝置小型化。另外，本發(fā)明不限于實(shí)施例1的諧振型逆變裝置。在實(shí)施例1的諧振型逆變裝置中，設(shè)逆變電路為V接線結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說明，但是，設(shè)為單相橋結(jié)構(gòu)或三相橋結(jié)構(gòu)也能夠同樣適用。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明能夠應(yīng)用于直流-交流電力變換裝置或系統(tǒng)連接逆變裝置。
權(quán)利要求
1.一種諧振型逆變裝置，該諧振型逆變裝置將從正側(cè)輸入線與負(fù)側(cè)輸入線之間提供的直流電源的直流電壓變換為交流電壓并輸出，其特征在于，該諧振型逆變裝置具有第1串聯(lián)電路，其連接在所述正側(cè)輸入線與所述負(fù)側(cè)輸入線之間，由第1輔助開關(guān)、第 1輔助電容器和第2輔助電容器構(gòu)成；第2串聯(lián)電路，其連接在所述正側(cè)輸入線與所述負(fù)側(cè)輸入線之間，由第2輔助開關(guān)和第 1二極管構(gòu)成；諧振電抗器，其連接在所述第1輔助電容器和所述第2輔助電容器的連接點(diǎn)與所述第 2輔助開關(guān)和所述第1二極管的連接點(diǎn)之間；以及逆變電路，其連接在所述正側(cè)輸入線與所述負(fù)側(cè)輸入線之間，并聯(lián)連接多個半橋電路而構(gòu)成，該半橋電路由2個并聯(lián)連接了諧振電容器的主開關(guān)串聯(lián)連接而構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的諧振型逆變裝置，其特征在于，在所述第1二極管中流過順向電流，由此，所述第1輔助開關(guān)接通后的所述第2輔助開關(guān)的電壓被鉗位成所述第1輔助電容器和所述第2輔助電容器的電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的諧振型逆變裝置，其特征在于，并聯(lián)連接2個所述半橋電路而構(gòu)成的所述逆變電路輸出三相交流電的U相和W相，所述第1輔助電容器和所述第2輔助電容器的連接點(diǎn)輸出三相交流電的V相。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠降低損失和成本且實(shí)現(xiàn)小型化的諧振型逆變裝置。諧振型逆變裝置將從正側(cè)輸入線與負(fù)側(cè)輸入線之間提供的直流電源的直流電壓變換為交流電壓并輸出，諧振型逆變裝置具有串聯(lián)電路，其連接在正側(cè)輸入線與負(fù)側(cè)輸入線之間，由第1輔助開關(guān)、第1輔助電容器和第2輔助電容器構(gòu)成；串聯(lián)電路，其連接在正側(cè)輸入線與負(fù)側(cè)輸入線之間，由第2輔助開關(guān)和第1二極管構(gòu)成；諧振電抗器，其連接在第1輔助電容器和第2輔助電容器的連接點(diǎn)與第2輔助開關(guān)和第1二極管的連接點(diǎn)之間；以及逆變電路，其連接在正側(cè)輸入線與負(fù)側(cè)輸入線之間，并聯(lián)連接多個半橋電路而構(gòu)成，該半橋電路由2個并聯(lián)連接了諧振電容器的主開關(guān)串聯(lián)連接而構(gòu)成。
文檔編號H02M7/5383GK102332842SQ201110187910
公開日2012年1月25日 申請日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者松本剛幸 申請人:三墾電氣株式會社