功率變換器的制造方法
【專利摘要】在可雙向傳輸功率的功率變換器中維持軟開關(guān)。具備：相橋(1)、與相橋(1)并聯(lián)連接的相橋(2)、相橋(3)、與相橋(3)并聯(lián)連接的相橋(4)、與相橋(1、2)并聯(lián)連接的直流電壓源(5)、與相橋(3、4)并聯(lián)連接的直流電壓源(6)以及連接在相橋(1、3)的連接端子之間的電感器(7)。相橋(2、4)的連接端子短路連接。相橋(1、2)的帶有連接器的開關(guān)進(jìn)行開關(guān)，以使一次電壓波形每半周期經(jīng)由零電壓在相位期間γ交替重復(fù)直流電壓源(5)的電壓和反向電壓；相橋(3、4)的帶有連接器的開關(guān)進(jìn)行開關(guān)，以使二次電壓波形與一次電壓波形相同的頻率且相位比一次電壓波形滯后(180度－控制角)地每半周期經(jīng)由零電壓在相位期間交替重復(fù)直流電壓源(6)的電壓和反向電壓。
【專利說明】功率變換器
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請主張于2012年7月30日提出申請的日本國專利申請2012-168644號的優(yōu) 先權(quán)，將此前申請的全部公開內(nèi)容并入本文以作為參考。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明涉及在兩個(gè)直流電壓源之間進(jìn)行功率傳輸?shù)墓β首儞Q器、在交流電壓源與 直流電壓源之間進(jìn)行功率傳輸?shù)墓β首儞Q器，尤其涉及將開關(guān)元件開關(guān)時(shí)的電壓或電流變 為零的功率變換器。

【背景技術(shù)】
[0004] 以往，已知有在兩個(gè)直流電壓間進(jìn)行功率傳輸?shù)墓β首儞Q器（例如，參照非專利 文獻(xiàn)1)。圖8是表示在兩個(gè)直流電壓間進(jìn)行功率傳輸?shù)默F(xiàn)有功率變換器的一例的電路圖。 圖9是示出圖8所示的功率變換器的工作波形的圖。下面，參照圖8以及圖9,說明現(xiàn)有功 率變換器的工作原理。將二極管反并聯(lián)連接于能夠開關(guān)單向電流的開關(guān)元件，電容器再并 聯(lián)連接于該開關(guān)元件的元件稱為帶有緩沖器的開關(guān)。通過將二極管的陰極連接于正極端子 的帶有緩沖器的開關(guān)21和二極管的陽極連接于負(fù)極端子的帶有緩沖器的開關(guān)22借助連接 端子沿相同方向串聯(lián)連接而構(gòu)成相橋1。同樣，由帶有緩沖器的開關(guān)23和帶有緩沖器的開 關(guān)24構(gòu)成相橋2,由帶有緩沖器的開關(guān)25和帶有緩沖器的開關(guān)26構(gòu)成相橋3,由帶有緩沖 器的開關(guān)27和帶有緩沖器的開關(guān)28構(gòu)成相橋4。
[0005] 直流電壓源5的高電位側(cè)連接于相橋1和相橋2的正極端子，直流電壓源5的低 電位側(cè)連接于相橋1和相橋2的負(fù)極端子，從而由直流電壓源5、相橋1以及相橋2構(gòu)成橋 式電路30。同樣，直流電壓源6的高電位側(cè)連接于相橋3和相橋4的正極端子，直流電壓 源6的低電位側(cè)連接于相橋3和相橋4的負(fù)極端子，從而由直流電壓源6、相橋3以及相橋 4構(gòu)成橋式電路31。
[0006] 外接電感器11和相橋2的連接端子連接于變壓器8的初級繞組，外接電感器11 的另一端與相橋1的連接端子連接。同樣，外接電感器12和相橋4的連接端子連接于變壓 器8的次級繞組，外接電感器12的另一端與相橋3的連接端子連接。
[0007] 所有帶有緩沖器的開關(guān)都以占空比50%的相同頻率進(jìn)行開關(guān)的同時(shí)，帶有緩沖器 的開關(guān)22、24、26、28分別以經(jīng)由帶有緩沖器的開關(guān)21、23、25、27的空載時(shí)間的反轉(zhuǎn)工作進(jìn) 行開關(guān)。
[0008] 圖9的電壓 '是相橋1的連接端子相對于相橋2的連接端子的電壓，通過帶有緩 沖器的開關(guān)21和帶有緩沖器的開關(guān)24以相同定時(shí)接通、斷開，交替地輸出直流電壓源5的 電壓Ei和其反向電壓一 E i。同樣，電壓V2是相橋3的連接端子相對于相橋4的連接端子的 電壓，通過帶有緩沖器的開關(guān)25和帶有緩沖器的開關(guān)28以相同定時(shí)接通、斷開，交替地輸 出直流電壓源6的電壓E2和其反向電壓一 E 2。電壓和電壓V 2如圖9那樣產(chǎn)生由傳輸功 率P決定的相位差〇。從直流電壓源5朝向直流電壓源6的傳輸功率P使用相位差〇而 由式⑴表示。在此，Ei為直流電壓源5的電壓，E2為直流電壓源6的電壓，L為外接電感 器11、12的電感與變壓器8的漏感之和，《 = 2Jif，f?為開關(guān)頻率。由式⑴可明顯看出， 若相位差〇為零，則傳輸功率P成為零。
[0009]公式 1

【權(quán)利要求】
1. 一種功率變換器，其在直流電壓源之間雙向傳輸功率，該功率變換器具備： 第一相橋、第二相橋、第三相橋以及第四相橋，該第一相橋、第二相橋、第三相橋以及第 四相橋各自具有兩個(gè)由電容器并聯(lián)連接于開關(guān)元件且二極管反并聯(lián)連接于該開關(guān)元件而 構(gòu)成的帶有緩沖器的開關(guān)，并且二極管的陰極連接于正極端子的帶有緩沖器的開關(guān)和二極 管的陽極連接于負(fù)極端子的帶有緩沖器的開關(guān)借助連接端子沿相同方向串聯(lián)連接； 第一直流電壓源，其與所述第一相橋以及所述第二相橋并聯(lián)連接； 第二直流電壓源，其與所述第三相橋以及所述第四相橋并聯(lián)連接；以及 電感器，其連接在所述第一相橋的連接端子與所述第三相橋的連接端子之間， 所述第二相橋與所述第一相橋并聯(lián)連接，所述第四相橋與所述第三相橋并聯(lián)連接， 所述第四相橋的連接端子與所述第二相橋的連接端子短路連接， 對所述第一相橋的帶有緩沖器的開關(guān)以及所述第二相橋的帶有緩沖器的開關(guān)進(jìn)行開 關(guān)，以使一次電壓波形每半周期經(jīng)由零電壓在相位期間Y交替重復(fù)所述第一直流電壓源 的電壓和該電壓的反向電壓，該一次電壓波形是所述第一相橋的連接端子相對于所述第二 相橋的連接端子的電壓波形， 對所述第三相橋的帶有緩沖器的開關(guān)以及所述第四相橋的帶有緩沖器的開關(guān)進(jìn)行開 關(guān)，以使二次電壓波形以與所述一次電壓波形相同的頻率且相位比所述一次電壓波形滯后 (180度一控制角S)地每半周期經(jīng)由零電壓在相位期間Y交替重復(fù)所述第二直流電壓源 的電壓和該電壓的反向電壓，該二次電壓波形是所述第三相橋的連接端子相對于所述第四 相橋的連接端子的電壓波形。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換器，其中， 所述相位期間Y是將零以上的值作為截距的所述控制角S的一次函數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率變換器，其中， 使所述一次電壓波形的角頻率隨所述直流電壓源（5)的電壓E1和所述直流電壓源（6) 的電壓￡2而變化。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率變換器，其中， 所述一次電壓波形的角頻率設(shè)為，使用所述第一直流電壓源的電壓E1、所述第二直流 電壓源的電壓E2、最大傳輸功率Pm時(shí)的所述第一直流電壓源的電壓Elm、最大傳輸功率？111時(shí) 的所述第二直流電壓源（6)的電壓E2m以及最大傳輸功率Pm時(shí)的角頻率《 m而通過下式算 出的值： (公式1)
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的功率變換器，其中， 所述功率變換器具備變壓器而代替所述電感器， 所述第一相橋的連接端子和所述第二相橋的連接端子連接于所述變壓器的初級繞組， 所述第三相橋的連接端子和所述第四相橋的連接端子連接于所述變壓器的次級繞組。
6. -種功率變換器，其在三相交流電壓源與直流電壓源之間雙向傳輸功率，該功率變 換器具備： 第一相橋以及第二相橋，該第一相橋以及第二相橋各自具有兩個(gè)由電容器并聯(lián)連接于 開關(guān)元件且二極管反并聯(lián)連接于該開關(guān)元件而構(gòu)成的帶有緩沖器的開關(guān)，并且二極管的陰 極連接于正極端子的帶有緩沖器的開關(guān)和二極管的陽極連接于負(fù)極端子的帶有緩沖器的 開關(guān)借助連接端子沿相同方向串聯(lián)連接； 直流電壓源，其與所述第一相橋以及所述第二相橋并聯(lián)連接； 正極選擇器，其具有三個(gè)帶有緩沖器的雙向開關(guān)，該帶有緩沖器的雙向開關(guān)反向串聯(lián) 連接有電容器并聯(lián)連接于開關(guān)元件且二極管反并聯(lián)連接于該開關(guān)元件的兩個(gè)帶有緩沖器 的開關(guān)，該三個(gè)帶有緩沖器的雙向開關(guān)的三個(gè)端子連接于三相交流電壓源的各相，剩余的 三個(gè)端子短路連接而作為正極端子； 負(fù)極選擇器，其具有三個(gè)所述帶有緩沖器的雙向開關(guān)，該三個(gè)所述帶有緩沖器的雙向 開關(guān)的三個(gè)端子連接于所述三相交流電壓源的各相，剩余的三個(gè)端子短路連接而作為負(fù)極 端子；以及 電感器，其連接在所述第一相橋的連接端子與所述正極選擇器的正極端子之間， 所述第二相橋與所述第一相橋并聯(lián)連接，所述第二相橋的連接端子與所述負(fù)極選擇器 的負(fù)極端子短路連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的功率變換器，其中， 所述功率變換器具備變壓器而代替所述電感器， 所述正極選擇器的正極端子和所述負(fù)極選擇器的負(fù)極端子連接于所述變壓器的初級 繞組，所述第一相橋的連接端子和所述第二相橋的連接端子連接于所述變壓器的次級繞 組。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的功率變換器，其中， 在所述三相交流電壓源的兩相的電壓極性為正的情況下，以時(shí)分方式切換與該兩相連 接的所述正極選擇器的帶有緩沖器的雙向開關(guān)來進(jìn)行開關(guān)， 在所述三相交流電壓源的兩相的電壓極性為負(fù)的情況下，以時(shí)分方式切換與該兩相連 接的所述負(fù)極選擇器的帶有緩沖器的雙向開關(guān)來進(jìn)行開關(guān)。
9. 一種功率變換器，其在單相交流電壓源與直流電壓源之間雙向傳輸功率，該功率變 換器具備： 第一相橋以及第二相橋，該第一相橋以及第二相橋各自具有兩個(gè)由電容器并聯(lián)連接于 開關(guān)元件且二極管反并聯(lián)連接于該開關(guān)元件而構(gòu)成的帶有緩沖器的開關(guān)，并且二極管的陰 極連接于正極端子的帶有緩沖器的開關(guān)和二極管的陽極連接于負(fù)極端子的帶有緩沖器的 開關(guān)借助連接端子沿相同方向串聯(lián)連接； 直流電壓源，其與所述第一相橋以及所述第二相橋并聯(lián)連接； 單相正極選擇器，其具有兩個(gè)帶有緩沖器的雙向開關(guān)，該帶有緩沖器的雙向開關(guān)反向 串聯(lián)連接有電容器并聯(lián)連接于開關(guān)元件且二極管反并聯(lián)連接于該開關(guān)元件的兩個(gè)帶有緩 沖器的開關(guān)，該兩個(gè)帶有緩沖器的雙向開關(guān)的兩個(gè)端子連接于單相交流電壓源，剩余的兩 個(gè)端子短路連接而作為正極端子； 單相負(fù)極選擇器，其具有兩個(gè)所述帶有緩沖器的雙向開關(guān)，該兩個(gè)所述帶有緩沖器的 雙向開關(guān)的兩個(gè)端子連接于所述單相交流電壓源，剩余的兩個(gè)端子短路連接而作為負(fù)極端 子；以及 電感器，其連接在所述第一相橋的連接端子與所述單相正極選擇器的正極端子之間， 所述第二相橋與所述第一相橋并聯(lián)連接，所述第二相橋的連接端子與所述單相負(fù)極選 擇器的負(fù)極端子短路連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率變換器，其中， 所述功率變換器具備變壓器而代替所述電感器， 所述單相正極選擇器的正極端子和所述單相負(fù)極選擇器的負(fù)極端子連接于所述變壓 器的初級繞組，所述第一相橋的連接端子和所述第二相橋的連接端子連接于所述變壓器的 次級繞組。
【文檔編號】H02M3/158GK104508966SQ201380040182
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2013年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月30日
【發(fā)明者】石內(nèi)宏樹, 大森洋一 申請人:東洋電機(jī)制造株式會(huì)社