功率轉(zhuǎn)換裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功率轉(zhuǎn)換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]一般，為了降低由半導(dǎo)體元件所構(gòu)成的功率轉(zhuǎn)換電路中的損耗，已知有各種各樣的方法。
[0003]例如，公開有以下方法:對在交流側(cè)設(shè)有電抗器來作為濾波器的功率轉(zhuǎn)換裝置，使用三電平逆變器，由此來將開關(guān)損耗降得比雙電平逆變器要低，以降低功率變換裝置的整體損耗(例如參照專利文獻(xiàn)I)。
[0004]半導(dǎo)體元件的損耗包括穩(wěn)態(tài)損耗和開關(guān)損耗。開關(guān)損耗隨著開關(guān)頻率的提高而增大。另一方面，穩(wěn)態(tài)損耗幾乎不受到開關(guān)頻率的影響。于是，為了降低功率轉(zhuǎn)換電路的整體損耗，已知有降低開關(guān)頻率的方法。
[0005]然而，功率轉(zhuǎn)換電路通常在交流側(cè)為了進(jìn)行濾波而設(shè)置電抗器或變壓器等具有電感的設(shè)備。在這樣的功率轉(zhuǎn)換裝置中，由這些設(shè)備所產(chǎn)生的損耗會導(dǎo)致降低開關(guān)頻率并不一定會使功率轉(zhuǎn)換裝置的整體損耗降低。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:國際公開第W02010/044164A1號刊物

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于，提供一種功率轉(zhuǎn)換裝置，該功率轉(zhuǎn)換裝置即使在交流側(cè)設(shè)有具有電感的設(shè)備，也能有效降低整體損耗。
[0010]根據(jù)本發(fā)明觀點(diǎn)的功率轉(zhuǎn)換裝置包括:功率轉(zhuǎn)換電路，該功率轉(zhuǎn)換電路由開關(guān)元件構(gòu)成；設(shè)置于所述功率轉(zhuǎn)換電路的交流側(cè)的具有電感的設(shè)備；輸出量測定單元，該輸出量測定單元對從功率轉(zhuǎn)換電路輸出的輸出量進(jìn)行測定；以及開關(guān)頻率決定單元，該開關(guān)頻率決定單元基于由所述輸出量測定單元所測得的輸出量，來決定對所述開關(guān)元件進(jìn)行開關(guān)的開關(guān)頻率，以降低包含所述設(shè)備所引起的損耗在內(nèi)的損耗。
【附圖說明】
[0011]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖2是表示實(shí)施方式所涉及的開關(guān)頻率決定部的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖3是表示實(shí)施方式所涉及的頻率決定表格的表格數(shù)據(jù)的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面，參照附圖，對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0015](實(shí)施方式)
[0016]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的功率轉(zhuǎn)換裝置10的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。另外，對圖中的相同部分標(biāo)注相同標(biāo)號并省略其詳細(xì)說明，主要針對不同部分進(jìn)行闡述。
[0017]功率轉(zhuǎn)換裝置10包括逆變器1、控制裝置2、直流電源3、濾波電容器4、交流濾波器5、絕緣變壓器6、交流電流檢測器11、交流電壓檢測器12、直流電壓檢測器13及直流電流檢測器14。功率轉(zhuǎn)換裝置10與交流功率系統(tǒng)7相連接。
[0018]直流電源3向逆變器I提供直流功率。直流電源3只要能向逆變器I提供直流功率即可，可為任意電源。直流電源3例如為太陽能電池、充電電池、或燃料電池等。
[0019]逆變器I是進(jìn)行PWM(脈寬調(diào)制，pulse width modulat1n)控制的逆變器。逆變器I將由直流電源3所提供的直流功率轉(zhuǎn)換為與交流功率系統(tǒng)7同步的交流功率。逆變器I將交流功率經(jīng)由絕緣變壓器6提供給交流功率系統(tǒng)7。逆變器I的功率轉(zhuǎn)換電路(逆變器電路)由開關(guān)元件構(gòu)成。
[0020]開關(guān)元件是半導(dǎo)體元件。開關(guān)元件例如是IGBT(insulated gate bipolartransistor:絕緣柵雙極型晶體管)。利用從控制裝置2輸出的柵極信號Gt來對開關(guān)元件進(jìn)行驅(qū)動。由此，逆變器I進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換。
[0021]濾波電容器4設(shè)置于逆變器I的直流側(cè)。濾波電容器4對由直流電源3提供給逆變器I的直流功率進(jìn)行濾波。
[0022]交流濾波器5具備電抗器51及電容器52。交流濾波器5對從逆變器I輸出的高頻進(jìn)行去除。
[0023]交流電流檢測器11是用于對逆變器I的輸出電流Iiv進(jìn)行測量的檢測器。交流電流檢測器11將所檢測到的輸出電流IiV作為檢測信號輸出至控制裝置2。
[0024]交流電壓檢測器12是用于對交流功率系統(tǒng)7的系統(tǒng)電壓Vr進(jìn)行測量的檢測器。交流電壓檢測器12將所檢測到的系統(tǒng)電壓Vr作為檢測信號輸出至控制裝置2。
[0025]直流電壓檢測器13是用于對施加于逆變器I的直流側(cè)的直流電壓Vdc進(jìn)行測量的檢測器。直流電圧檢測器13將所檢測到的直流電壓Vdc作為檢測信號輸出至控制裝置2。
[0026]直流電流檢測器14是用于對輸入至逆變器I的直流側(cè)的直流電流Idc進(jìn)行測量的檢測器。直流電流檢測器14將所檢測到的直流電流Idc作為檢測信號輸出至控制裝置2。
[0027]控制裝置2包括功率指令運(yùn)算部21、電流控制部22、柵極信號生成部23、開關(guān)頻率決定部24及載波產(chǎn)生部25。
[0028]功率指令運(yùn)算部21基于由直流電壓檢測器13所檢測到的直流電壓Vdc、及由直流電流檢測器14所檢測到的直流電流Idc，來對用于控制功率轉(zhuǎn)換裝置10的輸出功率的功率指令值Pr進(jìn)行運(yùn)算。功率指令運(yùn)算部21將所算得的功率指令值Pr輸出至電流控制部22。
[0029]電流控制部22基于由功率指令運(yùn)算部21所算得的功率指令值Pr、由交流電流檢測器11所檢測到的輸出電流Iiv、及由交流電壓檢測器12所檢測到的系統(tǒng)電壓Vr，來對用于控制逆變器I的輸出電壓的電壓指令值Vivr進(jìn)行運(yùn)算。電流控制部22將算得的電壓指令值Vivr輸出至柵極信號生成部23。
[0030]開關(guān)頻率決定部24基于由交流電流檢測器11所檢測到的輸出電流Iiv、由交流電壓檢測器12所檢測到的系統(tǒng)電壓Vr、及由直流電壓檢測器13所檢測到的直流電壓Vdc，來決定開關(guān)頻率fsw(即載波頻率)。開關(guān)頻率決定部24將所決定的開關(guān)頻率f sw輸出至載波產(chǎn)生部25。
[0031]載波產(chǎn)生部25產(chǎn)生與由開關(guān)頻率決定部24所決定的開關(guān)頻率fsw相對應(yīng)的載波Wear。載波產(chǎn)生部25將所產(chǎn)生的載波Wcar輸出至柵極信號生成部23。
[0032]柵極信號生成部23基于由電流控制部22所算得的電壓指令值Vivr及從載波產(chǎn)生部25所產(chǎn)生的載波Wear，來生成用于對逆變器I的構(gòu)成功率轉(zhuǎn)換電路的開關(guān)元件進(jìn)行開關(guān)的柵極信號Gt。柵極信號生成部23利用所生成的柵極信號Gt，以開關(guān)頻率fsw來對開關(guān)元件進(jìn)行驅(qū)動(開關(guān))。由此，逆變器I以追隨電壓指令值Vivr的方式輸出電壓。
[0033]接著，對由開關(guān)頻率決定部24來決定開關(guān)頻率fsw的方法進(jìn)行說明。
[0034]首先，對功率轉(zhuǎn)換裝置10中的損耗進(jìn)行說明。
[0035]損耗包括固定損耗、比例損耗、及平方損耗。所謂固定損耗是指不直接影響通電電流的變化的損耗。所謂比例損耗是指與通電電流成正比地增加的損耗。所謂平方損耗是指與通電電流的平方成正比地增加的損耗。
[0036]固定損耗包括變壓器(例如絕緣變壓器6)的鐵損、電抗器(例如電抗器51)的鐵損、及冷卻風(fēng)扇或構(gòu)成功率轉(zhuǎn)換裝置10的各種設(shè)備的控制電源等。鐵損是將鐵心進(jìn)行磁化時(shí)所產(chǎn)生的電能的損耗。鐵損是磁滯損耗或渦流損耗等。
[0037]比例損耗是與通電電流成正比的損耗。比例損耗主要是開關(guān)元件的開關(guān)損耗。
[0038]平方損耗是與通電電流的平方成正比的損耗。平方損耗是開關(guān)元件的導(dǎo)通損耗、母線的導(dǎo)通損耗、熔斷器等各種元件的導(dǎo)通損耗、變壓器的銅損、或電抗器的銅損等。銅損是由繞組等導(dǎo)線的電阻所引起的電能的損耗。
[0039]具有交流濾波器電路的電感的設(shè)備的固定損耗與逆變器I的輸出電流Iiv的高頻分量成正比地增加。另外，將開關(guān)頻率fsw設(shè)得越高，輸出電流Iiv的高頻分量越能得以抑制。因此，將開關(guān)頻率fsw設(shè)得越高，變壓器的鐵損及電抗器的鐵損的高頻分量越得以減小，因此變壓器的鐵損及