CN102332842A - 谐振型逆变装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够降低损失和成本且实现小型化的谐振型逆变装置。谐振型逆变装置将从正侧输入线与负侧输入线之间提供的直流电源的直流电压变换为交流电压并输出，谐振型逆变装置具有：串联电路，其连接在正侧输入线与负侧输入线之间，由第1辅助开关、第1辅助电容器和第2辅助电容器构成；串联电路，其连接在正侧输入线与负侧输入线之间，由第2辅助开关和第1二极管构成；谐振电抗器，其连接在第1辅助电容器和第2辅助电容器的连接点与第2辅助开关和第1二极管的连接点之间；以及逆变电路，其连接在正侧输入线与负侧输入线之间，并联连接多个半桥电路而构成，该半桥电路由2个并联连接了谐振电容器的主开关串联连接而构成。

Description

谐振型逆变装置
技术领域
本发明涉及将直流变换为交流的软开关控制的谐振型逆变装置。
背景技术
作为谐振型逆变装置的一例，公知具有V接线逆变电路的电力变换装置(专利文献1)。该电力变换装置设置第1辅助开关和第2辅助开关、谐振电抗器以及谐振电容器，通过接通、断开第1辅助开关和第2辅助开关，在谐振电抗器和谐振电容器中产生谐振，使主开关的接通成为零电压开关(软开关)，降低了主开关的开关损失。
在该电力变换装置中，在第1辅助开关和第2辅助开关中未设置缓冲电路，但是，在实用方面，优选在第1辅助开关和第2辅助开关的集电极-发射极之间追加缓冲电路，实现过电压保护和高频振动抑制。
图4是示出现有的包含缓冲电路的谐振型逆变装置的电路图。在图4中，在直流电源E的两端连接有升压电路1。该升压电路1通过连接在直流电源E的两端的升压电抗器L1与由绝缘栅型双极晶体管(IGBT)构成的开关Qo的串联电路、以及阳极连接在升压电抗器L1与开关Qo的连接点的二极管Dc构成，对直流电源E的电压进行升压。在开关Qo的集电极-发射极之间并联连接有二极管Do和电容器Co。
在升压电路1的输出两端，经由正侧输入线P和负侧输入线N连接有辅助电路2a。辅助电路2a如下构成。在正侧输入线P与负侧输入线N之间连接有由IGBT构成的辅助开关Q1、辅助电容器Ca、辅助电容器Cb的串联电路。在辅助电容器Ca和辅助电容器Cb的连接点与正侧输入线P之间连接有谐振电抗器Lr、由IGBT构成的辅助开关Q2的串联电路。
在辅助开关Q1的集电极-发射极之间并联连接有二极管Da，并且，连接有缓冲二极管D5、缓冲电容器C5、缓冲电容器C6的串联电路。在缓冲二极管D5与缓冲电容器C5的连接点以及辅助电容器Cb的一端连接有电阻R1。在缓冲电容器C5与缓冲电容器C6的连接点以及辅助电容器Ca与辅助电容器Cb的连接点连接有电阻R2。缓冲二极管D5、缓冲电容器C5、C6、电阻R1、R2构成辅助开关Q1的缓冲电路。
在辅助开关Q2的集电极-发射极之间并联连接有二极管Db，并且，连接有缓冲电容器C7和缓冲电容器C8的串联电路。缓冲二极管D6与缓冲电容器C7并联连接。在缓冲电容器C7与缓冲电容器C8的连接点以及辅助开关Q1的集电极连接有电阻R3。缓冲二极管D6、缓冲电容器C7、C8、电阻R3构成辅助开关Q2的缓冲电路。
在正侧输入线P与负侧输入线N之间连接有逆变电路3。在逆变电路3中，在正侧输入线P与负侧输入线N之间连接有主开关S1和主开关S2的串联电路(半桥电路)，并且，连接有主开关S3和主开关S4的串联电路(半桥电路)。在由IGBT构成的主开关S1～S4的集电极-发射极之间连接有二极管D1～D4以及谐振电容器C1～C4。
主开关S1与主开关S2的连接点经由电抗器Lw与交流输出端子W1连接，主开关S3与主开关S4的连接点经由电抗器Lu与交流输出端子U1连接，辅助电容器Ca与辅助电容器Cb的连接点与交流输出端子V1连接。这里，滤波电路4由电抗器Lu、Lw以及电容器C11、C12构成，是去除高频分量而输出正弦波分量的滤波器。控制电路100分别对开关Qo、辅助开关Q1、Q2、主开关S1～S4进行接通断开控制，使主开关S1～S4成为零电压开关，并且，对交流输出端子U1、V1、W1输出正弦波状的三相交流电压。
接着，对动作进行说明。首先，参照图5所示的波形图对在图4所示的结构中没有缓冲电路时的动作进行说明。
在图5中，G(Q1)是辅助开关Q1的栅极信号，G(Q2)是辅助开关Q2的栅极信号，G(S3)是主开关S3的栅极信号，G(S4)是主开关S4的栅极信号，I(Lr)是流过谐振电抗器Lr的电流，V(S3)是主开关S3的集电极-发射极间电压，I(S3)是流过主开关S3的集电极电流，V(S4)是主开关S4的集电极-发射极间电压，V(Q2)是辅助开关Q2的集电极-发射极间电压。
在期间t2，辅助开关Q1为断开状态，当辅助开关Q2接通时，谐振电容器C3的电荷放电，电流I(Lr)按照C3→Lr→Q2→Cb→D4→C3的路径流过谐振电抗器Lr。此时，电流I(Lr)由于谐振电抗器Lr与谐振电容器C3的谐振而成为正弦波状的电流。
在期间t3，谐振电容器C3的电荷放电完成，谐振电容器C3的电压V(S3)为零电压，电流I(Lr)为零时，使主开关S3接通。由此，能够实现主开关S3的零电压开关。
并且，开始按照Cb→Db→Lr→S3→C4→Cb的路径流过负的电流I(Lr)。电流I(Lr)和电流I(S3)由于谐振电抗器Lr与谐振电容器C4的谐振而成为正弦波状的电流。
在期间t4，通过谐振电流对谐振电容器C4进行充电，V(S4)的电压上升。在期间t4，断开辅助开关Q2，但是，经由二极管Db流过谐振电流。
然后，谐振结束后，在期间t5，谐振电抗器Lr的电流I(Lr)上升而成为零时，在期间t6的开始时，辅助开关Q2的二极管Db反向恢复。该反向恢复的能量蓄积在谐振电抗器Lr中，但是，由于没有能量放出的路径，因此在辅助开关Q2中产生浪涌电压。然后，通过辅助开关Q2的寄生电容与谐振电抗器Lr的谐振，在谐振电抗器Lr的电流I(Lr)和辅助开关Q2的电压V(Q2)中产生高频振动。在辅助开关Q2向断开的切换偏移到期间t6以后的情况下，在谐振电抗器Lr中蓄积能量，由此产生与上述现象相同的现象。
接着，参照图6所示的辅助电路和图7所示的动作波形图，对设置了缓冲电路的图4所示的现有的谐振型逆变装置的动作进行说明。
在存在缓冲电路的情况下，在谐振电抗器Lr中蓄积的能量经由缓冲二极管D5、D6、缓冲电容器C5、C6、C7、C8流出。缓冲电容器C5、C6、C7、C8的电压经由电阻R1、R2、R3被辅助电容器Ca、Cb钳位。因此，在图7的期间t6，能够抑制在谐振电抗器Lr的电流I(Lr)和辅助开关Q2的电压V(Q2)中产生高频振动的情况。
【专利文献1】日本特开2004-260882号公报
但是，图4所示的谐振型逆变装置设置了缓冲电路，由此，由二极管、电容器、电阻构成的部件增加。因此，存在成本增加、装置大型化以及在缓冲电路中产生损失的问题。
发明内容
本发明提供降低损失和成本且能够实现小型化的谐振型逆变装置。
为了解决上述课题，本发明的谐振型逆变装置将从正侧输入线与负侧输入线之间提供的直流电源的直流电压变换为交流电压并输出，其特征在于，该谐振型逆变装置具有：第1串联电路，其连接在所述正侧输入线与所述负侧输入线之间，由第1辅助开关、第1辅助电容器和第2辅助电容器构成；第2串联电路，其连接在所述正侧输入线与所述负侧输入线之间，由第2辅助开关和第1二极管构成；谐振电抗器，其连接在所述第1辅助电容器和所述第2辅助电容器的连接点与所述第2辅助开关和所述第1二极管的连接点之间；以及逆变电路，其连接在所述正侧输入线与所述负侧输入线之间，并联连接多个半桥电路而构成，该半桥电路由2个并联连接了谐振电容器的主开关串联连接而构成。
根据本发明，在第1二极管中流过顺向电流，由此，第1辅助开关接通后的第2辅助开关的电压被钳位成第1辅助电容器和第2辅助电容器的电压。由此，能够抑制第2辅助开关接通后的高频振动。因此，能够削减现有的缓冲电路，能够提供降低损失和成本且能够实现小型化的谐振型逆变装置。
附图说明
图1是示出本发明的实施例1的谐振型逆变装置的电路图。
图2是示出在实施例1的谐振型逆变装置中设置的辅助电路的图。
图3是实施例1的谐振型逆变装置的各部的动作波形图。
图4是示出现有的包含缓冲电路的谐振型逆变装置的电路图。
图5是现有的不包含缓冲电路的谐振型逆变装置的动作波形图。
图6是示出在图4所示的现有的谐振型逆变装置中设置的辅助电路的图。
图7是图4所示的现有的谐振型逆变装置的各部的动作波形图。
标号说明
E：直流电源；L1：升压电抗器；Qo：开关；Q1、Q2：辅助开关；S1～S4：主开关；Lr：谐振电抗器；Da、Db、Dc、Ds、Do～D4：二极管；Ca、Cb：辅助电容器；Co～C4：谐振电容器；C11、C12：电容器；Lu、Lw：电抗器；1：升压电路；2、2a：辅助电路；3：逆变电路；4：滤波电路；10、100：控制电路。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的谐振型逆变装置的实施方式。
【实施例1】
图1是示出本发明的实施例1的谐振型逆变装置的电路图。图1所示的谐振型逆变装置相对于图4所示的谐振型逆变装置，仅辅助电路2不同，其他结构与图4所示的结构相同，所以，这里以辅助电路2的结构为主进行说明。
在连接升压电路1和逆变电路3(逆变电路)的正侧输入线P与负侧输入线N之间连接有辅助电路2。辅助电路2由辅助开关Q1(第1辅助开关)、辅助开关Q2(第2辅助开关)、谐振电抗器Lr、辅助电容器Ca(第1辅助电容器)、辅助电容器Cb(第2辅助电容器)、二极管Ds(第1二极管)构成。
在正侧输入线P与负侧输入线N之间连接有由辅助开关Q1、辅助电容器Ca、辅助电容器Cb构成的第1串联电路，该辅助开关Q1由IGBT构成。辅助开关Q1是用于对正侧输入线P与辅助电容器Ca进行切断的开关。辅助电容器Ca和辅助电容器Cb由电解电容器构成，是大容量电容器。
并且，在正侧输入线P与负侧输入线N之间连接有由辅助开关Q2和二极管Ds构成的第2串联电路，该辅助开关Q2由IGBT构成且作为谐振用开关。在辅助电容器Ca和辅助电容器Cb的连接点与辅助开关Q2和二极管Ds的连接点之间连接有谐振电抗器Lr。在辅助开关Q1的集电极-发射极之间并联连接有二极管Da，在辅助开关Q2的集电极-发射极之间并联连接有二极管Db。
逆变电路3将从正侧输入线P与负侧输入线N之间提供的由升压电压1升压后的直流电压变换为交流电压，并输出到滤波电路4。在正侧输入线P与负侧输入线N之间连接有由主开关S1(第1主开关)和主开关S2(第2主开关)构成的第3串联电路、以及由主开关S3(第3主开关)和主开关S4(第4主开关)构成的第4串联电路。
在主开关S1～S4的集电极-发射极之间分别并联连接有谐振电容器C1～C4以及二极管D1～D4。谐振电容器C1～C4可以是主开关S1～S4的寄生电容，二极管D1～D4可以是主开关S1～S4的寄生二极管。
控制电路10对辅助开关Q1、Q2进行接通断开控制，以使谐振电容器C1～C4的电压在主开关S1～S4接通时成为零电压，从而使主开关S1～S4成为零电压开关。
接着，参照图2所示的辅助电路和图3所示的动作波形图，对这样构成的实施例1的谐振型逆变装置的动作进行说明。另外，图2所示的逆变电路是单臂(主开关S3、S4的串联连接)的半桥电路，利用电流源Io示出各输出电流。并且，图3中的动作波形的各部的名称与图5所示的动作波形的各部的名称相同，所以，这里省略这些说明。
首先，在期间t2，辅助开关Q1为断开状态，当辅助开关Q2接通时，谐振电容器C3的电荷放电，电流I(Lr)按照C3→Q2→Lr→Cb→D4→C3的路径流过谐振电抗器Lr。此时，电流I(Lr)由于谐振电抗器Lr与谐振电容器C3的谐振而成为正弦波状的电流。
在期间t3，谐振电容器C3的电荷放电完成，谐振电容器C3的电压V(S3)为零电压，电流I(Lr)为零时，使主开关S3接通。由此，能够实现主开关S3的零电压开关。
并且，开始按照Cb→Lr→Q2→S3→C4→Cb的路径流过负的电流I(Lr)。电流I(Lr)和电流I(S3)由于谐振电抗器Lr与谐振电容器C4的谐振而成为正弦波状的电流。
在期间t4，通过谐振电流对谐振电容器C4进行充电，V(S4)的电压上升。在期间t4，断开辅助开关Q2，但是，经由二极管Db流过谐振电流。
然后，在期间t4的最后谐振结束时，即在期间t5的开始时，辅助开关Q1接通。谐振电抗器Lr的电流I(Lr)上升而成为零时，在期间t6的开始时，辅助开关Q2的二极管Db反向恢复。由于反向恢复而蓄积在谐振电抗器Lr中的能量按照Lr→Cb→Ds→Lr的路径再生到辅助电容器Cb。在该期间，辅助开关Q2的电压V(Q2)被钳位成辅助电容器Ca、Cb的合成后的电压。即，被钳位成升压电路1的输出电压。
蓄积在谐振电抗器Lr中的能量再生到辅助电容器Cb，由此，在期间t6，能够抑制谐振电抗器Lr的电流I(Lr)和辅助开关Q2的电压V(Q2)的高频振动。在辅助开关Q2向断开的切换偏移到期间t6以后，在谐振电抗器Lr中蓄积能量的情况下，也成为与上述动作相同的动作。
这样，根据实施例1的谐振型逆变装置，按照谐振电抗器Lr→辅助电容器Cb→二极管Ds→谐振电抗器Lr的路径在二极管Ds中流过顺向电流，由此，辅助开关Q1接通后的辅助开关Q2的电压被钳位成辅助电容器Ca和辅助电容器Cb的电压。由此，能够抑制辅助开关Q2断开后的高频振动。因此，能够削减现有的缓冲电路。
并且，在现有的缓冲电路中，必须针对辅助开关Q1、Q2分别设置二极管、电容器、电阻，但是，在实施例1中，仅追加二极管Ds，所以，能够大幅降低损失和成本，而且，能够使装置小型化。
另外，本发明不限于实施例1的谐振型逆变装置。在实施例1的谐振型逆变装置中，设逆变电路为V接线结构进行了说明，但是，设为单相桥结构或三相桥结构也能够同样适用。
【产业上的可利用性】
本发明能够应用于直流-交流电力变换装置或系统连接逆变装置。

Claims (3)

1.一种谐振型逆变装置，该谐振型逆变装置将从正侧输入线与负侧输入线之间提供的直流电源的直流电压变换为交流电压并输出，其特征在于，该谐振型逆变装置具有：
第1串联电路，其连接在所述正侧输入线与所述负侧输入线之间，由第1辅助开关、第1辅助电容器和第2辅助电容器构成；
第2串联电路，其连接在所述正侧输入线与所述负侧输入线之间，由第2辅助开关和第1二极管构成；
谐振电抗器，其连接在所述第1辅助电容器和所述第2辅助电容器的连接点与所述第2辅助开关和所述第1二极管的连接点之间；以及
逆变电路，其连接在所述正侧输入线与所述负侧输入线之间，并联连接多个半桥电路而构成，该半桥电路由2个并联连接了谐振电容器的主开关串联连接而构成。
2.根据权利要求1所述的谐振型逆变装置，其特征在于，
在所述第1二极管中流过顺向电流，由此，所述第1辅助开关接通后的所述第2辅助开关的电压被钳位成所述第1辅助电容器和所述第2辅助电容器的电压。
3.根据权利要求1或2所述的谐振型逆变装置，其特征在于，
并联连接2个所述半桥电路而构成的所述逆变电路输出三相交流电的U相和W相，所述第1辅助电容器和所述第2辅助电容器的连接点输出三相交流电的V相。
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