CN104348375A - 电源装置和其运转方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供电源装置和其运转方法，该电源装置具备：将第1和第2开关元件连接在直流端子间的第1开关支路；将第3和第4开关元件连接在直流端子间的第2开关支路；将第1和第2电容器连接在直流端子间的第1电容器支路；将第3和第4电容器连接在交流端子间的第2电容器支路；连接在第1、第2开关元件的连接点与交流端子的一端之间的第1电感器；连接在第3、第4开关元件的连接点与交流端子的另一端之间的第2电感器；和控制第1～第4开关元件的通断状态的控制单元，在交流端子与第3、第4电容器的连接点间连接交流电源，在直流端子间连接直流电源，控制单元将第1以及第2电容器充电至比交流电源的电压峰值高的电压。

Description

电源装置和其运转方法
技术领域
本发明涉及在直流与交流之间进行电力变换的电源装置和其运转方法。
背景技术
近年来，由于对地球环境保护的意识高涨，因此开发了具备蓄电池或太阳能电池、燃料电池等的直流电源的系统。在这些系统中，需要将在蓄电池或太阳能电池、燃料电池等产生的直流电力变换为交流电力并提供给负载或商用电源的电源装置。另外，在从商用电源对蓄电池进行充电的情况下，需要将商用电源的交流电力变换为直流电力再提供给蓄电池。
在专利文献1中公开了单相三线式交流/直流双向转换器。该转换器用1个电路实现了从单相三线式交流电源向电池的充电、和通过电池的放电而向单相三线式交流电源的电力再生，以谋求小型化、低价格化为目的。
还有在专利文献2以及3中公开了与单相三线式对应的逆变器装置。
专利文献
专利文献1：JP特开2002-78350号公报
专利文献2：JP特开2008-289211号公报
专利文献3：JP特开平9-140157号公报
在使用专利文献1～3记载的输出单相三线式交流电压的电源装置在商用电力系统的停电时对交流负载进行后备支持的情况下，为了在商用电力系统的停电时迅速从电源装置输出单相三线式交流电压，需要以总是对电源装置输入直流电压的状态待机。
但是，在这些电源装置的直流输入端子间即直流线路间串联连接有2个电容器，一般会漏电流会流向电容器。另外，也有在直流线路间连接有控制用的辅助电源的情况。因此，若以输入直流电压的状态使电源装置待机，则会消耗直流电力，在直流电源为蓄电池的情况下，有蓄电池会慢慢放电这样的课题。
另外，由于串联连接在直流线路间的2个电容器的个体差，有每个部件的漏电流值不同的情况。由于为了迅速输出单相三线式交流电压而保持在对串联连接的2个电容器的两者进行充电的状态，因此需要使电容器间的电压处于某种程度的平衡。但是，若具备用于使电压平衡的电路来进行动作，则有损耗变大这样的课题。
发明内容
本发明的目的在于，提供输出单相三线式交流电压来对交流负载进行后备支持的待机时的损耗小的电源装置和其运转方法。
为了达成所述目的，本发明的电源装置具备：将第1开关元件和第2开关元件的串联电路连接在直流端子间而得到的第1开关支路；将第3开关元件和第4开关元件的串联电路连接在直流端子间而得到的第2开关支路；将第1电容器和第2电容器的串联电路连接在直流端子间而得到的第1电容器支路；和将第3电容器和第4电容器的串联电路连接在交流端子间、且用中性点连接线连接第3、第4电容器的连接点与第1、第2电容器的连接点间而得到的第2电容器支路；连接在第1、第2开关元件的连接点与交流端子的一端之间的第1电感器；连接在第3、第4开关元件的连接点与交流端子的另一端之间的第2电感器；和控制第1～第4开关元件的导通断开状态的控制单元，在交流端子与第3、第4电容器的连接点之间连接交流电源，在直流端子间连接直流电源，该电源装置的特征在于，控制单元操作第1和第2开关支路的开关元件，使得利用交流电源的电力将第1电容器以及所述第2电容器充电至比交流电源的电压峰值高的电压。
另外，为了达成所述目的，本发明的电源装置的运转方法中，电源装置具备：将第1开关元件和第2开关元件的串联电路连接在直流端子间而得到的第1开关支路；将第3开关元件和第4开关元件的串联电路连接在直流端子间而得到的第2开关支路；将第1电容器和第2电容器的串联电路连接在直流端子间而得到的第1电容器支路；将第3电容器和第4电容器的串联电路连接在交流端子间、且用中性点连接线连接第3、第4电容器的连接点与第1、第2电容器的连接点间而得到的第2电容器支路；连接在第1、第2开关元件的连接点与交流端子的一端之间的第1电感器；连接在第3、第4开关元件的连接点与交流端子的另一端之间的第2电感器；和控制第1～第4开关元件的导通断开状态的控制单元，在交流端子与第3、第4电容器的连接点之间，交流电源和负载彼此并联连接，在直流端子间连接直流电源，该电源装置的运转方法的特征在于，在从交流电源向负载提供电力的通常运转状态下，控制单元操作第1和第2开关支路的开关元件，使得利用交流电源的电力将第1电容器以及第2电容器充电至比交流电源的电压峰值高的电压。
发明的效果
根据本发明，能提供待机时的损耗小、输出单相三线式交流电压来对交流负载进行后备支持的电源装置和其运转方法。
附图说明
图1是本发明的电源装置的电路构成图。
图2是用于说明蓄电池充电模式(B)的电路动作的图。
图3是说明电容器充电模式(C)中的正半波的电路动作的图。
图4是说明电容器充电模式(C)中的负半波的电路动作的图。
图5是表示电容器充电模式(C)中的各部信号的变化的图。
图6是表示电容器充电模式(C)中的控制装置的电路构成例的图。
图7是表示交流电源2停电时的蓄电池供电模式(D)中的控制装置的电路构成例的图。
图8是表示电容器充电模式(C)中的其它运转方式时的各部信号的变化的图。
标号的说明
Q1～Q6  开关元件
D1～D6  二极管
C1～C4  电容器
L1～L3  电感器
Nd1～Nd5  节点
LN  中性点连接线
RY1、RY2  继电器
1  控制装置
2  交流电源
3～5  交流负载
6  辅助电源
7  蓄电池
8、10  转换器
9  太阳能电池
11～13  交流端子
14、15  直流端子
具体实施方式
以下参考附图来详细说明本发明的实施方式。
实施例
图1是本发明的实施例所涉及的电源装置的电路构成图。该电源装置100在与直流端子14、15连接的直流线路、和与交流端子11～13连接的交流线路之间进行电力的授受。在直流端子14、15经由转换器8连接蓄电池7，经由转换器10连接太阳能电池9。在交流端子11～13经由继电器接点RY1连接交流电源2，经由继电器接点RY2连接交流负载3～5。
交流电源2是单相三线式，能提供2个系统的100V系列、和1个系统的200V系列。另外，作为100V系列的电压广泛应用85V～132V程度的电压，作为200V系列的电压广泛应用170V～265V程度的电压。在本实施例中，作为交流负载3、4假定100V系列的负载，作为交流负载5假定200V系列的负载。
该电源装置100具备：以节点Nd1串联连接开关元件Q1、Q2的第1开关支路(switching leg)；以节点Nd2串联连接开关元件Q3、Q4的第2开关支路；以节点Nd3串联连接电容器C1、C2的第1电容器支路；以节点Nd4串联连接电容器C3、C4的第2电容器支路；和以节点Nd5串联连接开关元件Q5、Q6的第3开关支路。
这些第1～第3开关支路、和第1电容器支路并联连接。对于电容器C1、C2，将电容器C1的负极和电容器C2的正极连接。在第2电容器支路的一端(电容器C3)与节点Nd1之间连接电感器L1，在第2电容器支路的另一端(电容器C4)与节点Nd2之间连接电感器L2，在节点Nd3与节点Nd5之间连接电感器L3。另外，节点Nd3和节点Nd4以中性点连接线LN连接。
在开关元件Q1～Q6分别反并联连接二极管D1～D6。其中，在作为这些开关元件Q1～Q6使用MOSFET的情况下，由于能利用MOSFET的寄生二极管，因此能省略二极管D1～D6。
将电容器C1的正极与直流端子14连接，将电容器C2的负极与直流端子15连接。电容器C1的电压V1以电容器C1的正极为正，电容器C2的电压V2以电容器C2的正极为正。
将电感器L1与电容器C3的连接点作为交流端子11，将电感器L2与电容器C4的连接点作为交流端子12，将电容器C3、C4的连接点作为交流端子13。将交流端子11-13间即电容器C3的两端间设为a相，将交流端子13-12间即电容器C4的两端间设为b相，将交流端子11-12间即第2电容器支路的两端间设为ab相。另外，将相对于交流端子13的交流端子11的电压定义为a相电压Va，将相对于交流端子12的交流端子13的电压定义为b相电压Vb，将相对于交流端子12的交流端子11的电压定义为ab相电压Vab，将这些a相电压Va、b相电压Vb、ab相电压Vab总称为相电压。
中性点连接线LN的电流In以从节点Nd3流向节点Nd4的朝向为正，电感器L1的电流Ia以从交流端子11流向电感器L1的朝向为正，电感器L2的电流Ib以从电感器L2流向交流端子12的朝向为正。
蓄电池7经由转换器8与第1电容器支路并联连接，太阳能电池9经由转换器10与第1电容器支路并联连接。在交流端子11～13经由继电器接点RY1连接交流电源2，使得交流端子13与单相三线式的中性线连接。另外，交流负载3、4、5分别经由继电器接点RY2与a相、b相、ab相连接。
开关元件Q1～Q6、继电器接点RY1、RY2通过控制装置1来控制通断。在直流端子14、15之间连接向控制装置1提供电力的辅助电源6。
电容器C1、C2对直流端子14、15间的电压进行分压，在Nd3生成直流端子14、15间的电压的中间的电压。通过对开关元件Q5、Q6进行控制，开关元件Q5、Q6、电感器L3使电容器C1、C2的电压分担平衡。在本实施例中，将转换器8、10作为直流电源与第1电容器支路并联连接，但也可以与电容器C1、C2的一方或两者并联连接。
以上说明那样构成的图1的电源装置100如以下那样运用。在该运用中，经过从交流电源2向交流负载3-5供电的商用供电模式(A)、商用供电模式时蓄电池7并非充满电状态时的蓄电池充电模式(B)、商用供电模式时蓄电池充电完成后的电容器充电模式(C)、交流电源2停电时的蓄电池供电模式(D)，在交流电源2恢复后再度达到商用供电模式(A)。
本发明在上述一系列的处理中，在商用供电模式时蓄电池充电完成后进行电容器充电模式上具有特征，但在以下的说明中，遵循上述运用次序进行依次说明。
商用供电模式(A)
在商用供电模式中，图1中使继电器接点RY1、RY2为导通状态来将交流电源2的电力提供给交流负载3～5。
商用供电模式时蓄电池7并非充满电状态时的蓄电池充电模式(B)
在商用供电模式时蓄电池7并非充满电状态的情况下，将交流电源2的电力变换为直流并输出给直流端子14、15，使转换器8动作来对蓄电池7进行充电。由于该情况下蓄电池7的电源是电容器C1、C2，因此在此说明从交流电源2对电容器C1、C2进行充电的充电动作。充电动作是将AC100/200V作为输入来对电容器C1、C2进行充电。
使用图2来说明如下的充电动作：从电容器C3、C4向电容器C1、C2提供电力，从a相和b相的双方输入AC100V，且由此从ab相输入AC200V。其中，在此仅对交流电压为正的半周期进行说明。
在该充电动作中，使开关元件Q1～Q4如以下那样动作。开关动作交替执行模式B1和模式B2，其中模式B1中，使第1开关支路SL1的负端子侧开关元件Q2和第2开关支路SL2的正端子侧开关元件Q3为导通状态，使其它开关元件为断开状态，在模式B2中，使第1开关支路SL1的正端子侧开关元件Q1和第2开关支路SL2的负端子侧开关元件Q4为导通状态，使其它开关元件为断开状态。图2左边表示模式B1的电路构成、电流方向等，图2右边表示模式B2的电路构成、电流方向等。
在模式B1中，开关元件Q2为导通状态，电容器C3的电压经由电容器C2被施加给电感器L1。另外，开关元件Q3为导通状态，电容器C4的电压经由电容器C1被施加给电感器L2。电容器C3、C4的能量被积蓄在电感器L1、L2中。
若在模式B2中使开关元件Q2断开，则开关元件Q2中流过的电感器L1的电流换流到二极管D1，提供给电容器C1。这时，接通开关元件Q1。另外，若断开开关元件Q3，则开关元件Q3中流过的电感器L2的电流换流到二极管D4，提供给电容器C2。这时，接通开关元件Q4。电感器L1、L2的电流随时间经过而不断减少。
通过持续执行以上的模式B1和模式B2之间的切换动作，从电容器C3、C4向电容器C1、C2提供电力。另外，关于使转换器8动作来对蓄电池7进行充电的动作，省略在此的说明。此时对a相和b相两者施加AC100V，且对ab相施加AC200V。
商用供电模式时蓄电池充电完成后的电容器充电模式(C)
蓄电池7的充电完成后，为了应对交流电源2的停电等而使用交流电源2的电力对电容器C1、C2进行充电。该充电模式为了能在交流电源2刚停止后迅速移转到蓄电池供电模式而进行。
为了交流负载3～5的无停电化，在从该商用供电模式向蓄电池供电模式的切换时，需要从电源装置100迅速输出交流电压。但是，该电源装置100只能输出电容器C1、C2的电压以下的电压，作为a相电压Va、b相电压Vb。因此，需要在商用供电模式的待机时将电容器C1、C2充电至比输出的a相电压Va、b相电压Vb的峰值高的电压。该状态是电容器充电模式(C)。本发明的特征就在于该电容器充电模式(C)。
于是，作为将电容器C1、C2充电至比输出的a相电压Va、b相电压Vb的峰值高的电压的电源，能利用蓄电池7。但是，由于电容器C1、C2的漏电流、或被辅助电源6消耗电力，因此若一边经由转换器8从蓄电池7对电容器C1、C2进行充电一边进行待机，则蓄电池7会逐渐放电。
另外，在由于个体差而电容器C1和C2的漏电流值不同的情况下，有时两电容器间的电压会成为不平衡。但是，若为了使电压平衡而使开关元件Q5、Q6动作，则无论为了对电容器C1、C2进行待机充电所需要的电力是否比较小，损耗都会变大。
为此，在本实施例的电源装置100中，在商用供电模式的待机时，使用交流电源2的电力，将电容器C1、C2充电至比a相电压Va、b相电压Vb的峰值高的电压。由此，能不使蓄电池7放电地维持电容器C1、C2的充电状态，能在停电等的系统异常时迅速输出交流电压来对交流负载3～5进行后备支持。
进而，在该电源装置100中，使开关元件Q1～Q6中的仅开关元件Q1和Q2动作，使开关元件Q3～Q6停止，来使电容器C1和C2的电压平衡的同时进行充电。由此，由于进行开关动作的开关元件数少到2个，不需要使用于使电容器C1和C2的电压平衡的开关元件Q5、Q6也动作，因此能降低开关损耗和电感器L3的铁损。
以下，说明通过控制开关元件Q1、Q2从与电容器C3的两端连接的交流电源2的a相输入电力，使电容器C1和C2的电压平衡的同时进行充电的动作。另外，在从电容器C4的两端所连接的交流电源2的b相输入电力的情况下，控制开关元件Q3、Q4即可。在此，开关元件Q3～Q6固定为断开状态。
在电容器充电模式(C)下，在交流电源2的电压为交流的正的半周期和负的半周期进行不同的动作。在图3、图4中说明各个动作。
首先使用图3来说明交流电源2的电压为交流的正的半周期、即a相电压Va为正的期间中的电路动作。在图3中，C11、C12分别表示下臂导通模式C11、上臂导通模式C12中的电路动作。另外，该动作使用第1开关支路(开关元件Q1、Q2)来执行，但也可以使用第2开关支路(开关元件Q3、Q4)来进行该动作。其中，在使用第2开关支路(开关元件Q3、Q4)时，成为从b相输入电力的动作。
下臂导通模式C11：
第1开关支路的开关元件Q2为导通状态，开关元件Q1为断开状态，第2开关支路(开关元件Q3、Q4)都设为断开状态。这种情况下，形成电容器C3-电感器L1-开关元件Q2-电容器C2-中性点连接线LN-电容器C3这样的回路。此时将a相电压Va经由电容器C2施加给电感器L1，电感器L1的电流Ia不断增加。
上臂导通模式C12：
第1开关支路的开关元件Q1为导通状态，开关元件Q2为断开状态，第2开关支路(开关元件Q3、Q4)都设为断开状态。这种情况下，形成电容器C3-电感器L1-开关元件Q1-电容器C1-中性点连接线LN-电容器C3这样的回路。另外，在形成该电路的过渡状态下，在首先断开开关元件Q2时，流过开关元件Q2的电感器L1的电流换流到与开关元件Q1并联设置的二极管D1，流向电容器C1。这时接通开关元件Q1。电感器L1的电流Ia不断减少。
之后，在断开开关元件Q1、接通开关元件Q2时，返回模式C11。模式C11和模式C12的切换根据控制装置1的输出而反复执行。另外，在控制装置1内，通过电压指令信号和使用了例如三角波的PWM控制来控制开关元件Q1、Q2的触发时间点以及触发期间。
接下来，使用图4来说明交流电源2的电压为交流的负的半周期、即a相电压Va为负的期间中的电路动作。在图4中，C21、C22分别表示上臂导通模式C21、下臂导通模式C22中的电路动作。另外，该动作使用第1开关支路(开关元件Q1、Q2)来执行，但也可以使用第2开关支路(开关元件Q3、Q4)来进行该动作。其中，在使用第2开关支路(开关元件Q3、Q4)时，成为从b相输入电力的动作。
上臂导通模式C21：
第1开关支路的开关元件Q1为导通状态，开关元件Q2为断开状态，第2开关支路(开关元件Q3、Q4)都设为断开状态。这种情况下，形成电容器C3-中性点连接线LN-电容器C1-开关元件Q1-电感器L1-电容器C3这样的回路。此时a相电压Va经由电容器C1施加给电感器L1，电感器L1的电流Ia在负的方向上不断增加。
下臂导通模式C22：
第1开关支路的开关元件Q2为导通状态，开关元件Q1为断开状态，第2开关支路(开关元件Q3、Q4)都设为断开状态。这种情况下，形成电容器C3-中性点连接线LN-电容器C2-开关元件Q2-电感器L1-电容器C3这样的回路。另外，在形成该电路的过渡状态下，若首先断开开关元件Q1，则流过开关元件Q1的电感器L1的电流换流到与开关元件Q2并联设置的二极管D2，流向电容器C2。这时接通开关元件Q2。电感器L1的电流Ia在正的方向上不断减少。
之后，在断开开关元件Q2、接通开关元件Q1时，返回模式C21。模式C21和模式C22的切换也根据控制装置1的输出而反复执行。
在以上的动作中，由于使第2开关支路(开关元件Q3、Q4)固定在断开状态，没有流过电感器L2的电流Ib，因此中性点连接线LN的电流In与电感器L1的电流Ia相等。根据上述控制，能调整模式C11的期间的长度与模式C12的期间的长度的比率来控制中性点连接线LN的电流In在正的方向上流动时的电流值，调整模式C21的期间的长度与模式C22的期间的长度的比率来控制中性点连接线LN的电流In在负的方向上流动时的电流值。
图5表示电容器充电模式(C)中的各部信号的变化。在此示出交流端子电压Va、Vb、电感器L1、L2的电流Ia、Ib、中性点连接线LN的电流In、电容器C1、C2的电压V1、V2的时间变化。其中，假定在时刻t1以前的状态下电容器C1、C2的电压V1、V2为相异的电压值。另外，在交流端子电压Va、Vb的正的半波的期间执行模式C11、C12的反复控制，在交流端子电压Va、Vb的负的半波的期间执行模式C21、C22的反复控制。
使用图5来说明本实施例的电源装置的动作顺序。若a相电压Va和电感器L1的电流Ia的相位接近，则从交流电源2的a相输入电力。在此，由于仅使开关元件Q1、Q2开关动作，将开关元件Q3、Q4固定在断开状态，因此中性点连接线LN的电流In与电感器L1的电流Ia相等。
在这种的状态中电容器C1的电压V1低于电容器C2的电压V2的情况下(时刻t1以前的状态)，在时刻t1以后使中性点连接线LN的电流In的正的峰值Inp大于负的峰值Inn，增加电容器C1的充电电流量。另一方面，在电容器C2的电压V2低于电容器C1的电压V1的情况下，使中性点连接线LN的电流In的负的峰值Inn大于正的峰值Inp，增加电容器C2的充电电流量。通过该电压平衡控制，能够减少电容器C1的电压V1与电容器C2的电压V2之差，使两电容器的电压V1和V2平衡。
在图5中，电容器C1的电压V1低于电容器C2的电压V2，但在时刻t1使电压平衡控制有效时，中性点连接线LN的电流In的正的峰值变得大于负的峰值，减少了电容器C1的电压V1与电容器C2的电压V2之差。
另外，在图5中，实际上有在电感器L1的电流Ia、中性点连接线LN的电流In、电容器C1的电压V1、电容器C2的电压V2中叠加波纹(ripple)的情况。另外，控制装置1虽然具备功率因数改善控制，但实际因控制滞后等，有时会产生a相电压Va和电感器L1的电流Ia的朝向成为相反的期间。
另外，在本实施例中，在直流端子14、15间经由转换器8连接蓄电池7，但在直流端子14、15间直接连接蓄电池并用比较小的电流进行充电的情况下也能运用本发明。
在图6示出电容器充电模式(C)中的控制装置1的电路构成例。在此，实现电容器C1的电压V1和电容器C2的电压V2的平衡控制、以及将电压V1、V2维持在交流电压Va以上的功能。另外，该功能还能用电路构成以外的构成实现，在此示出其一例。电容器充电模式(C)中的控制装置1例如由电压控制部21、功率因数改善控制部22、平衡控制部23、电流控制部24构成。
这当中，在电压控制部21中赋予控制信号Iref1，以使得电容器C1和C2的合计电压(V1+V2)成为电压目标值Vref。即，在合计电压(V1+V2)低于电压目标值Vref的情况下使控制信号Iref1增加，在合计电压(V1+V2)高于电压目标值Vref的情况下使控制信号Iref1减少。另外，在本发明中，电压目标值Vref设定为高于交流电压Va的峰值与交流电压Vb的峰值的合计电压的值。由此，能实现在商用电源刚停止后迅速从电源装置100供电。
功率因数改善控制部22生成振幅与控制信号Iref1成正比、相位与交流电压Va相等的正弦波状的控制信号Iref2。
平衡控制部23为了使电容器电压V1与V2相等，在V1低于V2的情况下，生成使正的峰值Inp高于负的峰值Inn的电流目标值Iref3，在V2低于V1的情况下，生成使负的峰值Inn高于正的峰值Inp的电流目标值Iref3。
电流控制部24为了使电感器L1的电流Ia成为电流目标值Iref3，在电感器L1的电流Ia小于电流目标值Iref3的情况下使触发信号duty增加，在电感器L1的电流Ia大于电流目标值Iref3的情况下使触发信号duty减少。
在交流电压Va为正的期间，通过触发信号duty的增加，使模式C11的期间增加，使模式C12的期间减少。在交流电压Va为负的期间，通过触发信号duty的增加，使模式C22的期间增加，使模式C21的期间减少。
交流电源2停电时的蓄电池供电模式(D)
在探测到交流电源2的停电等的系统异常时，断开继电器接点RY1而移转到蓄电池供电模式，将输入到直流端子14、15的直流电力变换为交流并提供给交流负载3～5。作为放电动作，使用图7来说明用于输出AC100V/AC200V的动作。在此，说明从电容器C1、C2向电容器C3、C4提供电力，对a相和b相两者输出AC100V，且由此对ab相输出AC200V的放电动作。其中在此仅说明交流电压为正的半周期。
在该放电动作中，使开关元件Q1～Q4如以下那样动作。开关动作交替执行模式D1和模式D2，其中在模式D1中，使第1开关支路SL1的正端子侧开关元件Q1和第2开关支路SL2的负端子侧开关元件Q4为导通状态，使其它开关元件为断开状态，在模式D2中，使第1开关支路SL1的负端子侧开关元件Q2和第2开关支路SL2的正端子侧开关元件Q3为导通状态，使其它开关元件为断开状态。图7左侧示出模式D1中的电路构成、电流方向等，图7右侧示出模式D2中的电路构成、电流方向等。
在模式D1中，开关元件Q1为导通状态，容器C1的电压被施加给电感器L1、电容器C3。另外，开关元件Q4为导通状态，电容器C2的电压被施加给电感器L2、电容器C4。电感器L1、L2的电流随着时间经过而增加，该电流提供给电容器C3、C4。
在从模式D1移转到模式D2，断开开关元件Q1时，开关元件Q1中流过的电感器L1的电流换流到二极管D2，经由电容器C2回流。这时接通开关元件Q2。
另外，在断开开关元件Q4时，开关元件Q4中流过的电感器L2的电流换流到二极管D3，经由电容器C1回流。这时接通开关元件Q3。电感器L1、L2的电流随着时间的经过不断减少，该电流被提供给电容器C3、C4。
之后，在断开开关元件Q2、Q3，接通开关元件Q1、Q4时，返回模式D1。
通过持续执行以上的模式D1与模式D2间的切换动作，能从电容器C1、C2向电容器C3、C4提供电力，对a相和b相两者输出AC100V，且由此对ab相输出AC200V。
另外，根据图1的电路构成，除了上述的运用以外，还能设为以下的运转方式，能根据需要适宜执行。这种情况下，运转模式能分为基于电力的变换方向的2个模式(DC-AC模式、AC-DC模式)来把握。进一步地，DC-AC模式能根据提供电力的AC侧的电路分为DC-AC模式1和DC-AC模式2。
在DC-AC模式中的将输入到直流端子14、15间的直流电力变换为交流并提供给交流电源2的DC-AC模式1的情况下，使继电器接点RY1为导通状态，并控制开关元件Q1、Q2使电流Ia流向电感器L1，控制开关元件Q3、Q4使电流Ib流向电感器L2。
在DC-AC模式中的将输入给直流端子14、15的直流电力变换为交流并提供给交流负载3～5的DC-AC模式2的情况下，使继电器接点RY1为断开状态，使继电器接点RY2为导通状态，并控制开关元件Q1、Q2来生成a相电压Va，控制开关元件Q3、Q4来生成b相电压Vb。
在将输入到交流端子11～13的交流电源2的电力变换为直流并输出到直流端子14、15间的AC-DC模式的情况下，使继电器接点RY1为导通状态，并控制开关元件Q1、Q2来使电流Ia流向电感器L1，控制开关元件Q3、Q4来使电流Ib流向电感器L2，将从交流电源2输入的电流控制为正弦波状来提高功率因数。控制装置1具备该功率因数改善控制功能。
进而，在本发明中，电源装置100的构成能保持图1那样不变地如图8那样进行运用。在图8中示出交流端子电压Va、Vb、电感器L1、L2的电流Ia、Ib、中性点连接线LN的电流In、电容器C1、C2的电压V1、V2的时间变化。
在图8中图示的动作顺序中，为了进一步降低电容器充电模式(C)中的损耗，实施间歇控制来反复起动和停止，由此设置休止期间。在此，在电容器C1的电压V1和电容器C2的电压V2两者都为阈值Vth1以上的情况下停止开关动作，在电容器C1的电压V1和电容器C2的电压V2的至少一方为阈值Vth2以下的情况下恢复开关动作。
在图8中，在期间T1中，由于辅助电源6的电力消耗、和电容器C1、C2的漏电流，电容器C1的电压V1和电容器C2的电压V2逐渐降低。在电容器C1的静电电容小于电容器C2的静电电容的情况下，或在电容器C1的漏电流大于电容器C2的漏电流的情况下，电容器C1的电压V1比电容器C2的电压V2更快地降低。
在电容器C1的电压V1达到阈值Vth2时，恢复开关动作从而成为期间T2的状态。电容器C1、C2被充电，电容器C1的电压V1、电容器C2的电压V2不断上升。这时，与图5所示的动作顺序相同，由于电容器C1的电压V1低于电容器C2的电压V2，因此中性点连接线LN的电流In的正的峰值大于负的峰值，电容器C1的电压V1与电容器C2的电压V2之差减少。
在电容器C1的电压V1和电容器C2的电压V2两者成为阈值Vth1以上时，停止开关动作并返回期间T1的状态。
以上说明了本发明的实施例。在这些实施例中，为了迅速输出交流电压而对电容器C1、C2进行待机充电，即便本发明的动作方法运用在以比较小的电流对蓄电池7进行充电的情况中也能通过停止开关元件Q5、Q6来获得降低损耗的益处。如此，本发明能广泛运用于在单相三线式交流线路与直流线路之间双向地进行电力变换的电源装置中。

Claims (12)

1.一种电源装置，具备：
将第1开关元件和第2开关元件的串联电路连接在直流端子间而得到的第1开关支路；
将第3开关元件和第4开关元件的串联电路连接在所述直流端子间而得到的第2开关支路；
将第1电容器和第2电容器的串联电路连接在所述直流端子间而得到的第1电容器支路；
将第3电容器和第4电容器的串联电路连接在交流端子间、且将所述第3、第4电容器的连接点与所述第1、第2电容器的连接点之间用中性点连接线进行连接而得到的第2电容器支路；
在所述第1、第2开关元件的连接点与所述交流端子的一端之间连接的第1电感器；
在所述第3、第4开关元件的连接点与所述交流端子的另一端之间连接的第2电感器；和
控制所述第1～第4开关元件的导通断开状态的控制单元，
在所述交流端子与所述第3、第4电容器的连接点之间连接交流电源，
在所述直流端子间连接直流电源，
所述电源装置的特征在于，
所述控制单元操作所述第1和第2开关支路的开关元件，使得利用所述交流电源的电力将所述第1电容器以及所述第2电容器充电至比所述交流电源的电压峰值高的电压。
2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，
所述控制单元具备对所述第1电容器以及所述第2电容器的电压和设定电压进行比较来操作所述开关元件的功能，为了将所述第1电容器以及所述第2电容器充电至比所述交流电源的电压峰值高的电压，在将所述第2开关支路的第3开关元件和第4开关元件设定为断开状态之后，将所述第1开关支路的第1开关元件和第2开关元件交替设定为导通状态，
并且，所述设定电压被确定为比所述交流电源的电压峰值高的电压。
3.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，
所述控制单元具备电压平衡控制功能，
作为该电压平衡控制功能，在所述第1电容器的电压低于所述第2电容器的电压的情况下，使从所述第1、第2电容器的连接点朝向所述第3、第4电容器的连接点的所述中性点连接线的电流增加，在所述第2电容器的电压低于所述第1电容器的电压的情况下，使从所述第3、第4电容器的连接点朝向所述第1、第2电容器的连接点的所述中性点连接线的电流增加。
4.根据权利要求3所述的电源装置，其特征在于，
所述中性点连接线的电流以从所述第1、第2电容器的连接点朝向所述第3、第4电容器的连接点的方向为正，
所述控制单元，在所述电压平衡控制中，在所述第1电容器的电压低于所述第2电容器的电压的情况下，使所述中性点连接线的电流的正的峰值大于负的峰值，在所述第2电容器的电压低于所述第1电容器的电压的情况下，使所述中性点连接线的电流的负的峰值大于正的峰值。
5.根据权利要求3所述的电源装置，其特征在于，
所述控制单元，在所述电压平衡控制中，在所述第1、第2电容器的电压都高于第1阈值的情况下，使所述第1～第4开关元件的开关动作停止，在所述第1、第2电容器中至少一方的电压低于第2阈值的情况下，使停止的所述第1～第4开关元件的开关动作恢复。
6.根据权利要求3所述的电源装置，其特征在于，
所述电源装置具备：
将第5开关元件和第6开关元件串联连接在所述直流端子间而得到的第3开关支路；和
在所述第5开关元件和第6开关元件的连接点与所述第1、第2电容器的连接点之间连接的第3电感器，
所述控制单元在所述电压平衡控制中，使所述第5开关元件和第6开关元件的开关动作停止。
7.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，
所述控制单元具备将从所述交流电源输入的电流控制为正弦波状的功率因数改善控制功能。
8.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，
所述电源装置具备：
与所述第1～第6开关元件的各个开关元件反并联连接的二极管。
9.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，
所述控制单元具备将所述直流电源的电力提供给所述交流电源的DC-AC模式1。
10.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，
将所述第2电容器支路的两端和所述第3、第4电容器的连接点作为交流端子，在所述交流端子与所述交流电源之间具备继电器接点，
所述控制单元具备使所述继电器接点处于断开状态从而将所述直流电源的电力提供给与所述交流端子连接的交流负载的DC-AC模式2。
11.一种电源装置的运转方法，所述电源装置具备：
将第1开关元件和第2开关元件的串联电路连接在直流端子间而得到的第1开关支路；
将第3开关元件和第4开关元件的串联电路连接在所述直流端子间而得到的第2开关支路；
将第1电容器和第2电容器的串联电路连接在所述直流端子间而得到的第1电容器支路；
将第3电容器和第4电容器的串联电路连接在交流端子间、且将所述第3、第4电容器的连接点和所述第1、第2电容器的连接点之间用中性点连接线进行连接而得到的第2电容器支路；
在所述第1、第2开关元件的连接点与所述交流端子的一端之间连接的第1电感器；
在所述第3、第4开关元件的连接点与所述交流端子的另一端之间连接的第2电感器；和
控制所述第1～第4开关元件的导通断开状态的控制单元，
在所述交流端子与所述第3、第4电容器的连接点之间，交流电源和负载彼此并联连接，
在所述直流端子间连接直流电源，
所述电源装置的运转方法的特征在于，
在从所述交流电源向所述负载提供电力的通常运转状态下，所述控制单元操作所述第1和第2开关支路的开关元件，使得利用所述交流电源的电力将所述第1电容器以及所述第2电容器充电至比所述交流电源的电压峰值高的电压。
12.根据权利要求11所述的电源装置的运转方法，其特征在于，
所述控制单元，在因所述交流电源的异常而无法从所述交流电源向所述负载提供电力的状态下，开始以充电至比所述交流电源的电压峰值高的电压的电容器电压为初始值的电力供给。
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