CN105940599B - 电力变换装置及控制装置 - Google Patents

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Abstract

电力变换装置包括：桥接电路，其在多个桥臂分别设有开关元件；滤波器，其设于桥接电路的交流侧，并被连接到中性点；电抗器，其设于桥接电路与滤波器之间；平滑电路，其设于桥接电路的直流侧；缓冲电路，其设于桥接电路与平滑电路之间；及开关电路，其设于平滑电路与缓冲电路之间。平滑电路包括在正极线与负极线之间串联地连接的2个平滑电容器，2个平滑电容器之间被连接到中性点。缓冲电路包括在正极线与负极线之间串联连接的2个缓冲电容器，2个缓冲电容器之间被连接到中性点。开关电路包括设于正极线的第1开关和设于负极线的第2开关。

Description

电力变换装置及控制装置
技术领域
本发明涉及电力变换装置及控制该电力变换装置的控制装置。
背景技术
以往，公知有PFC(Power Factor Correction:功率因数改善电路)等的电力变换装置(例如，参照非专利文献1)。
非专利文献1的PFC包括：桥接电路；高频滤波器，其设于桥接电路的交流侧；电抗器，其设于桥接电路与高频滤波器之间；平滑电容器，其设于桥接电路的直流侧；缓冲电容器，其设于桥接电路与平滑电容器之间；及逆流防止二极管，其设于平滑电容器与缓冲电容器之间。在PFC中，在输入侧连接有三相交流电源，在输出侧连接有负载。
在桥接电路中设有三个由上桥臂及下桥臂构成的支线。在各桥臂(上桥臂及下桥臂)中分别设有开关元件，在该开关元件中并联地连接有二极管。并且，在桥接电路中，与交流电压(输入电压)的相位对应地选择各支线中的上桥臂或下桥臂的开关元件，该选择的3个开关元件以一定的占空比被驱动。另外，该PFC以DCM(Discontinuous Current Mode:电流不连续模式)进行动作，在电抗器中电流不连续地流过。
并且，在非专利文献1的PFC中，在电抗器中不流过电流时，桥接电路的开关元件被接通，从而变成ZCS(Zero Current Switching:零电流开关)。另外，在PFC中，在缓冲电容器被放电的状态下，关断桥接电路的开关元件，从而变成ZVS(Zero Voltage Switching:零电压开关)。由此，能够降低开关损耗。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1:矶部高范，宫路淳世，臼木一浩，松川达哉，岛田隆一，“应用磁能再生开关的原理的软开关有源整流电路(磯部高範、宮路淳世、臼木一浩、松川達哉、嶋田隆一、[磁気エネルギー回生スイッチの原理を応用したソフトスイッチングアクティブ整流回路]、電気学会論文誌D(産業応用部門誌))”，电学会论文杂志D(产业应用部门杂志)Vol.131(2011)No.6p.793-800
发明内容
发明要解决的课题
但是，在上述的以往的PFC中，存在从三相交流电源输入到PFC的输入电流的波形中发生失真的问题。即，存在THD(Total Harmonic Distortion:总谐波失真)变高的问题。在此，图16表示以往的PFC中的交流电压及输入电流的波形。如图16所示，在交流电压在零交叉附近时，在输入电流中发生失真。另外，在其他相的交流电压在零交叉附近时(交流电压的相位在60度的时刻等)，受到其他相的影响，从而在输入电流发生失真。
本发明是为了解决上述的课题而研发的，本发明的目的在于提供一种能够对输入电流的波形进行整形的电力变换装置及控制装置。
用于解决课题的手段
本发明的电力变换装置，包括：桥接电路，其在多个桥臂分别设有开关元件；滤波器，其设于桥接电路的交流侧，并被连接到中性点；电抗器，其设于桥接电路与滤波器之间；平滑电路，其设于桥接电路的直流侧；缓冲电路，其设于桥接电路与平滑电路之间；及开关电路，其设于平滑电路与缓冲电路之间。平滑电路包括在正极线与负极线之间串联连接的2个平滑电容器，2个平滑电容器之间被连接到中性点。缓冲电路包括在正极线与负极线之间串联连接的2个缓冲电容器，2个缓冲电容器之间被连接到中性点。开关电路包括设于正极线的第1开关和设于负极线的第2开关。
通过这样构成，即便交流电压在零交叉附近，通过开关电路而形成经由平滑电容器的阻抗低的电流路径，从而能够使流过电抗器的电流容易上升，因此能够对输入电流的波形进行整形。
在上述电力变换装置中，在电抗器中电流不连续地流过。
在上述电力变换装置中，桥接电路的开关元件以不同的占空比被驱动，在每个开关周期内，在桥接电路的上桥臂的开关元件中的任意开关元件被最初接通时，第1开关被接通，在每个开关周期内，在桥接电路的下桥臂的开关元件中的任意开关元件被最初接通时，第2开关被接通。
在上述电力变换装置中，在2个缓冲电容器被放电的状态下关断桥接电路的开关元件。
本发明的控制装置为控制电力变换装置的控制装置，电力变换装置包括：桥接电路，其在多个桥臂分别设有开关元件；滤波器，其设于桥接电路的交流侧，并被连接到中性点；电抗器，其设于桥接电路与滤波器之间；平滑电路，其设于桥接电路的直流侧；缓冲电路，其设于桥接电路与平滑电路之间；及开关电路，其设于平滑电路与缓冲电路之间。平滑电路包括在正极线与负极线之间串联地连接的2个平滑电容器，2个平滑电容器之间被连接到中性点。缓冲电路包括在正极线与负极线之间串联连接的2个缓冲电容器，2个缓冲电容器之间被连接到中性点。开关电路包括设于正极线的第1开关和设于负极线的第2开关。控制装置根据电力变换装置的输入电压、输入电流及输出电压而控制桥接电路和开关电路。
通过这样构成，即便交流电压在零交叉附近，通过开关电路而形成经由平滑电容器的阻抗低的电流路径，从而能够使流过电抗器的电流容易上升，因此能够对输入电流的波形进行整形。
发明效果
根据本发明的电力变换装置及控制装置，能够对输入电流的波形进行整形。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的PFC的结构的电路图。
图2是表示控制PFC的控制装置的结构的框图。
图3是用于说明PFC的桥接电路的开关模式的图。
图4是示意性地表示PFC的规定的相的输入侧的波形(交流电压eac的波形、输入电流Iac,filt的波形及在电抗器流过的电流IL的波形)的概要图。
图5是用于说明PFC的动作的时序图。
图6是放大表示在PFC的R相用的电抗器流过的电流的波形的模式图。
图7是表示在PFC中形成包括负极线侧的平滑电容器的电流路径的状态的图。
图8是表示在PFC中形成包括负极线侧的缓冲电容器的电流路径的状态的图。
图9是表示在PFC中负极线侧的缓冲电容器被放电的状态的图。
图10是表示在PFC中形成包括正极线侧的平滑电容器的电流路径的状态的图。
图11是表示在PFC中形成包括正极线侧的缓冲电容器的电流路径的状态的图。
图12是表示在PFC中正极线侧的缓冲电容器被放电的状态的图。
图13是表示在PFC中向负载供给电力的状态的图。
图14是表示第1实施方式的PFC中的规定的相的交流电压及输入电流的波形的图。
图15是表示本发明的第2实施方式的逆变器的结构的电路图。
图16是表示以往例的PFC中的规定的相的交流电压及输入电流的波形的图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
(第1实施方式)
-PFC的电路结构-
首先，参照图1，对本发明的第1实施方式的PFC100的电路结构进行说明。另外，PFC100是本发明的“电力变换装置”的一例。
如图1所示，PFC100包括：高频滤波器1、电抗部2、桥接电路3、缓冲电路4、开关电路5、平滑电路6。在该PFC100中，在输入侧连接有三相交流电源(系统电源)80，在输出侧连接有负载90。另外，三相交流电源80例如各相被连接到中性点7c。
高频滤波器1配置在三相交流电源80与电抗部2之间，且配置在桥接电路3的交流侧。该高频滤波器1是为了去除高频的噪声成分而设置的。高频滤波器1包括：R相用的电抗器11r及电容器12r、S相用的电抗器11s及电容器12s、T相用的电抗器11t及电容器12t。
具体地，在电抗器11r中，一端连接到三相交流电源80的R相，另一端连接到电抗部2。在电容器12r中，电极的一方连接到电抗器11r的另一端，电极的另一方连接到中性点7c。在电抗器11s中，一端连接到三相交流电源80的S相，另一端连接到电抗部2。在电容器12s中，电极的一方连接到电抗器11s的另一端，电极的另一方连接到中性点7c。在电抗器11t中，一端连接到三相交流电源80的T相，另一端连接到电抗部2。在电容器12t中，电极的一方连接到电抗器11t的另一端，电极的另一方连接到中性点7c。
电抗部2配置在高频滤波器1与桥接电路3之间。该电抗部2是为了通过谐振而使电流不连续而设置的。电抗部2包括：R相用的电抗器2r、S相用的电抗器2s、T相用的电抗器2t。具体地，电抗器2r的一端连接到电抗器11r的另一端，电抗器2s的一端连接到电抗器11s的另一端，电抗器2t的一端连接到电抗器11t的另一端。
桥接电路3是为了将从三相交流电源80供给的电力由交流变换成直流而供给到负载90而设置的。该桥接电路3包括：U相桥臂3u、V相桥臂3v、W相桥臂3w、X相桥臂3x、Y相桥臂3y、Z相桥臂3z。U相桥臂3u、V相桥臂3v及W相桥臂3w是上桥臂，X相桥臂3x、Y相桥臂3y及Z相桥臂3z是下桥臂。由U相桥臂3u及X相桥臂3x而构成1个支线，由V相桥臂3v及Y相桥臂3y而构成1个支线，由W相桥臂3w及Z相桥臂3z而构成1个支线。
在U相桥臂3u中设有IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:绝缘栅型双极晶体管)31u，并与该IGBT31u并联地设有二极管32u。在IGBT31u中，集电极连接到正极线7a，发射极连接到电抗器2r的另一端及X相桥臂3x。在二极管32u中，阴极连接到正极线7a，阳极连接到电抗器2r的另一端及X相桥臂3x。
在V相桥臂3v中设有IGBT31v，并与该IGBT31v并联地设有二极管32v。在IGBT31v中，集电极连接到正极线7a，发射极连接到电抗器2s的另一端及Y相桥臂3y。在二极管32v中，阴极连接到正极线7a，阳极连接到电抗器2s的另一端及Y相桥臂3y。
在W相桥臂3w中设有IGBT31w，并与该IGBT31w并联地设有二极管32w。在IGBT31w中，集电极连接到正极线7a，发射极连接到电抗器2t的另一端及Z相桥臂3z。在二极管32w中，阴极连接到正极线7a，阳极连接到电抗器2t的另一端及Z相桥臂3z。
在X相桥臂3x中设有IGBT31x，并与该IGBT31x并联地设有二极管32x。在IGBT31x中，集电极连接到电抗器2r的另一端及U相桥臂3u，发射极连接到负极线7b。在二极管32x中，阴极连接到电抗器2r的另一端及U相桥臂3u，阳极连接到负极线7b。
在Y相桥臂3y中设有IGBT31y，并与该IGBT31y并联地设有二极管32y。在IGBT31y中，集电极连接到电抗器2s的另一端及V相桥臂3v，发射极连接到负极线7b。在二极管32y中，阴极连接到电抗器2s的另一端及V相桥臂3v，阳极连接到负极线7b。
在Z相桥臂3z中设有IGBT31z，并与该IGBT31z并联地设有二极管32z。在IGBT31z中，集电极连接到电抗器2t的另一端及W相桥臂3w，发射极连接到负极线7b。在二极管32z中，阴极连接到电抗器2t的另一端及W相桥臂3w，阳极连接到负极线7b。
另外，IGBT31u、31v、31w、31x、31y及31z为本发明的“开关元件”的一例。
缓冲电路4配置在桥接电路3与开关电路5之间。该缓冲电路4作用为吸收过渡性的高电压的保护电路。缓冲电路4包括在正极线7a与负极线7b之间串联连接的2个缓冲电容器41a及41b。在缓冲电容器41a及41b之间连接有中性点7c。
在缓冲电容器41a中并联连接有二极管42a。在该二极管42a中，阴极连接到正极线7a，阳极连接到中性点7c。另外，在缓冲电容器41b并联连接有二极管42b。在该二极管42b中，阴极连接到中性点7c，阳极连接到负极线7b。
开关电路5配置在缓冲电路4与平滑电路6之间。该开关电路5是为了形成后述的经由平滑电容器6a或6b的阻抗低的电流路径而设置的。另外，对此将在后面详述。
开关电路5包括设于正极线7a的IGBT51a和与IGBT51a并联地设置的二极管52a。在IGBT51a中，发射极连接到缓冲电路4，集电极连接到平滑电路6。在二极管52a中，阳极连接到缓冲电路4，阴极连接到平滑电路6。另外，IGBT51a是本发明的“第1开关”的一例。
另外，开关电路5包括设于负极线7b的IGBT51b和与IGBT51b并联地设置的二极管52b。在IGBT51b中，集电极连接到缓冲电路4，发射极连接到平滑电路6。在二极管52b中，阴极连接到缓冲电路4，阳极连接到平滑电路6。另外，IGBT51b为本发明的“第2开关”的一例。
平滑电路6配置在开关电路5与负载90之间，且配置在桥接电路3的直流侧。该平滑电路6是为了将桥接电路3的输出平滑化而设置的。平滑电路6包括在正极线7a与负极线7b之间串联连接的2个平滑电容器6a及6b。在平滑电容器6a及6b之间连接有中性点7c。平滑电容器6a及6b例如为电解电容器，电容比缓冲电容器41a及41b更大。
该PFC100通过后述的控制装置200而控制桥接电路3及开关电路5，从而进行动作。
-PFC的控制装置-
接着，参照图1～图3，对控制上述的PFC100的控制装置200的结构进行说明。
控制装置200构成为如下：生成PWM信号而驱动桥接电路3的IGBT31u、31v、31w、31x、31y及31z，并根据PWM信号而驱动开关电路5的IGBT51a及51b。
在此，图3表示桥接电路3的开关模式。如图3所示，从三相交流电源80输出正弦波的交流电压eac-R、eac-S及eac-T。并且，控制装置200构成为在各相的交流电压为正的情况下驱动对应的下桥臂的IGBT，而在各相的交流电压为负的情况下驱动对应的上桥臂的IGBT。即，与交流电压对应地选择各支线的上桥臂或下桥臂，并对该选择的3个IGBT进行脉冲驱动。
例如，在图3的期间T1中，R相的交流电压eac-R及T相的交流电压eac-T为正，S相的交流电压eac-S为负。此时，在与R相对应的支线中，作为上桥臂的U相桥臂3u的IGBT31u以截止状态被固定，作为下桥臂的X相桥臂3x的IGBT31x以开关频率(载波频率)被脉冲驱动。另外，在与S相对应的支线中，作为上桥臂的V相桥臂3v的IGBT31v以开关频率被脉冲驱动，作为下桥臂的Y相桥臂3y的IGBT31y以截止状态被固定。另外，在与T相对应的支线中，作为上桥臂的W相桥臂3w的IGBT31w以截止状态被固定，作为下桥臂的Z相桥臂3z的IGBT31z以开关频率被脉冲驱动。另外，关于被脉冲驱动的IGBT31x、31v及31z的占空比(相对开关频率的周期的导通期间)将在后面进行详细说明。
如图2所示，控制装置200具备：CPU201、ROM202、RAM203、输入接口204、输出接口205。
CPU201执行存储于ROM202的程序等。在ROM202中存储有程序、在执行该程序时所使用的设定值等。RAM203具备临时地存储传感器的检测结果等的功能。
在输入接口204连接有输入电压传感器211、输入电流传感器212及输出电压传感器213，在输出接口205连接有桥接电路3及开关电路5的各IGBT的栅极。在输入接口204输入各传感器的检测结果，从输出接口205输出驱动各IGBT的驱动信号。
输入电压传感器211是为了检测从三相交流电源80输出的各相的交流电压(输入电压)eac而设置的。具体地，输入电压传感器211分别检测R相的交流电压eac-R、S相的交流电压eac-S及T相的交流电压eac-T。
输入电流传感器212是为了检测输入到PFC100的高频滤波器1的各相的输入电流Iac,filt而设置的。具体地，输入电流传感器212分别检测R相的输入电流Iac,filt-R、S相的输入电流Iac，filt-S及T相的输入电流Iac,filt-T。
输出电压传感器213是为了检测从PFC100输出到负载90的输出电压Vdc而设置的。
并且，控制装置200根据输入电压传感器211的检测结果而选择驱动桥接电路3的IGBT，并根据输入电压传感器211、输入电流传感器212及输出电压传感器213的检测结果而生成驱动所选择的IGBT的PWM信号。
具体地，控制装置200在每个开关周期，根据交流电压eac-R而选择IGBT31u或31x，并以由以下的式(1)而计算的占空比来驱动该选择的IGBT31u或31x。
[数学式1]
另外，在式(1)中，Duty_Pux为所选择的IGBT31u或31x的占空比。Iac，filt-R[A]是从R相向高频滤波器1输入的输入电流，Lreso-R[H]是电抗器2r的电感。fsw[Hz]是开关频率，Vdc[V]是PFC100的输出电压。eac-R[V]是R相的交流电压，θR[rad]是R相的交流电压的相位。
另外，控制装置200在每个开关周期，根据交流电压eac-S而选择IGBT31v或31y，并以由以下的式(2)而计算的占空比来驱动该选择的IGBT31v或31y。
[数学式2]
另外，在式(2)中，Duty_Pvy为所选择的IGBT31v或31y的占空比。Iac，filt-S[A]是从S相向高频滤波器1输入的输入电流。Lreso-S[H]是电抗器2s的电感，具备与电抗器2r几乎相同的值。eac-S[V]是S相的交流电压，θS[rad]是S相的交流电压的相位。
另外，控制装置200在每个开关周期，根据交流电压eac-T而选择IGBT31w或31z，并以由以下的式(3)而计算的占空比来驱动该选择的IGBT31w或31z。
[数学式3]
另外，在式(3)中，Duty_Pwz为所选择的IGBT31w或31z的占空比。Iac，filt-T[A]是从T相向高频滤波器1输入的输入电流。Lreso-T[H]是电抗器2t的电感，具备与电抗器2r及2s几乎相同的值。eac-T[V]是T相的交流电压，θT[rad]是T相的交流电压的相位。
如上所述，在第1实施方式中，桥接电路3的被选择的IGBT以不同的占空比被驱动。
另外，控制装置200根据PWM信号而驱动开关电路5的IGBT51a及51b。具体地，控制装置200在每个开关周期，当上桥臂的IGBT31u、31v及31w的任意一个最初被接通时，使IGBT51a接通。另外，控制装置200在每个开关周期，当下桥臂的IGBT31x、31y及31z的任意一个最初被接通时，使IGBT51b接通。另外，所接通的IGBT51a及51b分别在经过规定的期间之后被关断。
-PFC的动作-
接着，参照图1～图13，对通过控制装置200而控制的PFC100的动作进行说明。
首先，作为PFC100的动作的整体的流程，从三相交流电源80向PFC100输出图3所示的正弦波的交流电压eac-R、eac-S及eac-T。此时，在每个开关周期，通过控制装置200而驱动PFC100的桥接电路3及开关电路5。并且，反复进行图3的期间T1～T6。另外，开关周期被预先设定，该开关周期是比期间T1等短的期间。
在此，通过控制装置200进行控制，以使PFC100以DCM(电流不连续模式)进行动作。如图4所示，DCM是发生流过电抗器2r、2s及2t的电流在每个开关周期变成零的期间的动作模式。另外，在图4中，为了便于观察，仅示出了PFC100的输入侧的1相。另外，在PFC100中，桥接电路3的被选择的IGBT以不同的占空比被驱动。
接着，对PFC100的动作进行详细说明。另外，下面，以图3的期间T1的初期的开关周期为一例进行说明。即，对R相的交流电压eac-R在零伏特附近时的动作进行说明。
首先，通过控制装置200，并根据输入电压传感器211的检测结果，选择各支线被驱动的IGBT。在期间T1中，R相的交流电压eac-R及T相的交流电压eac-T为正，S相的交流电压eac-S为负，由此选择IGBT31x、31v及31z。
并且，通过控制装置200，并根据输入电压传感器211、输入电流传感器212及输出电压传感器213的检测结果，由上述的式(1)而计算IGBT31x的占空比。另外，通过控制装置200，并根据输入电压传感器211、输入电流传感器212及输出电压传感器213的检测结果，由上述的式(2)而计算IGBT31v的占空比。另外，通过控制装置200，并根据输入电压传感器211、输入电流传感器212及输出电压传感器213的检测结果，由上述的式(3)而计算IGBT31z的占空比。
并且，如图5所示，在控制装置200中在开关频率下生成锯齿波，关断IGBT31x、31v及31z的时机与锯齿波的终端匹配。在此，由于IGBT31x、31v及31z的占空比不同，因此接通IGBT31x、31v及31z的时机变得不同。
另外，在图5的例子中，在上桥臂中仅接通IGBT31v，因此与接通该IGBT31v的时机匹配地接通IGBT51a。另外，在下桥臂中接通IGBT31x及31z，但由于IGBT31x最初被接通，因此与接通该IGBT31x的时机匹配地接通IGBT51b。
接着，按照图5的时序图，对开关周期中的动作进行说明。
首先，在时刻t1，接通IGBT31x及51b。由此，如图7所示，形成从电抗器2r经由IGBT31x、51b、平滑电容器6b及中性点7c而回流到S相的电流路径P1。之后，当接通IGBT31z时，来自电抗器2t的电流经由IGBT31z而在负极线7b被合流。
在此，在电流路径P1中配置有电容大且以Vdc/2被充电的平滑电容器6b。因此，能够降低电流路径P1的阻抗，因此即便R相的交流电压eac-R在零伏特附近，也容易使在电抗器2r流过的电流IL-R(参照图6)上升。即，通过将平滑电容器6b用作电源，从而能够促进电抗器2r的电流IL-R。
换言之，在以往的PFC中，在交流电压在零伏特附近时，由于电抗器的电流难以上升而在输入电流中发生失真，而在第1实施方式中，即便交流电压eac-R在零伏特附近，通过形成包括平滑电容器6b的阻抗低的电流路径P1，从而能够使电抗器2r的电流IL-R容易上升。即，即便交流电压eac-R在零伏特附近，通过适当控制电抗器2r的电流IL-R，从而能够对输入电流Iac，filt-R的波形进行整形。
另外，PFC100以DCM(电流不连续模式)进行动作，在接通IGBT31x及51b时，在电抗器2r不流过电流，因此变成ZCS(零电流开关)。另外，在接通IGBT31z时，在电抗器2t不流过电流，因此变成ZCS。
接着，在图5的时刻t2，IGBT51b被关断。由此，如图8所示，形成从电抗器2r经由IGBT31x、负极线7b、缓冲电容器41b及中性点7c而回流到S相的电流路径P2。另外，来自电抗器2t的电流经由IGBT31z而在负极线7b被合流。
由此，缓冲电容器41b被放电。在此，如图6所示，在时刻t2，成为电流流过的状态，因此与以开始流过的较少的电流放电的以往的情况相比，能够在短时间内完成放电。之后，如图9所示，当完成放电时，形成从电抗器2r经由IGBT31x、负极线7b、二极管42b及中性点7c而回流到S相的电流路径P3。另外，来自电抗器2t的电流经由IGBT31z而在负极线7b被合流。
接着，在时刻t3，IGBT31v及51a被接通。由此，如图10所示，在电流路径P3的基础上，还形成从中性点7c分支并经由平滑电容器6a、IGBT51a及IGBT31v而流过电抗器2s的电流路径P4。另外，当接通IGBT31v及51a时，在电抗器2s不流过电流，因此变成ZCS(零电流开关)。
之后，在图5的时刻t4，IGBT51a被关断。由此，如图11所示，在电流路径P3的基础上，形成从中性点7c分支并经由缓冲电容器41a、正极线7a、IGBT31v而流过电抗器2s的电流路径P5。
由此，缓冲电容器41a被放电。之后，如图12所示，当完成放电时，在电流路径P3的基础上，还形成从中性点7c分支并经由二极管42a、正极线7a、IGBT31v而流过电抗器2s的电流路径P6。另外，根据阻抗，也可以代替这些路径而使来自电抗器2r的电流经由二极管32u、正极线7a及IGBT31v而流入电抗器2s或经由IGBT31x、负极线7b及二极管32y而流入电抗器2s。另外，在来自电抗器2t的电流的情况下也相同。
接着，在图5的时刻t5，IGBT31x、31v及31z被关断。另外，当IGBT31x、31v及31z被关断时，缓冲电容器41a及41b被放电，各支线之间变成零伏特，因此成为ZVS(零电压开关)。
并且，如图13所示，当IGBT31x、31v及31z被关断时，电流从电抗器2r经由二极管32u及52a而流向负载90侧，并且电流从电抗器2t经由二极管32w及52a而流向负载90侧。另外，电流从负载90侧经由二极管52b及32y而流向电抗器2s。此时，缓冲电容器41a及41b被充电，过渡性的高电压被吸收。
之后，如图6所示，在电抗器2r、2s及2t不流过电流。并且，以开关频率反复进行这样的动作。
另外，在上述的例子中，下桥臂的IGBT31x比上桥臂的IGBT31v先被接通，因此通过IGBT51b的接通而促进电流IL-R，而在上桥臂的IGBT比下桥臂的IGBT先被接通的情况下，通过IGBT51a的接通而促进电流。即，根据从三相交流电源80供给的交流电压eac-R、eac-S及eac-T的状況，具有通过IGBT51b及平滑电容器6b而促进电流的情况和通过IGBT51a及平滑电容器6a而促进电流的情况。
-効果-
如上述，在第1实施方式中具备：在正极线7a与负极线7b之间串联连接的2个缓冲电容器41a及41b、在正极线7a与负极线7b之间串联连接的2个平滑电容器6a及6b、设于缓冲电容器41a与平滑电容器6a之间的正极线7a的IGBT51a、及设于缓冲电容器41b与平滑电容器6b之间的负极线7b的IGBT51b。并且，在缓冲电容器41a及41b之间连接有中性点7c，在平滑电容器6a及6b之间连接有中性点7c。
通过这样构成，即便交流电压eac-R(eac-S，eac-T)在零交叉附近，但通过IGBT51b(51a)而形成经由平滑电容器6b(6a)的阻抗低的电流路径P1，从而使在电抗器2r(2s，2t)流过的电流容易上升，因此如图14所示，能够对输入电流Iac，filt-R(Iac，filt-S，Iac，filt-T)的波形进行整形。即，能够降低THD。
另外，在第1实施方式中，在电流流过的状态下缓冲电容器41b(41a)被放电，从而与以开始流过的较少的电流放电的以往的情况相比，能够以短时间完成放电。由此，也能够使输入电流Iac，filt-R(Iac，filt-S，Iac，filt-T)的波形不容易失真。
另外，在第1实施方式中，使PFC100以DCM进行动作，由此能够使IGBT31x、31v及31z(31u，31y，31w)的接通变成ZCS，因此能够降低开关损耗。
另外，在第1实施方式中，在缓冲电容器41a及41b被放电的状态下关断IGBT31x、31v及31z(31u，31y，31w)，从而变成ZVS，因此能够降低开关损耗。
(第2实施方式)
下面，参照图15，对本发明的第2实施方式的逆变器300进行说明。另外，逆变器300是本发明的“电力变换装置”的一例。
在逆变器300中，在输入侧连接有直流电源301，在输出侧连接有三相交流电源(系统电源)80。即，在逆变器300中，输出及输入方向与第1实施方式的PFC100相反。另外，逆变器300的电路结构与PFC100相同。
在第2实施方式中，计算PWM信号的占空比的计算式与第1实施方式不同。
具体地，由以下的式(4)来计算用于驱动IGBT31u或31x的占空比。
[数学式4]
另外，在式(4)中，Duty_Iux为所选择的IGBT31u或31x的占空比。Iac，filt-R[A]是向R相输出的输出电流，Vdc[V]是直流电源301的电压。
另外，由以下的式(5)来计算用于驱动IGBT31v或31y的占空比。
[数学式5]
另外，在式(5)中，Duty_Ivy为所选择的IGBT31v或31y的占空比。Iac，filt-S[A]是向S相输出的输出电流，Vdc[V]是直流电源301的电压。
另外，由以下的式(6)来计算用于驱动IGBT31w或31z的占空比。
[数学式6]
另外，在式(6)中，Duty_Iwz为所选择的IGBT31w或31z的占空比。Iac，filt-T[A]是向T相输出的输出电流，Vdc[V]是直流电源301的电压。
在第2实施方式中能够获得可实现软开关的逆变器300。
(其他实施方式)
另外，本次公开的实施方式在所有的方面均为例示，不应以此进行限定性的解释。因此，本发明的技术范围应根据权利要求书的记载而进行划定，不应仅根据上述的实施方式而进行解释。另外，本发明的技术范围包括与权利要求书均等的意思及范围内的所有的变更。
例如，在第1实施方式中示出了PFC100为三相用的例子，但本发明不限于此，PFC可以是单向用。另外，在第2实施方式的逆变器300的情况下也相同。
另外，在第1及第2实施方式中示出了在U相桥臂3u设有IGBT31u及二极管32u的例子，但本发明不限于此，也可以在U相桥臂设置反向导通型半导体开关。另外，在V相桥臂、W相桥臂、X相桥臂、Y相桥臂、Z相桥臂的情况下也相同。同样，可以代替IGBT51a及二极管52a而设置反向导通型半导体开关，也可以代替IGBT51b及二极管52b而设置反向导通型半导体开关。
另外，在第1实施方式中示出了在每个开关周期始终驱动开关电路5的例子，但本发明不限于此，也可以在交流电压eac-R、eac-S或eac-T在零交叉附近时驱动开关电路5，而在其他情况下(在交流电压eac-R、eac-S及eac-T不在零交叉附近时)不驱动开关电路5。
另外，在第1实施方式中示出了在开关周期中将IGBT51a及51b这两者在不同的时机接通的例子，但本发明不限于此，在开关周期内IGBT51a及51b的一方先被接通的情况下，也可以不驱动另一方。
另外，在第1实施方式中作为促进电流的电源使用了平滑电容器6a及6b，但本发明不限于此，也可以另设促进电流的电源。
产业上的利用可能性
本发明可利用于电力变换装置及控制该电力变换装置的控制装置。
(符号的说明)
1 高频滤波器(滤波器)
2r，2s，2t 电抗器
3 桥接电路
3u U相桥臂(桥臂)
3v V相桥臂(桥臂)
3w W相桥臂(桥臂)
3x X相桥臂(桥臂)
3y Y相桥臂(桥臂)
3z Z相桥臂(桥臂)
31u，31v，31w，31x，31y，31z IGBT(开关元件)
4 缓冲电路
41a，41b 缓冲电容器
5 开关电路
51a IGBT(第1开关)
51b IGBT(第2开关)
6 平滑电路
6a，6b 平滑电容器
7a 正极线
7b 负极线
7c 中性点
100 PFC(电力变换装置)
200 控制装置
300 逆变器(电力变换装置)

Claims (5)

1.一种电力变换装置，其特征在于，其包括：
桥接电路，其在多个桥臂分别设有开关元件；
滤波器，其设于上述桥接电路的交流侧，连接到中性点；
电抗器，其设于上述桥接电路与上述滤波器之间；
平滑电路，其设于上述桥接电路的直流侧；
缓冲电路，其设于上述桥接电路与上述平滑电路之间；及
开关电路，其设于上述平滑电路与上述缓冲电路之间，
上述平滑电路包括2个平滑电容器，上述2个平滑电容器之间被连接到上述中性点，该2个平滑电容器串联连接在正极线与负极线之间，
上述缓冲电路包括2个缓冲电容器，上述2个缓冲电容器之间被连接到上述中性点，该2个缓冲电容器串联连接在上述正极线与上述负极线之间，上述2个缓冲电容器分别与1个二极管并联，2个二极管之间被连接到上述中性点，
上述开关电路包括设于上述正极线的第1开关和设于上述负极线的第2开关。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
该电力变换装置构成为，在上述电抗器中电流不连续地流过。
3.根据权利要求1或2所述的电力变换装置，其特征在于，
上述桥接电路的开关元件以不同的占空比被驱动，
在每个开关周期内，在上述桥接电路的上桥臂的开关元件中的任意开关元件最初被接通时，上述第1开关被接通，
在每个开关周期内，在上述桥接电路的下桥臂的开关元件中的任意开关元件最初被接通时，上述第2开关被接通。
4.根据权利要求1或2所述的电力变换装置，其特征在于，
该电力变换装置构成为，在上述2个缓冲电容器被放电的状态下关断上述桥接电路的开关元件。
5.一种控制电力变换装置的控制装置，其特征在于，
上述电力变换装置包括：
桥接电路，其在多个桥臂分别设有开关元件；
滤波器，其设于上述桥接电路的交流侧，连接到中性点；
电抗器，其设于上述桥接电路与上述滤波器之间；
平滑电路，其设于上述桥接电路的直流侧；
缓冲电路，其设于上述桥接电路与上述平滑电路之间；及
开关电路，其设于上述平滑电路与上述缓冲电路之间，
上述平滑电路包括2个平滑电容器，上述2个平滑电容器之间被连接到上述中性点，该2个平滑电容器串联连接在正极线与负极线之间，
上述缓冲电路包括2个缓冲电容器，上述2个缓冲电容器之间被连接到上述中性点，该2个缓冲电容器串联连接在上述正极线与上述负极线之间，上述2个缓冲电容器分别与1个二极管并联，2个二极管之间被连接到上述中性点，
上述开关电路包括设于上述正极线的第1开关和设于上述负极线的第2开关，
根据上述电力变换装置的输入电压、输入电流及输出电压而控制上述桥接电路和上述开关电路。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106416040B (zh) * 2014-06-05 2019-06-25 三菱电机株式会社 直流电源装置和具备该直流电源的制冷循环应用设备
CN109923779B (zh) * 2016-10-19 2021-07-27 伊玛罗格股份有限公司 混合整流器
JP2018153001A (ja) * 2017-03-13 2018-09-27 株式会社東芝 電力変換装置
RU175607U1 (ru) * 2017-03-17 2017-12-12 Общество с ограниченной ответственностью "Системы Постоянного Тока" Трехфазный активный силовой фильтр
KR102185938B1 (ko) * 2018-12-27 2020-12-03 주식회사 한성시스코 자주식 스마트 에너지저장시스템이 포함된 그리드 참여형 전기자동차 충전시스템
DE102019131410A1 (de) * 2019-11-21 2021-05-27 Ebm-Papst Mulfingen Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur effizienten netzartunabhängigen Zwischenkreisaufbereitung
EP3826166A1 (en) * 2019-11-25 2021-05-26 Carrier Corporation Power module and converter with asymmetrical semiconductor rating arrangement
CN111146851A (zh) * 2020-03-12 2020-05-12 深圳威迈斯新能源股份有限公司 一种单三相兼容的转换电路及车载充电机

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5574635A (en) * 1993-11-24 1996-11-12 Schneider Electric Sa AC-DC converter comprising a filtering device
CN1276927A (zh) * 1997-10-28 2000-12-13 株式会社安川电机 三电平中性点箝位式反相电路

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5414613A (en) * 1993-08-20 1995-05-09 Rem Technologies, Incorporated Soft switching active snubber for semiconductor circuit operated in discontinuous conduction mode
US5561595A (en) * 1995-03-24 1996-10-01 Magl Power Inc. Power inverter with input line conditioning
JPH09294381A (ja) * 1996-04-25 1997-11-11 Hitachi Ltd 入出力非絶縁型電力変換装置
JP3680538B2 (ja) * 1998-02-09 2005-08-10 富士電機システムズ株式会社 電力変換回路の制御方法
JP2000175462A (ja) * 1998-12-03 2000-06-23 Mitsubishi Electric Corp ３相インバータ装置
JP3646044B2 (ja) 2000-04-03 2005-05-11 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
US6765774B2 (en) * 2001-12-28 2004-07-20 Iwatt, Inc. High impedance insertion system for blocking EMI
CA2488763A1 (en) * 2003-12-03 2005-06-03 Universal Lighting Technologies, Inc. Electronic ballast with open circuit voltage control and cable compensation
US7352083B2 (en) * 2005-09-16 2008-04-01 American Power Conversion Corporation Apparatus for and method of UPS operation
JP2010110179A (ja) * 2008-10-31 2010-05-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 整流回路
JP5493902B2 (ja) * 2009-10-28 2014-05-14 富士電機株式会社 電力変換装置
JP2011160656A (ja) * 2011-05-24 2011-08-18 Mitsubishi Electric Corp 直流電源装置
EP2530043A1 (de) * 2011-05-30 2012-12-05 Inventio AG Aufzugschachtabschluss mit einer Aufzugkontrollanordnung
CN102882386B (zh) * 2011-07-12 2015-09-30 南京博兰得电子科技有限公司 一种ac/dc变换装置及其控制方法
JP5814759B2 (ja) * 2011-12-05 2015-11-17 株式会社東芝 電力変換装置
GB2499452A (en) * 2012-02-17 2013-08-21 Bombardier Transp Gmbh Receiving device for an inductively charged electric vehicle
JP5429316B2 (ja) 2012-03-02 2014-02-26 ダイキン工業株式会社 インダイレクトマトリックスコンバータ
US9041288B2 (en) * 2012-10-09 2015-05-26 Ampegon Ag Stabilized high-voltage power supply
CN203151368U (zh) 2012-12-03 2013-08-21 江苏嘉钰新能源技术有限公司 一种功率因数校正电路的采样地电路

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5574635A (en) * 1993-11-24 1996-11-12 Schneider Electric Sa AC-DC converter comprising a filtering device
CN1276927A (zh) * 1997-10-28 2000-12-13 株式会社安川电机 三电平中性点箝位式反相电路

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