CN107437890A - 电力变换电路及电力传输系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种低成本且小型的电力变换电路。电力变换电路具备：第1至第4端口端子；第1二极管，阳极连接到第1端口端子；第2二极管，阴极连接到第2端口端子；第3二极管，阴极连接到第1端口端子；第4二极管，阳极连接到第2端口端子；第1至第4开关，在第1二极管的阴极与第2二极管的阳极之间电桥连接；第5至第8开关，在第3二极管的阳极与第4二极管的阴极之间电桥连接；第1自举电路，连接到第1至第4开关的控制端子；第2自举电路，连接到第5至第8开关的控制端子。

Description

电力变换电路及电力传输系统
技术领域
本发明涉及电力变换电路、和使用上述电力变换电路作为电力发送装置或电力接收装置而经由电力线从电源向负载传输电力的电力传输系统。
背景技术
近年来，除了电力公司提供的火力发电、水力发电、或核能发电等的以往的电力供给以外，以太阳光发电、风力发电、生物燃料发电等为代表的可再生能源电源的导入正在加速。此外，在当前铺设的大规模的商用电力网之外，以减轻由远距离送电带来的损失为目的，实现电力的地产地消(当地生产，当地消费)的局部性的小规模电力网的导入正在世界范围内扩展。
连接到这样的局部性的小规模电力网上的可再生能源电源与以往的大规模的商用电力网的主干电源相比，发电能力贫乏的情况较多，此外其发电能力的变动较大。因此，为了使小规模电力网稳定且有效率地运行，需要能够选择能以较高的利用效率送受电的传输路径进行电力融通的技术。
作为用来经由电力线从电源向负载传输电力的电力变换电路，例如有专利文献1及2的发明。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010－035387号公报
专利文献2：日本特开2005－210894号公报
发明内容
在具备电力发送装置和电力接收装置的电力传输系统中，已知有通过将电力代码调制来选择任意的传输路径进行电力融通的技术。但是，在电力发送装置和电力接收装置中使用较多的开关(半导体开关)，存在为了驱动开关所需要的绝缘电源的个数较多的问题。
例如专利文献1公开了一种使用自举(bootstrap)电路将高侧及低侧的开关用1个绝缘电源驱动的电路。在向专利文献1的电路输入交流电压的情况下，如果为了驱动逆极性的开关而使用相同的自举电路，则有对驱动电路施加过电压而被破坏的问题。
此外，例如专利文献2公开了一种使用变压器将高侧及低侧的开关用1个绝缘电源驱动的电路。在专利文献2的电路中，由于使用作为磁性零件的变压器，所以有驱动电路大型化的问题。
本发明的目的是提供一种与以往技术的电路相比为低成本且小型的电力变换电路，此外提供一种具备这样的电力变换电路的电力传输系统。
有关本发明的一技术方案的电力变换电路具备：第1端口端子；第2端口端子；第3端口端子；第4端口端子；第1二极管，包括第1阳极及第1阴极，上述第1阳极被连接到上述第1端口端子；第2二极管，包括第2阳极及第2阴极，上述第2阴极被连接到上述第2端口端子；第3二极管，包括第3阳极及第3阴极，上述第3阴极被连接到上述第1端口端子；第4二极管，包括第4阳极及第4阴极，上述第4阳极被连接到上述第2端口端子；第1开关，包括第1控制端子，并且连接到上述第1阴极及上述第3端口端子之间；第2开关，包括第2控制端子，并且连接到上述第3端口端子及上述第2阳极之间；第3开关，包括第3控制端子，并且连接到上述第1阴极及上述第4端口端子之间；第4开关，包括第4控制端子，并且连接到上述第4端口端子及上述第2阳极之间；第5开关，包括第5控制端子，并且连接到上述第3阳极及上述第3端口端子之间；第6开关，包括第6控制端子，并且连接到上述第3端口端子及上述第4阴极之间；第7开关，包括第7控制端子，并且连接到上述第3阳极及上述第4端口端子之间；第8开关，包括第8控制端子，并且连接到上述第4端口端子及上述第4阴极之间；第1自举电路，包括第1电压源，并且连接到上述第1至第4控制端子；以及第2自举电路，包括第2电压源，并且连接到上述第5至第8控制端子。
根据有关本发明的电力变换电路，能够用与以往技术相比为低成本且小型的电力变换电路进行直流电力或交流电力的单向或双向的电力变换。
附图说明
图1是表示有关实施方式1的电力变换电路的结构例的电路图。
图2A是表示有关实施方式1的第1自举电路的结构例的电路图。
图2B是表示有关实施方式1的第2自举电路的结构例的电路图。
图3是表示有关实施方式1的电力变换电路的第1动作模式的电流路径的图。
图4是表示有关实施方式1的电力变换电路的第2动作模式的电流路径的图。
图5是表示有关实施方式1的电力变换电路的第3动作模式的电流路径的图。
图6是表示有关实施方式1的电力变换电路的第4动作模式的电流路径的图。
图7是表示有关实施方式1的电力变换电路的第5动作模式的电流路径的图。
图8是表示有关实施方式1的电力变换电路的第6动作模式的电流路径的图。
图9是表示有关实施方式1的电力变换电路的第7动作模式的电流路径的图。
图10是表示有关实施方式1的电力变换电路的第8动作模式的电流路径的图。
图11是表示有关实施方式1的电流变换电路的第5动作模式的另一电流路径的图。
图12是表示有关实施方式1的电流变换电路的第6动作模式的另一电流路径的图。
图13是表示有关实施方式1的电流变换电路的第7动作模式的另一电流路径的图。
图14是表示有关实施方式1的电流变换电路的第8动作模式的另一电流路径的图。
图15是表示有关实施方式1的电力变换电路与电力负载的连接例的图。
图16是表示有关实施方式2的电力传输系统的概略结构的框图。
图17是表示有关第1比较例的逆变器电路的结构的电路图。
图18是表示有关第1比较例的自举电路的结构的电路图。
图19是表示有关第2比较例的逆变器电路的结构的电路图。
图20是表示有关第2比较例的逆变器电路的理想的动作的图。
图21是表示有关第2比较例的逆变器电路的实际的动作的图。
图22是表示有关第3比较例的逆变器电路的结构的电路图。
具体实施方式
<获得本发明的过程>
首先，说明本发明者获得本发明的过程。
图17是表示有关第1比较例的将从端口端子N1、N2输入的直流电力变换为交流电力而从端口端子N3、N4输出的逆变器电路的结构的电路图。图17的逆变器电路具备4个二极管D1～D4、4个开关S1～S4和2个自举电路B11、B12。开关S1～S4是N沟道MOSFET。4个开关S1～S4通过自举电路B11、B12驱动。
图18是表示图17的自举电路B11、B12的结构的电路图。自举电路B11具备电容器C21、C22、二极管D21和开关sw21～sw24。自举电路B12具备电容器C22、C24、二极管D22和开关sw25～sw28。在自举电路B11、B12的一方中设有绝缘电源Z1，绝缘电源Z1的电压被向电容器C21～C24施加。端子a21及a22、端子a23及a24、端子a25及a26、端子a27及a28分别构成自举电路B11、B12的4组输出端子。端子a21被连接到开关S1的栅极上，端子a22被连接到开关S1的源极上。当开关sw21被开启时，电容器C21的电压被向开关S1的栅极施加。当开关sw22被开启时，开关S1的栅极被重置。自举电路B11、B12的其他部分也同样被连接到开关S2～S4，电容器C22～C24的电压被向开关S2～S4的栅极施加。
图17的逆变器电路将4个开关S1～S4用1个绝缘电源Z1驱动。因此，通过具有2组输出端子的第1自举电路B11将第1开关S1和第2开关S2驱动。此外，通过具有2组输出端子的第2自举电路B12，将第3开关S3和第4开关S4驱动。
图19是有关第2比较例的在端口端子N1、N2与端口端子N3、N4之间双向地变换直流电力或交流电力而传输的逆变器电路的结构的电路图。图19的逆变器电路具备8个二极管D1～D8、8个开关S1～S8和4个自举电路B11～B14。开关S1～S8是N沟道MOSFET。8个开关S1～S8通过自举电路B11～B14驱动。开关S1、S5及二极管D1、D5被连接，以在端口端子N1、N3之间双向地传输电力。开关S2、S6及二极管D2、D6被连接，以在端口端子N2、N3之间双向地传输电力。开关S3、S7及二极管D3、D7被连接，以在端口端子N1、N4之间双向地传输电力。开关S4、S8及二极管D4、D8被连接，以在端口端子N2、N4之间双向地传输电力。由此，图19的逆变器电路双向地变换电力而传输。
图19的自举电路B11、B12与图17的自举电路B11、B12同样地构成。图19的自举电路B13、B14与图17的自举电路B11、B12同样地构成，代替绝缘电源Z1而具备绝缘电源Z2。
图19的逆变器电路将8个开关S1～S8用2个绝缘电源Z1、Z2驱动。因此，通过具有2组输出端子的第1自举电路B11，将第1开关S1和第2开关S2驱动。此外，通过具有2组输出端子的第2自举电路B12，将第3开关S3和第4开关S4驱动。此外，通过具有2组输出端子的第3自举电路B13，将第5开关S5和第6开关S6驱动。此外，通过具有2组输出端子的第4自举电路B14，将第7开关S7和第8开关S8驱动。
图20是表示图19的逆变器电路的理想的动作的图。图21是表示图19的逆变器电路的实际的动作的图。考虑从图19的逆变器电路的端口端子N1、N2输入交流电力、以端口端子N2的电位为基准在端口端子N1上施加了正电压的情况。当第1开关S1和第4开关S4被开启时，作为本来的意图，想要使电流向由图20的箭头表示的路径流动。但是，在图21中用箭头表示的路径中也流过电流，向自举电路B14的高侧的电容器施加输入电压。于是，由于在自举电路B14内使用的开关的耐压通常较低，所以发生故障。
图22是表示有关第3比较例的在端口端子N1、N2与端口端子N3、N4之间双向地变换直流电力或交流电力并传输的逆变器电路的结构的电路图。图22的逆变器电路为了避免图21的问题而具备6个绝缘电源Z1～Z6。如果如图22所示那样使用6个绝缘电源Z1～Z6，则能够如本来的意图那样驱动8个开关S1～S8。但是，由于绝缘电源的个数较多，所以电力变换电路大型化，成本也增大。
因而，要求与比较例的电路相比更低成本且小型的电力变换电路。
本发明的发明者基于以上的着眼点，创作出本发明的电路结构。
以下，参照附图对有关本发明的实施方式进行说明。另外，在以下的各实施方式中，对于同样的构成要素赋予相同的标号。
在本发明中，“第1”“第2”等的序数不是用来记述时间或空间上的顺序，而是为了区别类似的构成要素而使用。这些序数能够适当交换。
<实施方式1>
图1是表示有关实施方式的电力变换电路的结构的电路图。图1的电力变换电路具备端口端子N1～N4、二极管D1～D4、开关S1～S8、自举电路B1～B4和控制电路10。
端口端子N1～N4分别是本发明中的“第1至第4端口端子”的一例。二极管D1～D4分别是本发明中的“第1至第4二极管”的一例。开关S1～S8分别是本发明中的“第1至第8开关”的一例。由自举电路B1、B2构成的电路是本发明中的“第1自举电路”的一例。由自举电路B3、B4构成的电路是本发明中的“第2自举电路”的一例。
图1的电力变换电路在端口端子N1、N2与端口端子N3、N4之间双方向地将直流电力或交流电力变换而传输。端口端子N1、N2构成将电力输入输出的第1端口P1，端口端子N3、N4构成将电力输入输出的第2端口P2。
开关S1～S8是N沟道MOSFET。开关S1～S8分别具有漏极(第1端子)、源极(第2端子)及栅极(控制端子)。
二极管D1的阳极被连接到端口端子N1上，二极管D1的阴极经由开关S1被连接到端口端子N3上，并且，二极管D1的阴极经由开关S3被连接到端口端子N4上。二极管D1的阴极被连接到开关S1的漏极及开关S3的漏极上，开关S1的源极被连接到端口端子N3上，开关S3的源极被连接到端口端子N4上。
二极管D2的阴极被连接到端口端子N2上，二极管D2的阳极经由开关S2被连接到端口端子N3上，并且，二极管D2的阳极经由开关S4被连接到端口端子N4上。二极管D2的阳极被连接到开关S2的源极及开关S4的源极上，开关S2的漏极被连接到端口端子N3上，开关S4的漏极被连接到端口端子N4上。
二极管D3的阴极被连接到端口端子N1上，二极管D3的阳极经由开关S5被连接到端口端子N3上，并且，二极管D3的阳极经由开关S7被连接到端口端子N4上。二极管D3的阳极被连接到开关S5的源极及开关S7的源极上，开关S5的漏极被连接到端口端子N3上，开关S7的漏极被连接到端口端子N4上。
二极管D4的阳极被连接到端口端子N2上，二极管D4的阴极经由开关S6被连接到端口端子N3上，并且，二极管D4的阴极经由开关S8被连接到端口端子N4上。二极管D4的阴极被连接到开关S6的漏极及开关S8的漏极上，开关S6的源极被连接到端口端子N3上，开关S8的源极被连接到端口端子N4上。
开关S1～S8分别被连接成，在开启时使电流从该开关的漏极向源极流动。
控制电路10生成用来将开关S1～S8分别开启或关闭的控制信号，向自举电路B1、B2发送。
自举电路B1～B4分别具有2组输出端子。自举电路B1、B2具备共用的绝缘电源Z1。自举电路B1按照控制信号，以开关S1、S2的源极的电位为基准向对应开关的栅极分别施加规定电压。自举电路B2按照控制信号，以开关S3、S4的源极的电位为基准向对应开关的栅极分别施加规定电压。自举电路B3、B4具备共用的绝缘电源Z2。自举电路B3按照控制信号，以开关S7、S8的源极的电位为基准向对应开关的栅极分别施加规定电压。自举电路B4按照控制信号，以开关S5、S6的源极的电位为基准向对应开关的栅极分别施加规定电压。绝缘电源Z1、Z2分别与绝缘电源Z1、Z2自身的电力源电绝缘。
图2A是表示图1的自举电路B1、B2的结构的电路图。自举电路B1、B2具备绝缘电源Z1、电容器C1～C4、开关sw1～sw8和二极管D5、D6。
绝缘电源Z1是本发明中的“第1电压源”的一例。电容器C2、C4分别是本发明中的“第1及第2电容器”的一例。二极管D5、D6分别是本发明中的“第5及第6二极管”的一例。
开关sw1～sw8按照来自控制电路10的控制信号分别开启或关闭。绝缘电源Z1的负极被连接到电容器C1、C3的一端，此外被连接到开关S2、S4的源极上。在电容器C1、C3上原样施加绝缘电源Z1的电压，在电容器C2、C4上经由二极管D5、D6分别施加绝缘电源Z1的电压。自举电路B1、B2按照控制信号，将绝缘电源Z1或电容器C1～C4的电压以开关S1～S4的源极的电位为基准向对应开关的栅极分别施加。
端子a1及a2、端子a3及a4、端子a5及a6、端子a7及a8分别构成自举电路B1、B2的4组输出端子。
端子a1被连接到开关S2的栅极上，端子a2被连接到开关S2的源极上。当开关sw1被开启时，电容器C1的电压被向开关S2的栅极施加。当开关sw2被开启时，开关S2的栅极被重置。
端子a3被连接到开关S1的栅极上，端子a4被连接到开关S1的源极上。当开关sw3被开启时，电容器C2的电压被向开关S1的栅极施加。当开关sw4被开启时，开关S1的栅极被重置。
端子a5被连接到开关S4的栅极，端子a6被连接到开关S4的源极上。当开关sw5被开启时，电容器C3的电压被向开关S4的栅极施加。当开关sw6被开启时，开关S4的栅极被重置。
端子a7被连接到开关S3的栅极，端子a8被连接到开关S3的源极上。当开关sw7被开启时，电容器C4的电压被向开关S3的栅极施加。当开关sw8被开启时，开关S3的栅极被重置。
图2B是表示图1的自举电路B3、B4的结构的电路图。自举电路B3、B4具备绝缘电源Z2、电容器C5～C8、开关sw9～sw16和二极管D7、D8。
绝缘电源Z2是本发明中的“第2电压源”的一例。电容器C6、C8分别是本发明中的“第3及第4电容器”的一例。二极管D7、D8分别是本发明中的“第7及第8二极管”的一例。
开关sw9～sw16按照来自控制电路10的控制信号分别开启或关闭。绝缘电源Z2的负极被连接到电容器C5、C7的一端，此外被连接到开关S5、S7的源极上。在电容器C5、C7上被原样施加绝缘电源Z2的电压，在电容器C6、C8上，经由二极管D7、D8分别被施加绝缘电源Z2的电压。自举电路B3、B4按照控制信号，将绝缘电源Z2或电容器C5～C8的电压以开关S5～S8的源极的电位为基准向对应开关的栅极分别施加。
端子a9及a10、端子a11及a12、端子a13及a14、端子a15及a16分别构成自举电路B3、B4的4组输出端子。
端子a9被连接到开关S7的栅极上，端子a10被连接到开关S7的源极上。当开关sw9被开启时，电容器C5的电压被向开关S7的栅极施加。当开关sw10被开启时，开关S7的栅极被重置。
端子a11被连接到开关S8的栅极上，端子a12被连接到开关S8的源极上。当开关sw11被开启时，电容器C6的电压被向开关S8的栅极施加。当开关sw12被开启时，开关S8的栅极被重置。
端子a13被连接到开关S5的栅极上，端子a14被连接到开关S5的源极上。当开关sw13被开启时，电容器C7的电压被向开关S5的栅极施加。当开关sw14被开启时，开关S5的栅极被重置。
端子a15被连接到开关S6的栅极上，端子a16被连接到开关S6的源极上。当开关sw15被开启时，电容器C8的电压被向开关S6的栅极施加。当开关sw16被开启时，开关S6的栅极被重置。
自举电路B1、B2即使将电容器C1、C3省略，也能够与具备电容器C1、C3的情况同样地动作。自举电路B3、B4即使将电容器C5、C7省略，也能够与具备电容器C5、C7的情况同样地动作。
开关S1～S8也可以是代替N沟道MOSFET的IGBT等双极晶体管。在此情况下，在本说明书的说明中叙述为开关的“漏极”或“第1端子”的部位成为“集电极”，叙述为开关的“源极”或“第2端子”的部位成为“发射极”。
接着，参照图3～图6，对从端口P1向图1的电力变换电路输入电力时的动作进行说明。
图3是表示从端口P1向图1的电力变换电路输入电力时的第1动作模式的图。图4是表示从端口P1向图1的电力变换电路输入电力时的第2动作模式的图。图5是表示从端口P1向图1的电力变换电路输入电力时的第3动作模式的图。图6是表示从端口P1向图1的电力变换电路输入电力时的第4动作模式的图。
控制信号是规定的代码序列。电力变换电路将从端口端子N1、N2输入的电力按照代码序列进行代码调制或代码解调，从端口端子N3、N4将代码调制或代码解调后的电力输出。
在图3所示的第1动作模式中，第1开关S1和第4开关S4被开启。在图4所示的第2动作模式中，第2开关S2和第3开关S3被开启。在图5所示的第3动作模式中，第5开关S5和第8开关S8被开启。在图6所示的第4动作模式中，第6开关S6和第7开关S7被开启。当从端口端子N1输入正的电流时，反复进行第1动作模式和第2动作模式，当从端口端子N1输入负的电流时，反复进行第3动作模式和第4动作模式。由此，图1的电力变换电路从端口端子N3、N4输出代码调制或代码解调后的电力。
接着，参照图7～图10，对从端口P2向图1的电力变换电路输入电力时的动作进行说明。
图1的电力变换电路不仅将从第1端口P1输入的电力变换而从第2端口输出，相反也可以将从第2端口P2输入的电力变换而从第1端口P1输出。但是，为了实现该方向的动作，作为开关S1～S8，需要使用例如逆阻(reverse block)型的IGBT等、逆向阻止性的设备。以下，说明从第2端口P2输入了电力的情况下的动作。
图7是表示从端口P2向图1的电力变换电路输入电力时的第5动作模式的图。图8是表示从端口P2向图1的电力变换电路输入电力时的第6动作模式的图。图9是表示从端口P2向图1的电力变换电路输入电力时的第7动作模式的图。图10是表示从端口P2向图1的电力变换电路输入电力时的第8动作模式的图。
控制信号是规定的代码序列。电力变换电路将从端口端子N3、N4输入的代码调制或代码解调后的电力按照代码序列解调，并从端口端子N1、N2输出代码调制或代码解调后的电力。
在图7所示的第5动作模式中，第5开关S5和第8开关S8被开启。在图8所示的第6动作模式中，第6开关S6和第7开关S7被开启。在图9所示的第7动作模式中，第2开关S2和第3开关S3被开启。在图10所示的第8动作模式中，第1开关S1和第4开关S4被开启。当从端口端子N1输出正的电流时，反复进行第5动作模式和第6动作模式，当从端口端子N1输出负的电流时，反复进行第7动作模式和第8动作模式。由此，图1的电力变换电路从端口端子N1、N2输出代码调制或代码解调后的电力。
开关S6、S7也可以是IGBT。由此，能够阻止电流流到图11所示的电流路径中。开关S5、S8也可以是IGBT。由此，能够阻止电流流到图12所示的电流路径中。开关S1、S4也可以是IGBT。由此，能够阻止电流流到图13所示的电流路径中。开关S2、S3也可以是IGBT。由此，能够阻止电流流到图14所示的电流路径中。
为了通过自举电路B1、B2驱动多个开关S1～S4，直接连接在绝缘电源Z1的负极上的开关的源极和其以外的开关的源极需要是等电位的动作模式。此外，为了通过自举电路B3、B4驱动多个开关S5～S8，直接连接在绝缘电源Z2的负极上的开关的源极和其以外的开关的源极需要是等电位的动作模式。
在图1及2A的例子中，如果开关S2成为开启，则开关S2的源极和开关S1的源极成为等电位。此时，电容器C2的一方的端子经由端子a4、开关S1的源极节点、开关S2、开关S2的源极节点及端子a2成为与绝缘电源Z1的负极等电位。此外，电容器C2的另一方的端子经由二极管D5成为与绝缘电源Z1的正极为等电位。由此，绝缘电源Z1的电压被施加在电容器C2的两端子间，从绝缘电源Z1向电容器C2储存电荷。
开关sw3和开关sw4被互补地开启关闭。在开关sw3开启时，电容器C2的电压被施加在端子a3、a4之间，由此，开关S1被开启。在开关sw4为开启时，端子a3、a4之间被短路，由此，开关S1为关闭。
在图1及图2A的例子中，如果开关S4成为开启，则开关S2、S4的源极和开关S3的源极成为等电位。此时，电容器C4的一方的端子经由端子a8、开关S3的源极节点、开关S4、开关S2的源极节点及端子a2成为与绝缘电源Z1的负极等电位。此外，电容器C2的另一方的端子经由二极管D6成为与绝缘电源Z1的正极等电位。由此，绝缘电源Z1的电压被施加在电容器C4的两端子间，从绝缘电源Z1向电容器C4储存电荷。
开关sw7和开关sw8被互补地开启关闭。当开关sw7为开启时，电容器C4的电压被施加在端子a7、a8之间，由此，开关S3成为开启。当开关sw8为开启时，端子a7、a8之间被短路，由此，开关S3成为关闭。
在图1及图2B的例子中，如果开关S7成为开启，则开关S7的源极和开关S8的源极成为等电位。此时，电容器C6的一方的端子经由端子a12、开关S8的源极节点、开关S7、开关S7的源极节点及端子a10成为与绝缘电源Z2的负极等电位。此外，电容器C6的另一方的端子经由二极管D7成为与绝缘电源Z2的正极等电位。由此，绝缘电源Z2的电压被施加在电容器C6的两端子间，从绝缘电源Z2向电容器C6储存电荷。
开关sw11和开关sw12被互补地开启关闭。当开关sw11为开启时，电容器C6的电压被施加在端子a11、a12之间，由此，开关S8成为开启。当开关sw12为开启时，端子a11、a12之间被短路，由此，开关S8成为关闭。
在图1及图2B的例子中，如果开关S5成为开启，则开关S5、S7的源极和开关S6的源极成为等电位。此时，电容器C8的一方的端子经由端子a16、开关S6的源极节点、开关S5、开关S7的源极节点及端子a10成为与绝缘电源Z2的负极等电位。此外，电容器C8的另一方的端子经由二极管D8成为与绝缘电源Z2的正极等电位。由此，绝缘电源Z2的电压被施加在电容器C8的两端子间，从绝缘电源Z2向电容器C8储存电荷。
开关sw15和开关sw16被互补地开启关闭。当开关sw15为开启时，电容器C8的电压被施加在端子a15、a16之间，由此，开关S6成为开启。当开关sw16为开启时，端子a15、a16之间被短路，由此，开关S6成为关闭。
开关S2、S4的源极的电位相互相等。当开关S2是开启时，开关S1的源极成为与开关S2的源极等电位。当开关S4是开启时，开关S3的源极成为与开关S4的源极等电位。因而，开关S1～S4能够由具有共用的绝缘电源Z1的自举电路B1、B2驱动。
开关S5、S7的源极的电位相互相等。当开关S7是开启时，开关S8的源极成为与开关S7的源极等电位。当开关S5是开启时，开关S6的源极成为与开关S5的源极等电位。因而，开关S5～S8能够由具有共用的绝缘电源Z2的自举电路B3、B4驱动。
根据上述，能够将8个开关S1～S8用2个绝缘电源Z1、Z2驱动。由于绝缘电源的个数相比图22的比较例的情况被削减，所以能够实现电路的小型化和低成本化。
根据上述，相对于由8个半导体开关和8个二极管构成的图19及图20的比较例的电力变换电路，能够由8个半导体开关和4个二极管来构成，所以能够实现电路的小型化和低成本化。
由于开关S2、S4的第2端子被短路，所以自举电路B1、B2能够使用共用的绝缘电源Z1。由于开关S5、S7的第2端子被短路，所以自举电路B3、B4能够使用共用的绝缘电源Z2。
直接连接在绝缘电源Z2的负极上的开关S5、S7的第2端子不直接连接在第1端口端子N1上，而经由第3二极管D3连接在第1端口端子N1上。由此，在对第1端口端子N1与第2端口端子N2之间施加了正电压的情况下，能够防止在自举电路B3、B4上被施加输入电压而发生故障。直接连接在绝缘电源Z1的负极上的开关S2、S4的第2端子不直接连接在第2端口端子N2上，而经由第2二极管D2连接在第2端口端子N2上。由此，在对第1端口端子N1与第2端口端子N2之间施加了负电压的情况下，能够防止在自举电路B1、B2上被施加输入电压而发生故障。
在上述说明的电力变换电路的动作模式中，也可以加上全部的半导体开关为开启或关闭的动作模式等。例如，在电力变换电路上连接着电流型的发电机的情况下，全部的半导体开关为开启的动作模式能够避免发电机成为开路，抑制急剧的电压上升。此外，在电力变换电路上连接着电压型的发电机的情况下，全部的半导体开关为关闭的动作模式能够避免发电机成为短路，抑制急剧的电流增加。
图15是表示图1的电力变换电路的连接例的图。图15的电力变换电路M2表示图1的电力变换电路。在上述中说明的电力变换电路也可以与电抗器及电容器组合而使用。例如，如图15所示，如果从第1端口P1经由电抗器L10和电容器C10连接在电力负载2上，则能够使输出电流及输出电压平滑化。
根据有关实施方式1的电力变换电路，通过与以往技术相比低成本且小型的电力变换电路，能够进行直流电力或交流电力的单向或双向的电力变换。
<实施方式2>
图16是表示有关实施方式2的电力传输系统的概略结构的框图。图16的电力传输系统具备作为至少1个电源的发电机1、作为至少1个负载的电力负载2、电力线3和有关实施方式1的电力变换电路M1、M2。电力线3包括传输电力的架线等。电力变换电路M1设在至少1个发电机1中的被指定的1个发电机与电力线3之间，作为至少1个电力发送装置使用。电力变换电路M2设在电力线3与至少1个负载中的指定的1个发电机之间，作为至少1个电力接收装置使用。
对被作为电力发送装置使用的电力变换电路M1和被作为电力接收装置使用的电力变换电路M2赋予相同的代码序列。电力变换电路M1按照代码序列对从发电机1输入的电力进行代码调制而向电力线3输出，电力变换电路M2按照被赋予的代码序列，对从电力线3输入的电力进行代码解调，向电力负载2输出。由此，能够从特定的发电机1向特定的电力负载2传输电力。因而，能够削减在电力传输系统中使用的绝缘电源的个数，以低成本导入电力传输系统。
另外，在上述实施方式中，对电力变换电路按照代码序列对电力进行代码调制或代码解调的例子进行了说明，但电力变换电路的动作并不限定于此。例如，电力变换电路也可以按照PWM信号对电力进行脉冲宽度调制。
<实施方式的概要>
有关第1技术方案的电力变换电路，具备：第1～第4端口端子；第1～第4二极管；和分别具有第1端子、第2端子及控制端子并按照控制信号分别开启或关闭的第1～第8开关；上述第1二极管的阳极被连接到上述第1端口端子上，上述第1二极管的阴极经由上述第1开关被连接到上述第3端口端子上，并且上述第1二极管的阴极经由上述第3开关被连接到上述第4端口端子上；上述第2二极管的阴极被连接到上述第2端口端子上，上述第2二极管的阳极经由上述第2开关被连接到上述第3端口端子上，并且上述第2二极管的阳极经由上述第4开关被连接到上述第4端口端子上；上述第3二极管的阴极被连接到上述第1端口端子上，上述第3二极管的阳极经由上述第5开关被连接到上述第3端口端子上，并且上述第3二极管的阳极经由上述第7开关被连接到上述第4端口端子上；上述第4二极管的阳极被连接到上述第2端口端子上，上述第4二极管的阴极经由上述第6开关被连接到上述第3端口端子上，并且上述第4二极管的阴极经由上述第8开关被连接到上述第4端口端子上；上述第1～第8开关分别被连接为：在被开启时，电流流到该开关的第1端子至第2端子中；上述电力变换电路还具备：第1自举电路，具备第1电压源，按照上述控制信号在上述第1～第4开关的控制端子上分别施加规定电压；第2自举电路，具备第2电压源，按照上述控制信号在上述第5～第8开关的控制端子上分别施加规定电压。
有关第2技术方案的电力变换电路，在有关第1技术方案的电力变换电路中，上述第2及第4开关的第2端子被连接到上述第1电压源的负极上；上述第1自举电路具备经由至少2个第5二极管分别被施加上述第1电压源的电压的至少2个第1电容器；上述第1自举电路按照上述控制信号，将上述第1电压源或上述第1电容器的电压以上述第1～第4开关的第2端子的电位为基准向对应的开关的控制端子分别施加；上述第5及第7开关的第2端子被连接到上述第2电压源的负极上；上述第2自举电路具备经由至少2个第6二极管分别被施加上述第2电压源的电压的至少2个第2电容器；上述第2自举电路按照上述控制信号，将上述第2电压源或上述第2电容器的电压以上述第5～第8开关的第2端子的电位为基准向对应的开关的控制端子分别施加。
有关第3技术方案的电力变换电路，在有关第1或第2技术方案的电力变换电路中，上述第1～第8开关是N沟道MOSFET；上述第1端子是漏极；上述第2端子是源极。
有关第4技术方案的电力变换电路，在有关第1或第2技术方案的电力变换电路中，上述第1～第8开关是双极晶体管，上述第1端子是集电极，上述第2端子是发射极。
有关第5技术方案的电力变换电路，在有关第1～第4中的任一项技术方案的电力变换电路中，上述第1及第2电压源分别是绝缘电源。
有关第6技术方案的电力变换电路，在有关第1～第5中的任一项技术方案的电力变换电路中，上述控制信号是规定的代码序列；按照上述代码序列对从上述第1及第2端口端子输入的电力进行代码调制或代码解调，从上述第3及第4端口端子输出被代码调制或代码解调后的电力。
有关第7技术方案的电力变换电路，在有关第6技术方案的电力变换电路中，当从上述第1端口端子输入正电流时，反复进行上述第1及第4开关开启的状态和上述第2及第3开关被开启的状态；当从上述第1端口端子输入负电流时，反复进行上述第5及第8开关被开启的状态和上述第6及第7开关被开启的状态。
有关第8技术方案的电力变换电路，在有关第1～第7中的任一项技术方案的电力变换电路中，上述控制信号是规定的代码序列；将从上述第3及第4端口端子输入的代码调制或代码解调后的电力按照上述代码序列进行解调，从上述第1及第2端口端子输出代码调制或代码解调后的电力。
有关第9技术方案的电力变换电路，在有关第8技术方案的电力变换电路中，当从上述第1端口端子输出正电流时，反复进行上述第5及第8开关被开启的状态和上述第6及第7开关被开启的状态；当从上述第1端口端子输出负电流时，反复进行上述第2及第3开关被开启的状态和上述第1及第4开关被开启的状态。
有关第10技术方案的电力传输系统，在具备至少1个电源、至少1个负载、和电力线的电力传输系统中，上述电力传输系统还具备：第1电力变换电路，设在上述至少1个电源中的指定的1个电源与上述电力线之间，由有关第6～第9技术方案中的1个技术方案的电力变换电路构成；第2电力变换电路，设在上述电力线与上述至少1个负载中的指定的1个负载之间，由有关第6～第9技术方案中的1个技术方案的电力变换电路构成；上述第1电力变换电路按照上述代码序列，对从上述电源输入的电力进行代码调制并向上述电力线输出；上述第2电力变换电路按照上述代码序列，对从上述电力线输入的电力进行代码解调并向上述负载输出；由此，从上述指定的电源向上述指定的负载传输电力。
产业上的可利用性
有关本发明的电力变换电路对于在交流的电源系统或直流和交流混合存在的电源系统中变换电力是有用的。此外，有关本发明的电力传输系统对于从太阳光发电、风力发电、水力发电等的发电机向铁路、EV车辆等传输电力是有用的。
标号说明
S1～S8 开关
D1～D8 二极管
N1～N4 端口端子
P1，P2 端口
B1～B4 自举电路
Z1～Z2 绝缘电源
1 发电机
2 电力负载
3 电力线
10 控制电路
M1、M2 电力变换电路
L10 电抗器
C1～C8、C10 电容器
sw1～sw8 开关
a1～a16 端子

Claims (16)

1.一种电力变换电路，其特征在于，具备：
第1端口端子；
第2端口端子；
第3端口端子；
第4端口端子；
第1二极管，包括第1阳极及第1阴极，上述第1阳极被连接到上述第1端口端子；
第2二极管，包括第2阳极及第2阴极，上述第2阴极被连接到上述第2端口端子；
第3二极管，包括第3阳极及第3阴极，上述第3阴极被连接到上述第1端口端子；
第4二极管，包括第4阳极及第4阴极，上述第4阳极被连接到上述第2端口端子；
第1开关，包括第1控制端子，并且连接到上述第1阴极及上述第3端口端子之间；
第2开关，包括第2控制端子，并且连接到上述第3端口端子及上述第2阳极之间；
第3开关，包括第3控制端子，并且连接到上述第1阴极及上述第4端口端子之间；
第4开关，包括第4控制端子，并且连接到上述第4端口端子及上述第2阳极之间；
第5开关，包括第5控制端子，并且连接到上述第3阳极及上述第3端口端子之间；
第6开关，包括第6控制端子，并且连接到上述第3端口端子及上述第4阴极之间；
第7开关，包括第7控制端子，并且连接到上述第3阳极及上述第4端口端子之间；
第8开关，包括第8控制端子，并且连接到上述第4端口端子及上述第4阴极之间；
第1自举电路，包括第1电压源，并且连接到上述第1控制端子至第4控制端子；以及
第2自举电路，包括第2电压源，并且连接到上述第5控制端子至第8控制端子。
2.如权利要求1所述的电力变换电路，其特征在于，
上述第1自举电路通过在上述第1控制端子至第4控制端子上分别施加第1控制电压至第4控制电压，将上述第1开关至第4开关开启或关闭；
上述第2自举电路通过在上述第5控制端子至第8控制端子上分别施加第5控制电压至第8控制电压，将上述第5开关至第8开关开启或关闭。
3.如权利要求1或2所述的电力变换电路，其特征在于，
上述第2开关及第4开关分别还包括连接到上述第2阳极和上述第1电压源的负极的端子；
上述第1自举电路包括：
第1电容器；
第2电容器；
第5二极管，配置在从上述第1电压源的正极经由上述第1电容器到上述第1电压源的上述负极的第1路径上；以及
第6二极管，配置在从上述第1电压源的上述正极经由上述第2电容器到上述第1电压源的上述负极的第2路径上。
4.如权利要求3所述的电力变换电路，其特征在于，
上述第1路径经过上述第2开关；
上述第2路径经过上述第4开关；
当上述第2开关为开启时，上述第1电压源经由上述第1路径向上述第1电容器施加第1电源电压；
当上述第4开关为开启时，上述第1电压源经由上述第2路径向上述第2电容器施加上述第1电源电压。
5.如权利要求4所述的电力变换电路，其特征在于，
上述第1控制电压至第4控制电压分别由从如下电压中选择的至少1个电压生成：上述第1电压源的上述第1电源电压、被充电到上述第1电容器中的第1充电电压、以及被充电到上述第2电容器中的第2充电电压。
6.如权利要求3所述的电力变换电路，其特征在于，
上述第5开关及第7开关分别还包括连接到上述第3阳极和上述第2电压源的负极的端子；
上述第2自举电路包括：
第3电容器；
第4电容器；
第7二极管，配置在从上述第2电压源的正极经由上述第3电容器到上述第2电压源的上述负极的第3路径上；
第8二极管，配置在从上述第2电压源的上述正极经由上述第4电容器到上述第2电压源的上述负极的第4路径上。
7.如权利要求6所述的电力变换电路，其特征在于，
上述第3路径经过上述第7开关；
上述第4路径经过上述第5开关；
当上述第7开关为开启时，上述第2电压源经由上述第3路径向上述第3电容器施加第2电源电压；
当上述第5开关为开启时，上述第2电压源经由上述第4路径向上述第4电容器施加上述第2电源电压。
8.如权利要求7所述的电力变换电路，其特征在于，
上述第5控制电压至第8控制电压分别由从如下电压中选择的至少1个电压生成：上述第2电压源的上述第2电源电压、被充电到上述第3电容器中的第3充电电压、以及被充电到上述第4电容器中的第4充电电压。
9.如权利要求1或2所述的电力变换电路，其特征在于，
上述第1开关至第8开关分别是N沟道MOSFET或双极晶体管。
10.如权利要求1或2所述的电力变换电路，其特征在于，
上述第1电压源及第2电压源分别是绝缘电源。
11.如权利要求2所述的电力变换电路，其特征在于，
上述第1控制电压至第8控制电压分别按照第1代码序列至第8代码序列而变化；
上述第1开关至第8开关基于上述第1代码序列至第8代码序列对从上述第1端口端子及第2端口端子输入的电力进行代码调制或代码解调，将代码调制或代码解调后的上述电力从上述第3端口端子及第4端口端子输出。
12.如权利要求11所述的电力变换电路，其特征在于，
当以上述第2端口端子为基准、向上述第1端口端子输入正电流时，上述第1自举电路对第1状态和第2状态进行切换，该第1状态是上述第1开关及第4开关开启且上述第2开关及第3开关关闭的状态，该第2状态是上述第1开关及第4开关关闭且上述第2开关及第3开关开启的状态；
当以上述第2端口端子为基准、向上述第1端口端子输入负电流时，上述第2自举电路对第3状态和第4状态进行切换，该第3状态是上述第5开关及第8开关开启且上述第6开关及第7开关关闭的状态，该第4状态是上述第5开关及第8开关关闭且上述第6开关及第7开关开启的状态。
13.如权利要求2或11所述的电力变换电路，其特征在于，
上述第1控制电压至第8控制电压分别按照第1代码序列至第8代码序列而变化；
上述第1开关至第8开关基于上述第1代码序列至第8代码序列，对从上述第3端口端子及第4端口端子输入的电力进行代码调制或代码解调，将代码调制或代码解调后的上述电力从上述第1端口端子及第2端口端子输出。
14.如权利要求13所述的电力变换电路，其特征在于，
当以上述第2端口端子为基准、从上述第1端口端子输出负电流时，上述第1自举电路对第1状态和第2状态进行切换，该第1状态是上述第1开关及第4开关开启且上述第2开关及第3开关关闭的状态，该第2状态是上述第1开关及第4开关关闭且上述第2开关及第3开关开启的状态；
当以上述第2端口端子为基准、从上述第1端口端子输出正电流时，上述第2自举电路对第3状态和第4状态进行切换，该第3状态是上述第5开关及第8开关开启且上述第6开关及第7开关关闭的状态，该第4状态是上述第5开关及第8开关关闭且上述第6开关及第7开关开启的状态。
15.如权利要求14所述的电力变换电路，其特征在于，
上述第1开关至第8开关分别是逆向阻止性开关。
16.一种电力传输系统，具备电源、第1电力变换电路、电力传输路径、第2电力变换电路和负载，其特征在于，
上述第1电力变换电路及第2电力变换电路分别是权利要求11～15中任一项所述的电力变换电路；
上述第1电力变换电路对从上述电源输入的电力进行代码调制并向上述电力传输路径输出；
上述第2电力变换电路对代码调制后的上述电力进行代码解调并向上述负载输出。
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