CN1316821A - 电力变换装置 - Google Patents

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Abstract

要求可以有选择地得到电压电平非变换模式、降压模式、升压模式的电压变换装置的低成本化和改善功率因数。将第1和第2开关、第3和第4开关、第5和第6开关的各自串联电路和电容器C相互并联连接。将交流输入端子4通过第1电感与连接点4连接。将第2电感连接在连接点10与交流输出端子6之间。将连接点9与共同端子5连接。切换第1～第6开关Q1～Q6的控制。使第3和第4开关以高的频率进行通/断，改善功率因数。

Description

电力变换装置
本发明涉及可以按多个形式对交流输入电压进行电压变换和进行功率因数改善的单相或多相电力变换装置。
众所周知，可以进行AC-DC-AC变换的电力变换装置由半桥式AC-DC转换器和半桥式DC-AC换流器组合而构成的。另外，为了提高AC-DC-AC变换装置的效率，为了不以高的重复频率控制所有的半桥式AC-DC转换器的开关和半桥式DC-AC换流器的开关的通/断、仅使包含在AC-DC-AC变换装置中的一部分开关以高的重复频率通/断而使其余的开关作为整流器而动作，本申请人在特开平8-126352号公报中提案了以交流电源电压的周期控制通/断的方式。
在上述公报中提案的AC-DC-AC变换装置可以采用控制转换器和换流器的开关以使输入电压和输出电压基本上相同的第1模式、控制开关以使输出电压低于输入电压的第2模式和控制开关以使输出电压高于输入电压的第3模式。AC-DC-AC变换装置构成为可以以多个模式动作时，可以根据同一交流输入电压得到多个不同电平的交流输出电压或者根据不同的多个交流输入电压得到同一电平的交流输出电压。
在上述公报中，公开了减少包含在AC-DC-AC变换装置中的开关的开关次数的技术，但是，没有开关进行交流输入端子的功率因数改善和电流波形改善的技术。另外，为了有选择地得到第1、第2和第3模式，上述过不去所公开的AC-DC-AC变换装置具有多个切换开关，具有比较复杂的电路结构。
因此，本发明的第1个目的旨在提供可以采用多个电压变换形式同时可以进行功率因数改善的电力变换装置。
本发明的第2个目的旨在提供可以使控制电路的结构简单的电力变换装置。
下面，参照表示实施例的附图的符号说明解决上述间题、达到上述目的的本发明，本发明是具有将从交流电源(3)供给的正弦波交流输入电压(Vin)变换为不同的电平的交流输出电压(V0)的功能和功率因数改善功能并将上述交流输出电压(V0)供给负载(11)的电力变换装置，其特征在于：由用于连接上述交流电源(3)的一端的交流输入端子(4)、用于连接上述负载(11)的一端的交流输出端子(6)、用于连接上述交流电源(3)的另一端和上述负载(11)的另一端的共同端子(5)、可以控制的第1和第2开关(Q1、Q2)串联连接的第1串联电路、可以控制的第3和第4开关(Q3、Q4)串联连接的电路并且与上述第1串联电路并联连接的第2串联电路、可以控制的第5和第6开关(Q5、Q6)串联连接的电路并且与上述第1和第2串联电路并联连接的第3串联电路、与上述第1、第2和第3串联电路并联连接的电容器(C)、电感单元和用于控制上述第1、第2、第3、第4、第5和第6开关(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6)的控制单元构成，上述第1和第2开关(Q1、Q2)的相互连接点(8)与上述交流输入端子(4)连接，上述第3和第4开关(Q3、Q4)的相互连接点(9)与上述共同端子(5)连接，上述第5和第6开关(Q5、Q6)的相互连接点(10)与上述交流输出端子(6)连接，上述电感单元由从连接在上述交流输入端子(4)与上述第1和第2开关(Q1、Q2)的相互连接点(8)之间的第1电感器(L1)、连接在上述第5和第6开关(Q5、Q6)的相互连接点与上述交流输出端子(6)之间的第2电感器(L2)和连接在上述第3和第4开关(Q3、Q4)的相互连接点(9)与上述共同端子(5)之间的第3电感器(L3)组成的3个电感器中任意选择的至少2个构成，上述控制单元(2)具有以下第1功能、第2功能和第3功能中的至少2个功能，第1功能是在使上述交流输入端子(4)或上述第1和第2开关(Q1、Q2)的相互连接点(8)与上述共同端子(5)间的电压(Vin或Vconv)和上述交流输出端子(6)或上述第5和第6开关(Q5、Q6)的相互连接点(10)与上述共同端子(5)间的第2电压(Vo或Vinv)基本上相等的第1模式时以上述交流输入电压(Vin)的周期控制上述第1及第2开关(Q1、Q2)和上述第5及第6开关(Q5、Q6)的通/断并且以比上述交流输入电压(Vin)的周期短的周期控制上述第3和第4开关(Q3、Q4)的通/断，第2功能是在使上述第2电压(Vo或Vinv)低于上述第1电压(Vin或Vconv)的第2模式时以上述交流输入电压(Vin)的周期控制上述第1和第2开关(Q1、Q2)的通/断并且以比上述交流输入电压(Vin)的周期短的周期控制上述第3及第4开关(Q3、Q4)和上述第5及第6开关(Q5、Q6)的通/断，第3功能是在使上述第2电压(Vo或Vinv)高于上述第1电压(Vin或Vconv)的第3模式时以比上述交流输入电压(Vin)的周期短的周期控制上述第1及第2开关(Q1、Q2)和上述第3及第4开关(Q3、Q4)的通/断并且以上述交流输入电压(Vin)的周期控制上述第5及第6开关(Q5、Q6)的通/断。
如方案2所述的那样，可以将上述电感单元采用上述第1和第2电感器(L1、L2)。
另外，如方案3所述的那样，可以将上述电感单元采用上述第1和第3电感器(L1、L3)。
另外，如方案4所述的那样，可以将上述电感单元采用上述第2和第3电感器(L2、L3)。
另外，如方案5所述的那样，可以将上述电感单元采用上述第1、第2和第3电感器(L1、L2、L3)。
另外，如方案6所示的那样，上述控制单元(2)由与上述交流输入电压(Vin)同步地发生用于使上述第1和第2开关(Q1、Q2)的相互连接点(8)与上述共同端子(5)间的第1电压(Vcony)成为希望值的第1指令值Vrc的第1指令值发生单元(44)、与上述交流输入电压(Vin)同步地发生用于使上述第5和第6开关(Q5、Q6)的相互连接点(10)与上述共同端子(5)间的第2电压(Vinv)成为希望值的第2指令值Vri的第2指令值发生单元(45)、发生具有和上述交流输入电压(Vin)相同周期的方波电压Vs的方波发生器(46)、与上述第1指令值发生单元(44)及上述第2指令值发生单元(45)和上述方波发生器(46)连接的输出表示Vrc-Vri+Vs的第1值(Vr1)和表示Vri-Vrc+Vs的第2值(Vr3)以及表示Vr3-Vri或Vs-Vrc或Vs-Vri的第3值(Vr2)的运算单元(47、48、49)和与上述运算单元(47、48、49)及上述第1、第2、第3、第4、第5和第6开关(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6)连接的根据从上述运算单元(47、48、49)得到的上述第1、第2和第3值(Vr1、Vr3、Vr2)形成用于控制上述第1、第2、第3、第4、第5和第6开关(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6)通/断的第1、第2、第3、第4、第5和第6控制信号(VQ1、VQ2、VQ3、VQ4、VQ5、VQ6)的控制信号形成单元(52、53、54、55、56、57、58或52、53、54、55、56′、57′、58′)构成。
另外，如方案7所示的那样，上述控制信号形成单元可以由以比上述交流输入电压(Vin)的周期短的周期发生由锯齿波电压或三角波电压构成的比较波(Vt)的比较波发生器(52)、与上述运算单元(47、48、49)和上述比较波发生器(52)以及上述第1开关(Q1)连接的将上述第1值(Vr1)与上述比较波(Vt)进行比较并在上述第1值(Vr1)高于上述比较波(Vt)时就形成成为第1电平而在上述第1值(Vr1)低于上述比较波(Vt)时就形成成为第2电平的第1控制信号(VQ1)从而用于将该第1控制信号(VQ1)供给上述第1开关(Q1)的第1比较电路(53)、与上述第1比较电路(53)和上述第2开关(Q2)连接的形成相位与上述第1控制信号(VQ1)相反的第2控制信号(VQ2)并将该第2控制信号(VQ2)供给上述第2开关(Q2)的第1“非”(NOT)电路(56)、与上述运算单元(47、48、49)和上述比较波发生器(52)以及上述第3开关(Q3)连接的将上述第3值(Vr2)与上述比较波(Vt)进行比较并在上述第3值(Vr2)高于上述比较波(Vt)时就形成成为第1电平而在上述第3值(Vr2)低于上述比较波(Vt)时就形成成为第2电平的第3控制信号(VQ3)从而用于将该第3控制信号(VQ3)供给上述第3开关(Q3)的第2比较电路(54)、与上述第2比较电路(54)和上述第4开关(Q4)连接的形成相位与上述第3控制信号(VQ3)相反的第4控制信号(VQ4)并将该第4控制信号(VQ4)供给上述第4开关(Q4)的第2“非”(NOT)电路(57)、与上述运算单元(47、48、49)和上述比较波发生器(52)以及上述第5开关(Q5)连接的将上述第2值(Vr3)与上述比较波(Vt)进行比较并在上述第2值(Vr3)高于上述比较波(Vt)时就形成成为第1电平而在上述第2值(Vr3)低于上述比较波(Vt)时就形成成为第2电平的第5控制信号(VQ5)从而用于将该第5控制信号(VQ5)供给上述第5开关(Q5)的第3比较电路(55)和与上述第3比较电路(55)和上述第6开关(Q6)连接的形成相位与上述第5控制信号(VQ5)相反的第6控制信号(VQ6)并将该第6控制信号(VQ6)供给上述第6开关(Q6)的第3“非”(NOT)电路(58)构成。
另外，如方案8所示的那样，上述控制信号形成单元可以由以比上述交流输入电压(Vin)的周期短的周期发生由锯齿波电压或三角波电压构成的比较波(Vt)的比较波发生器(52)、与上述运算单元(47、48、49)和上述比较波发生器(52)以及上述第1开关(Q1)连接的将上述第1值(Vr1)与上述比较波(Vt)进行比较并在上述第1值(Vr1)高于上述比较波(Vt)时就形成成为第1电平而在上述第1值(Vr1)低于上述比较波(Vt)时就形成成为第2电平的第1控制信号(VQ1)从而用于将该第1控制信号(VQ1)供给上述第1开关(Q1)的第1比较电路(53)、与上述运算单元(47、48、49)和上述比较波发生器(52)以及上述第2开关(Q2)连接的将上述第1值(Vr1)与上述比较波(Vt)进行比较并在上述第1值(Vr1)低于上述比较波(Vt)时就形成成为第1电平而在上述第1值(Vr1)高于上述比较波(Vt)时就形成成为第2电平的第2控制信号(VQ2)从而用于将该第2控制信号(VQ2)供给上述第2开关(Q2)的第2比较电路(56′)、与上述运算单元(47、48、49)和上述比较波发生器(52)以及上述第3开关(Q3)连接的将上述第3值(Vr2)与上述比较波(Vt)进行比较并在上述第3值(Vr2)高于上述比较波(Vt)时就形成成为第1电平而在上述第3值(Vr2)低于上述比较波(Vt)时就形成成为第2电平的第3控制信号(VQ3)从而用于将该第3控制信号(VQ3)供给上述第3开关(Q3)的第3比较电路(54)、与上述运算单元(47、48、49)和上述比较波发生器(52)以及上述第4开关(Q4)连接的将上述第3值(Vr2)与上述比较波(Vt)进行比较并在上述第3值(Vr2)低于上述比较波(Vt)时就形成成为第1电平而在上述第3值(Vr2)高于上述比较波(Vt)时就形成成为第2电平的第4控制信号(VQ4)从而用于将该第4控制信号(VQ 4)供给上述第4开关(Q4)的第4比较电路(57′)、与上述运算单元(47、48、49)和上述比较波发生器(52)以及上述第5开关(Q5)连接的将上述第2值(Vr3)与上述比较波(Vt)进行比较并在上述第2值(Vr3)高于上述比较波(Vt)时就形成成为第1电平而在上述第2值(Vr3)低于上述比较波(Vt)时就形成成为第2电平的第5控制信号(VQ5)从而用于将该第5控制信号(VQ5)供给上述第5开关(Q5)的第5比较电路(55)和与上述运算单元(47、48、49)和上述比较波发生器(52)以及上述第6开关(Q6)连接的将上述第2值(Vr3)与上述比较波(Vt)进行比较并在上述第2值(Vr3)低于上述比较波(Vt)时就形成成为第1电平而在上述第2值(Vr3)高于上述比较波(Vt)时就形成成为第2电平的第6控制信号(VQ6)从而用于将该第6控制信号(VQ6)供给上述第6开关(Q6)的第6比较电路(58′)构成。
另外，如方案9所述的那样，上述运算单元由与上述第1指令值发生单元(44)和上述第2指令值发生单元(45)以及上述方波发生器(46)连接的计算Vrc-Vri+Vs并输出上述第1值(Vr1)的第1运算电路(47)、与上述第1指令值发生单元(44)和上述第2指令值发生单元(45)以及上述方波发生器(46)连接的计算Vri-Vrc+Vs并输出上述第2值(Vr3)的第2运算电路(48)和与上述第2指令值发生单元(45)和上述第2运算电路(48)连接的计算Vr3-Vri并输出上述第3值(Vr2)的第3运算电路(49)构成。
另外，如方案10所示的那样，权利要求9所述的运算单元进而具有与上述第1运算电路(47)连接的用设定为上述方波电压(Vs)的最大值以上的上限值限制上述第1运算电路(47)的输出并且用设定为上述方波电压(Vs)的最小值以下的下限值限制上述第1运算电路(47)的输出的第1限幅器(50)和与上述第2运算电路(48)连接的用设定为上述方波电压(Vs)的最大值以上的上限值限制上述第2运算电路(48)的输出并且用设定为上述方波电压(Vs)的最小值以下的下限值限制上述第2运算电路(48)的输出的第2限幅器(51)。
另外，如方案11所示的那样，上述运算电路可以由与上述第1指令值发生单元(44)和上述第2指令值发生单元(45)连接的将上述第1指令值Vrc从上述第2指令值Vri中减去而计算Δ=Vri-Vrc的第1运算电路(47a)、与上述第1运算电路(47a)和上述方波发生器(46)连接的如果ΔV＞0时就输出
    Vr1=Vs-ΔV
    Vr3=Vs
如果ΔV=0时就输出
    Vr1=Vs
    Vr3=Vs
如果ΔV＜0时就输出
    Vr1=Vs
    Vr3=Vs+ΔV
的第2运算电路(48a)和与上述第1指令值发生单元(44)和上述第2运算电路(48a)连接的计算Vr2=Vr1-Vrc的第3运算电路(49a)构成。
另外，如方案12所示的那样，上述运算单元可以由与上述第1指令值发生单元(44)和上述第2指令值发生单元(45)连接的计算ΔV1=Vrc-Vri的第1运算电路(47b)、与上述第1指令值发生单元(44)和上述第2指令值发生单元(45)连接的计算Vri-Vrc的第2运算电路(48b)、与上述第1指令值发生单元(44)和上述第2指令值发生单元(45)连接的在从第1运算电路(47b)得到的上述ΔV1为0时和上述ΔV1大于0时就输出Vrc而在上述ΔV1小于0时就输出Vri的选择电路(49b)、与上述第1运算电路(47b)和上述方波发生器(46)连接的输出由Vs+(Vrc-Vri)构成的第1值(Vr1)的第1加法器(71)、与上述第2运算电路(48b)和上述方波发生器(46)连接的输出由Vs+(Vri-Vrc)构成的第2值(Vr3)的第2加法器(73)和与上述选择电路(49b)和上述方波发生器(46)连接的输出由Vs-Vrc或Vs-Vri构成的第3值(Vr2)的减法器(72)构成。
另外，如方案13所示的那样，在权利要求12所述的运算单元中，进而设置了与上述第1加法器(71)连接的用设定为上述方波电压(Vs)的最大值以上的上限值限制上述第1加法器(71)的输出并且用设定为上述方波电压(Vs)的最小值以下的下限值限制上述第1加法器(71)的输出的第1限幅器(50)、与上述第2加法器(73)连接的用设定为上述方波电压(Vs)的最大值以上的上限值限制上述第2加法器(73)的输出并且用设定为上述方波电压(Vs)的最小值以下的下限值限制上述第2加法器(73)的输出的第2限幅器(51)和与上述减法器(72)连接的用设定为上述方波电压(Vs)的最大值以上的上限值限制上述减法器(72)的输出并且用设定为上述方波电压(Vs)的最小值以下的下限值限制上述减法器(72)的输出的第3限幅器(74)。
另外，如方案14所示的那样，上述运算单元可以由与上述第1指令值发生单元(44)和上述第2指令值发生单元(45)连接的计算ΔV1=Vrc-Vri的运算电路(47b)、与上述第1指令值发生单元(44)和上述第2指令值发生单元(45)以及上述运算电路(47b)连接的在从上述运算电路(47b)得到的上述ΔV1为0时和上述ΔV1大于0时就输出Vrc而在上述ΔV1小于0时就输出Vri的选择电路(49b)、与上述运算电路(47b)和上述方波发生器(46)连接的输出由Vs+(Vrc-Vri)构成的第1值(Vr1)的加法器(71)、与上述运算电路(47b)和上述方波发生器(46)连接的输出由Vs-(Vrc-Vri)构成的第2值(Vr3)的第1减法器(73′)和与上述选择电路(49b)和上述方波发生器(46)连接的输出由Vs-Vrc或Vs-Vri构成的第3值(Vr2)的第2减法器(72)构成。
另外，如方案15所示的那样，在权利要求14所述的运算单元中进而设置了与上述加法器(71)连接的用设定为上述方波电压(Vs)的最大值以上的上限值限制上述加法器(71)的输出并且用设定为上述方波电压(Vs)的最小值以下的下限值限制上述加法器(71)的输出的第1限幅器(50)、与上述第1减法器(73′)连接的用设定为上述方波电压(Vs)的最大值以上的上限值限制上述第1减法器(73′)的输出并且用设定为上述方波电压(Vs)的最小值以下的下限值限制上述第1减法器(73′)的输出的第2限幅器(51)和与上述第2减法器(72)连接的用设定为上述方波电压(Vs)的最大值以上的上限值限制上述第2减法器(72)的输出并且用设定为上述方波电压(Vs)的最小值以下的下限值限制上述第2减法器(72)的输出的第3限幅器(74)。
另外，如方案16所示的那样，上述第1指令值发生单元由检测上述交流输入端子(4)与上述共同端子(5)间的交流输入电压(Vin)并输出交流输入电压检测信号的输入电压检测电路(41)、检测上述电容器(C)的直流电压并输出直流电压检测信号的直流电压检测电路(42)、检测流过上述交流输入端子(4)的电流并输出具有与上述电流成正比的电压值的电流检测信号的电流检测器(23)、发生基准直流电压的基准直流电压源(59)、与上述基准直流电压源(59)和上述直流电压检测电路(42)连接的输出表示上述基准直流电压与上述直流电压检测信号之差的信号的第1减法器(60)、与上述输入电压检测电路(41)和上述第1减法器(60)连接的将上述第1减法器(60)的输出与上述交流输入电压检测信号相乘的乘法器(62)和与上述乘法器(62)和上述电流检测器(23)连接的将上述电流检测信号从上述乘法器(62)的输出中减去并输出上述第1指令值(Vrc)的第2减法器(63)构成。
另外，如方案17所示的那样，上述第2指令值发生单元由发生基准输出电压指令值的基准输出电压指令值发生器(66)、检测上述交流输出端子(6)与上述共同端子(5)间的输出电压(V0)并输出输出电压检测信号的输出电压检测电路(43)和与上述基准输出电压指令值发生器(66)和上述输出电压检测电路(43)连接的输出和上述基准输出电压指令值与上述输出电压检测信号之差相当的上述第2指令值(Vri)的第3减法器(67)构成。
另外，如方案18所示的那样，可以将上述基准输出电压指令值发生器(66)构成为有选择地发生电平不同的多个基准输出电压指令值。
按照各方案所述的发明，使多个开关内的一部分不以高频进行通/断动作而以和交流输入电压相同的低的频率进行通/断动作，所以，可以减少开关次数，从而可以减少开关损失。此外，在第1、第2和第3模式中的任一模式中，第3和第4开关都以高频进行通/断，所以，在所有的模式中都可以改善功率因数。
另外，按照方案6～18的发明，使用和交流输入电压Vin相同的周期的方波有选择地禁止开关的高频的通/断动作。因此，使用简单的电路便可实现禁止开关的高频的通/断动作。此外，按照本发明，不论交流输入电压的变化如何，都可以很容易地得到一定的交流输出电压。另外，根据同一交流输入电压可以得到多个不同的电平的交流输出电压。
图1是表示本发明实施例1的电压变换装置的电路图。
图2是表示图1的控制电路的电路图。
图3是表示使图1的电压变换装置以非变换模式动作时的电源电压和第1～第6开关的控制信号的波形图。
图4是表示使图1的电压变换装置以降压模式动作时的电源电压和第1～第6开关的控制信号的波形图。
图5是表示使图1的电压变换装置以升压模式动作时的电源电压和第1～第6开关的控制信号的波形图。
图6是表示图2的方波发生器的输入和输出的波形图。
图7是表示非变换模式时图2的第1、第2和第3转换器的输入的波形图。
图8是表示降压模式时图2的第1、第2和第3转换器的输入的波形图。
图9是表示升压模式时图2的第1、第2和第3转换器的输入的波形图。
图10是详细表示非变换模式时三角波电压与各转换器的输入的关系的波形图。
图11是详细表示降压模式时三角波电压与各转换器的输入的关系的波形图。
图12是详细表示升压模式时三角波电压与各转换器的输入的关系的波形图。
图13是表示实施例2的控制电路的电路图。
图14是表示实施例3的控制电路的电路图。
图15是表示实施例4的控制电路的电路图。
图16是表示实施例5的控制电路的电路图。
下面，参照附图说明本发明的实施例。
(实施例1)
图1表示可以按照本发明的实施例1得到多个电压变换形式的开关方式的AC-DC-AC装置即电力变换装置。该电力变换装置也可以称为具有功率因数改善功能的电压调整装置，大致由变换电路1和控制电路2构成。
变换电路1由与例如50Hz的商用交流电源3的一端连接的交流输入端子4、与交流电源3的另一端连接的输入侧共同端子5、第1、第2、第3、第4、第5和第6开关Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6、由有极的电解电容器构成的直流链接电容器或者也可以称为直流电容器的平滑电容器C、输入级的电抗线圈即电感L1、输出级的滤波用电抗线圈即电感L2、输入级滤波用电容器C1、输出级滤波用电容器C2、交流输出端子6和输出侧共同端子7构成。输入侧共同端子5和输出侧共同端子7相互共同连接。
第1～第6开关Q1～Q6是将源极与体堆(衬底)连接的结构为绝缘栅极型(MOS型)场效应晶体管，具有第1、第2、第3、第4、第5、和第6FET开关S1、S2、S3、S4、S5、S6和与其反向并联连接的第1、第2、第3、第4、第5和第6二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6。
可以不将二极管D1～D6内藏在开关Q1～Q6中而采用独立部件。另外，可以将FET开会S1～S6采用双极性晶体管、IGBT(绝缘栅极双极性晶体管)等半导体开关。
由第1和第2开关Q1及Q2串联连接而构成的第1串联电路、由第3和第4开关Q3及Q4串联连接而构成的第2串联电路、由第5和第6开关Q5及Q6串联连接而构成的第3串联电路和直流电容器C相互并联连接。
构成第1串联电路的第1和第2开关Q1、Q2的相互连接点8通过第1电感L1与交流输入端子4连接。构成第2串联电路的第3和第4开关Q3、Q4的相互连接点9与共同端子5连接。构成第3串联电路的第5和第6开关Q5、Q6的相互连接点10通过输出级的第2电感L2与交流输出端子6连接。负载11的一端与交流输出端子6连接，负载11的另一端与共同端子7连接。
第1滤波用电容器C1连接在交流输入端子4与共同端子5间，用于除去输入电流的高频成分。第2滤波用电容器C2连接在交流输出端子6与共同端子7间，用于除去输出电压的高频成分。输入侧的第1电感L1是为了在输出端子6得到比交流电源端子3的电压Vin高的输出电压V0和为了进行交流输入端子4的功率因数改善和电流的波形改善所必须的。在图1中，第1电感L1连接在交流输入端子4与第1和第2开关Q1、Q2的相互连接点8之间。但是，在1个或多个电感与交流电源3与第3和第4开关Q3、Q4的相互连接点9之间的电流通路中的任意的地方连接时，便可得到和第1电感L1相同的效果。例如，可以将用虚线所示的电感L3连接在第3和第4开关Q3、Q4的相互连接点9与共同端子5之间，取代电感L1。另外，也可以在第1和第2开关Q1、Q2的相互连接点8与第3和第4开关Q3、Q4的相互连接点9之间设置以使第1和第3开关Q1、Q3成为串联连接的在图1中用虚线所示的第1电感L1a和以使第2和第4开关Q2、Q4成为串联连接的第2电感L1b，取代电感L1。
另外，也可以附加到电感L1上，设置电感L3或电感L1a、L1b。
控制电路2与第1～第6开关Q1～Q6的栅极(控制端子)之间用线12、13、14、15、16、17连接，用于由控制电路2控制第1～第6开关Q1～Q6。如所周知，开关Q1～Q6的控制通过向栅极-源极间供给控制信号而进行。但是，在图1中，为了简化图示，省略了各开关Q1～Q6的驱动电路的详细情况。
为了由控制电路2形成开关Q1～Q6的控制信号，交流输入端子4和共同端子5由线18、19与控制电路2连接，交流输出端子6由线20与控制电路2连接，平滑电容器C的两端由线21、22与控制电路2连接，检测流过交流输入端子4的电流的电流检测器23由线24与控制电路2连接。
在利用图2说明图1的控制电路2的详细情况之前，说明图1的变换电路1的动作。变换电路1和上述特开平8-126352号公报一样，以从第1、第2和第3模式中选择的1个模式动作。
第1模式在可以在交流输出端子6与共同端子7之间得到电源3的电压即与交流输入电压Vin(例如100V)基本上相同的输出电压V0时发生，可以称为电压非变换模式。
第2模式在可以在交流输出端子6与共同端子7之间得到低于交流输入电压Vin(例如100V)的输出电压V0时发生，可以称为降压模式。
第3模式在可以在交流输出端子6与共同端子7之间得到高于交流输入电压Vin(例如100V)的输出电压V0时发生，可以称为升压模式。
在本实施例中，从后面所述可知，根据图2所示的第1指令值Vrc与第2指令值Vri的大小关系决定第1、第2和第3模式。第1指令值Vrc具有与图1的交流输入端子4和共同端子5间的电压Vin或第1和第2开关Q1、Q2的相互连接点8和共同端子5间的第1电压Vconv成正比的关系。第2指令值Vri具有与图1的交流输出端子6和共同端子5或7间的电压Vo或第5和第6开关Q5、Q6的相互连接点10和共同端子5间的第2电压Vinv成正比的关系。因此，也可以将第1电压Vcony与第2电压Vinv基本上相等时称为第1模式、将第2电压Vinv低于第1电压Vconv时称为第2模式、将第2电压Vinv高于第1电压Vcony时称为第3模式。
不论在哪个模式中，都禁止由第1和第2开关Q1、Q2构成的输入级开关电路和由第5和第6开关Q5、Q6构成的输出级开关电路的任一方或双方的高频(例如20kHz)通/断动作。因此，可以降低输入级开关电路和/或输出级开关电路的损失。
(非变换模式)
在得到与交流输入电压Vin相同的输出电压V0时发生的非变换模式即第1模式时，图3(B)～(G)的第1～第6控制信号VQ1～VQ6供给第1～第6开关Q1～Q6。即，第1和第5开关Q1、Q5利用频率与电源3的50Hz的正弦波电压相同的50Hz封闭脉冲以180度间隔断续地导通，第2和第6开关Q2、Q6的动作与第1和第5开关Q1、Q5相反。另外，第3和第4开关Q3、Q4由比图3(A)的交流输入电压Vin的频率的2倍高的频率(例如20kHz)控制通/断。在上述特开平8-126352号公报的先有的AC-DC-AC变换装置中，在非变换模式时第3和第4开关Q3、Q4保持截止。与此相反，在本发明的实施例中，为了改善功率因数和输入电流的波形，第3和第4开关Q3、Q4以高的频率进行通/断动作。
如图3所示，控制各开关Q1～Q6时，在交流输入电压Vin正的半波期间(t0～t1)，正向电流沿着交流电源3、第1电感L1、第1开关Q1、第5开关Q5、第2电感L2和负载11的路径流动。另外，在交流输入电压Vin负的半波期间(t1～t2)，负向电流沿着交流电源3、负载11、第2电感L2、第6开关Q6、第2开关Q2和第1电感L1的路径流动。在非变换模式时，第1、第2、第5和第6开关Q1、Q2、Q5、Q6不以高频(例如20kHz)进行通/断动作，所以，每单位时间的开关次数减少了，从而开关损失引起的效率降低就减少了。
利用第3和第4开关Q3、Q4的通/断改善功率因数和改善波形按以下的方式进行。在交流输入电压Vin的正的半波期间并且第3开关Q3导通的期间，电流沿电源3、第1电感L1、第1开关Q1和第3开关Q3的路径流动。通过第3开关Q3的通/断时间的调整即控制可以操作即调整交流输入电流，从而可以改善功率因数和波形，即可以除去高频成分。在交流输入电压Vin的负的半波期间并且第4开关Q4导通的期间，电流沿电源3、第4开关Q4、第2开关Q2和第1电感L1的路径流动。通过第4开关Q4的通/断时间的调整即控制，可以操作即调整交流输入电流，从而可以改善功率因数和波形，即可以除去高频成分。结果，交流输入电流就成为近似正弦波。
(降压模式)
在得到比电源电压即交流输入电压Vin低的输出电压V0时发生的降压模式即第2模式时，图4(B)～(G)所示的第1～第6控制信号VQ1～VQ6供给第1～第6开关Q1～Q6。即，第1和第2开关Q1、Q2以和图4(A)的交流输入电压Vin相同的低频(50Hz)进行通/断动作，第3～第6开关Q3～Q6以高频(例如20kHz)的PWM(脉冲宽度调制)脉冲进行通/断动作。在图4的交流输入电压Vin的正的半波期间t0！t1并且第1和第5开关Q1、Q5导通的期间，正向电流沿着交流电源3、第1电感L1、第1开关Q1、第5开关Q5、第2电感L2和负载11的路径流动。这时，第5和第6开关Q5、Q6的相互连接点10与共同端子5或7间的电压Vinv和输入交流电压Vin基本上相等。另外，在输入交流电压Vin的正的半波期间t0～t1并且第1和第6开关Q1、Q6导通的期间，正向电流沿着交流电源3、第1电感L1、第1开关Q1、电容器C、第6开关Q6、第2电感L2和负载11的路径流动。这时，第5和第6开关Q5、Q6的相互连接点10与共同端子5或7间的电压Vinv和将电容器C的电压Vc从输入交流电压Vin中减去后的值基本上相等。
在降压模式的交流输入电压Vin的负的半波期间t1～t2并且第2和第3开关Q2、Q6导通期间，负向电流沿交流电源3、负载11、第2电感L2、第6开关Q6、第2开关Q2和第1电感L1的路径流动。这时，第5和第6开关Q5、Q6的相互连接点10与共同端子5或7间的电压Vinv的值和交流输入电压Vin基本上相等。另外，在交流输入电压Vin的负的半波期间t1～t2并且第2和第5开关Q2、Q5导通期间，负向电流沿交流电源3、负载11、第2电感L2、第5开关Q5、电容器C、第2开关Q2和第1电感L1的路径流动。这时，第5和第6开关Q5、Q6的相互连接点10与共同端子5或7间的电压Vinv的值和Vin-Vc基本上相等。
从上述可知，在降压模式时，由于第5和第6开关Q5、Q6的高频的通/断动作，第5和第6开关Q5、Q6的相互连接点10与共同端子5或7间的电压Vinv和交流输入电压Vin基本上相同的期间与第5和第6开关Q5、Q6的相互连接点10与共同端子5或7间的电压Vinv和将电容器C的电压Vc从交流输入电压Vin中减去后的值相等的期间交替地发生。结果，便可得到比交流输入电压Vin低的输出电压V0。
在降压模式时，利用第3和第4开关Q3、Q4的通/断动作，也和非变换模式时一样，可以发生功率因数改善和电流的波形改善即除去高频成分的动作。
利用第3和第4开关Q3、Q4的通/断动作，也可以如下述那样实现电容器C的电压Vc的控制。在降压模式中，电容器C用通过第1、第2、第5和第6开关Q1、Q2、Q5、Q6的电路进行充电。因此，如果不控制电容器C的电压Vc，该电压Vc就逐渐地增高。因此，使第3和第4开关Q3、Q4以高的频率(例如20kHz)通/断，放出电容器C的电荷，库该电压Vc。电容器C的放电电路按以下方式形成。首先，在交流输入电压Vin的正的半波期间t0～t1并且第4开关Q4导通的期间，在由电容器C、第1开关Q1、第1电感L1、电源3和第4开关Q4构成的闭合电路中流过电容器C的放电电流。这时，能量存储到第1电感L1中。其次，在输入交流电压Vin的正的半波期间t0～t1并且第3开关Q3导通的期间，在由第1电感L1、电源3、第3开关Q3、第1开关Q1构成的闭合电路中，进行第1电感L1的能量的释放，第1电感L1的能量返回到电源3中。第3和第4开关Q3、Q4如图4(D)、(F)所示的那样以比交流输入电压Vin高得多的频率用PWM脉冲断续地通/断，通过该PWM脉冲的宽度的控制来控制电容器C的放电期间，使电容器C的电压Vc基本上保持为一定值。在交流输入电压Vin的负的半波期间t1～t2并且第3开关Q3导通的期间，在由电容器C、第3开关Q3、电源3、第1电感L1和第2开关Q2构成的闭合电路中，放出电容器C的电荷。另外，在交流输入电压Vin的负的半波期间t1～t2并且第4开关Q4导通的期间，在由第1电感L1、第2开关Q2、第4开关Q4和电源3构成的闭合电路中，放出第1电感L1的能量。
(升压模式)
在可以得到比交流输入电压Vin高的输出电压V0时发生的升压模式即第3模式时，由图5(B)～(G)所示的控制信号VQ 1～VQ6控制第1～第6开关Q1～Q6的通/断。即，第1～第4开关Q1～Q4以高频进行通/断动作，第5和第6开关Q5、Q6以电源频率(50Hz)进行通/断动作。在图6的输入交流电压Vin的正的半波期间t0～t1并且第1和第5开关Q1、Q5的导通期间，第1方向的电流沿着由电源3、第1电感L1、第1开关Q1、第5开关Q5、第2电感L2和负载11构成的路径流动。这时，第5和第6开关Q5、Q6的相互连接点10与共同端子5或7间的电压Vinv和交流输入电压Vin基本上相同。在升压模式中，在交流输入电压Vin的正的半波期间t0～t1并且第2和第5开关Q2、Q5的导通期间，第1方向的电流沿着由电源3、第1电感L1、第2开关Q2、电容器C、第5开关Q5、第2电感L2和负载11构成的路径流动。这时，可以得到电容器C的电压Vc与交流输入电压Vin相加后的值的输出电压V0。
在升压模式中，在输入交流电压Vin的负的半波期间t1～t2并且第2和第6开关Q2、Q6导通的期间，第2方向的电流沿着由电源3、负载11、第2电感L2、第6开关Q6、第2开关Q2和第1电感L1构成的路径流动。这时，第1电感L1的电压与输入交流电压Vin相加，成为输出电压V0。另外，在输入交流电压Vin的负的半波期间t1～t2并且第1和第6开关Q1、Q6导通的期间，第2方向的电流沿着由电源3、负载11、第2电感L2、第6开关Q6、电容器C、第1开关Q1和第1电感L1构成的路径流动。这时，第5和第6开关Q5、Q6的相互连接点10与共同端子5或7间的电压Vinv和输入交流电压Vin基本上相同。
在该升压模式中，利用第3和第4开关Q3、Q4的通/断也可以和非变换模式时一样进行功率因数的改善和波形改善。
第3和第4开关Q3、Q4的通/断，也可以通过以下所示的电容器C的电压Vc控制而实现。在升压模式中，电容器C发生放电，该电压降低。因此，通过使第3和第4开关Q3、Q4以比第5和第6开关Q5、Q6高的频率(例如20kHz)断续地通/断，将电容器C的电压Vc控制为基本上一定。下面，说明详细的动作。在输入交流电压Vin的正的半波期间t0～t1并且第4开关Q4导通的期间，在由电源3、第1电感L1、第1开关Q1、电容器C和第4开关Q4构成的闭合电路中向电容器C充电。这时，有第1电感L1存储的能量放出，所以，电容器C以电源3的电压Vin与第1电感L1的电压之和充电。即，电容器C用比输出电压V0高的电压进行充电。在输入交流电压Vin的正的半波期间t0～t1并且第3开关Q3的导通期间，电流沿电源3、第1电感L1、第1开关Q31、第3开关Q3的路径流动，能量存储到第1电感L1中。
在输入交流电压Vin的负的半波期间t1～t2并且第3开关Q3导通的期间，电流沿电源3、第3开关Q3、电容器C第2开关Q2和第1电感L1的路径流动，电容器C以电源3的电压Vin与第1电感L1的电压之和充电。
在输入交流电压Vin的负的半波期间t1～t2并且第4开关Q4导通的期间，电流沿电源3、第4开关Q4、第2开关Q2和第1电感L1的路径流动，能量存储到第1电感L1中。
从上述可知，第1和第2开关Q1、Q2主要是用于升压而使用的。第3和第4开关Q3、Q4主要是用于改善功率因数和改善波形而使用的。第5和第6开关Q5、Q6主要是用于降压而使用的。
下面，参照图2说明控制电路2的详细情况。控制电路2具有输入电压检测电路41、直流电压检测电路42、输出电压检测电路43、第1指令值发生单元44、第2指令值发生单元45、方波发生器46、第1、第2和第3运算电路47、48和49、第1和第2限幅器50及51、作为比较波发生单元或载波发生单元的三角波发生器52、第1、第2和第3转换器53、54和55、第1、第2和第3“非”电路56、57和58。
输入电压检测电路41通过导线18、19与交流输入端子4和共同端子5连接，检测电源3的电压Vin，发生基准正弦波。直流电压检测电路42通过导线21、22与直流链接电容器C的两端连接，输出表示直流链接电容器C的电压Vc的检测信号。输出电压检测电路43通过导线20、19与交流输出端子6和共同端子7连接，输出表示输出电压V0的检测信号。各检测电路41、42、43输出比电源电压Vin、电容器电压Vc、输出电压V0的实际的值低的电压，但是，为了容易理解，这里假定输出与实际的电压相同的值。
第1指令值发生单元44也可以称为输入级电压指令值发生单元或转换器电压指令值发生单元，由直流基准电压源59、2个减法器60及63、2个比例积分(PI)电路61及64和乘法器62构成。减法器60输出表示基准电压源59的基准电压与直流电压检测电路42的检测输出之差的误差信号。该误差信号通过比例积分电路61输入乘法器62，与从输入电压检测电路41得到的基准正弦波(例如有效值100V的正弦波)相乘。乘法器62的输出是用于将直流链接电容器C的电压Vc保持为一定的输入电流指令值。减法器63输出表示乘法器62的输出(输入电流指令值)和与电流检测器23连接的导线24的检测值(检测电流值)之差的信号。减法器63的输出通过比例积分电路64输出。比例积分电路64的输出成为第1指令值Vrc。第1指令值Vrc就是用于使第1和第2开关Q1、Q2的相互连接点8与第3和第4开关Q3、Q4的相互连接点9间的基波的电压Vconv成为所希望的值的指令值。这里，所谓基波，就是频率和电源电压Vin相同的信号。该第1指令值Vrc是与电源电压Vin同步的正弦波或与正弦波近似的波形，包含用于将直流链接电容器C的电压控制为指定值的信息和用于改善输入的功率因数的信息。
第2指令值发生单元45也可以称为输出级电压指令值发生单元或换流器电压指令值发生单元，由基准输出电压指令值发生器66、减法器67和比例积分微分(PID)电路68构成。
在具体例中，是按在交流输入电压Vin一定的状态下可以改变交流输出电压Vo来构成第2指令值发生单元45的。因此，基准输出电压指令值发生器66是可变结构，可以根据第1、第2和第3模式发生不同的值的基准输出电压指令值。基准输出电压指令值发生器66在非变换模式时发生表示输入输出电压相等即Vo=Vin的第1基准输出电压指令值Vo1，在降压模式时，发生表示输出电压Vo低于交流输入电压Vin的即Vo=Vin-a的第2基准输出电压指令值Vo2，在升压模式时，发生表示输出电压Vo高于交流输入电压Vin的即Vo=Vin+b的第3基准输出电压指令值Vo3。基准输出电压指令值发生器66的输出与交流输入电压Vin同步，具有正弦波或与正弦波近似的波形。
在不全部要求非变换模式、降压模式和升压模式等这3个模式而仅要求3个模式中的任意的2个模式时，就构成用以输出从3个模式中选择的2个模式用的2个基准输出电压指令值的基准输出电压指令值发生器66。
减法器67输出表示基准输出电压指令值发生器66的输出与输出电压检测电路43的输出之差的信号。该减法器67的输出通过比例积分微分(PID)电路68而输出，成为第2指令值Vri。第2指令值Vri就是用于使第3和第4开关Q3、Q4的相互连接点9与第5和第6开关Q5、Q6的相互连接点10间的基波的电压Vinv成为所希望的值的指令值，由与交流输入电压Vin同步的正弦波或与正弦波近似的波形构成。
从第2赂值发生单元45发生的第2指令值Vri在交流输入电压Vin一定时，在非变换模式时成为和第1指令值Vrc相等的值、在降压模式时成为比第1指令值Vrc低的值、在升压模式时成为比第1指令值Vrc高的值。
在总是将交流输出电压Vo保持一定时，基准输出电压指令值发生器66的输出也保持为一定。即，不论交流输入电压Vin是例如100V时还是例如200V时，在得到一定的交流输出电压Vo(例如100V)时，基准输出电压指令值发生器66的输出保持为一定。这样，即使基准输出电压指令值发生器66的输出一定，在交流输入电压Vin变化时，输入电压检测电路41的输出也发生变化，从第1指令值发生单元44得到的第1指令值Vrc也发生变化，从而将交流输出电压Vo保持一定。
基于交流输出电压Vo或交流输入电压Vin的变化的第1～第6开关Q1～Q6的控制模式的切换由后面所述的运算单元自动地进行。
本实施例的控制电路2具有用于有选择地设定降压模式、升压模式和非变换模式的方波发生器46和第1、第2及第3运算电路47、48及49。
方波发生器46由放大器69和限幅器70构成。放大器69将从输入电压检测电路41得到的图6(A)的50Hz的基准正弦波Vf放大为峰值远远高于200V的电压。限幅器70将放大器69的输出限制在大于三角波发生器52的输出三角波的最大值的第1电压+Vs(+200V)与小于三角波的最小值的第2电压-Vs(-200V)之间，发生交替地具有图7(B)所示的+Vs的高电平和-Vs的低电平的方波电压Vs。
第1运算电路47与转换器电压指令值发生单元即第1指令值发生单元44、换流器电压指令值发生单元即第2指令值发生单元45和方波发生器46连接，执行Vrc+Vs-Vri的运算。即，第1运算电路47包含加法器和减法器，从将方波电压Vs与转换器电压指令值即第1指令值Vrc相加后的值中减去换流器电压指令值即第2指令值Vri。也可以将加法和减法的顺序颠倒，采用Vrc-Vri+Vs的运算形式。
第2运算电路48与转换器电压指令值发生单元即第1指令值发生单元44、换流器电压指令值发生单元即第2指令值发生单元45和方波发生器46连接，执行Vri+Vs-Vrc的运算。即，第2运算电路48包含加法器和减法器，从将方波电压Vs与换流器电压指令值即第2指令值Vri相加后的值中减去转换器电压指令值即第1指令值Vrc。也可以将加法和减法的顺序颠倒，采用Vri-Vrc+Vs的运算形式。
第1限幅器50将第1运算电路47的输出限制在设定为与方波电压Vs的最大值+Vs相同或略高于+Vs的值的上限值和与设定为方波电压Vs的最小值-Vs相同或略低于-Vs的值的下限值之间，输出第1开关控制指令值Vr1。在具体例中，上限值为+Vs，下限值为-Vs。第1开关控制指令值Vr1也可以晁指令应根据输入级开关Q1、Q2而发生的电压的第1值。
第1值Vr1在第1和第2模式时如图7(A)和图8(A)所示的那样成为和方波电压Vs相同的值。在第3模式时如图9(A)所示的那样成为+Vs与-Vs之间的第2值。
第2限幅器51将第2运算电路48的输出限制在与设定为方波电压Vs的最大值+Vs相同或略高于+Vs的值的上限值和与设定为方波电压Vs的最小值-Vs相同或略低于-Vs的值的下限值之间，输出第2开关控制指令值Vr3。在具体例中，上限值为+Vs，下限值为-Vs。也可以将第2开关控制指令值Vr3称为指令应根据输出级开关Q5、Q6而发生的电压的第2值。
在权利要求中，称为第2值的Vr3在第1和第3模式时如图7(C)和图9(C)所示的那样成为和方波电压Vs相同的值，在第2模式时如图8(C)所示的那样成为+Vs与-Vs之间的值。
第3运算电路49与换流器电压指令值发生单元45和第2限幅器51连接，执行Vr3-Vri的运算。即，第3运算电路49是减法器，将换流器电压指令值Vri从第2开关控制指令值Vr3中减去，发生指令值Vr2。该指令值Vr2在权利要求中称为第3值，也可以称为电容器C的电压的指令值或功率因数改善指令值。以电容器C的电压Vc的1/2的电位为基准，设第1和第2开关Q1、Q2的相互连接点8的基波的电压为V1、第3和第4开关Q3、Q4的相互连接点9的基波的电压为V2、第5和第6开关Q5、Q6的相互连接点10的基波的电压为V3时，则V1、V2、V3与开关控制指令值Vr1、Vr2、Vr3的关系可以表为
  V1=(Vc/2)Vr1，
  V2=(Vc/2)Vr2，
  V3=(Vc/2)Vr3，
  Vinv=V3-V2，
  Vconv=V1-V2。
Vr2在第1、第2和第3模式的任一模式中如图7(B)、图8(B)和图9(B)所示的那样成为+Vs与-Vs之间的值。
根据从由第1、第2及第3运算电路47、48及49和第1、第2限幅器50及51构成的运算单元得到的输出Vr1、Vr2和Vr3，作为形成第1～第6开关Q1～Q6的第1～第6控制信号VQ1～VQ6的控制信号形成单元，设置了三角波发生器52和第1、第2及第3转换器53、54及55以及第1、第2及第3“非”电路56、57及58。
比较波发生器或作为载波发生器的三角波发生器52如图7～图9所示的那样，发生频率比电源3的电压Vin的频率(50Hz)的2倍高的(例如20kHz)三角波电压Vt。三角波电压Vt的最大值设定为与方波电压Vs的最大值和第1及第2限幅器50、51的上限值+Vs相同或略比其低的值。三角波电压Vt的最低值设定为与方波电压Vs的最低值和第1及第2限幅器50、51的下限值-Vs相同或比其高的值。在图2中，1个三角波发生器52与第1、第2和第3转换器53、54和55连接，但是，也可以设置第1、第2和第3转换器53、54和55用的3个专用三角波发生器。另外，可以将三角波发生器52采用众所周知的锯齿波发生电路。
第1转换器53与第1限幅器50和三角波发生器52连接，如图7(A)、图8(A)和图9(A)所示的那样，将第1值Vr1与三角波电压Vt进行比较，向导线12输出图3(B)、图4(B)和图5(B)所示的第1开关Q1的通/断控制信号VQ1。
第2转换器54与第3运算电路49和三角波发生器52连接，如图7(B)、图8(B)和图9(B)所示的那样，将第2值Vr2与三角波电压Vt进行比较，向导线14输出图3(D)、图4(D)和图5(D)所示的第3开关Q3的通/断控制信号VQ3。
第3转换器55与第2限幅器51和三角波发生器52连接，如图7(C)、图8(C)和图9(C)所示的那样，向导线16输出图3(F)、图4(F)和图5(F)所示的第5开关Q5的通/断控制信号VQ5。
作为第1反相信号形成单元的“非”电路56与第1转换器53连接，向导线13输出由第1开关Q1的通/断控制信号VQ1的反相信号构成的图3(C)、图4(C)和图5(C)所示的第2开关Q2的通/断控制信号VQ2。
作为第2反相信号形成单元的“非”电路57与第2转换器54连接，向导线15输出由第3开关Q3的通/断控制信号VQ3的反相信号构成的图3(E)、图4(E)和图5(E)所示的第4开关Q4的通/断控制信号VQ4。
作为第3反相信号形成单元的“非”电路58与第3转换器55连接，向导线17输出由第5开关Q5的通/断控制信号VQ5的反相信号构成的图3(G)、图4(G)和图5(G)所示的第6开关Q6的通/断控制信号VQ6。
另外，也可以将第1、第2和第3“非”电路56、57和58内藏到第1、第2和第3转换器53、54和55中。
(模式切换控制)
下面，参照图10～图12说明通过切换基准输出电压指令值发生器66的输出可以进行输出电压Vo的切换和模式切换的情况。这里，取各模式的电源电压Vin为100V、非变换模式的输出电压Vo为100V、降压模式的输出电压Vo为80V、升压模式的输出电压Vo为120V。另外，为了容易理解，将转换器电压指令值即第1指令值Vrc在各模式中取为100V，另外，将换流器电压指令值即第2指令值Vri在非变换模式中取为100V、在降压模式中取为80V、在降压模式中取为120V。
(非变换模式)
在上述条件中，电源电压Vin的正的半波期间非变换模式的第1运算电路47的输出为Vrc+Vs-Vri=100+200-100=200V。该值与第1限幅器50的上限一致，所以，从第1限幅器50输出的第1值Vr1也为200V。该Vr1=200V如图10所示，与三角波电压Vt的最大值200V一致，不横切三角波电压Vt。结果，电源电压Vin的正的半波期间第1转换器53的输出连续地成为高电平。另外，在非变换模式中电源电压Vin的负的半波期间第1转换器53的输出连续地成为低电平。这样，在非变换模式时，如图3(B)、(C)所示，第1和第2开关Q1、Q2以50Hz的低频进行通/断控制，作为整流元件而动作。
非变换模式时电源电压Vin的正的半波期间第2运算电路48的输出为Vri+Vs-Vrc=100+200-100=200V。该值与第2限幅器51的上限一致，所以，第2值Vr3也成为200V。另外，电源电压Vin的负的半波期间的Vr3为-200V。结果，第3转换器55的输出就和第1转换器53的输出相同，第5和第6开关Q5、Q6如图3(F)、(G)所示的那样以低频(50Hz)进行通/断控制，作为整流茵而动作。
非变换模式时电源电压Vin的正的半波期间第3运算电路49的输出Vr2为Vr3-Vri=200-100=100V。另外，电源电压Vin的负的半波期间第3运算电路49的输出Vr2为-100V。因此，如图10所示，在第2转换器54中，第3值Vr2横切三角波电压Vt，如图3(D)、(E)所示，例如20kHz的高频的通/断控制信号(PWM脉冲)供给第3和第4开关Q3、Q4。
(降压模式)
降压模式时电源电压Vin的正的半波期间第1运算电路47的输出为Vrc+Vs-Vri=100+200-80=220V。由第1限幅器50所限制，所以，第1值Vr1成为200V，如图11所示，在第1转换器53中，不横切三角波电压Vt。因此，第1转换器53的输出成为高电平。在电源电压Vin的负的半波期间，Vr1成为-200V，第1转换器53的输出成为低电平。因此，在降压模式时，第1和第2开关Q1、Q2如图4(B)、(C)所示的那样以低频进行通/断控制，作为整流元件为动作。
在降压模式时电源电压Vin的正的半波期间第2运算电路48的输出为Vri+V-V=80+200-100=180V。该值不由第2限幅器51所限制，所以，第2值Vr3也成为180V，在第3转换器55中，如图11所示，横切三角波电压Vt。因此，在降压模式时，第5和第6开关Q5、Q6如图4(F)、(G)所示的那样由高频的通/断控制信号即PWM脉冲所控制。
在降压模式时正的半波期间第3运算电路49的输出即第3值Vr2为Vr3-Vri=180-80=100V，在第2转换器54中，如图11所示，横切三角波电压Vt。结果，如图4(D)、(E)所示，高频的通/断控制信号供给第3和第3开关Q3、Q4。
(升压模式)
在升压模式时电源电压Vin的正的半波期间第1运算电路47的输出为Vrc+Vs-Vri=100+200-120=180V。不受第1限幅器50的限制，所以，第1值Vr1也成为180V，如图12所示，使第1转换器53横切三角波电压Vt。另外，在负的半波期间，Vr1成为-180V，横切三角波电压Vt。结果，第1和第2开关Q1、Q2如图5(B)、(C)所示的那样由高频的通/断控制信号即PWM脉冲所控制。在升压模式中，第2运算电路48的输出为Vri+Vs-Vrc=120+200-100=220V，由第2限幅器51限制为200V。这样，第3转换器55的输入即第2值Vr3就成为200V，如图12所示，不横切三角波电压Vt。另外，在负的半波期间，Vr3成为-200V，不横切三角波电压Vt。结果，第5和第6开关Q5、Q6如图5(F)、(G)所示的那样以低频进行通/断控制，作为整流茵而动作。
在升压模式时，正的半波期间第3运算电路49的输出即第3值Vr2为Vr3-Vri=200-120=80V，如图12所示，横切三角波电压Vt。另外，在负的半波期间，第3值Vr2成为-80V，横切三角波电压Vt。结果，第3和第4开关Q3、Q4如图5(D)、(E)所示的那样以高频进行通/断控制。
不论电源电压即交流输入电压Vin的变化如何，将交流输出电压Vo保持为一定时都发生和图10～图12相同的动作。
从上述说明可知，本实施例具有以下效果：
(1)在非变换模式中，第1、第2、第5和第6开关Q1、Q2、Q5、Q6以50Hz的低频进行通/断控制，在降压模式中，第1和第2开关Q1、Q2以50Hz的低频进行通/断控制，在升压模式中，第5和第6开关Q5、Q6以50Hz的低频进行通/断控制，所以，可以减少每单位时间的开关次数和开关损失，从而可以提高电压变换装置的效率。
(2)在第1、第2和第3模式中的任一模式中，第3和第4开关Q3、Q4都以高频进行通/断控制，所以，可以实现功率因数改善和交流输入电流的波形改善即可以降低高频成分。
(3)通过改变基准输出电压指令值发生器66的输出进行第1、第2和第3模式的切换，可以得到所希望的交流输出电压Vo。因此，模式切换电路的结构简单，从而可以实现电力变换装置的成本降低和小型化。
(4)通过将基准输出电压指令值发生器66的输出保持为一定，不论输入交流电压Vin的变化如何，可以得到一定的交流输出电压Vo。另外，可以根据输入交流电压Vin的变化用从第1、第2和第3模式中选择的最佳的模式控制第1～第6开关Q1～Q6。
(实施例2)
下面，参照图13说明实施例2的电压变换装置。但是，在图13中，对于和图2相同的部分标以相同的符号，并省略其说明。另外，在实施例2中，根据需要也参照图1～图11。
实施例2的电压变换装置将图1的控制电路2变形为图13所示的控制电路2a，其他结构和图1相同。图13的控制电路2a设置了将图2的控制电路2的第1、第2和第3运算电路47、48和49变形后的第1、第2和第3运算电路47a、48a、49a，其他结构和图2相同。
图13的第1运算电路47a与第1和第2指令值发生单元44、45连接，进行下式的运算，输出差信号ΔV。即
    ΔV=Vri-Vc
第2运算电路48a与第1运算电路47a和方波发生器46连接，进行以下的运算。即
如果ΔV＞0，
    Vr1=Vs-ΔV
    Vr3=Vs
如果ΔV=0，
    Vr1=Vs
    Vr3=Vs
如果ΔV＜0，
    Vr1=Vs
    Vr3=Vs+ΔV
第3运算电路49a与第1指令值发生单元44和第2运算电路48a连接，进行以下的运算。即
    Vr2=Vr1-Vrc
在图13的第1、第2和第3模式中，从第2和第3运算电路48a、49a得到的Vr1、Vr2、Vr3和在图2中用相同符号表示的量是相同的。因此，利用实施例2也可以获得和实施例1相同的效果。
(实施例3)
下面，参照图14说明实施例3的电压变换装置的控制电路2b。但是，在图14中，对于和图2实际上相同的部分标以相同的符号，并省略其说明。图14的控制电路2b设置了将图2的控制电路2的第1、第2和第3运算电路47、48、49变形后的第1和第2运算电路47b、48b和选择电路49b，此外，还设置了2个加法器71、73和1个减法器72以及第3限幅器74，其他结构和图2相同。
图14的第1运算电路47b与第1和第2指令值发生单元44、45连接，进行Vrc-Vri的运算，输出差信号ΔV1。
第2运算电路48b与第1和第2指令值发生单元44、45连接，进行Vri-Vrc的运算，输出差信号ΔV2。
选择电路49b与第1及第2指令值发生单元44、45和第1运算电路47b连接，根据第1运算电路47b的输出ΔV1进行以下的运算。即
如果ΔV1=0，就选择Vrc。
如果ΔV1＞0，就选择Vrc。
如果ΔV1＜0，就选择Vri。
加法器71与第1运算电路47b和方波发生器46连接，将它们的输出相加。因此，图14的第1运算电路47b和加法器71的组合与图2的第1运算电路47等价。
减法器72与选择电路49b和方波发生器46连接，将选择电路49b的输出从方波电压Vs中减去，输出和图2的第3运算电路49的输出实际上相同的信号。因此，图14的选择电路49b和减法器72的组合与图2的第3运算电路49等价。
加法器73与第2运算电路48b和方波发生器46连接，将它们的输出相加。因此，图14的第2运算电路48b和加法器73的组合与图2的第2运算电路48等价，输出Vri-Vrc+Vs。
第3限幅器74连接在减法器72与第2转换器54之间，将减法器72的输出限制在上限值+Vs与下限值-Vs之间。
在第1、第2和第3模式中，图14的第1、第2和第3限幅器50、51、74得到的Vr1、Vr2、Vr3和在图2中用相同符号表示的量是相同的。因此，利用实施例3也可以获得和实施例1相同的效果。
(实施例4)
下面，参照图15说明实施例4的电压变换装置的控制电路2c。但是，在图15中，对于和图2及图14实际上相同的部分标以相同的符号，并省略其说明。
图15的控制电路2c省去了图14的控制电路2b的第2运算电路48b，将图14的减法器73变形为减法器73′，其他结构和图14相同。
图15的减法器73′与第1运算电路47b和方波发生器46连接，将第1运算电路47b的输出从方波电压Vs中减去，输出Vs-(Vrc-Vri)=Vs-Vrc+Vri。因此，从图15的减法器73′可以得到和图14的加法器73相同的输出。
在第1、第2和第3模式中，从图15的第1、第2和第3限幅器50、51、74得到的Vr1、Vr2、Vr3与在图2和图14中用相同符号表示的量是相同的。因此，利用实施例4也可以获得与实施例1和实施例3相同的效果。
(实施例5)
图16所示的实施例5的控制电路2d设置第4、第5和第6转换器56′、57′、58′，取代图2的控制电路2的第1、第2和第3“非”电路56、57、58，其他结构和图2相同。第4、第5和第6转换器56′、57′、58′的负输入端子分别与第1限幅器50、第3运算电路49、第2限幅器51连接，接收Vr1、Vr2、Vr3的供给。第4、第5和第6转换器56′、57′、58′的正输入端子与三角波发生器5 2连接。第4、第5和第6转换器56′、57′、58′形成与从第1、第2和第3转换器53、54、55输出的第1、第2和第5控制信号VQ1、VQ3、VQ5相位相反的第2、第4和第6控制信号VQ2、VQ4、VQ6，向导线13、15、17输出。利用图16的控制电路2d也可以获得和图2的控制电路2相同的效果。
也可以将图13、图14和图15的第1、第2和第3“非”电路56、57、58置换为与图16的第4、第5和第6转换器56′、57′、58′相同的电路。
(变形例)
本发明不限于上述实施例，可以是例如以下的变形。
(1)可以使控制电路2、2a、2b仅在第1模式即非变换模式和第2模式即降压模式或第1模式即非变换模式和第3模式即升压模式或第2模式即降压模式和第3模式即升压模式中动作。
(2)可以用数字电路构成控制电路2、2a、2b的大部分。
(3)也可以在第1和第2开关Q1、Q2的导通期间的间隙、第3和第4开关Q3、Q4的导通期间的间隙、第5和第6开关Q5、Q6的导通期间的间隙设置众所周知的寂静时间(休止期间)，利用各开关的存储防止一对开关同时导通，从而防止一对直流导线间发生短路。
(4)可以设置第1、第2和第3电感L1、L2、L3或仅设置L1和L3或仅设置L2和L3。
(5)可以采用将第1、第2和第3限幅器50、51、74省去的结构。
(6)可以使方波发生器46的限幅器70和第1、第2及第3限幅器50、51、74的上限电压高于200V，使下限电压低于-200V。
(7)可以构成将与变换电路1相同的短路结构并联连接的多相的电压变换装置。

Claims (18)

1．一种具有将从交流电源(3)供给的正弦波交流输入电压(Vin)变换为不同的电平的交流输出电压(V0)的功能和功率因数改善功能并将上述交流输出电压(V0)供给负载(11)的电力变换装置，其特征在于：由用于连接上述交流电源(3)的一端的交流输入端子(4)、用于连接上述负载(11)的一端的交流输出端子(6)、用于连接上述交流电源(3)的另一端和上述负载(11)的另一端的共同端子(5)、可以控制的第1和第2开关(Q1、Q2)串联连接的第1串联电路、可以控制的第3和第4开关(Q3、Q4)串联连接的电路并且与上述第1串联电路并联连接的第2串联电路、可以控制的第5和第6开关(Q5、Q6)串联连接的电路并且与上述第1和第2串联电路并联连接的第3串联电路、与上述第1、第2和第3串联电路并联连接的电容器(C)、电感单元和用于控制上述第1、第2、第3、第4、第5和第6开关(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6)的控制单元构成，上述第1和第2开关(Q1、Q2)的相互连接点(8)与上述交流输入端子(4)连接，上述第3和第4开关(Q3、Q4)的相互连接点(9)与上述共同端子(5)连接，上述第5和第6开关(Q5、Q6)的相互连接点(10)与上述交流输出端子(6)连接，上述电感单元由从连接在上述交流输入端子(4)与上述第1和第2开关(Q1、Q2)的相互连接点(8)之间的第1电感器(L1)、连接在上述第5和第6开关(Q5、Q6)的相互连接点与上述交流输出端子(6)之间的第2电感器(L2)和连接在上述第3和第4开关(Q3、Q4)的相互连接点(9)与上述共同端子(5)之间的第3电感器(L3)组成的3个电感器中任意选择的至少2个构成，上述控制单元(2)具有以下第1功能、第2功能和第3功能中的至少2个功能，第1功能是在使上述交流输入端子(4)或上述第1和第2开关(Q1、Q2)的相互连接点(8)与上述共同端子(5)间的电压(Vin或Vconv)和上述交流输出端子(6)或上述第5和第6开关(Q5、Q6)的相互连接点(10)与上述共同端子(5)间的第2电压(Vo或Vinv)基本上相等的第1模式时以上述交流输入电压(Vin)的周期控制上述第1及第2开关(Q1、Q2)和上述第5及第6开关(Q5、Q6)的通/断并且以比上述交流输入电压(Vin)的周期短的周期控制上述第3和第4开关(Q3、Q4)的通/断，第2功能是在使上述第2电压(Vo或Vinv)低于上述第1电压(Vin或Vconv)的第2模式时以上述交流输入电压(Vin)的周期控制上述第1和第2开关(Q1、Q2)的通/断并且以比上述交流输入电压(Vin)的周期短的周期控制上述第3及第4开关(Q3、Q4)和上述第5及第6开关(Q5、Q6)的通/断，第3功能是在使上述第2电压(Vo或Vinv)高于上述第1电压(Vin或Vconv)的第3模式时以比上述交流输入电压(Vin)的周期短的周期控制上述第1及第2开关(Q1、Q2)和上述第3及第4开关(Q3、Q4)的通/断并且以上述交流输入电压(Vin)的周期控制上述第5及第6开关(Q5、Q6)的通/断。
2．按权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于：上述电抗单元是上述第1和第2电感(L1、L2)。
3．按权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于：上述电抗单元是上述第1和第3电感(L1、L3)。
4．按权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于：上述电抗单元是上述第2和第3电感(L2、L3)。
5．按权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于：上述电抗单元是上述第1、第2和第3电感(L1、L2、L3)。
6．按权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于：上述控制单元(2)由与上述交流输入电压(Vin)同步地发生用于使上述第1和第2开关(Q1、Q2)的相互连接点(8)与上述共同端子(5)间的第1电压(Vconv)成为希望值的第1指令值Vrc的第1指令值发生单元(44)、与上述交流输入电压(Vin)同步地发生用于使上述第5和第6开关(Q5、Q6)的相互连接点(10)与上述共同端子(5)间的第2电压(Vinv)成为希望值的第2指令值Vri的第2指令值发生单元(45)、发生具有和上述交流输入电压(Vin)相同周期的方波电压Vs的方波发生器(46)、与上述第1指令值发生单元(44)及上述第2指令值发生单元(45)和上述方波发生器(46)连接的输出表示Vrc-Vri+Vs的第1值(Vr1)和表示Vri-Vrc+Vs的第2值(Vr3)以及表示Vr3-Vri或Vs-Vrc或Vs-Vri的第3值(Vr2)的运算单元(47、48、49)和与上述运算单元(47、48、49)及上述第1、第2、第3、第4、第5和第6开关(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6)连接的根据从上述运算单元(47、48、49)得到的上述第1、第2和第3值(Vr1、Vr3、Vr2)形成用于控制上述第1、第2、第3、第4、第5和第6开关(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6)通/断的第1、第2、第3、第4、第5和第6控制信号(VQ1、VQ2、VQ 3、VQ4、VQ5、VQ6)的控制信号形成单元(52、53、54、55、56、57、58或52、53、54、55、56′、57′、58′)构成。
7．按权利要求6所述的电力变换装置，其特征在于：上述控制信号形成单元由以比上述交流输入电压(Vin)的周期短的周期发生由锯齿波电压或三角波电压构成的比较波(Vt)的比较波发生器(52)、与上述运算单元(47、48、49)和上述比较波发生器(52)以及上述第1开关(Q1)连接的将上述第1值(Vr1)与上述比较波(Vt)进行比较并在上述第1值(Vr1)高于上述比较波(Vt)时就形成成为第1电平而在上述第1值(Vr1)低于上述比较波(Vt)时就形成成为第2电平的第1控制信号(VQ 1)从而用于将该第1控制信号(VQ1)供给上述第1开关(Q1)的第1比较电路(53)、与上述第1比较电路(53)和上述第2开关(Q2)连接的形成相位与上述第1控制信号(VQ1)相反的第2控制信号(VQ2)并将该第2控制信号(VQ2)供给上述第2开关(Q2)的第1“非”(NOT)电路(56)、与上述运算单元(47、48、49)和上述比较波发生器(52)以及上述第3开关(Q3)连接的将上述第3值(Vr2)与上述比较波(Vt)进行比较并在上述第3值(Vr2)高于上述比较波(Vt)时就形成成为第1电平而在上述第3值(Vr2)低于上述比较波(Vt)时就形成成为第2电平的第3控制信号(VQ3)从而用于将该第3控制信号(VQ3)供给上述第3开关(Q3)的第2比较电路(54)、与上述第2比较电路(54)和上述第4开关(Q4)连接的形成相位与上述第3控制信号(VQ3)相反的第4控制信号(VQ4)并将该第4控制信号(VQ4)供给上述第4开关(Q4)的第2“非”(NOT)电路(57)、与上述运算单元(47、48、49)和上述比较波发生器(52)以及上述第5开关(Q5)连接的将上述第2值(Vr3)与上述比较波(Vt)进行比较并在上述第2值(Vr3)高于上述比较波(Vt)时就形成成为第1电平而在上述第2值(Vr3)低于上述比较波(Vt)时就形成成为第2电平的第5控制信号(VQ5)从而用于将该第5控制信号(VQ5)供给上述第5开关(Q5)的第3比较电路(55)和与上述第3比较电路(55)和上述第6开关(Q6)连接的形成相位与上述第5控制信号(VQ 5)相反的第6控制信号(VQ6)并将该第6控制信号(VQ6)供给上述第6开关(Q6)的第3“非”(NOT)电路(58)构成。
8．按权利要求6所述的电力变换装置，其特征在于：上述控制信号形成单元由以比上述交流输入电压(Vin)的周期短的周期发生由锯齿波电压或三角波电压构成的比较波(Vt)的比较波发生器(52)、与上述运算单元(47、48、49)和上述比较波发生器(52)以及上述第1开关(Q1)连接的将上述第1值(Vr1)与上述比较波(Vt)进行比较并在上述第1值(Vr1)高于上述比较波(Vt)时就形成成为第1电平而在上述第1值(Vr1)低于上述比较波(Vt)时就形成成为第2电平的第1控制信号(VQ 1)从而用于将该第1控制信号(VQ1)供给上述第1开关(Q1)的第1比较电路(53)、与上述运算单元(47、48、49)和上述比较波发生器(52)以及上述第2开关(Q2)连接的将上述第1值(Vr1)与上述比较波(Vt)进行比较并在上述第1值(Vr1)低于上述比较波(Vt)时就形成成为第1电平而在上述第1值(Vr1)高于上述比较波(Vt)时就形成成为第2电平的第2控制信号(VQ2)从而用于将该第2控制信号(VQ2)供给上述第2开关(Q2)的第2比较电路(56′)、与上述运算单元(47、48、49)和上述比较波发生器(52)以及上述第3开关(Q3)连接的将上述第3值(Vr2)与上述比较波(Vt)进行比较并在上述第3值(Vr2)高于上述比较波(Vt)时就形成成为第1电平而在上述第3值(Vr2)低于上述比较波(Vt)时就形成成为第2电平的第3控制信号(VQ3)从而用于将该第3控制信号(VQ3)供给上述第3开关(Q3)的第3比较电路(54)、与上述运算单元(47、48、49)和上述比较波发生器(52)以及上述第4开关(Q4)连接的将上述第3值(Vr2)与上述比较波(Vt)进行比较并在上述第3值(Vr2)低于上述比较波(Vt)时就形成成为第1电平而在上述第3值(Vr2)高于上述比较波(Vt)时就形成成为第2电平的第4控制信号(VQ4)从而用于将该第4控制信号(VQ4)供给上述第4开关(Q4)的第4比较电路(57′)、与上述运算单元(47、48、49)和上述比较波发生器(52)以及上述第5开关(Q5)连接的将上述第2值(Vr3)与上述比较波(Vt)进行比较并在上述第2值(Vr3)高于上述比较波(Vt)时就形成成为第1电平而在上述第2值(Vr3)低于上述比较波(Vt)时就形成成为第2电平的第5控制信号(VQ5)从而用于将该第5控制信号(VQ5)供给上述第5开关(Q5)的第5比较电路(55)和与上述运算单元(47、48、49)和上述比较波发生器(52)以及上述第6开关(Q6)连接的将上述第2值(Vr3)与上述比较波(Vt)进行比较并在上述第2值(Vr3)低于上述比较波(Vt)时就形成成为第1电平而在上述第2值(Vr3)高于上述比较波(Vt)时就形成成为第2电平的第6控制信号(VQ6)从而用于将该第6控制信号(VQ6)供给上述第6开关(Q6)的第6比较电路(58′)构成。
9．按权利要求6所述的电力变换装置，其特征在于：上述运算单元由与上述第1指令值发生单元(44)和上述第2指令值发生单元(45)以及上述方波发生器(46)连接的计算Vrc-Vri+Vs并输出上述第1值(Vr1)的第1运算电路(47)、与上述第1指令值发生单元(44)和上述第2指令值发生单元(45)以及上述方波发生器(46)连接的计算Vri-Vrc+Vs并输出上述第2值(Vr3)的第2运算电路(48)和与上述第2指令值发生单元(45)和上述第2运算电路(48)连接的计算Vr3-Vri并输出上述第3值(Vr2)的第3运算电路(49)构成。
10．按权利要求9所述的电力变换装置，其特征在于：进而具有与上述第1运算电路(47)连接的用设定为上述方波电压(Vs)的最大值以上的上限值限制上述第1运算电路(47)的输出并且用设定为上述方波电压(Vs)的最小值以下的下限值限制上述第1运算电路(47)的输出的第1限幅器(50)和与上述第2运算电路(48)连接的用设定为上述方波电压(Vs)的最大值以上的上限值限制上述第2运算电路(48)的输出并且用设定为上述方波电压(Vs)的最小值以下的下限值限制上述第2运算电路(48)的输出的第2限幅器(51)。
11．按权利要求6所述的电力变换装置，其特征在于：上述运算电路由与上述第1指令值发生单元(44)和上述第2指令值发生单元(45)连接的将上述第1指令值Vrc从上述第2指令值Vri中减去而计算Δ=Vri-Vrc的第1运算电路(47a)、与上述第1运算电路(47a)和上述方波发生器(46)连接的如果ΔV＞0时就输出
    Vr1=Vs-ΔV
    Vr3=Vs
如果ΔV=0时就输出
    Vr1=Vs
    Vr3=Vs
如果ΔV＜0时就输出
    Vr1=Vs
    Vr3=Vs+ΔV
的第2运算电路(48a)和与上述第1指令值发生单元(44)和上述第2运算电路(48a)连接的计算Vr2=Vr1-Vrc的第3运算电路(49a)构成。
12．按权利要求6所述的电力变换装置，其特征在于：上述运算单元由与上述第1指令值发生单元(44)和上述第2指令值发生单元(45)连接的计算ΔV1=Vrc-Vri的第1运算电路(47b)、与上述第1指令值发生单元(44)和上述第2指令值发生单元(45)连接的计算Vri-Vrc的第2运算电路(48b)、与上述第1指令值发生单元(44)和上述第2指令值发生单元(45)连接的在从第1运算电路(47b)得到的上述ΔV1为0时和上述ΔV1大于0时就输出Vrc而在上述ΔV1小于0时就输出Vri的选择电路(49b)、与上述第1运算电路(47b)和上述方波发生器(46)连接的输出由Vs+(Vrc-Vri)构成的第1值(Vr1)的第1加法器(71)、与上述第2运算电路(48b)和上述方波发生器(46)连接的输出由Vs+(Vri-Vrc)构成的第2值(Vr3)的第2加法器(73)和与上述选择电路(49b)和上述方波发生器(46)连接的输出由Vs-Vrc或Vs-Vri构成的第3值(Vr2)的减法器(72)构成。
13．按权利要求12所述的电力变换装置，其特征在于：进而设置了与上述第1加法器(71)连接的用设定为上述方波电压(Vs)的最大值以上的上限值限制上述第1加法器(71)的输出并且用设定为上述方波电压(Vs)的最小值以下的下限值限制上述第1加法器(71)的输出的第1限幅器(50)、与上述第2加法器(73)连接的用设定为上述方波电压(Vs)的最大值以上的上限值限制上述第2加法器(73)的输出并且用设定为上述方波电压(Vs)的最小值以下的下限值限制上述第2加法器(73)的输出的第2限幅器(51)和与上述减法器(72)连接的用设定为上述方波电压(Vs)的最大值以上的上限值限制上述减法器(72)的输出并且用设定为上述方波电压(Vs)的最小值以下的下限值限制上述减法器(72)的输出的第3限幅器(74)。
14．按权利要求6所述的电力变换装置，其特征在于：上述运算单元由与上述第1指令值发生单元(44)和上述第2指令值发生单元(45)连接的计算ΔV1=Vrc-Vri的运算电路(47b)、与上述第1指令值发生单元(44)和上述第2指令值发生单元(45)以及上述运算电路(47b)连接的在从上述运算电路(47b)得到的上述ΔV1为0时和上述ΔV1大于0时就输出Vrc而在上述ΔV1小于0时就输出Vri的选择电路(49b)、与上述运算电路(47b)和上述方波发生器(46)连接的输出由Vs+(Vrc-Vri)构成的第1值(Vr1)的加法器(71)、与上述运算电路(47b)和上述方波发生器(46)连接的输出由Vs-(Vrc-Vri)构成的第2值(Vr3)的第1减法器(73′)和与上述选择电路(49b)和上述方波发生器(46)连接的输出由Vs-Vrc或Vs-Vri构成的第3值(Vr2)的第2减法器(72)构成。
15．按权利要求14所述的电力变换装置，其特征在于：进而设置了与上述加法器(71)连接的用设定为上述方波电压(Vs)的最大值以上的上限值限制上述加法器(71)的输出并且用设定为上述方波电压(Vs)的最小值以下的下限值限制上述加法器(71)的输出的第1限幅器(50)、与上述第1减法器(73′)连接的用设定为上述方波电压(Vs)的最大值以上的上限值限制上述第1减法器(73′)的输出并且用设定为上述方波电压(Vs)的最小值以下的下限值限制上述第1减法器(73′)的输出的第2限幅器(51)和与上述第2减法器(72)连接的用设定为上述方波电压(Vs)的最大值以上的上限值限制上述第2减法器(72)的输出并且用设定为上述方波电压(Vs)的最小值以下的下限值限制上述第2减法器(72)的输出的第3限幅器(74)。
16．按权利要求6所述的电力变换装置，其特征在于：上述第1指令值发生单元由检测上述交流输入端子(4)与上述共同端子(5)间的交流输入电压(Vin)并输出交流输入电压检测信号的输入电压检测电路(41)、检测上述电容器(C)的直流电压并输出直流电压检测信号的直流电压检测电路(42)、检测流过上述交流输入端子(4)的电流并输出具有与上述电流成正比的电压值的电流检测信号的电流检测器(23)、发生基准直流电压的基准直流电压源(59)、与上述基准直流电压源(59)和上述直流电压检测电路(42)连接的输出表示上述基准直流电压与上述直流电压检测信号之差的信号的第1减法器(60)、与上述输入电压检测电路(41)和上述第1减法器(60)连接的将上述第1减法器(60)的输出与上述交流输入电压检测信号相乘的乘法器(62)和与上述乘法器(62)和上述电流检测器(23)连接的将上述电流检测信号从上述乘法器(62)的输出中减去并输出上述第1指令值(Vrc)的第2减法器(63)构成。
17．按权利要求6所述的电力变换装置，其特征在于：上述第2指令值发生单元由发生基准输出电压指令值的基准输出电压指令值发生器(66)、检测上述交流输出端子(6)与上述共同端子(5)间的输出电压(V0)并输出输出电压检测信号的输出电压检测电路(43)和与上述基准输出电压指令值发生器(66)和上述输出电压检测电路(43)连接的输出和上述基准输出电压指令值与上述输出电压检测信号之差相当的上述第2指令值(Vri)的减法器(67)构成。
18．按权利要求17所述的电力变换装置，其特征在于：上述基准输出电压指令值发生器(66)可以有选择地发生电平不同的多个基准输出电压指令值。
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