JP2000224868A

JP2000224868A - インバータ装置

Info

Publication number: JP2000224868A
Application number: JP11019977A
Authority: JP
Inventors: Isao Morita; 功森田; Masaki Madenokoji; 正樹萬里小路; Keigo Onizuka; 圭吾鬼塚; Yasuhiro Makino; 康弘牧野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-01-28
Filing date: 1999-01-28
Publication date: 2000-08-11

Abstract

(57)【要約】【課題】低コストで安定したスイッチング動作を可能
とする。【解決手段】マイコン２２によって発生された周波数
ｆoのスイッチング信号Ｘa、Ｙbは、合成回路４８のＡ
ＮＤ回路６８に入力され、スイッチング信号Ｘb、Ｙa
は、ＡＮＤ回路６８、７０に入力される。これにより、
ＡＮＤ回路６８からは、周波数２ｆoのスイッチング信
号Ｕ、Ｖgが出力され、ＡＮＤ回路７０からは、周波数
２ｆoのスイッチング信号Ｖ、Ｕgが出力される。これに
より、スイッチング素子４２Ｕ、４２Ｕｇ、４２Ｖ、４
２Ｖgは、マイコンから出力されるよりも高い周波数で
スイッチングされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光発電装置に
係り、詳細には、インバータに設けたスイッチング素子
のスイッチングによって直流電力を交流電力に変換して
系統電力として出力するインバータ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、太陽光発電装置を商用電力系統に
接続（連系）させる系統連系システムが普及しつつあ
る。このような系統連系システムでは、太陽電池によっ
て発電した直流電力をインバータ装置によって交流電力
に変換して系統電力へ回生させるようにしている。

【０００３】従来、系統連系システムでは、トランスを
介してインバータ装置が設けられている太陽光発電装置
（系統連系発電装置）と商用電力系統と接続して、商用
電力系統に対して系統連系発電装置を絶縁させるように
していた。これに対して、最近では、系統連系発電装置
を商用電力系統に直接接続するトランスレス方式が適用
され、小型化及び低コスト化が図られている。

【０００４】ところで、太陽電池は屋外に設置されてお
り、対地間に少なからず静電容量（キャパシティ）が生
じている。このキャパシティは、天候によって少なから
ず変化し、例えば雨天時にはキャパシティが増加する傾
向にある。

【０００５】一方、商用電力系統の中性点は接地されて
おり、この中性点に対する系統連系発電装置の中性点の
電圧がスイッチング素子のスイッチング動作によって変
動することがある。このために、太陽電池と対地間のキ
ャパシティによって蓄積された電力が漏洩電力となって
しまう。

【０００６】このような電力の漏洩を防止するために、
系統連系発電装置では、インバータのスイッチング素子
を駆動するスイッチング信号を生成するときに、高い周
波数のスイッチング信号を生成できるマイコンを用い、
種々の工夫を施したスイッチング信号によってスイッチ
ング素子を駆動するようにしている。

【０００７】しかしながら、このような処理能力の高い
マイコンは、高価であり、系統連系発電装置に設けられ
るインバータのコストアップを招いてしまう。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事実に鑑
みてなされたものであり、低コストのマイコンで、高価
なマイコンと同様に、太陽電池によって発電した直流電
力を交流電力に変換して商用電力系統へ出力する時に漏
洩電力を抑えるインバータ装置を提案することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、ブリッジ状に接続されたスイッチング素子
のそれぞれを、正弦波に同期させて生成したスイッチン
グ信号で駆動することにより、直流電力を交流電力に変
換するインバータ装置であって、所定の周期で前記正弦
波に同期たさせたデューティ比で逆相となる第１及び第
２のスイッチング素子を駆動可能なスイッチング信号Ｘ
a、Ｙaとスイッチング信号Ｘa、Ｙaのそれぞれを反転さ
せた第１及び第２のスイッチング素子に対応する第３及
び第４のスイッチン素子を駆動可能なスイッチング信号
Ｘb、Ｙbを生成する信号発生部に加えて、前記スイッチ
ング信号Ｘa、Ｘb、Ｙa、Ｙbを合成して前記所定の周期
の１／２周期で前記第１及び第２のスイッチング素子を
駆動するスイッチング信号Ｕ、Ｖと第２及び第４のスイ
ッチング素子を駆動するスイッチング信号Ｕg、Ｖgを生
成する合成手段を設けたことを特徴とする。

【００１０】この発明によれば、信号発生手段に加えて
合成手段を設けている。合成手段は所定の周期のスイッ
チング信号Ｘa、Ｘb、Ｙa、Ｙbから、正弦波の位相に基
づいたデューティ比で１／２周期のスイッチング信号
Ｕ、Ｕg、Ｖ、Ｖgを生成する。すなわち、スイッチング
信号の周波数を２倍にする。

【００１１】このように、周期を１／２にしたスイッチ
ング信号を生成する合成手段を設けることにより、例え
ば、信号生成手段として、周期が長く周波数の低いスイ
ッチング信号しか生成できない低コストのマイコンを用
いても、周波数の高いスイッチング信号によってスイッ
チング素子を駆動することができるので、高い周波数の
スイッチング信号を生成する高価なマイコンと同様のス
イッチング信号を生成することができ、ＰＷＭ理論に基
づいて直流電力を交流電力に変換するときに、高精度で
安定した処理を行うことができる。

【００１２】また、本発明は、前記合成手段が、前記ス
イッチング信号Ｘａ、Ｙbの論理積から前記スイッチン
グ信号U、Ｖgを生成すると共に、前記スイッチング信号
Ｘb、Ｙaの論理積から前記スイッチング信号Ｕg、Ｖを
生成することを特徴とする。

【００１３】この発明によれば、合成手段として論理回
路を用い、スイッチング信号Ｘa、Ｙbからスイッチング
信号Ｕ、Ｖgを生成すると共にスイッチング信号Ｘb、Ｙ
aからスイッチング信号Ｖ、Ｕgを生成する。

【００１４】このとき、正論理のスイッチング信号によ
って第１乃至第４のスイッチング素子を駆動するときに
は、合成手段としてＡＮＤ回路を用い、負論理の場合
は、ＯＲ回路を用いれば良く、これによって簡単に構成
することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る系統連系発電装置の実施の形態を説明する。

【００１６】図１には、本発明を適用した太陽光発電装
置１０の概略構成を示している。太陽光発電装置１０
は、それぞれが太陽電池セルを連結して形成されている
複数の太陽電池モジュールを接続した太陽電池アレイに
よって構成されている太陽電池１２と系統連系装置（以
下「インバータ１４」と言う）とを備えている。なお、
図１では、複数のモジュールによって形成されている太
陽電池アレイを接続した太陽電池１２を示している。

【００１７】太陽光発電装置１０は、太陽電池１２の個
々の太陽電池セルが太陽光を受光することにより発電し
た直流電力を、インバータ１４によって商用電力系統
（以下「系統電源１６」と言う）に応じた周波数の交流
電力に変換する。

【００１８】太陽光発電装置１０は、例えば系統電源１
６に接続されている分電盤に接続され、この分電盤を介
して、発電した電力を系統電源１６として供給する。こ
のとき、太陽光発電装置１０は、解列コンダクタ３０、
保護継電器５４及び図示しない配線用遮断器を介して系
統電源１６のラインに接続され、解列コンダクタ３０な
いし保護継電器５４によって系統電源１６からの切り離
しが行える。これにより、系統電源１６で発生した異常
がインバータ１４に波及しないようにしている。なお、
太陽光発電装置１０は、２００Ｖの交流電力を単相三線
１００Ｖ／２００Ｖの系統電源１６のラインへ供給す
る。

【００１９】太陽光発電装置１０のインバータ１４は、
インバータ回路２０及びこれらを制御するマイコン２２
を備えている。太陽電池１２によって発電された直流電
流は、逆流防止用のダイオード２４、保護用の遮断器
（ＮＦＢ）２５及びノイズフィルタ２６を介してインバ
ータ回路２０へ供給される。

【００２０】インバータ回路２０に入力される直流電力
は、インバータ回路２０で系統電源１６とほぼ同じ周波
数の交流電力に変換されて出力される。インバータ回路
２０から出力される交流電力は、フィルタ回路２８、ノ
イズフィルタ２９及び解列コンタクタ３０を介して系統
電源１６のラインへ供給される。すなわち、太陽光発電
装置１０は、トランスを介さずにインバータ１４が系統
電源１６に接続されるトランスレス方式を用いている。

【００２１】一方、インバータ回路２０では、直流電力
をＰＷＭ理論に基づいてチョッピングして系統電源１６
とほぼ同じ周波数の擬似正弦波を出力する。マイコン２
２には、インバータ回路２０と共に、太陽電池１２の発
電電力の電圧を検出するアイソレーションアンプからな
る発電電圧検出部３２、太陽電池の発電電力の直流電流
を検出する変流器（ＣＴ）からなる発電電流検出部３
４、インバータ回路２０から出力される交流電流を検出
する変流器（ＣＴ）からなる出力電流検出部３８、変圧
器（ＰＴ）によって系統電源１６の系統電圧と電圧波形
を検出する電圧波形検出部４０が接続されている。

【００２２】また、インバータ回路２０には、ＩＧＢＴ
等のスイッチング素子４２Ｕ、４２Ug、４２Ｖ、４２Ｖ
g（以下総称するときには、スイッチング素子４２」と
言う）がブリッジ接続されて設けられており、また、ス
イッチング素子４２のそれぞれに対応してダイオード
（フライホイールダイオード）４４が設けられている。
インバータ回路２０のスイッチング素子４２のそれぞれ
は、マイコン２２から出力されるスイッチング信号によ
ってオン／オフ駆動される。

【００２３】マイコン２２は、発電電圧検出部３２及び
発電電流検出部３４によって検出する発電電力と、電圧
波形検出部４０によって検出した電圧に基づいて、イン
バータ回路２０のスイッチング素子４２を駆動するスイ
ッチング信号のデューティ比を制御する。

【００２４】これにより、マイコン２２は、インバータ
回路２０から、位相及び周波数が系統電源１６と一致し
た交流電力が出力されるようにしている。スイッチング
素子４２のオン／オフによってインバータ回路２０から
出力される交流電力はノコギリ波状となっており、フィ
ルタ回路２８が、このインバータ回路２０の出力電力か
ら高調波成分を除去することにより、インバータ１４か
ら正弦波の交流電力が出力される。

【００２５】なお、インバータ回路２０とノイズフィル
タ２６の間に昇圧回路を設け、太陽電池１２によって発
電した発電電力を昇発回路によって系統電圧に応じた所
定の電圧の直流電力に昇圧した後に、インバータ回路２
０に入力するようにしても良い。

【００２６】一方、解列コンタクタ３０は、マイコン２
２に接続されており、マイコン２２は、この解列コンタ
クタ３０によって太陽光発電装置１０と系統電源１６の
接続及び切り離しを行なうようになっている。例えば、
マイコン２２は、太陽電池１２による発電電力が少ない
か発電しておらず、インバータ１４の作動が停止してい
るときには、太陽光発電装置１０と系統電源１６とを切
り離し、また、インバータ１４が作動を開始する直前
に、太陽光発電装置１０と系統電源１６を接続する。

【００２７】また、マイコン２２は、電圧波形検出部４
０の検出する電圧波形から系統電源１６が停電状態と判
断されるときには、解列コンタクタ３０によって速やか
に太陽光発電装置１０を系統電源１６から切り離して、
太陽光発電装置１０（インバータ１４）の単独運転等を
防止するようにしている。なお、太陽光発電装置１０の
構成及び制御は、従来公知の構成及び制御方法を適用で
き、本実施の形態では詳細な説明を省略する。

【００２８】ところで、図２に示されるように、インバ
ータ回路２０のスイッチング素子４２は、駆動回路４６
及び合成回路４８を介してマイコン２２に接続されてい
る。

【００２９】一方、図３に示されるように、マイコン２
２には、ＰＷＭ理論に基づく正弦波信号を得るためのス
イッチング信号を生成する信号生成部５０が設けられて
いる。なお、図３では、信号生成部５０の機能ブロック
図を示している。

【００３０】信号生成部５０は、正弦波を生成するため
のｓｉｎデータを記憶する記憶部５２、記憶部５２から
ｓｉｎデータを読み出す正弦波コントロール部５６、三
角波発生部５８、分配器６０、コンパレータ６２Ｘ、６
２Ｙ及びインバータ６４を備えている。

【００３１】三角波発生部５８は、発振部６６で発生さ
れているクロック信号に基づいて所定の周波数ｆoの三
角波を生成する。この三角波発生部５８としては、例え
ば１６bitのアップ／ダウンカウンタを用い、クロック
信号に同期してカウントアップとカウントダウンを繰り
返すことにより出力が三角波状に変化するものなど、従
来公知の任意の構成を用いることができる。

【００３２】三角波発生部５８で発生された三角波波
は、コンパレータ６２Ｘ、６２Ｙのそれぞれへ入力され
る。なお、マイコン２２としては、比較的低コストの１
６bitワンチップマイコンを用いており、三角波の周波
数ｆoは、１０kHz〜１５kHzとなっている。

【００３３】一方、正弦波コントロール部５６は、系統
電源１６の周波数ｆ（例えば系統電源１６の電源周波数
が６０Hzのときにはｆ＝６０Hz）に応じた周期及び電源
電圧ｖに応じた振幅で、ｓｉｎデータに応じた正弦波を
出力する。分配器６０は、正弦波コントロール部５２か
ら出力された正弦波を一方のコンパレータ６２Ｘへ出力
すると共に、この正弦波に対して位相を１８０°ずらし
た正弦波を、他方のコンパレータ６２Ｙへ出力する。

【００３４】コンパレータ６２Ｘ、６２Ｙのそれぞれ
は、周波数ｆoの三角波と周波数ｆの正弦波を比較し、
この比較結果に応じたオン／オフ信号を出力する。これ
により、図４（Ａ）に示される正弦波Ｓの位相に応じて
パルス幅が変化されたスイッチング信号Ｘa（図４
（Ｂ）参照）及びスイッチング信号Ｙa（図５（Ａ）参
照）が得られる。なお、図６（Ａ）、図６（Ｃ）、図７
（Ａ）及び図７（Ｃ）には、スイッチング信号Ｘa、Ｙa
の一部を詳細に示している。

【００３５】また、図３に示されるように、スイッチン
グ信号Ｘa、Ｙaのそれぞれをインバータ６４へ入力され
る。インバータ６４のそれぞれは、スイッチング信号Ｘ
a、Ｙaを反転させて出力する。これにより、図４（Ｃ）
及び図５（Ｂ）に示されるように、スイッチング信号Ｘ
a、Ｙaに応じたスイッチング信号Ｘb、Ｙbが得られる。
なお、図６（Ｂ）、図６（Ｄ）、図７（Ｂ）及び図７
（Ｄ）には、スイッチング信号Ｘb、Ｙbの一部を詳細に
示している。

【００３６】図６（Ａ）〜図６（D）及び図７（A）〜図
７（D）に示されるように、このようにして生成された
スイッチング信号Ｘa、Ｘb、Ｙa、Ｙbは、周期ｔo（ｔo
＝１／ｆo）で正弦波Ｓに応じてパルス幅Ｔが変化され
ている。

【００３７】通常、マイコン２２でこのように生成され
て出力されるスイッチング信号Ｘa、Ｘb、Ｙa、Ｙbによ
ってインバータ回路２０のスイッチング素子４２Ｕ、４
２Ｕg、４２Ｖ、４２Ｖgを駆動することにより、系統電
源１６の周波数及び電圧に応じた電力が得られる。すな
わち、スイッチング信号Ｘa、Ｘb、Ｙa、Ｙbは、所謂多
重方式でスイッチング素子４２Ｕ、４２Ｕg、４２Ｖ、
４２Ｖgをスイッチングするときに用いられる。

【００３８】一方、インバータ１４では、マイコン２２
から出力されるスイッチング信号Ｘa、Ｘb、Ｙa、Ｙb
が、合成回路４８に入力される。合成回路４８は、二個
のＡＮＤ回路６８、７０によって構成されている。一方
のＡＮＤ回路６８には、スイッチング信号Ｘa、Ｙbが入
力されるようになっており、他方のＡＮＤ回路７０に
は、スイッチング信号Ｙa、Ｘbが入力されるようになっ
ている。

【００３９】また、ＡＮＤ回路６８の出力は、駆動回路
４６に設けているスイッチング用のアンプ７２を介して
スイッチング素子４２U、４２Ｖgに入力され、ＡＮＤ回
路７０の出力は、アンプ７２を介してスイッチング素子
４２Ug、４２Ｖに入力される。これにより、ＡＮＤ回路
６８、７０から出力されるスイッチング信号によって、
スイッチング素子４２Ｕ、４２Ｕg、４２Ｖ、４２Ｖgが
駆動される。

【００４０】すなわち、ＡＮＤ回路６８によってスイッ
チング信号Ｘa、Ｙbからスイッチング素子４２U、４２
Ｖgを駆動するスイッチング信号U、Ｖgを合成し、ＡＮ
Ｄ回路７０によってスイッチング信号Ｘb、Ｙaからスイ
ッチング素子４２Ug、４２Ｖを駆動するスイッチング信
号Ｕg、Ｖを合成している。

【００４１】ＡＮＤ回路６８は、スイッチング信号Ｘ
a、Ybの双方がオンしているときにオン信号を出力す
る。また、ＡＮＤ回路７０は、スイッチング信号Ｘb、Y
aの双方がオンしているときにオン信号を出力する。

【００４２】これにより、図６（Ａ）〜図６（Ｆ）に示
されるように、スイッチング信号Ｘaのパルス幅Ｔxa
が、スイッチング信号Ｙaのパルス幅Ｔyaより大きいと
きには、周期ｔ／２でオン／オフするスイッチング信号
Ｕ、Ｖgが得られる。このとき、スイッチング信号Ｘｂ
とスイッチング信号Ｙaが同時にオンしないので、スイ
ッチング信号Ｕｇ、Ｖは、オフ状態となる。

【００４３】また、図７（Ａ）〜図７（F）に示される
ように、スイッチング信号Ｘaのパルス幅Ｔxaが、スイ
ッチング信号Ｙaのパルス幅Ｔyaより小さいときには、
周期ｔo／２でオン／オフするスイッチング信号Ｕg、Ｖ
が得られる。このとき、スイッチング信号Ｘaとスイッ
チング信号Ｙbが同時にオンしないので、スイッチング
信号Ｕ、Ｖgは、オフ状態となる。

【００４４】したがって、図４（Ｄ）に示されるよう
に、正弦波Ｓの前半の半サイクルでは、ＡＮＤ回路６８
のみが周期ｔo／２でオン信号を出力する。また、図５
（C）に示されるように、正弦波Ｓの後半の半サイクル
では、ＡＮＤ回路７０のみが周期ｔo／２でオン信号を
出力する。すなわち、合成回路４６は、周波数ｆoのス
イッチング信号Ｘa、Ｘb、Ｙa、Ｙbに対して周波数２ｆ
o（２ｆo＝２／ｔo）のスイッチング信号U、Ｕg、Ｖ、
Ｖgを出力する。

【００４５】一方、スイッチング信号Ｘaのパルス幅Ｔx
aが広がることにより、スイッチング信号Ｙbのパルス幅
Ｔybも広がる。これにより、スイッチング信号U、Ｖgの
パルス幅Ｔuも広がる。また、スイッチング信号Ｙaのパ
ルス幅Ｔyaが広がるときには、スイッチング信号Ｙbの
パルス幅Ｔybも広がることにより、スイッチング信号U
g、Ｖのパルス幅Ｔvも広がる。

【００４６】すなわち、合成回路４６は、周波数スイッ
チング信号Ｘa、Ｘb、Ｙa、Ｙbのパルス幅Ｔxa、Ｔxb、
Ｔya、Ｔybに応じたパルス幅Ｔu、Ｔvのスイッチング信
号U、Ug、Ｖ、Ｖgを出力する。

【００４７】インバータ回路２０は、スイッチング素子
４２Ｕ、４２Ｕg、４２Ｖ、４２Ｖgのそれぞれが、合成
回路４６から出力されるスイッチング信号U、Ug、V、Ｖ
gによってスイッチングされることにより、入力される
直流電力をノコギリ波状にして出力する。

【００４８】図２に示されるように、フィルタ回路２８
は、リアクトル７４とコンデンサ７６を備えており、イ
ンバータ回路２０から出力された電力は、このノイズフ
ィルタ２８を通過することにより、高調波成分が除去さ
れる。これにより、インバータ１４から、周波数fの電
圧及び位相が系統電源１６と一致された電力が系統電源
１６のラインへ出力される。

【００４９】以下に本実施の形態の作用を説明する。

【００５０】太陽光発電装置１０に設けられている太陽
電池１２は、太陽光を受光すると、光量に応じた電力を
発生する。太陽光発電装置１０は、太陽電池１２によっ
て発電した電力をインバータ１４に供給する。

【００５１】インバータ１４に設けられているマイコン
２２は、発電電圧検出部３２と発電電流検出部３４によ
って太陽電池１２によって発電した電力を監視し、所定
値を越えると、インバータ１４の運転を開始する。マイ
コン２２は、電圧波形検出部４０で検出する系統電圧、
電圧波形等に基づいてスイッチング信号のデューティ比
を制御しながらインバータ回路２０に設けているスイッ
チング素子４２をオン／オフさせる。これにより、位相
及び周波数が系統電源１６と一致した交流電力がインバ
ータ回路２０から出力させる。

【００５２】また、マイコン２２は、インバータ１４の
運転を開始すると、解列コンタクタ３０をオンする。こ
れにより、インバータ回路２０から出力された交流電力
がフィルタ回路２８及びノイズフィルタ２９を通過し
て、系統電源１６へ供給され、系統電源１６のラインに
分電盤４６を介して接続されている負荷５２に太陽光発
電装置１０によって発電した電力が供給される。

【００５３】一方、インバータ１４に設けられているマ
イコン２２は、系統電源１６の周波数f、電圧、位相等
に基づいてスイッチング信号Ｘa、Ｘb、Ｙa、Ｙbを発生
させる。インバータ１４では、このスイッチング信号Ｘ
a、Ｘb、Ｙa、Ｙbに基づいてインバータ回路２０のスイ
ッチング素子４２を作動させることにより、系統電源１
６に一致した交流電力を生成するようにしている。

【００５４】このとき、インバータ１４では、マイコン
２２から出力される周波数ｆoのスイッチング信号Ｘa、
Ｘb、Ｙa、Ｙbを合成回路４６を通過させることによ
り、スイッチング信号Ｘa、Ｘb、Ｙa、Ｙbに応じたスイ
ッチング信号U、Ug、Ｖ、Ｖgを生成してスイッチング素
子４２U、４２Ｕg、４２Ｖ、４２Ｖgを駆動するように
なっている。

【００５５】合成回路４８は、ＡＮＤ回路６８、７０を
備えており、スイッチング信号Ｘa、ＹbがＡＮＤ回路６
８に入力され、スイッチング信号Ｘb、ＹaがＡＮＤ回路
７０に入力される。

【００５６】図６（A）、図６（C）、図６（D）及び図
７（A）、図７（C）、図７（D）に示されるように、Ａ
ＮＤ回路６８では、スイッチング信号Ｘa、Ｙbの双方が
オンするタイミングでオンし、スイッチング信号Ｘa、
Ｙbの何れか少なくとも一方がオフすることにより、出
力がオフする。また、図６（Ｂ）、図６（Ｄ）、図６
（Ｆ）及び図７（Ｂ）、図７（Ｄ）、図７（Ｆ）に示さ
れるように、ＡＮＤ回路７０では、スイッチング信号Ｘ
b、Ｙaの双方かオンするタイミングで出力がオンし、ス
イッチング信号Ｘb、Ｙaのいずれか少なくとも一方がオ
フすることにより、出力がオフする。

【００５７】これにより、図４（Ｄ）に示されるよう
に、正弦波Ｓの半サイクルでは、ＡＮＤ回路６８から出
力されるスイッチング信号Ｕ、Ｖgのみがスイッチング
信号Ｘa、Ｙbのデューティ比に応じたデューティ比でオ
ンする。また、図５（Ｃ）に示されるように、正弦波Ｓ
の残りの半サイクルでは、ＡＮＤ回路７０から出力され
るスイッチング信号Ｖ、Ｖgがスイッチング信号Ｘb、Ｙ
aのデューティ比に応じたデューティ比でオンする。す
なわち、合成回路４８では、正弦波Ｓの位相に応じたデ
ューティ比でスイッチング信号Ｕ、Ｕg、Ｖ、Ｖgを生成
している。

【００５８】また、図６（Ａ）、図６（Ｃ）、図６
（Ｅ）及び図７（Ｂ）、図７（Ｄ）、図７（Ｆ）に示さ
れるように、スイッチング信号Ｕ、Ｕg、Ｖ、Ｖgのそれ
ぞれは、スイッチング信号Ｘa、Ｘb、Ｙa、Ｙbの半分の
周期、すなわち、周波数ｆoの二倍の周波数２ｆoでオン
／オフが繰り返される。

【００５９】インバータ１４では、このようにして合成
したスイッチング信号Ｕ、Ｕg、Ｖ、Ｖgに基づいてスイ
ッチング回路２０のスイッチング素子４２U、４２Ｕg、
４２Ｖ、４２Ｖgをオン／オフする。

【００６０】図８（Ａ）、図８（Ｂ）及び図９（Ａ）、
図９（Ｂ）には、合成回路４８から出力されるスイッチ
ング信号Ｕ、Ｕg、Ｖ、Ｖgによるインバータ回路２０の
シュミレーション結果を示している。なお、このシュミ
レーションでは、インバータ回路２０への入力電圧Ｖi
を３８０Ｖ、系統電源１６の周波数ｆを６０Hz、マイコ
ン２２から出力されるスイッチング信号Ｘa、Ｘb、Ｙ
a、Ｙbの周波数ｆoを１０ｋHz、リアクトル７４を０．
５mＨとしている。また、図８（Ａ）は、正弦波Ｓに同
期させたインバータ回路２０から直流側に双方向に流れ
る回生電流Ｉ₂を示し、図８（Ｂ）では、リアクトル７
４を流れるコイル電流Ｉ_Lを示している（いずれも図２
参照）。また、図９（Ａ）は、正弦波Ｓに同期した系統
電源１６への出力電流Ｉoを示し、図９（Ｂ）では、イ
ンバータ回路２０の＋側の入力端子を接地点（０V）か
ら見た対地電圧Ｖ_Pを示している（いずれも図２参
照）。

【００６１】インバータ回路２０では、スイッチング信
号Ｕ、Ｖgによってスイッチング素子４２Uと共にスイッ
チング素子４２Ｖgがオンされるときには、スイッチン
グ素子４２Ｖ、４２Ｕgはオフ状態となる。これによ
り、図１０に示されるように、スイッチング素子４２
U、４２Ｖgによって電流Ｉが出力される。

【００６２】このとき、スイッチング素子４２Ｖ、４２
Ｕgに対応して設けているダイオード４４によって回生
電流Ｉ₂が流れ、太陽電池１２と対地間に生じるキャパ
シティ成分Ｃに充電されるが、次にスイッチング素子４
２Ｕ、４２Ｕg、４２Ｖ、４２Ｖgがオフすることによ
り、キャパシティ成分Cに充電された電力を放電するよ
うに回生電流Ｉ₂が流れる。

【００６３】一方、インバータ回路２０では、スイッチ
ング信号Ｖ、Ｕgによってスイッチング素子４２Ｖと共
にスイッチング素子４２Ｕgがオンされることにより、
スイッチング素子４２U、４２Ｖgはオフ状態となる。こ
れにより、図１１に示されるように、スイッチング素子
４２Ｖ、４２Ｕgによって電流Ｉが出力され、このスイ
ッチング素子４２Ｖ、４２Ｕgのオン／オフに伴って回
生電流Ｉ₂が流れる。

【００６４】このように、スイッチング信号U、Ｕg、
Ｖ、Ｖgによってスイッチング素子４２のスイッチング
が繰り返されることにより、図９（Ａ）に示されるよう
に、出力電流Ｉoは、正弦波Sに近い波形となって出力さ
れる。

【００６５】また、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示され
るように、回生電流Ｉ₂及びコイル電流Ｉ_Lは、スイッチ
ング素子４２Ｕ、４２Ｕｇ、４２Ｖ、４２Ｖgのスイッ
チングと、スイッチング時のデューティ比に応じて流れ
る。

【００６６】このとき、スイッチング素子４２Ｕ、４２
Ｖg又はスイッチング素子４２Ｖ、４２Ｕgがオンした後
に、一度、スイッチング素子４２U、４２Ｕg、４２V、
４２Ｖgがオフするために、対地電圧Ｖ_Pが不安定となる
ことがなく、図９（Ｂ）に示されるように、安定した変
化を示す。

【００６７】一方、このように構成しているインバータ
１４では、マイコン２２から出力するスイッチング信号
Ｘa、Ｘb、Ｙa、Ｙbの周波数ｆoに対して、スイッチン
グ信号Ｕ、Ｕg、Ｖ、Ｖgは周波数２ｆoとなっており、
合成回路４８はマイコン２２から出力される周波数ｆo
を倍化させている。

【００６８】インバータ１４では、このような合成回路
４８を設けることにより、インバータ回路２０のスイッ
チング素子４２U、４２Ｕｇ、４２Ｖ４２Ｖgをマイコン
２２から出力される周波数ｆoよりも高い周波数２ｆoで
スイッチングされるようにしている。

【００６９】すなわち、周波数ｆoのスイッチング信号
Ｘa、Ｘb、Ｙa、Ｙbしか出力することができないマイコ
ン２２を用いて、周波数２ｆoのスイッチング信号U、Ｕ
g、V、Ｖgを出力するマイコンと同等の処理を行うこと
ができるようになっている。

【００７０】これにより、例えば、１６bitの低コスト
のマイコン２２を用いて、高価なマイコンを用いたのと
同等に、インバータ１４を安定した状態で動作させるこ
とができる。

【００７１】また、スイッチング素子４２Ｕ、４２Ｕ
ｇ、４２Ｖ、４２Ｖgを周波数２ｆoと言う高速でスイッ
チングすることができるため、フィルタ回路２８に高調
波成分を除去するために設けているリアクトル７４の負
担を軽減することができるようになっている。このため
に、低コストのマイコン２２を用いても、リアクトル７
４の容量を０．３mＨ〜０．５mＨの低コストのものを用
いることができ、より一層の低コスト化が可能となる。

【００７２】なお、本実施の形態では、正理論で説明し
ているために、合成回路４８にＡＮＤ回路６８、７０を
用いたが、負理論の場合、ＡＮＤ回路６８、７０に換え
て、ＯＲ回路を用いて、マイコン２２から負理論で出力
されるスイッチング信号Ｘaとスイッチング信号Ｙbを合
成すると共に、スイッチング信号Ｙaとスイッチング信
号Ｘbを合成すれば良い。これにより、スイッチング素
子４２U、４２Ｕg、４２Ｖ、４２Ｖgを負理論で動作さ
せるスイッチング信号Ｕ、Ｕg、Ｖ、Ｖgが得られる。

【００７３】また、本実施の形態では、太陽電池１２に
よって発電した直流電力を系統電源１６に応じた交流電
力に変換するインバータ１４を備えた太陽電池発電装置
１０を用いて説明したが、本発明では、直流電力を交流
電力に変換する種々の構成の系統連系発電装置のインバ
ータに適用することができる。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
イッチング周波数を倍増させることができるため、処理
能力の低い低コストのマイコンを用いても高い周波数の
スイッチング信号によってスイッチング素子を駆動する
ことができ、処理能力が高い高価なマイコンを用いたの
と同様に、高精度で安定した電力変換を行うことができ
ると言う優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に適用した太陽光発電装置
の概略構成を示すブロック図である。

【図２】本発明に係るマイコンとスイッチング素子の接
続を示す概略構成図である。

【図３】マイコンによって構成されている信号発生部を
示すブロック図である。

【図４】（Ａ）は正弦波を示す線図、（Ｂ）は図４
（Ａ）に示す正弦波に基づいて信号発生部で生成される
スイッチング信号Ｘaを示すタイミングチャート、
（Ｃ）は図４（Ａ）に示す正弦波に基づいて信号発生部
で生成されるスイッチング信号Ｙbを示すタイミングチ
ャート、（Ｄ）は図４（Ｂ）と図４（Ｃ）に基づいて合
成回路で生成されるスイッチング信号U、Ｖgを示すタイ
ミングチャートである。

【図５】（Ａ）は図４（Ａ）に示す正弦波に基づいて信
号発生部で生成されるスイッチング信号Ｙaを示すタイ
ミングチャート、（Ｂ）は図４（Ａ）に示す正弦波に基
づいて信号発生部で生成されるスイッチング信号Ｘbを
示すタイミングチャート、（Ｃ）は図５（Ａ）と図５
（Ｂ）に基づいて合成回路で生成されるスイッチング信
号Ｖ、Ugを示すタイミングチャートである。

【図６】（Ａ）はスイッチング信号Ｘaの一部を詳細に
示す線図、（Ｂ）はスイッチング信号Ｘbの一部を詳細
に示す線図、（Ｃ）はスイッチング信号Ｙaの一部を詳
細に示す線図、（Ｄ）はスイッチング信号Ｙbの一部を
詳細に示す線図、（Ｅ）はスイッチング信号Ｕ、Ｖgの
一部を詳細に示す線図、（Ｆ）はスイッチング信号Ｖ、
Ｕgの一部を詳細に示す線図である。

【図７】（Ａ）はスイッチング信号Ｘaの図６（Ａ）と
異なる一部を詳細に示す線図、（Ｂ）はスイッチング信
号Ｘbの図６（Ｂ）と異なる一部を詳細に示す線図、
（Ｃ）はスイッチング信号Ｙaの図６（Ｃ）と異なる一
部を詳細に示す線図、（Ｄ）はスイッチング信号Ｙbの
図６（Ｄ）と異なる一部を詳細に示す線図、（Ｅ）はス
イッチング信号Ｕ、Ｖgの図６（Ｅ）と異なる一部を詳
細に示す線図、（Ｆ）はスイッチング信号Ｖ、Ｕgの図
６（Ｆ）と異なる一部を詳細に示す線図である。

【図８】（Ａ）は本実施の形態に係るインバータの回生
電流の変化の一例を示す線図、（Ｂ）はコイル電流の変
化の一例を示す線図である。

【図９】（Ａ）は本実施の形態に係るインバータの出力
電流の一例を示す線図、（Ｂ）はインバータ回路の入力
端子での対地電圧の変化の一例を示す線図である。

【図１０】スイッチング素子４２Ｕ、４２Ｖgをオンし
た状態を示すインバータ回路の概略図である。

【図１１】スイッチング素子４２Ｖ、４２Ｕgをオンし
た状態を示すインバータ回路の概略図である。

【符号の説明】

１０太陽光発電装置１２太陽電池１４インバータ（インバータ装置）１６系統電源２０インバータ回路２２マイコン（信号発生手段）４２Ｕ、４２Ｕg、４２Ｖ、４２Ｖg スイッチング素
子（第１〜第４のスイッチング素子）４８合成回路（合成手段）５０信号発生部６８、７０ＡＮＤ回路（合成手段）Ｘa、Ｘb、Ｙa、Ｙb スイッチング信号Ｕ、Ｕg、Ｖ、Ｖg スイッチング信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鬼塚圭吾大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者牧野康弘大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内Ｆターム(参考） 5H007 AA04 BB07 CA01 CB04 CB05 CC03 CC07 DA03 DA05 DA06 DB03 DB12 DC02 DC04 DC05 EA02 FA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ブリッジ状に接続されたスイッチング素
子のそれぞれを、正弦波に同期させて生成したスイッチ
ング信号で駆動することにより、直流電力を交流電力に
変換するインバータ装置であって、所定の周期で前記正弦波に同期たさせたデューティ比で
逆相となる第１及び第２のスイッチング素子を駆動可能
なスイッチング信号Ｘa、Ｙaとスイッチング信号Ｘa、
Ｙaのそれぞれを反転させた第１及び第２のスイッチン
グ素子に対応する第３及び第４のスイッチン素子を駆動
可能なスイッチング信号Ｘb、Ｙbを生成する信号発生部
に加えて、前記スイッチング信号Ｘa、Ｘb、Ｙa、Ｙbを合成して前
記所定の周期の１／２周期で前記第１及び第２のスイッ
チング素子を駆動するスイッチング信号Ｕ、Ｖと第２及
び第４のスイッチング素子を駆動するスイッチング信号
Ｕg、Ｖgを生成する合成手段を設けたことを特徴とする
インバータ装置。
【請求項２】前記合成手段が、前記スイッチング信号
Ｘａ、Ｙbの論理積から前記スイッチング信号U、Ｖgを
生成すると共に、前記スイッチング信号Ｘb、Ｙaの論理
和から前記スイッチング信号Ｕg、Ｖを生成することを
特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。