JP2006204000A - Inverter circuit and photovoltaic generator device - Google Patents

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敏久 清水
Mutsuo Ishikawa
睦雄 石川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inverter circuit which can suppress the low frequency components of an input current and also can reduce power loss while using a small-capacity input capacitor. <P>SOLUTION: It turns on one hand of n-type MOS transistors Q2 and Q3, according to the polarity of AC voltage vac, and switches an n-type MOS transistor Q1 in this condition. Thus, an AC current is outputted from terminals TN3-TN4. Moreover, in parallel with this, it controls the time ratio of ON and OFF of n-type MOS transistors Q4 and Q5, so that an average current idc inputted in TN1-TN2 on DC side may be constant. Power is transmitted in both directions between a capacitor Cs and the terminals TN1-TN2 on DC side so that the low frequency components of the input current at the terminals TN1-TN on DC side may be suppressed by this control. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、入力される直流電圧を交流電流に変換するインバータ回路、および光発電セルにおいて発電した直流電圧を交流電圧に変換して系統ラインに出力する系統連係型の光発電装置に関するものである。   The present invention relates to an inverter circuit that converts an input DC voltage into an AC current, and a grid-connected photovoltaic device that converts a DC voltage generated in a photovoltaic cell into an AC voltage and outputs the AC voltage to a system line. .

特許文献1は、光発電セルの発電電力を系統ラインに交流電流として出力する光発電装置と、これに好適なインバータ回路に関するものである。
一般に、光発電セルが一定光量の元で発電する電力は、特定の電圧と電流において最大になる性質がある。そのため、光発電セルの次段につながるインバータ回路には、この最大電力の動作点からずれが生じないように、入力側の電流を一定に保つ能力が求められる。該文献に記載のインバータ回路は、入力側に大容量のキャパシタを用いることなく、簡易な構成で、入力電流の変動を抑えることを可能にしたものである。
特開2003−289678号公報
Patent Document 1 relates to a photovoltaic device that outputs the generated power of a photovoltaic cell as an alternating current to a system line, and an inverter circuit suitable for the photovoltaic device.
In general, the power generated by a photovoltaic cell with a constant amount of light has the property of being maximized at a specific voltage and current. Therefore, an inverter circuit connected to the next stage of the photovoltaic cell is required to have an ability to keep the current on the input side constant so as not to deviate from the maximum power operating point. The inverter circuit described in this document makes it possible to suppress fluctuations in the input current with a simple configuration without using a large-capacitance capacitor on the input side.
JP 2003-289678 A

上記文献のインバータ回路は、このように優れた特徴を有するが、次のような不利益もある。
このインバータ回路では、変圧器の励磁とそのエネルギーの開放を、1スイッチング周期の間に2回行う。すなわち、直流側から入力した電力を一旦キャパシタに蓄積させるときと、このキャパシタの電力を交流側に出力するときに、それぞれ変圧器の励磁とエネルギー開放を行う。
The inverter circuit of the above document has such excellent characteristics, but has the following disadvantages.
In this inverter circuit, the transformer is excited and its energy is released twice during one switching period. That is, when the electric power input from the DC side is once stored in the capacitor and when the electric power of the capacitor is output to the AC side, the transformer is excited and released of energy, respectively.

そのため、1スイッチング周期の間で、交流側への電力の出力に変圧器を利用できる期間が短くなり、短期間でピーク値の大きな励磁電流を変圧器に流さなくてはならない。一般に、電気信号の実効値は、平均値が等しくてもピーク値が大きくなるほど大きくなるため、トランジスタ等に流れる電流の実効値が大きくなり、これらの素子における電力損失が大きくなる。   Therefore, the period during which the transformer can be used for power output to the AC side is shortened during one switching cycle, and an excitation current having a large peak value must be passed through the transformer in a short period. In general, the effective value of an electric signal increases as the peak value increases even if the average value is equal. Therefore, the effective value of the current flowing through the transistor or the like increases, and the power loss in these elements increases.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、直流側に大容量のキャパシタを用いることなく、該直流側の電流や電圧の変動を抑えることができるとともに、電力損失を削減することができるインバータ回路を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to reduce fluctuations in current and voltage on the DC side and reduce power loss without using a large-capacitance capacitor on the DC side. An object of the present invention is to provide an inverter circuit that can be used.

本発明は、第1のノード対に入力される直流電圧を交流電流に変換して第2のノード対から出力するインバータ回路であって、第1の巻線と、タップを備えた第2の巻線とを含んだ変圧器と、第1の巻線に直列に接続された第1のスイッチと、キャパシタと、該キャパシタと第1のノード対との間で双方向に電力を伝達することが可能なコンバータ回路と、第2の巻線に並列に接続された、第2のスイッチと第3のスイッチとの直列回路と、第1のスイッチ、第2のスイッチおよび第3のスイッチのオンとオフをそれぞれ制御する第1の制御回路と、第1のノード対において入力される平均的な電圧または電流が一定となるように、コンバータ回路における電力の伝達を制御する第2の制御回路とを有する。
第1の巻線と第1のスイッチとの直列回路は、第1のノード対の間に接続される。
第2のスイッチと第3のスイッチとの接続ノードは、第2のノード対の一方のノードに接続され、第2の巻線のタップは、該第2のノード対の他方のノードに接続される。
第1の制御回路は、第1のモードにおいて、第1のスイッチをオンさせるとともに、第2のスイッチおよび第3のスイッチをオフさせ、第1のモードに続く第2のモードにおいて、第1のスイッチをオフさせるとともに、第2のノード対に印加される交流側の電圧の極性に応じて選択した第2のスイッチまたは第3のスイッチの何れか一方をオンさせ、第1のモードから第2のモードまでの制御を周期的に反復する。
The present invention is an inverter circuit that converts a direct current voltage input to a first node pair into an alternating current and outputs the alternating current to the second node pair. A transformer including a winding; a first switch connected in series with the first winding; a capacitor; and transferring power in both directions between the capacitor and the first node pair. Converter circuit, a series circuit of a second switch and a third switch connected in parallel to the second winding, and turning on the first switch, the second switch, and the third switch And a second control circuit for controlling the transmission of power in the converter circuit so that the average voltage or current input at the first node pair is constant. Have
A series circuit of the first winding and the first switch is connected between the first node pair.
The connection node between the second switch and the third switch is connected to one node of the second node pair, and the tap of the second winding is connected to the other node of the second node pair. The
The first control circuit turns on the first switch and turns off the second switch and the third switch in the first mode, and turns off the first switch in the second mode following the first mode. The switch is turned off, and either the second switch or the third switch selected according to the polarity of the voltage on the AC side applied to the second node pair is turned on, and the second mode is switched from the first mode to the second mode. The control up to the mode is periodically repeated.

上記本発明によると、第1のモードにおいて、第1のノード対に入力される直流電圧が、第1のスイッチを介して第1の巻線に印加され、第1の巻線が励磁される。次いで第2のモードにおいて、第1の巻線の励磁により蓄積された変圧器の励磁エネルギーが第2の巻線から電流として放出される。この電流は、第2のノード対に印加される交流電圧の極性に応じた第2のスイッチまたは第3のスイッチの何れか一方を介して、第2のノード対より出力される。こうした第1のモードから第2のモードまでの制御が周期的に反復されて、第2のノード対から交流電流が出力される。
したがって、第1のモードと第2のモードとを1周期とした場合に、1周期の間における変圧器の励磁とエネルギー開放は1回になる。
また、上述した制御と平行して、コンバータ回路では、第1のノード対において入力される平均的な電圧または電流が一定となるように、キャパシタと第1のノード対との間で双方向に電力が伝達される。これにより、第1のノード対において入出力される電圧または電流が一定に制御される。
According to the present invention, in the first mode, a DC voltage input to the first node pair is applied to the first winding via the first switch, and the first winding is excited. . Next, in the second mode, the excitation energy of the transformer accumulated by the excitation of the first winding is discharged as a current from the second winding. This current is output from the second node pair via either the second switch or the third switch corresponding to the polarity of the AC voltage applied to the second node pair. Such control from the first mode to the second mode is periodically repeated, and an alternating current is output from the second node pair.
Therefore, when the first mode and the second mode are set to one cycle, the excitation and energy release of the transformer are performed once during one cycle.
In parallel with the above-described control, in the converter circuit, bidirectionally between the capacitor and the first node pair so that the average voltage or current input in the first node pair is constant. Electric power is transmitted. Thereby, the voltage or current input / output in the first node pair is controlled to be constant.

好適には、キャパシタは、その一方の端子が第1のノード対の一方のノードに接続される。また、コンバータ回路は、第1のノード対に接続されていないキャパシタの他方の端子と、キャパシタに接続されていない第1のノード対の他方のノードとの間に接続された、第4のスイッチと第5のスイッチとの直列回路と、第4のスイッチおよび第5のスイッチの接続ノードと、第1のノード対に接続されたキャパシタの一方の端子との間に接続されたインダクタとを含む。そして、第2の制御回路は、第1のノード対において入力される平均的な電圧または電流が一定となるように、第4のスイッチおよび第5のスイッチのオンとオフをそれぞれ制御する。
この場合、本発明は、第1のスイッチに生じるサージ電圧を、第1のノード対の電圧とキャパシタの電圧との合成電圧にクランプするクランプ回路を有しても良い。該クランプ回路は、例えば、第1のノード対に接続されていないキャパシタの他方の端子と、第1の巻線および第1のスイッチの接続ノードとの間に接続されたダイオードを含むものでも良い。
Preferably, the capacitor has one terminal connected to one node of the first node pair. The converter circuit includes a fourth switch connected between the other terminal of the capacitor not connected to the first node pair and the other node of the first node pair not connected to the capacitor. And a fifth switch, a fourth switch and a connection node of the fifth switch, and an inductor connected between one terminal of the capacitor connected to the first node pair . The second control circuit controls ON and OFF of the fourth switch and the fifth switch so that the average voltage or current input in the first node pair is constant.
In this case, the present invention may include a clamp circuit that clamps the surge voltage generated in the first switch to a combined voltage of the voltage of the first node pair and the voltage of the capacitor. The clamp circuit may include, for example, a diode connected between the other terminal of the capacitor not connected to the first node pair and the connection node of the first winding and the first switch. .

また、好適には、第2のスイッチおよび第3のスイッチは、第2のモードにおいて第2の巻線から流れるオン電流が絶えた場合にオンからオフへ変化し、第1の制御回路は、第2の巻線から第2のスイッチまたは第3のスイッチに流れるオン電流が絶えた状態において、第2のモードから第1のモードに移行する。   Preferably, the second switch and the third switch change from on to off when the on-current flowing from the second winding is stopped in the second mode, and the first control circuit includes: In the state where the on-current flowing from the second winding to the second switch or the third switch is extinguished, the mode is shifted from the second mode to the first mode.

更に、好適には、本発明は、第1の巻線に流れる電流を検出する電流検出回路を有し、第1の制御回路は、第1のモードにおいて、電流検出回路の検出値が第2のモード対に流れる交流電流の指令値に達したときに、第1のモードから第2のモードに移行する。
これにより、第2のノード対に流れる電流は、指令値に応じたレベルになるように制御される。
Furthermore, preferably, the present invention includes a current detection circuit that detects a current flowing through the first winding, and the first control circuit has a second detection value of the current detection circuit in the first mode. When the command value of the alternating current flowing through the mode pair is reached, the mode shifts from the first mode to the second mode.
As a result, the current flowing through the second node pair is controlled to a level corresponding to the command value.

本発明によれば、直流側に大容量のキャパシタを用いることなく、該直流側の電流や電圧の変動を抑えることができるとともに、変圧器に流れる励磁電流の実効値を小さくして電力損失の削減を図ることができる。   According to the present invention, fluctuations in current and voltage on the DC side can be suppressed without using a large-capacitance capacitor on the DC side, and the effective value of the excitation current flowing in the transformer can be reduced to reduce power loss. Reduction can be achieved.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、光発電モジュールが複数並列に接続されて構成された、本実施形態に係る光発電装置の構成例を示す概略的なブロック図である。
図1に示す光発電装置は、n個の光発電モジュール(MD1〜MDn)を有しており、その電流出力端子が、系統ラインULに対してそれぞれ並列に接続されている。
また、光発電モジュール(MD1〜MDn)は、それぞれ、1つまたは複数の光発電セルPVと、その直流電圧を交流電流に変換するインバータ回路IVTとを含んでいる。
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration example of a photovoltaic device according to the present embodiment, which is configured by connecting a plurality of photovoltaic modules in parallel.
The photovoltaic device shown in FIG. 1 has n photovoltaic modules (MD1 to MDn), and current output terminals thereof are connected in parallel to the system line UL.
Each of the photovoltaic modules (MD1 to MDn) includes one or more photovoltaic cells PV and an inverter circuit IVT that converts the DC voltage into an AC current.

この光発電システムでは、それぞれの光発電モジュール(MD1〜MDn)において、光発電セルPVの発電電圧をインバータ回路INVにより交流電流に変換し、系統ラインULに出力している。そのため、系統ラインULに接続される負荷に対して光発電モジュール(MD1〜MDn)の発電電力が供給されるとともに、その発電電力が光発電セルPVの受光量に応じて変動しても、負荷には系統ラインULから安定した電力が供給される。   In this photovoltaic system, in each photovoltaic module (MD1 to MDn), the generated voltage of the photovoltaic cell PV is converted into an alternating current by the inverter circuit INV and output to the system line UL. Therefore, even if the generated power of the photovoltaic modules (MD1 to MDn) is supplied to the load connected to the system line UL and the generated power fluctuates according to the amount of light received by the photovoltaic cell PV, the load Is supplied with stable power from the system line UL.

図2は、本発明の実施形態に係るインバータ回路IVTの主回路100の構成例を示す図である。
主回路100は、変圧器TR1と、スイッチSW1,…,SW5と、ダイオードD4と、電流検出部6,8、電圧検出部7と、キャパシタCi,Co,Csと、インダクタLo,L1と、直流側端子TN1,TN2と、交流側端子TN3,TN4とを有する。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the main circuit 100 of the inverter circuit IVT according to the embodiment of the present invention.
The main circuit 100 includes a transformer TR1, switches SW1,..., SW5, a diode D4, current detection units 6 and 8, a voltage detection unit 7, capacitors Ci, Co and Cs, inductors Lo and L1, and a direct current. It has side terminals TN1 and TN2, and AC side terminals TN3 and TN4.

変圧器TR1は、巻線W1と、タップTPを備えた巻線W2とを含む。この巻線W2において、タップを挟んだ一方の部分が巻線W21、他方の部分が巻線W22である。   The transformer TR1 includes a winding W1 and a winding W2 provided with a tap TP. In this winding W2, one portion sandwiching the tap is the winding W21, and the other portion is the winding W22.

スイッチSW1は、n型MOSトランジスタQ1と、ダイオードD1と、駆動回路1とを含む。
スイッチSW2は、n型MOSトランジスタQ2と、ダイオードD2と、駆動回路2とを含む。
スイッチSW3は、n型MOSトランジスタQ3と、ダイオードD3と、駆動回路3とを含む。
スイッチSW4は、n型MOSトランジスタQ4と、駆動回路4とを含む。
スイッチSW5は、n型MOSトランジスタQ5と、駆動回路5とを含む。
Switch SW1 includes an n-type MOS transistor Q1, a diode D1, and a drive circuit 1.
Switch SW2 includes an n-type MOS transistor Q2, a diode D2, and a drive circuit 2.
Switch SW3 includes an n-type MOS transistor Q3, a diode D3, and a drive circuit 3.
Switch SW4 includes an n-type MOS transistor Q4 and a drive circuit 4.
Switch SW5 includes an n-type MOS transistor Q5 and a drive circuit 5.

上述したインバータ回路IVTの構成において、変圧器TR1は、本発明の変圧器の一実施形態である。
巻線W1は、本発明の第1の巻線の一実施形態である。
巻線W2は、本発明の第2の巻線の一実施形態である。
スイッチSW1は、本発明の第1のスイッチの一実施形態である。
スイッチSW2は、本発明の第2のスイッチの一実施形態である。
スイッチSW3は、本発明の第3のスイッチの一実施形態である。
キャパシタCsは、本発明のキャパシタの一実施形態である。
スイッチSW4,SW5およびインダクタL1を含む回路は、本発明のコンバータ回路の一実施形態である。
スイッチSW4は、本発明の第4のスイッチの一実施形態である。
スイッチSW5は、本発明の第5のスイッチの一実施形態である。
インダクタL1は、本発明のインダクタの一実施形態である。
ダイオードD4は、本発明のクランプ回路の一実施形態である。
In the configuration of the inverter circuit IVT described above, the transformer TR1 is an embodiment of the transformer of the present invention.
Winding W1 is an embodiment of the first winding of the present invention.
Winding W2 is an embodiment of the second winding of the present invention.
The switch SW1 is an embodiment of the first switch of the present invention.
The switch SW2 is an embodiment of the second switch of the present invention.
The switch SW3 is an embodiment of the third switch of the present invention.
The capacitor Cs is an embodiment of the capacitor of the present invention.
The circuit including switches SW4 and SW5 and inductor L1 is an embodiment of the converter circuit of the present invention.
The switch SW4 is an embodiment of the fourth switch of the present invention.
The switch SW5 is an embodiment of the fifth switch of the present invention.
The inductor L1 is an embodiment of the inductor of the present invention.
The diode D4 is an embodiment of the clamp circuit of the present invention.

まず、上述したインバータ回路IVTの構成要素の接続について説明する。   First, connection of the components of the inverter circuit IVT described above will be described.

正の直流電圧が印加される端子TN1は、ノードN1に接続され、負の直流電圧が印加される端子TN2は、ノードN2に接続される。ただし、端子TN1とノードN1との接続配線上には、電流検出部8が挿入される。
キャパシタCiは、ノードN1−N2間に接続される。
A terminal TN1 to which a positive DC voltage is applied is connected to the node N1, and a terminal TN2 to which a negative DC voltage is applied is connected to the node N2. However, the current detection unit 8 is inserted on the connection wiring between the terminal TN1 and the node N1.
Capacitor Ci is connected between nodes N1-N2.

スイッチSW1と巻線W1は、ノードN1−N2間に直列に接続される。すなわち、巻線W1の第1端子(丸印を付された端子を指す。他の巻線も同じ。)がノードN1に接続され、巻線W1の第2端子(丸印の無い端子を指す。他の巻線も同じ。)がスイッチSW1を介してノードN2に接続される。ただし、巻線W1の第1端子とノードN1との接続配線上には、電流検出部6が挿入される。   Switch SW1 and winding W1 are connected in series between nodes N1-N2. That is, the first terminal of the winding W1 (refers to a terminal marked with a circle. The same applies to other windings) is connected to the node N1, and the second terminal of the winding W1 (refers to a terminal without a circle). The same applies to the other windings.) Is connected to the node N2 via the switch SW1. However, the current detection unit 6 is inserted on the connection wiring between the first terminal of the winding W1 and the node N1.

変圧器TR1の巻線に付した丸印は、巻線の巻き方向を表している。すなわち、何れかの巻線の第1端子と第2端子との間に電圧を印加すると、これと同じ極性の電圧が他の巻線の第1端子と第2端子との間に生じる。   The circles attached to the windings of the transformer TR1 indicate the winding direction of the windings. That is, when a voltage is applied between the first terminal and the second terminal of any winding, a voltage having the same polarity is generated between the first terminal and the second terminal of the other winding.

スイッチSW1において、n型MOSトランジスタQ1とダイオードD1は互いに直列に接続される。すなわち、n型MOSトランジスタQ1のドレインが巻線W1の第2端子に接続され、そのソースがダイオードD1のアノードに接続される。ダイオードD1のカソードは、ノードN2に接続される。
駆動回路1は、後述する制御部200の制御信号Sq1に応じた駆動信号をn型MOSトランジスタQ1のゲート−ソース間に印加し、これをオンまたはオフさせる。
In the switch SW1, the n-type MOS transistor Q1 and the diode D1 are connected in series with each other. That is, the drain of the n-type MOS transistor Q1 is connected to the second terminal of the winding W1, and its source is connected to the anode of the diode D1. The cathode of the diode D1 is connected to the node N2.
The drive circuit 1 applies a drive signal corresponding to a control signal Sq1 of the control unit 200, which will be described later, between the gate and source of the n-type MOS transistor Q1, and turns this on or off.

キャパシタCsは、一方の端子がノードN1に接続される。
ダイオードD4のアノードは、巻線W1の第2端子に接続され、そのカソードは、キャパシタCsのノードN1に接続されていない側の端子に接続される。
Capacitor Cs has one terminal connected to node N1.
The anode of the diode D4 is connected to the second terminal of the winding W1, and the cathode thereof is connected to the terminal on the side not connected to the node N1 of the capacitor Cs.

スイッチSW4とスイッチSW5は直列に接続されており、その直列回路は、キャパシタCsのノードN1に接続されていない側の端子と、ノードN2との間に接続される。   The switch SW4 and the switch SW5 are connected in series, and the series circuit is connected between the terminal of the capacitor Cs that is not connected to the node N1 and the node N2.

スイッチSW4およびSW5の直列回路において、n型MOSトランジスタQ4のドレインは、ダイオードD4のカソードとともにキャパシタCsに接続され、そのソースは、n型MOSトランジスタQ5のドレインに接続される。n型MOSトランジスタQ5のソースは、ノードN2に接続される。
駆動回路4,5は、後述する制御部300の制御信号Sq4,Sq5に応じた駆動信号をn型MOSトランジスタQ4,Q5のゲート−ソース間に印加し、これをオンまたはオフさせる。
In the series circuit of the switches SW4 and SW5, the drain of the n-type MOS transistor Q4 is connected to the capacitor Cs together with the cathode of the diode D4, and the source thereof is connected to the drain of the n-type MOS transistor Q5. The source of n-type MOS transistor Q5 is connected to node N2.
The drive circuits 4 and 5 apply drive signals according to control signals Sq4 and Sq5 of the control unit 300, which will be described later, between the gates and sources of the n-type MOS transistors Q4 and Q5, and turn them on or off.

インダクタL1は、スイッチSW4およびSW5の接続ノードN5とノードN1との間に接続される。   Inductor L1 is connected between connection node N5 of switches SW4 and SW5 and node N1.

変圧器TR1の巻線W2において、巻線W21の第1端子は、巻線W22の第2端子とともにタップTPに接続される。タップTPは、ノードN4に接続される。   In winding W2 of transformer TR1, the first terminal of winding W21 is connected to tap TP together with the second terminal of winding W22. The tap TP is connected to the node N4.

スイッチSW2とスイッチSW3とが直列に接続され、この直列回路が、巻線W2と並列に接続される。すなわち、巻線W21の第2端子とスイッチSW2とが接続され、巻線W22の第1端子とスイッチSW3とが接続される。スイッチSW3とスイッチSW4との接続ノードは、ノードN3に接続される。   The switch SW2 and the switch SW3 are connected in series, and this series circuit is connected in parallel with the winding W2. That is, the second terminal of the winding W21 and the switch SW2 are connected, and the first terminal of the winding W22 and the switch SW3 are connected. A connection node between the switch SW3 and the switch SW4 is connected to the node N3.

スイッチSW2において、n型MOSトランジスタQ2とダイオードD2は互いに直列に接続される。すなわち、n型MOSトランジスタQ2のドレインが巻線W21の第2端子に接続され、そのソースがダイオードD2のアノードに接続される。ダイオードD2のカソードは、ノードN3に接続される。
駆動回路2は、制御部200の制御信号Sq2に応じた駆動信号をn型MOSトランジスタQ2のゲート−ソース間に印加し、これをオンまたはオフさせる。
In the switch SW2, the n-type MOS transistor Q2 and the diode D2 are connected in series with each other. That is, the drain of the n-type MOS transistor Q2 is connected to the second terminal of the winding W21, and its source is connected to the anode of the diode D2. The cathode of the diode D2 is connected to the node N3.
The drive circuit 2 applies a drive signal corresponding to the control signal Sq2 of the control unit 200 between the gate and the source of the n-type MOS transistor Q2, and turns it on or off.

スイッチSW3において、n型MOSトランジスタQ3とダイオードD3は互いに直列に接続される。すなわち、n型MOSトランジスタQ3のソースが巻線W22の第1端子に接続され、そのドレインがダイオードD3のカソードに接続される。ダイオードD3のアノードは、ノードN3に接続される。
駆動回路3は、制御部200の制御信号Sq3に応じた駆動信号をn型MOSトランジスタQ3のゲート−ソース間に印加し、これをオンまたはオフさせる。
In the switch SW3, the n-type MOS transistor Q3 and the diode D3 are connected in series with each other. That is, the source of the n-type MOS transistor Q3 is connected to the first terminal of the winding W22, and the drain thereof is connected to the cathode of the diode D3. The anode of the diode D3 is connected to the node N3.
The drive circuit 3 applies a drive signal corresponding to the control signal Sq3 of the control unit 200 between the gate and source of the n-type MOS transistor Q3, and turns it on or off.

ノードN3は、インダクタLoを介して交流側端子TN3に接続されるとともに、キャパシタCoを介してノードN4に接続される。
インダクタLoおよびキャパシタCsは、交流側端子TN3−TN4におけるインバータ回路のスイッチング成分を減衰させるための平滑回路である。
The node N3 is connected to the AC side terminal TN3 via the inductor Lo, and is connected to the node N4 via the capacitor Co.
The inductor Lo and the capacitor Cs are smoothing circuits for attenuating the switching components of the inverter circuit at the AC side terminals TN3 to TN4.

交流側端子TN3とTN4との間には、電圧検出部7が接続される。また、交流側端子TN4は、ノードN4に接続される。   A voltage detector 7 is connected between the AC side terminals TN3 and TN4. The AC side terminal TN4 is connected to the node N4.

次に、本実施形態に係るインバータ回路IVTの制御部200および300について、図3および図4を参照して述べる。   Next, the control units 200 and 300 of the inverter circuit IVT according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

図3は、制御部200の構成の一例を示した図である。
制御部200は、交流指令値生成部201と、極性判定部202と、シーケンス制御部203とを有する。
なお、制御部200は、本発明の第1の制御回路の一実施形態である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of the control unit 200.
The control unit 200 includes an AC command value generation unit 201, a polarity determination unit 202, and a sequence control unit 203.
The control unit 200 is an embodiment of the first control circuit of the present invention.

交流指令値生成部201は、電圧検出部7において検出される交流側端子TN3−TN4間の電圧検出信号Svacを全波整流し、更に、振幅設定信号Sampに応じてその振幅を調節することにより、交流電流の指令値信号SL2を生成する。インバータ回路の動作時に巻線W1に流れるパルス電流のピーク包絡線は、出力の交流電流iacを全波整流した波形になる。交流指令値生成部201は、このピーク包絡線と同様な波形を有する指令値信号SL2を生成する。   The AC command value generation unit 201 performs full-wave rectification on the voltage detection signal Svac between the AC side terminals TN3 and TN4 detected by the voltage detection unit 7, and further adjusts the amplitude according to the amplitude setting signal Samp. Then, an AC current command value signal SL2 is generated. The peak envelope of the pulse current flowing through the winding W1 during the operation of the inverter circuit has a waveform obtained by full-wave rectifying the output alternating current iac. The AC command value generation unit 201 generates a command value signal SL2 having a waveform similar to this peak envelope.

極性判定部202は、電圧検出部7の検出信号Svacに基づいて、交流側端子TN3−TN4間の電圧vacの極性を判定し、該判定結果を極性判定信号SPとして出力する。   The polarity determination unit 202 determines the polarity of the voltage vac between the AC terminals TN3 and TN4 based on the detection signal Svac of the voltage detection unit 7, and outputs the determination result as the polarity determination signal SP.

シーケンス制御部25は、交流電流の指令値信号SL2、交流電圧vacの極性判定信号SP、および電流検出部6の電流検出信号Si1を入力し、これらの信号に基づいて、n型MOSトランジスタQ1〜Q3をオンオフさせるための制御信号Sq1〜Sq3を生成する。   The sequence control unit 25 receives the alternating current command value signal SL2, the polarity determination signal SP of the alternating voltage vac, and the current detection signal Si1 of the current detection unit 6, and based on these signals, the n-type MOS transistors Q1 to Q1. Control signals Sq1 to Sq3 for turning on / off Q3 are generated.

図4は、制御部300の構成の一例を示す図である。
制御部300は、誤差増幅部301と、PWM信号発生部302と、制御信号出力部303とを有する。
なお、制御部300は、本発明の第2の制御回路の一実施形態である。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the configuration of the control unit 300.
The control unit 300 includes an error amplification unit 301, a PWM signal generation unit 302, and a control signal output unit 303.
The control unit 300 is an embodiment of the second control circuit of the present invention.

誤差増幅部301は、電流検出部8による直流端子TN1−TN2の入力電流idcの検出信号Sidcとその指令値信号SL3との誤差を増幅し、誤差信号として出力する。   The error amplifying unit 301 amplifies an error between the detection signal Sidc of the input current idc of the DC terminals TN1 to TN2 by the current detection unit 8 and the command value signal SL3, and outputs it as an error signal.

PWM(pulse width modulation)信号発生部302は、誤差増幅部301より出力される誤差信号に応じてパルス幅変調された論理信号を発生する。   A PWM (pulse width modulation) signal generator 302 generates a logic signal that is pulse-width modulated in accordance with the error signal output from the error amplifier 301.

制御信号出力部303は、PWM信号発生部302より出力される論理信号に応じて、n型MOSトランジスタQ4またはQ5の何れか一方をオン、他方をオフさせる制御信号Sq4およびSq5を生成する。
なお、この制御信号Sq4およびSq5において、n型MOSトランジスタQ4およびQ5が同時にオフする期間(デッドタイム)を設けることにより、これらのトランジスタが同時にオンすること防いでも良い。
The control signal output unit 303 generates control signals Sq4 and Sq5 that turn on one of the n-type MOS transistors Q4 and Q5 and turn off the other in accordance with the logic signal output from the PWM signal generating unit 302.
In the control signals Sq4 and Sq5, a period (dead time) in which the n-type MOS transistors Q4 and Q5 are simultaneously turned off may be provided to prevent these transistors from being turned on simultaneously.

ここで、上述した構成を有するインバータ回路IVTの動作について説明する。   Here, the operation of the inverter circuit IVT having the above-described configuration will be described.

まず、図5に示すスイッチング・シーケンスを例にして、制御部200の制御に基づくn型MOSトランジスタQ1,Q2,Q3のスイッチング動作を述べる。   First, taking the switching sequence shown in FIG. 5 as an example, the switching operation of the n-type MOS transistors Q1, Q2, and Q3 based on the control of the control unit 200 will be described.

図5は、本実施形態に係るインバータ回路IVTのスイッチング・シーケンスの一例を示す図である。記号‘○’は該当する欄のトランジスタやダイオードがオンすることを意味し、記号‘×’はそれらのオフを意味する。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a switching sequence of the inverter circuit IVT according to the present embodiment. The symbol “◯” means that the transistors and diodes in the corresponding column are turned on, and the symbol “x” means that they are turned off.

図5における‘交流電圧極性’は、端子TN3−TN4における電圧vacの極性を示す。ここでは、端子TN3の電位が端子TN4の電位より高い場合を‘正’とし、その逆の場合を‘負’としている。   The “AC voltage polarity” in FIG. 5 indicates the polarity of the voltage vac at the terminals TN3 to TN4. Here, the case where the potential of the terminal TN3 is higher than the potential of the terminal TN4 is “positive”, and the opposite case is “negative”.

図5に示すように、シーケンス制御部203におけるスイッチング・シーケンスのパターンは、交流電圧極性が正または負になる2つのパターンに分かれる。シーケンス制御部203は、交流電圧vacの極性を示す極性判定信号SPに基づいて、この2パターンの何れのスイッチング・シーケンスを用いるかを決定する。   As shown in FIG. 5, the switching sequence pattern in the sequence control unit 203 is divided into two patterns in which the AC voltage polarity is positive or negative. The sequence control unit 203 determines which switching sequence of these two patterns is used based on the polarity determination signal SP indicating the polarity of the AC voltage vac.

以下では、2つのスイッチング・シーケンスのそれぞれにおける動作を詳しく説明する。   In the following, the operation in each of the two switching sequences will be described in detail.

(1)交流電圧極性が‘正’の場合 (1) When AC voltage polarity is 'positive'

図6は、交流電圧極性が‘正’の場合におけるインバータ回路IVTの各部の信号波形と動作状態の一例を示す図である。
図6(A)は、電流検出部6の電流検出信号Si1の波形例を示す図である。巻線W1には、この図と同様な波形の電流i1が流れる。
図6(B)は、巻線W1の電圧v1の波形例を示す図である。
図6(C)は、ノードN3から交流側端子TN3へ流れる電流i2の波形例を示す図である。
図6(D)〜(F)は、n型MOSトランジスタQ1〜Q3のオン・オフ状態の一例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of signal waveforms and operation states of each part of the inverter circuit IVT when the AC voltage polarity is “positive”.
FIG. 6A is a diagram illustrating a waveform example of the current detection signal Si1 of the current detection unit 6. A current i1 having a waveform similar to that in this figure flows through the winding W1.
FIG. 6B is a diagram illustrating a waveform example of the voltage v1 of the winding W1.
FIG. 6C is a diagram illustrating a waveform example of the current i2 flowing from the node N3 to the AC side terminal TN3.
FIGS. 6D to 6F are diagrams showing examples of the on / off states of the n-type MOS transistors Q1 to Q3.

この図6を参照しながら、交流電圧極性が‘正’の場合における2つの動作モード(M1p,M2p)を説明する。   With reference to FIG. 6, two operation modes (M1p, M2p) in the case where the AC voltage polarity is “positive” will be described.

//モードM1p:期間T1//
モードM1pでは、n型MOSトランジスタQ1およびQ2がオンし、他のトランジスタがオフする。
この場合、スイッチSW1を介して巻線W1に直流側端子TN1−TN2の電圧Viが印加されるため(図6(B))、巻線W1には、直線的に増加する励磁電流i1が流れる(図6(A))。また、このとき、巻線W21の第2端子には負の電圧が発生するため、ダイオードD2がオフし、電流i2は流れない(図6(C))。すなわち、n型MOSトランジスタQ2がオンしているものの、スイッチSW2としてはオフ状態になる。
// mode M1p: period T1 //
In mode M1p, n-type MOS transistors Q1 and Q2 are turned on, and the other transistors are turned off.
In this case, since the voltage Vi of the DC side terminals TN1 to TN2 is applied to the winding W1 via the switch SW1 (FIG. 6B), an exciting current i1 that increases linearly flows in the winding W1. (FIG. 6 (A)). At this time, since a negative voltage is generated at the second terminal of the winding W21, the diode D2 is turned off, and the current i2 does not flow (FIG. 6C). That is, although the n-type MOS transistor Q2 is turned on, the switch SW2 is turned off.

なお、本例では、次のモードM2pにおいてオンするn型MOSトランジスタQ2をモードM1pにおいて予めオンさせているが、モードM1pでは少なくともスイッチSW2がオフの状態になれば良いため、n型MOSトランジスタQ2はオフさせても良い。   In this example, the n-type MOS transistor Q2 that is turned on in the next mode M2p is turned on in advance in the mode M1p. However, in the mode M1p, it is sufficient that at least the switch SW2 is turned off. May be turned off.

//モードM2p:期間T2およびT3//
電流i1が直線的に増大し、その電流検出信号Si1が交流電流の指令値信号SL2に達すると(図6(A))、シーケンス制御部203は、モードM1pからモードM2pに移行する。モードM2pでは、n型MOSトランジスタQ2がオンし、他のトランジスタがオフする。
// mode M2p: periods T2 and T3 //
When current i1 increases linearly and current detection signal Si1 reaches alternating current command value signal SL2 (FIG. 6A), sequence control unit 203 shifts from mode M1p to mode M2p. In mode M2p, n-type MOS transistor Q2 is turned on and the other transistors are turned off.

モードM1pからモードM2pへの移行時に、n型MOSトランジスタQ1がオンからオフへ切り替わると、この切り替わり前の励磁電流i1による磁束が維持されるように、変圧器TR1の各巻線に電圧が発生する。この電圧により、巻線W21の第2端子には正の電圧が生じ、n型MOSトランジスタQ2を介してダイオードD2に順方向電圧が印加され、ダイオードD2がオンする。これにより、期間T1において変圧器TR1に蓄積された励磁エネルギーが、巻線W21より電流として放出され、この電流がスイッチSW2を介して交流側に出力される(図6(C))。   When the n-type MOS transistor Q1 is switched from on to off during the transition from the mode M1p to the mode M2p, a voltage is generated in each winding of the transformer TR1 so that the magnetic flux due to the excitation current i1 before this switching is maintained. . Due to this voltage, a positive voltage is generated at the second terminal of the winding W21, a forward voltage is applied to the diode D2 via the n-type MOS transistor Q2, and the diode D2 is turned on. Thereby, the excitation energy accumulated in the transformer TR1 in the period T1 is released as a current from the winding W21, and this current is output to the AC side via the switch SW2 (FIG. 6C).

変圧器TR1の励磁エネルギーの放出が終わり、巻線W21より出力される電流が絶えると、ダイオードD2はオフ状態になる(期間T3)。   When the discharge of the excitation energy of the transformer TR1 is completed and the current output from the winding W21 is stopped, the diode D2 is turned off (period T3).

この期間T1〜T3を1周期Ts1として、上述したスイッチング・シーケンスが周期的に反復されることにより、交流側端子TN3−TN4から交流電流が出力される。   An alternating current is output from the AC side terminals TN3 to TN4 by periodically repeating the above-described switching sequence with the period T1 to T3 as one period Ts1.

(2)交流電圧極性が‘負’の場合 (2) When AC voltage polarity is negative

この場合も、上述の(1)と同様に、2つの動作モード(M1n,M2n)を有する。モードM1n,M2nは、それぞれ上述のモードM1p,M2pに対応するモードであり、直流側スイッチ(SW1)の動作に関して、両者は同じである。上述の(2)と異なるのは、交流側スイッチ(SW3,SW4)の動作である。   Also in this case, there are two operation modes (M1n, M2n) as in (1) above. The modes M1n and M2n are modes corresponding to the above-described modes M1p and M2p, respectively, and both are the same regarding the operation of the DC side switch (SW1). The difference from the above (2) is the operation of the AC side switches (SW3, SW4).

//モード1n//
モードM1nでは、n型MOSトランジスタQ1およびQ3がオンし、他のトランジスタがオフする。
これにより、スイッチSW1を介して巻線W1に直流側端子TN1−TN2の電圧Viが印加され、巻線W1に励磁電流が流れる。また、このとき、巻線W22の第1端子には正の電圧が発生するため、ダイオードD3がオフする。すなわち、n型MOSトランジスタQ3がオンしているものの、スイッチSW3としてはオフ状態になる。
// Mode 1n //
In mode M1n, n-type MOS transistors Q1 and Q3 are turned on, and the other transistors are turned off.
As a result, the voltage Vi of the DC side terminals TN1 to TN2 is applied to the winding W1 via the switch SW1, and an exciting current flows through the winding W1. At this time, since a positive voltage is generated at the first terminal of the winding W22, the diode D3 is turned off. That is, although the n-type MOS transistor Q3 is turned on, the switch SW3 is turned off.

なお、本例では、次のモードM2nにおいてオンするn型MOSトランジスタQ3をモードM1nにおいて予めオンさせているが、モードM1nでは少なくともスイッチSW3がオフの状態になれば良いため、n型MOSトランジスタQ3はオフさせても良い。   In this example, the n-type MOS transistor Q3 that is turned on in the next mode M2n is turned on in advance in the mode M1n. However, in the mode M1n, it is sufficient that at least the switch SW3 is turned off. May be turned off.

//モードM2n//
巻線W1の励磁電流i1が直線的に増大し、その電流検出信号Si1が交流電流の指令値信号SL2に達すると、シーケンス制御部203は、モードM1nからモードM2nに移行する。モードM2nでは、n型MOSトランジスタQ3がオンし、他のトランジスタがオフする。
// Mode M2n //
When exciting current i1 of winding W1 increases linearly and current detection signal Si1 reaches command value signal SL2 of alternating current, sequence control unit 203 shifts from mode M1n to mode M2n. In mode M2n, n-type MOS transistor Q3 is turned on and the other transistors are turned off.

モードM1nからモードM2nへの移行時に、n型MOSトランジスタQ1がオンからオフへ切り替わると、巻線W22の第1端子には負の電圧が生じ、n型MOSトランジスタQ3を介してダイオードD3に順方向電圧が印加され、ダイオードD3がオンする。これにより、モードM1nの期間において変圧器TR1に蓄積された励磁エネルギーが、巻線W22より電流として放出され、この電流がスイッチSW3を介して交流側に出力される。
変圧器TR1の励磁エネルギーの放出が終わり、巻線W22より出力される電流が絶えると、ダイオードD3はオフ状態になる。
When the n-type MOS transistor Q1 is switched from on to off during the transition from the mode M1n to the mode M2n, a negative voltage is generated at the first terminal of the winding W22, and the diode D3 is forwarded to the diode D3 via the n-type MOS transistor Q3. A direction voltage is applied, and the diode D3 is turned on. Thereby, the excitation energy accumulated in the transformer TR1 in the period of the mode M1n is discharged as a current from the winding W22, and this current is output to the AC side via the switch SW3.
When the discharge of the excitation energy of the transformer TR1 is completed and the current output from the winding W22 is stopped, the diode D3 is turned off.

上述したスイッチング・シーケンスが周期的に反復されることにより、交流側端子TN3−TN4から交流電力が出力される。   By repeating the switching sequence described above periodically, AC power is output from the AC side terminals TN3 to TN4.

以上、制御部200の制御に基づくn型MOSトランジスタQ1,Q2,Q3のスイッチング動作について述べた。   The switching operation of the n-type MOS transistors Q1, Q2, Q3 based on the control of the control unit 200 has been described above.

上述したスイッチング動作により、交流側端子TN3−TN4から交流電流iacを出力することが可能になるが、この動作のみでは、直流側の電圧、電流に交流側の低い周波数の振動が生じてしまう。
本実施形態に係るインバータ回路IVTでは、この低周波の振動を除くために、スイッチSW4,SW5およびインダクタL1で構成されるコンバータ回路を設けている。このコンバータ回路は、キャパシタCsと直流側端子TN1−TN2との間で双方向に電力を伝達することが可能な回路である。制御部300は、直流側端子TN1−TN2において入力される電流idcが一定となるようにスイッチSW4およびSW5をスイッチングさせて、コンバータ回路における電力の伝達を制御する。
The switching operation described above makes it possible to output an alternating current iac from the alternating-current side terminals TN3 to TN4. However, with this operation alone, vibration at a low frequency on the alternating-current side occurs in the direct-side voltage and current.
In the inverter circuit IVT according to the present embodiment, a converter circuit including switches SW4 and SW5 and an inductor L1 is provided in order to eliminate this low-frequency vibration. This converter circuit is a circuit capable of transmitting power bidirectionally between the capacitor Cs and the DC side terminals TN1 to TN2. Control unit 300 switches switches SW4 and SW5 such that current idc input at DC side terminals TN1-TN2 is constant, and controls the transmission of power in the converter circuit.

以下では、このコンバータ回路における電力の伝達動作を説明する。   Hereinafter, power transmission operation in the converter circuit will be described.

図7は、コンバータ回路の各部の波形と動作状態を説明するための図である。
図7(A)は、インダクタL1に流れる電流iLの波形例を示す図である。
図7(B)は、n型MOSトランジスタQ5に流れる電流iq5の波形例を示す図である。
図7(C)は、n型MOSトランジスタQ4に流れる電流iq4の波形例を示す図である。
図7(D)は、n型MOSトランジスタQ5のオン・オフ状態を示す図である。
図7(E)は、n型MOSトランジスタQ4のオン・オフ状態を示す図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining the waveforms and operating states of each part of the converter circuit.
FIG. 7A is a diagram illustrating a waveform example of the current iL flowing through the inductor L1.
FIG. 7B is a diagram showing a waveform example of the current iq5 flowing through the n-type MOS transistor Q5.
FIG. 7C is a diagram showing a waveform example of the current iq4 flowing through the n-type MOS transistor Q4.
FIG. 7D shows an on / off state of n-type MOS transistor Q5.
FIG. 7E is a diagram showing an on / off state of the n-type MOS transistor Q4.

期間T4において、制御部300は、n型MOSトランジスタQ5をオン、n型MOSトランジスタQ4をオフに設定する。これにより、インダクタL1と直流側端子TN1−TN2とが並列に接続され、期間T4の直前にインダクタL1に流れていた電流を初期値として、直流側端子TN1−TN2からインダクタL1に電流が流れる。この電流は、直流側端子TN1−TN2の電圧ViによってインダクタL1が励磁されることにより、一定の時間的傾斜で変化する。   In period T4, control unit 300 sets n-type MOS transistor Q5 on and n-type MOS transistor Q4 off. Thereby, the inductor L1 and the DC side terminals TN1-TN2 are connected in parallel, and the current flows from the DC side terminals TN1-TN2 to the inductor L1 with the current flowing in the inductor L1 immediately before the period T4 as an initial value. This current changes at a constant time slope when the inductor L1 is excited by the voltage Vi of the DC side terminals TN1 to TN2.

次いで期間T5において、制御部300は、n型MOSトランジスタ5をオフ、n型MOSトランジスタQ4をオンに設定する。これにより、インダクタL1とキャパシタCsとが並列に接続され、期間T4の最後にインダクタL1に流れていた電流を初期値として、キャパシタCsに電流が流れる。この電流は、キャパシタCsの電圧VcsによってインダクタL1が励磁されることにより、一定の時間的傾斜で変化する。ただし、インダクタL1に印加される電圧の極性は期間T4と逆であるため、インダクタL1の電流は、期間T4における変化分を打ち消す向きに変化する。   Next, in the period T5, the controller 300 sets the n-type MOS transistor 5 off and the n-type MOS transistor Q4 on. Thereby, the inductor L1 and the capacitor Cs are connected in parallel, and the current flows through the capacitor Cs with the current flowing through the inductor L1 at the end of the period T4 as an initial value. This current changes at a constant time slope when the inductor L1 is excited by the voltage Vcs of the capacitor Cs. However, since the polarity of the voltage applied to the inductor L1 is opposite to that in the period T4, the current in the inductor L1 changes in a direction to cancel the change in the period T4.

制御部300は、この期間T4およびT5を1スイッチング周期Ts2として、n型MOSトランジスタQ4およびQ5を交互にオンさせるスイッチング動作を周期的に繰り返す。これにより、インダクタL1の電流は、図7(A)に示すように、スイッチング動作にともなって交互に逆の極性へ変化する。   The controller 300 periodically repeats the switching operation for alternately turning on the n-type MOS transistors Q4 and Q5 with the periods T4 and T5 as one switching cycle Ts2. Thereby, as shown in FIG. 7A, the current of the inductor L1 alternately changes to the opposite polarity in accordance with the switching operation.

ここで、ノードN1からノードN5へ流れる向きを‘正’、この逆向きを‘負’としてインダクタL1に流れる電流iLの極性を定義すると、n型MOSトランジスタQ5のオン期間がn型MOSトランジスタQ4のオン期間に対して長くなるほど、1スイッチング周期において電流iLが‘正’に変化する分が‘負’に変化する分より大きくなるため、電流iLは‘正’に増大する。逆に、n型MOSトランジスタQ5のオン期間がn型MOSトランジスタQ4のオン期間に対して短くなるほど、電流iLは‘負’に増大する。   Here, when the polarity of the current iL flowing in the inductor L1 is defined with the direction of flowing from the node N1 to the node N5 being “positive” and the opposite direction being “negative”, the ON period of the n-type MOS transistor Q5 is the n-type MOS transistor Q4. As the ON period becomes longer, the amount of change of the current iL to “positive” in one switching period becomes larger than the amount of change of “negative”, so that the current iL increases to “positive”. Conversely, the current iL increases to 'negative' as the ON period of the n-type MOS transistor Q5 becomes shorter than the ON period of the n-type MOS transistor Q4.

一方、電流iLが‘正’の場合、直流側端子TN1−TN2からインダクタL1へ向かって平均的に電流が流れ込むとともに、インダクタL1からキャパシタCsに向かって平均的に電流が流れ込む。すなわち、直流側端子TN1−TN2からキャパシタCsへ電力が伝達される。逆に、電流iLが‘負’の場合は、キャパシタCsから直流側端子TN1−TN2へ電力が伝達される。   On the other hand, when the current iL is “positive”, an average current flows from the DC side terminals TN1 to TN2 toward the inductor L1, and an average current flows from the inductor L1 toward the capacitor Cs. That is, power is transmitted from the DC side terminals TN1-TN2 to the capacitor Cs. On the contrary, when the current iL is “negative”, power is transmitted from the capacitor Cs to the DC side terminals TN1 to TN2.

したがって、制御部300によってn型MOSトランジスタQ4およびQ5のオン期間とオフ期間の比率が制御されることにより、直流側端子TN1−TN2とキャパシタCsとの間で伝達される電力の向きとその大きさが制御される。   Therefore, the control unit 300 controls the ratio between the ON period and the OFF period of the n-type MOS transistors Q4 and Q5, so that the direction and magnitude of the power transmitted between the DC side terminals TN1-TN2 and the capacitor Cs are controlled. Is controlled.

例えば、電流検出部8で検出された電流値が指令値信号SL3の電流値より大きい場合、その誤差分が誤差増幅部301において増幅されてPWM信号発生部302によりパルス幅の変化分に変換され、n型MOSトランジスタQ5のオン期間が長くなるように制御信号Sq4,Sq5が生成される。これにより、キャパシタCsから直流側端子TN1−TN2へ伝達される電力が減少(もしくは、直流側端子TN1−TN2からキャパシタCsへ伝達される電力が増大)し、直流側端子TN1−TN2の入力電流idcが小さくなる。
逆に、電流検出部8で検出された電流値が指令値信号SL3の電流値より小さい場合は、n型MOSトランジスタQ5のオン期間が短くなるように制御信号Sq4,Sq5が生成されるため、直流側端子TN1−TN2の入力電流idcが大きくなる。
このような負帰還の働きにより、直流側端子TN1−TN2の入力電流idcは、指令値信号SL3の電流に近づくように制御される。
For example, if the current value detected by the current detection unit 8 is larger than the current value of the command value signal SL3, the error is amplified by the error amplification unit 301 and converted into a change in pulse width by the PWM signal generation unit 302. The control signals Sq4 and Sq5 are generated so that the ON period of the n-type MOS transistor Q5 becomes longer. As a result, the power transmitted from the capacitor Cs to the DC side terminals TN1-TN2 decreases (or the power transmitted from the DC side terminals TN1-TN2 to the capacitor Cs increases), and the input current of the DC side terminals TN1-TN2 idc becomes smaller.
Conversely, when the current value detected by the current detection unit 8 is smaller than the current value of the command value signal SL3, the control signals Sq4 and Sq5 are generated so that the ON period of the n-type MOS transistor Q5 is shortened. The input current idc of the DC side terminals TN1-TN2 increases.
Due to such negative feedback, the input current idc of the DC side terminals TN1 to TN2 is controlled so as to approach the current of the command value signal SL3.

以上説明したように、本実施形態に係るインバータ回路IVTによれば、第1のモード(M1p,M1n)において、直流側端子TN1−TN2に入力される電圧Viが、スイッチSW1を介して巻線W1に印加され、巻線W1が励磁される。次いで第2のモード(M2p,M2n)において、巻線W1の励磁により蓄積された変圧器TR1の励磁エネルギーが巻線W21またはW22から電流として放出される。この電流は、交流側端子TN3−TN4の交流電圧vacの極性に応じて選択されたスイッチSW2またはSW3の何れか一方を通り、平滑回路(Lo,Co)を経て、交流側端子TN3−TN4に出力される。こうした第1のモードから第2のモードまでの制御が周期的に反復されて、交流側端子TN3−TN4から交流電流が出力される。
このように、本実施形態によれば、直流側端子TN1−TN4より入力される直流電圧を交流電流に変換して交流側端子TN3−TN4から出力することが可能である。
As described above, according to the inverter circuit IVT according to the present embodiment, in the first mode (M1p, M1n), the voltage Vi input to the DC side terminals TN1-TN2 is wound through the switch SW1. Applied to W1, the winding W1 is excited. Next, in the second mode (M2p, M2n), the excitation energy of the transformer TR1 accumulated by the excitation of the winding W1 is released as a current from the winding W21 or W22. This current passes through one of the switches SW2 and SW3 selected according to the polarity of the AC voltage vac of the AC side terminals TN3 to TN4, passes through the smoothing circuit (Lo, Co), and passes to the AC side terminals TN3 to TN4. Is output. Such control from the first mode to the second mode is periodically repeated, and an alternating current is output from the AC side terminals TN3 to TN4.
Thus, according to this embodiment, it is possible to convert the DC voltage input from the DC side terminals TN1 to TN4 into an AC current and output the AC current from the AC side terminals TN3 to TN4.

また、本実施形態に係るインバータ回路IVTによれば、上述した制御と平行して、直流側端子TN1−TN2において入力される平均的な電流が一定となるように、コンバータ回路によってキャパシタCsと直流側端子TN1−TN2との間で双方向に電力が伝達される。   In addition, according to the inverter circuit IVT according to the present embodiment, in parallel with the control described above, the converter circuit and the DC are connected by the converter circuit so that the average current input at the DC side terminals TN1 to TN2 is constant. Power is transmitted bidirectionally between the side terminals TN1 and TN2.

図8は、本実施形態に係るインバータ回路IVTの直流側端子TN1−TN2に入力される電力P12、交流側端子TN3−TN4から出力される電力P34、およびキャパシタCsから放出される電力Pcsの波形例を示す図である。
図8(A)に示すように、交流側端子TN3−TN4の電力P34は、交流電圧vacの2倍の周波数で変動する。仮に上述したコンバータ回路を設けない場合、この低周波の電力変動が直流側端子TN1−TN2に現れるため、電圧、電流のリップル成分を減衰させるためには、キャパシタCiの静電容量を非常に大きくする必要が生じる。
一方、上述したコンバータ回路を設けて、直流側端子TN1−TN2の平均的な入力電流が一定となるように制御すると、図8(A)に示すように、直流側端子TN1−TN2の電力P12が交流側端子TN3−TN4の電力P34の平均値に応じた一定のレベルになる。一方で、キャパシタCiの電力Pcsは、図21(B)に示すように、電力P34の変動に追従して変動する。これは、直流側端子TN1−TN2の電力変動を均一化するように、直流側端子TN1−TN2とキャパシタCiとの間で電力が双方向に伝達されるためである。
したがって、本実施形態によれば、インバータ回路の直流側における電圧や電流の低周波成分を効果的に抑えながら、入力キャパシタCiの静電容量を非常に小さくすることができる。
FIG. 8 shows the waveforms of the power P12 input to the DC side terminals TN1-TN2 of the inverter circuit IVT according to the present embodiment, the power P34 output from the AC side terminals TN3-TN4, and the power Pcs discharged from the capacitor Cs. It is a figure which shows an example.
As shown in FIG. 8A, the power P34 of the AC side terminals TN3-TN4 fluctuates at twice the frequency of the AC voltage vac. If the converter circuit described above is not provided, this low frequency power fluctuation appears at the DC side terminals TN1 to TN2. Therefore, in order to attenuate the ripple component of the voltage and current, the capacitance of the capacitor Ci is very large. Need to do.
On the other hand, when the converter circuit described above is provided and the average input current of DC side terminals TN1-TN2 is controlled to be constant, as shown in FIG. 8A, power P12 of DC side terminals TN1-TN2 is set. Becomes a certain level according to the average value of the power P34 of the AC side terminals TN3-TN4. On the other hand, the electric power Pcs of the capacitor Ci fluctuates following the fluctuation of the electric power P34, as shown in FIG. This is because power is transmitted bidirectionally between the DC side terminals TN1-TN2 and the capacitor Ci so as to equalize the power fluctuations of the DC side terminals TN1-TN2.
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to make the capacitance of the input capacitor Ci very small while effectively suppressing low frequency components of voltage and current on the DC side of the inverter circuit.

入力キャパシタCiの静電容量を小さくできることから、従来のインバータ回路において用いられていた電解コンデンサのような体積の大きいキャパシタを、フィルムコンデンサのような体積の小さいキャパシタに置き換えることが可能になり、装置の小型化や軽量化を図ることができる。また、電解コンデンサに特有な寿命の問題を回避できるため、装置の信頼性を向上させることができる。   Since the capacitance of the input capacitor Ci can be reduced, it is possible to replace a large-volume capacitor such as an electrolytic capacitor used in a conventional inverter circuit with a small-volume capacitor such as a film capacitor. Can be reduced in size and weight. Moreover, since the problem of the lifetime peculiar to an electrolytic capacitor can be avoided, the reliability of an apparatus can be improved.

更に、本実施形態に係るインバータ回路IVTによれば、変圧器TR1の励磁とそのエネルギーの開放が、1スイッチング周期の間に1回で良いため、変圧器TR1に流れる励磁電流の実効値を小さくすることができる。これにより、トランジスタやダイオード等の回路素子における電力損失を小さくすることができる。   Furthermore, according to the inverter circuit IVT according to the present embodiment, the excitation of the transformer TR1 and the release of its energy may be performed once during one switching cycle, so that the effective value of the excitation current flowing through the transformer TR1 is reduced. can do. Thereby, power loss in circuit elements such as transistors and diodes can be reduced.

しかも、制御部200の制御に基づくn型MOSトランジスタQ1,Q2,Q3のスイッチング動作と、制御部300の制御に基づくn型MOSトランジスタQ4,Q5のスイッチング動作とが互いに独立しているため、それぞれのスイッチング周波数を独自に設定することが可能である。制御部200のスイッチング周波数は、交流電流の追従制御性を高めるためにある程度高いことが望ましいが、制御部300のスイッチング周波数については、キャパシタCsのリップル成分の振幅を多少大きくしても問題ないので、制御部200より低くすることができる。
そのため、制御部300のスイッチング周波数を低くすることで、コンバータ回路の損失を小さくすることが可能になる。これにより、コンバータ回路を設けることによる電力損失の増加分を、励磁電流の実効値が低下することによる電力損失分の削減分より小さく抑えることが可能になり、インバータ回路の総合的な効率の改善を図ることができる。
Moreover, since the switching operation of the n-type MOS transistors Q1, Q2, and Q3 based on the control of the control unit 200 and the switching operation of the n-type MOS transistors Q4 and Q5 based on the control of the control unit 300 are independent of each other, The switching frequency can be set independently. The switching frequency of the control unit 200 is desirably high to some extent in order to improve the follow-up controllability of alternating current, but there is no problem with the switching frequency of the control unit 300 even if the amplitude of the ripple component of the capacitor Cs is slightly increased. The control unit 200 can be lower.
Therefore, the loss of the converter circuit can be reduced by lowering the switching frequency of the control unit 300. As a result, the increase in power loss due to the converter circuit can be kept smaller than the reduction in power loss due to the decrease in the effective value of the excitation current, improving the overall efficiency of the inverter circuit. Can be achieved.

また、巻線W1とスイッチSW1との接続ノードが、ダイオードD4を介してキャパシタCsに接続されているため、スイッチSW1において生じるサージ電圧は、キャパシタCsの電圧Viと端子T1−T2の電圧Viとの合成電圧(Vcs+Vi)にクランプされる。したがって、サージ電圧によるスイッチSW1のストレスを軽減することが可能になる。   Further, since the connection node between the winding W1 and the switch SW1 is connected to the capacitor Cs through the diode D4, the surge voltage generated in the switch SW1 is the voltage Vi of the capacitor Cs and the voltage Vi of the terminals T1-T2. To the combined voltage (Vcs + Vi). Therefore, the stress of the switch SW1 due to the surge voltage can be reduced.

ここまで、本発明の好ましい種々の実施形態について述べてきたが、本発明はこれらの形態にのみ限定されるものではなく、種々の改変が可能である。   So far, various preferred embodiments of the present invention have been described. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made.

例えば、図2に示す主回路100におけるインダクタL1の少なくとも一部を、図9に示すように変圧器の巻線を使って実現しても良い。   For example, at least a part of the inductor L1 in the main circuit 100 shown in FIG. 2 may be realized by using a winding of a transformer as shown in FIG.

図9は、コンバータ回路のインダクタL1として変圧器の巻線を用いる一例を示す図である。同図では、インバータ回路の主回路のうち、変圧器の直流側の回路を抜き出して示しており、交流側の回路については図示を省略している。
この図9に示す主回路は、上述した主回路100における3巻線の変圧器TR1を変圧器TR2に置き換え、その巻線の1つをインダクタL1の代わりに用いるとともに、巻線W1の電流検出部6AをスイッチSW1とノードN2との接続配線上に挿入したものである。シーケンス制御部25(図3)は、電流検出信号Si1の代わりに電流検出部6Aの電流検出信号Si1Aを入力する。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example in which a winding of a transformer is used as the inductor L1 of the converter circuit. In the figure, the DC side circuit of the transformer is extracted from the main circuit of the inverter circuit, and the illustration of the AC side circuit is omitted.
The main circuit shown in FIG. 9 replaces the three-winding transformer TR1 in the main circuit 100 described above with a transformer TR2, uses one of the windings instead of the inductor L1, and detects the current in the winding W1. The part 6A is inserted on the connection wiring between the switch SW1 and the node N2. The sequence control unit 25 (FIG. 3) inputs the current detection signal Si1A of the current detection unit 6A instead of the current detection signal Si1.

変圧器TR2は、変圧器TR1の巻線W1,W21,W22に加えて巻線W3を有している。巻線W3の第2端子は、巻線W1の第1端子と接続され、巻線W3の第1端子は、スイッチSW4とSW5との接続ノードN5に接続される。
このような構成にすることで、図2の例では独立していた一次側インダクタ(L1)と変圧器(TR1)のコアを共通化することができるため、部品の体積が小さくなり、装置の小型化を図ることができる。
The transformer TR2 has a winding W3 in addition to the windings W1, W21, W22 of the transformer TR1. A second terminal of winding W3 is connected to a first terminal of winding W1, and a first terminal of winding W3 is connected to a connection node N5 between switches SW4 and SW5.
With such a configuration, the core of the primary inductor (L1) and the transformer (TR1), which were independent in the example of FIG. Miniaturization can be achieved.

本実施形態で用いるスイッチはn型MOSトランジスタに限られるものではなく、他の種々の半導体スイッチ(例えばIGBTやサイリスタなど)を用いても良い。   The switches used in the present embodiment are not limited to n-type MOS transistors, and other various semiconductor switches (for example, IGBTs and thyristors) may be used.

また、図2や図9に示す一次側のコンバータ回路(スイッチSW4およびSW5とインダクタ(L1,W3)で構成される回路)は一例であり、本発明はこれに限定されない。少なくとも、キャパシタCsと直流側端子TN1−TN2との間で双方向に電力を伝達することを可能にする回路であれば良いため、そのような機能を有する他の種々のコンバータ回路をこれに適用しても良い。   Moreover, the primary side converter circuit (circuit comprised by switch SW4 and SW5 and inductor (L1, W3)) shown in FIG.2 and FIG.9 is an example, and this invention is not limited to this. Any other converter circuit having such a function can be applied to this as long as it is possible to transmit power in both directions between the capacitor Cs and the DC side terminals TN1-TN2. You may do it.

更に、上述した実施形態では、直流側端子TN1−TN2の入力電流が一定に保たれるようにコンバータ回路を制御する例が示されているが、これに限らず、例えば直流側端子TN1−TN2において入出力される平均的な電圧が一定となるようにコンバータ回路を制御しても良い。図2や図9に示すインバータ回路の場合、例えば、キャパシタCiによってスイッチング成分が平滑された直流側端子TN1−TN2の電圧を検出し、これが一定となるようにコンバータ回路を制御しても良い。   Furthermore, although the example which controls a converter circuit so that the input current of DC side terminal TN1-TN2 is kept constant is shown in embodiment mentioned above, it is not restricted to this, For example, DC side terminal TN1-TN2 The converter circuit may be controlled so that the average voltage inputted and outputted at is constant. In the case of the inverter circuit shown in FIGS. 2 and 9, for example, the voltage of the DC side terminals TN1-TN2 whose switching components are smoothed by the capacitor Ci may be detected, and the converter circuit may be controlled so as to be constant.

本実施形態に係る光発電装置の構成例を示す概略的なブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structural example of the photovoltaic device which concerns on this embodiment. 本発明の実施形態に係るインバータ回路の主回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the main circuit of the inverter circuit which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る第1の制御部の構成の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the structure of the 1st control part which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る第2の制御部の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the 2nd control part which concerns on embodiment of this invention. 本実施形態に係るインバータ回路のスイッチング・シーケンスの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the switching sequence of the inverter circuit which concerns on this embodiment. 交流電圧極性が‘正’の場合におけるインバータ回路の各部の信号波形と動作状態の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the signal waveform and operation state of each part of an inverter circuit in case an alternating voltage polarity is "positive". コンバータ回路の各部の波形と動作状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the waveform and operation state of each part of a converter circuit. 本実施形態に係るインバータ回路の各部における瞬時電力の波形例を示す図である。It is a figure which shows the example of a waveform of the instantaneous electric power in each part of the inverter circuit which concerns on this embodiment. コンバータ回路のインダクタとして変圧器の巻線を用いる一例を示す図である。It is a figure which shows an example which uses the coil | winding of a transformer as an inductor of a converter circuit.

符号の説明Explanation of symbols

MD1〜MDn…光発電モジュール、PV…光発電セル、IVT…インバータ回路、TR1,TR2…変圧器、W1〜W3…巻線、TP…タップ、SW1〜SW5…スイッチ、Q1〜Q5…n型MOSトランジスタ、D1〜D4…ダイオード、Ci,Cs,Co…キャパシタ、L1,Lo…インダクタ、TN1,TN2…直流側端子、TN3,TN4…交流側端子、1〜5…駆動回路、6,8…電流検出部、7…電圧検出部、200,300…制御部、201…交流指令値生成部、202…極性判定部、203…シーケンス制御部、301…誤差増幅部、302…PTM信号発生部、303…制御信号出力部
MD1-MDn ... photovoltaic module, PV ... photovoltaic cell, IVT ... inverter circuit, TR1, TR2 ... transformer, W1-W3 ... winding, TP ... tap, SW1-SW5 ... switch, Q1-Q5 ... n-type MOS Transistors, D1 to D4 ... Diodes, Ci, Cs, Co ... Capacitors, L1, Lo ... Inductors, TN1, TN2 ... DC side terminals, TN3, TN4 ... AC side terminals, 1-5 ... Drive circuits, 6, 8 ... Current Detection unit, 7 ... Voltage detection unit, 200, 300 ... Control unit, 201 ... AC command value generation unit, 202 ... Polarity determination unit, 203 ... Sequence control unit, 301 ... Error amplification unit, 302 ... PTM signal generation unit, 303 ... Control signal output section

Claims (15)

第1のノード対に入力される直流電圧を交流電流に変換して第2のノード対から出力するインバータ回路であって、
第1の巻線と、タップを備えた第2の巻線とを含んだ変圧器と、
上記第1の巻線に直列に接続された第1のスイッチと、
キャパシタと、
上記キャパシタと上記第1のノード対との間で双方向に電力を伝達することが可能なコンバータ回路と、
上記第2の巻線に並列に接続された、第2のスイッチと第3のスイッチとの直列回路と、
上記第1のスイッチ、上記第2のスイッチおよび上記第3のスイッチのオンとオフをそれぞれ制御する第1の制御回路と、
上記第1のノード対において入力される平均的な電圧または電流が一定となるように、上記コンバータ回路における電力の伝達を制御する第2の制御回路と、
を有し、
上記第1の巻線と上記第1のスイッチとの直列回路は、上記第1のノード対の間に接続され、
上記第2のスイッチと上記第3のスイッチとの接続ノードは、上記第2のノード対の一方のノードに、上記第2の巻線のタップは、該第2のノード対の他方のノードにそれぞれ接続され、
上記第1の制御回路は、第1のモードにおいて、上記第1のスイッチをオンさせるとともに、上記第2のスイッチおよび上記第3のスイッチをオフさせ、上記第1のモードに続く第2のモードにおいて、上記第1のスイッチをオフさせるとともに、上記第2のノード対に印加される交流側の電圧の極性に応じて選択した上記第2のスイッチまたは上記第3のスイッチの何れか一方をオンさせ、上記第1のモードから上記第2のモードまでの制御を周期的に反復する、
インバータ回路。
An inverter circuit that converts a direct current voltage input to a first node pair into an alternating current and outputs the alternating current from the second node pair,
A transformer including a first winding and a second winding with a tap;
A first switch connected in series to the first winding;
A capacitor;
A converter circuit capable of transmitting power bidirectionally between the capacitor and the first node pair;
A series circuit of a second switch and a third switch connected in parallel to the second winding;
A first control circuit for controlling on and off of each of the first switch, the second switch, and the third switch;
A second control circuit for controlling transmission of power in the converter circuit so that an average voltage or current input in the first node pair is constant;
Have
A series circuit of the first winding and the first switch is connected between the first node pair,
The connection node between the second switch and the third switch is connected to one node of the second node pair, and the tap of the second winding is connected to the other node of the second node pair. Each connected,
In the first mode, the first control circuit turns on the first switch, turns off the second switch and the third switch, and continues to the second mode following the first mode. The first switch is turned off and either the second switch or the third switch selected in accordance with the polarity of the voltage on the AC side applied to the second node pair is turned on. And periodically repeating the control from the first mode to the second mode,
Inverter circuit.
上記キャパシタは、その一方の端子が上記第1のノード対の一方のノードに接続されており、
上記コンバータ回路は、
上記第1のノード対に接続されていない上記キャパシタの他方の端子と、上記キャパシタに接続されていない上記第1のノード対の他方のノードとの間に接続された、第4のスイッチと第5のスイッチとの直列回路と、
上記第4のスイッチおよび上記第5のスイッチの接続ノードと、上記第1のノード対に接続された上記キャパシタの一方の端子との間に接続されたインダクタと、
を含み、
上記第2の制御回路は、上記第1のノード対において入力される平均的な電圧または電流が一定となるように、上記第4のスイッチおよび上記第5のスイッチのオンとオフをそれぞれ制御する、
請求項1に記載のインバータ回路。
The capacitor has one terminal connected to one node of the first node pair,
The converter circuit is
A fourth switch connected between the other terminal of the capacitor not connected to the first node pair and the other node of the first node pair not connected to the capacitor; A series circuit with 5 switches;
An inductor connected between a connection node of the fourth switch and the fifth switch and one terminal of the capacitor connected to the first node pair;
Including
The second control circuit controls on and off of the fourth switch and the fifth switch so that an average voltage or current input in the first node pair is constant. ,
The inverter circuit according to claim 1.
上記第1のスイッチに生じるサージ電圧を、上記第1のノード対の電圧と上記キャパシタの電圧との合成電圧にクランプするクランプ回路を有する、
請求項2に記載のインバータ回路。
A clamp circuit that clamps a surge voltage generated in the first switch to a combined voltage of the voltage of the first node pair and the voltage of the capacitor;
The inverter circuit according to claim 2.
上記インダクタは、上記変圧器の第3の巻線を含む、
請求項2または3に記載のインバータ回路。
The inductor includes a third winding of the transformer;
The inverter circuit according to claim 2 or 3.
上記第2のスイッチおよび上記第3のスイッチは、上記第2のモードにおいて上記第2の巻線から流れるオン電流が絶えた場合にオンからオフへ変化し、
上記第1の制御回路は、上記第2の巻線から上記第2のスイッチまたは上記第3のスイッチに流れるオン電流が絶えた状態において、上記第2のモードから上記第1のモードに移行する、
請求項1乃至4の何れか一に記載のインバータ回路。
The second switch and the third switch change from on to off when the on-current flowing from the second winding in the second mode ceases,
The first control circuit shifts from the second mode to the first mode in a state where the on-current flowing from the second winding to the second switch or the third switch is cut off. ,
The inverter circuit as described in any one of Claims 1 thru | or 4.
上記第2のスイッチおよび上記第3のスイッチは、直列に接続されたダイオードと半導体スイッチとをそれぞれ含んでおり、上記第2の巻線から上記第2のスイッチを介して上記第2のノード対に流れる電流と、上記第2の巻線から上記第3のスイッチを介して上記第2のノード対に流れる電流とが互いに逆極性になるように、該ダイオードの導通方向がそれぞれ設定されている、
請求項5に記載のインバータ回路。
The second switch and the third switch each include a diode and a semiconductor switch connected in series, and the second node pair is connected from the second winding via the second switch. The conduction directions of the diodes are set so that the current flowing through the second winding and the current flowing from the second winding through the third switch to the second node pair have opposite polarities. ,
The inverter circuit according to claim 5.
上記第1の制御回路は、上記交流電流の極性に応じて選択した上記第2のスイッチまたは上記第3のスイッチの何れか一方における上記半導体スイッチを常にオフさせるとともに、他方のスイッチにおける上記半導体スイッチを少なくとも上記第2のモードにおいてオンさせる、
請求項6に記載のインバータ回路。
The first control circuit always turns off the semiconductor switch in one of the second switch and the third switch selected according to the polarity of the alternating current, and the semiconductor switch in the other switch At least in the second mode,
The inverter circuit according to claim 6.
上記第1の巻線に流れる電流を検出する電流検出回路を有し、
上記第1の制御回路は、上記第1のモードにおいて、上記電流検出回路の検出値が上記第2のモード対に流れる交流電流の指令値に達したときに、上記第1のモードから上記第2のモードに移行する、
請求項1乃至7の何れか一に記載のインバータ回路。
A current detection circuit for detecting a current flowing through the first winding;
In the first mode, the first control circuit starts from the first mode when the detection value of the current detection circuit reaches a command value of an alternating current flowing through the second mode pair. Transition to mode 2
The inverter circuit as described in any one of Claims 1 thru | or 7.
上記第1のスイッチは、直列に接続されたダイオードと半導体スイッチとを含む、
請求項1乃至8の何れか一に記載のインバータ回路。
The first switch includes a diode and a semiconductor switch connected in series.
The inverter circuit as described in any one of Claims 1 thru | or 8.
少なくとも1つの光発電セルと、上記光発電セルにおいて発電した電圧を入力して交流電流に変換し、系統ラインへ出力するインバータ回路とを有する光発電装置であって、
上記インバータ回路は、
第1の巻線と、タップを備えた第2の巻線とを含んだ変圧器と、
上記第1の巻線に直列に接続された第1のスイッチと、
キャパシタと、
上記キャパシタと、上記光発電セルの発電電圧が入力される第1のノード対との間で双方向に電力を伝達することが可能なコンバータ回路と、
上記第2の巻線に並列に接続された、第2のスイッチと第3のスイッチとの直列回路と、
上記第1のスイッチ、上記第2のスイッチおよび上記第3のスイッチのオンとオフをそれぞれ制御する第1の制御回路と、
上記第1のノード対において入力される平均的な電圧または電流が一定となるように、上記コンバータ回路における電力の伝達を制御する第2の制御回路と、
を有し、
上記第1の巻線と上記第1のスイッチとの直列回路は、上記第1のノード対の間に接続され、
上記第2のスイッチと上記第3のスイッチとの接続ノードは、上記交流電流を出力する第2のノード対の一方のノードに、上記第2の巻線のタップは、該第2のノード対の他方のノードにそれぞれ接続され、
上記第1の制御回路は、第1のモードにおいて、上記第1のスイッチをオンさせるとともに、上記第2のスイッチおよび上記第3のスイッチをオフさせ、上記第1のモードに続く第2のモードにおいて、上記第1のスイッチをオフさせるとともに、上記第2のノード対に印加される交流側の電圧の極性に応じて選択した上記第2のスイッチまたは上記第3のスイッチの何れか一方をオンさせ、上記第1のモードから上記第2のモードまでの制御を周期的に反復する、
光発電装置。
A photovoltaic device having at least one photovoltaic cell, and an inverter circuit that inputs a voltage generated in the photovoltaic cell, converts the voltage into an alternating current, and outputs the alternating current to a system line,
The inverter circuit is
A transformer including a first winding and a second winding with a tap;
A first switch connected in series to the first winding;
A capacitor;
A converter circuit capable of transmitting power bidirectionally between the capacitor and the first node pair to which the power generation voltage of the photovoltaic cell is input;
A series circuit of a second switch and a third switch connected in parallel to the second winding;
A first control circuit for controlling on and off of each of the first switch, the second switch, and the third switch;
A second control circuit for controlling transmission of power in the converter circuit so that an average voltage or current input in the first node pair is constant;
Have
A series circuit of the first winding and the first switch is connected between the first node pair,
A connection node between the second switch and the third switch is connected to one node of the second node pair that outputs the alternating current, and a tap of the second winding is connected to the second node pair. Each connected to the other node of
In the first mode, the first control circuit turns on the first switch, turns off the second switch and the third switch, and continues to the second mode following the first mode. The first switch is turned off and either the second switch or the third switch selected in accordance with the polarity of the voltage on the AC side applied to the second node pair is turned on. And periodically repeating the control from the first mode to the second mode,
Photovoltaic generator.
上記キャパシタは、その一方の端子が上記第1のノード対の一方のノードに接続されており、
上記コンバータ回路は、
上記第1のノード対に接続されていない上記キャパシタの他方の端子と、上記キャパシタに接続されていない上記第1のノード対の他方のノードとの間に接続された、第4のスイッチと第5のスイッチとの直列回路と、
上記第4のスイッチおよび上記第5のスイッチの接続ノードと、上記第1のノード対に接続された上記キャパシタの一方の端子との間に接続されたインダクタと、
を含み、
上記第2の制御回路は、上記第1のノード対において入力される平均的な電圧または電流が一定となるように、上記第4のスイッチおよび上記第5のスイッチのオンとオフをそれぞれ制御する、
請求項10に記載の光発電装置。
The capacitor has one terminal connected to one node of the first node pair,
The converter circuit is
A fourth switch connected between the other terminal of the capacitor not connected to the first node pair and the other node of the first node pair not connected to the capacitor; A series circuit with 5 switches;
An inductor connected between a connection node of the fourth switch and the fifth switch and one terminal of the capacitor connected to the first node pair;
Including
The second control circuit controls on and off of the fourth switch and the fifth switch so that an average voltage or current input in the first node pair is constant. ,
The photovoltaic device of Claim 10.
上記第1のスイッチに生じるサージ電圧を、上記第1のノード対の電圧と上記キャパシタの電圧との合成電圧にクランプするクランプ回路を有する、
請求項11に記載の光発電装置。
A clamp circuit that clamps a surge voltage generated in the first switch to a combined voltage of the voltage of the first node pair and the voltage of the capacitor;
The photovoltaic device according to claim 11.
上記インダクタは、上記変圧器の第3の巻線を含む、
請求項11または12に記載の光発電装置。
The inductor includes a third winding of the transformer;
The photovoltaic device of Claim 11 or 12.
上記第2のスイッチおよび上記第3のスイッチは、上記第2のモードにおいて上記第2の巻線から流れるオン電流が絶えた場合にオンからオフへ変化し、
上記第1の制御回路は、上記第2の巻線から上記第2のスイッチまたは上記第3のスイッチに流れるオン電流が絶えた状態において、上記第2のモードから上記第1のモードに移行する、
請求項10乃至13の何れか一に記載の光発電装置。
The second switch and the third switch change from on to off when the on-current flowing from the second winding in the second mode ceases,
The first control circuit shifts from the second mode to the first mode in a state where the on-current flowing from the second winding to the second switch or the third switch is cut off. ,
The photovoltaic device according to any one of claims 10 to 13.
上記第1の巻線に流れる電流を検出する電流検出回路を有し、
上記第1の制御回路は、上記第1のモードにおいて、上記電流検出回路の検出値が上記第2のモード対に流れる交流電流の指令値に達したときに、上記第1のモードから上記第2のモードに移行する、
請求項10乃至14の何れか一に記載の光発電装置。
A current detection circuit for detecting a current flowing through the first winding;
In the first mode, the first control circuit starts from the first mode when the detection value of the current detection circuit reaches a command value of an alternating current flowing through the second mode pair. Transition to mode 2
The photovoltaic device as described in any one of Claims 10 thru | or 14.
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