JP2016092848A - Power converter and power conditioner using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一般に電力変換装置、およびそれを用いたパワーコンディショナに関し、より詳細には直流電源からの電力を変換する電力変換装置、およびそれを用いたパワーコンディショナに関する。 The present invention generally relates to a power converter and a power conditioner using the same, and more particularly to a power converter that converts power from a DC power source and a power conditioner using the same.
近年、住宅用の太陽光発電装置や燃料電池、蓄電装置などの普及に伴い、これらの直流電源の出力を交流に変換する電力変換装置として、多様な回路が提案され、提供されている。たとえば特許文献1,2には、直流電圧源から複数の電圧レベルに変換した交流出力を生成する電力変換装置(特許文献1では「マルチレベル電力変換装置」、特許文献2では「コンバータ回路」)が開示されている。
In recent years, with the spread of residential solar power generation devices, fuel cells, power storage devices, and the like, various circuits have been proposed and provided as power conversion devices that convert the output of these DC power sources into AC. For example,
特許文献1の記載によれば、電力変換装置は、5レベルの電圧を出力する5レベルインバータであって、2個の直流キャパシタと、2個のフライングキャパシタと、10個のスイッチング素子とを備えている。この電力変換装置は、2個の直流キャパシタの直列回路に直流電圧Eが印加された状態で、各直流キャパシタの電圧がE/2となり、各フライングキャパシタの電圧がE/4となるように各スイッチング素子を制御することで、5レベルの電圧を出力する。
According to the description of
ところで、上述したような構成の電力変換装置は、出力電圧が異なる複数のモードをPWM(Pulse Width Modulation)信号にて切り替えることにより、正弦波状の交流出力を実現することが可能である。しかしながら、一般的に、PWM制御においてはデューティ比の上限値および下限値があるため、電力変換装置であっても、特定のモードのデューティ比を限りなく100%あるいは0%に近づけることは困難である。したがって、電力変換装置は、たとえば出力電圧がゼロ(0)のモードとE/4のモードとをPWM制御により切り替える状態から、出力電圧がE/4のモードとE/2のモードとを切り替える状態へと移行する際、出力の不連続を生じることがある。 By the way, the power conversion device having the above-described configuration can realize a sinusoidal AC output by switching a plurality of modes having different output voltages with a PWM (Pulse Width Modulation) signal. However, since there is generally an upper limit value and a lower limit value of the duty ratio in PWM control, even in a power converter, it is difficult to make the duty ratio of a specific mode as close as possible to 100% or 0%. is there. Therefore, for example, the power conversion device switches the mode in which the output voltage is E / 4 and the mode E / 2 from the state in which the mode in which the output voltage is zero (0) and the mode in E / 4 are switched by PWM control. When moving to, output discontinuity may occur.
本発明は上記事由に鑑みて為されており、出力の不連続の発生を抑えることができる電力変換装置、およびそれを用いたパワーコンディショナを提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said reason, and it aims at providing the power converter device which can suppress generation | occurrence | production of the discontinuity of an output, and a power conditioner using the same.
本発明の電力変換装置は、複数のスイッチおよびキャパシタを含み、直流電源の高電位側となる第1入力点と前記直流電源の低電位側となる第2入力点との間に電気的に接続された変換回路と、前記複数のスイッチを制御することにより、第1出力点および第2出力点に対する前記直流電源および前記キャパシタの接続状態が異なる複数のモードを切り替えて、前記第1出力点と前記第2出力点との間に生じる出力電圧の大きさを複数段階に変化させる制御部とを備え、前記複数のモードは、前記キャパシタに電流が流れず前記出力電圧の絶対値がゼロまたは前記直流電源の電圧と同じになる維持モードと、電流を前記キャパシタに流すことにより前記出力電圧の絶対値が前記直流電源の電圧から前記キャパシタの電圧を減算した大きさになる充電モードと、前記充電モードとは反対向きの電流を前記キャパシタに流すことにより前記出力電圧の絶対値が前記キャパシタの電圧と同じになる放電モードとに分類され、前記制御部は、前記キャパシタの電圧に比べて絶対値の小さな規定値を、前記直流電源の電圧の1/2の大きさに加えた目標電圧に、前記キャパシタの電圧を維持するように、前記維持モードと、前記充電モードまたは前記放電モードとを切り替えることを特徴とする。 The power conversion device of the present invention includes a plurality of switches and capacitors, and is electrically connected between a first input point on the high potential side of the DC power supply and a second input point on the low potential side of the DC power supply. By controlling the plurality of switches and the plurality of switches, the plurality of modes in which the DC power supply and the capacitor are connected to the first output point and the second output point are switched, and the first output point and A control unit that changes the magnitude of the output voltage generated between the second output point and the second output point in a plurality of stages, wherein the plurality of modes have no current flowing through the capacitor and the absolute value of the output voltage is zero or The sustain mode is the same as the voltage of the DC power supply, and the absolute value of the output voltage is reduced by subtracting the voltage of the capacitor from the voltage of the DC power supply by passing a current through the capacitor. The charging mode and the discharging mode in which the absolute value of the output voltage is the same as the voltage of the capacitor by flowing a current in the opposite direction to the charging mode into the capacitor, and the control unit In order to maintain the voltage of the capacitor at a target voltage obtained by adding a specified value having a smaller absolute value than the voltage to a half of the voltage of the DC power supply, the sustain mode, the charge mode or The discharge mode is switched.
本発明のパワーコンディショナは、上記の電力変換装置と、前記第1出力点および前記第2出力点と系統電源との間に電気的に接続される解列器とを備えることを特徴とする。 A power conditioner according to the present invention includes the power conversion device described above and a disconnector electrically connected between the first output point, the second output point, and a system power supply. .
本発明は、出力の不連続の発生を抑えることができる、という利点がある。 The present invention has an advantage that occurrence of output discontinuity can be suppressed.
(実施形態1)
本実施形態に係る電力変換装置1は、図1に示すように、変換回路10と、制御部6とを備えている。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the
変換回路10は、複数のスイッチおよびキャパシタを含んでいる。変換回路10は、直流電源100の高電位側となる第1入力点101と直流電源100の低電位側となる第2入力点102との間に電気的に接続されている。図1の例では、上記複数のスイッチは、第1〜8のスイッチング素子Q1〜Q8と第1の双方向スイッチ13と第2の双方向スイッチ14とで構成されている。また、図1の例では、上記キャパシタは、第1キャパシタC1と第2キャパシタC2とで構成されている。
The
制御部6は、上記複数のスイッチを制御することにより、第1出力点103および第2出力点104に対する直流電源100および上記キャパシタの接続状態が異なる複数のモードを切り替える。これにより、制御部6は、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる出力電圧V20の大きさを複数段階に変化させる。
The control unit 6 switches the plurality of modes in which the
ここにおいて、上記複数のモードは、上記キャパシタに電流が流れない維持モードと、電流を上記キャパシタに流す充電モードと、上記充電モードとは反対向きの電流を上記キャパシタに流す放電モードとに分類される。上記維持モードでは、出力電圧V20の絶対値がゼロまたは直流電源100の電圧と同じになる。上記充電モードでは、出力電圧V20の絶対値が直流電源100の電圧からキャパシタの電圧を減算した大きさになる。上記放電モードでは、出力電圧V20の絶対値がキャパシタの電圧と同じになる。
Here, the plurality of modes are classified into a sustain mode in which no current flows through the capacitor, a charge mode in which current flows through the capacitor, and a discharge mode in which current opposite to the charge mode flows through the capacitor. The In the sustain mode, the absolute value of the output voltage V20 is zero or the same as the voltage of the
ここでいうキャパシタの電圧は、第1キャパシタC1の電圧V1と第2キャパシタC2の電圧V2との和である。なお、上記充電モードは、電流を上記キャパシタに流すことにより上記キャパシタを充電するモードであり、上記放電モードは、上記充電モードとは反対向きの電流を上記キャパシタに流すことにより上記キャパシタを放電するモードである。 The capacitor voltage here is the sum of the voltage V1 of the first capacitor C1 and the voltage V2 of the second capacitor C2. The charging mode is a mode in which the capacitor is charged by flowing a current through the capacitor, and the discharging mode is to discharge the capacitor by flowing a current in the opposite direction to the charging mode into the capacitor. Mode.
制御部6は、上記キャパシタの電圧に比べて絶対値の小さな規定値を、直流電源100の電圧の1/2の大きさに加えた目標電圧に、上記キャパシタの電圧を維持するように、上記維持モードと、上記充電モードまたは上記放電モードとを切り替える。
The control unit 6 maintains the voltage of the capacitor at a target voltage obtained by adding a specified value having a smaller absolute value than the voltage of the capacitor to a half of the voltage of the
この構成によれば、電力変換装置1は、キャパシタの電圧に比べて絶対値の小さな規定値を、直流電源100の電圧の1/2の大きさに加えた目標電圧に、キャパシタの電圧を維持する。すなわち、この電力変換装置1では、キャパシタの電圧は、直流電源100の電圧の1/2の大きさに維持されるのではなく、直流電源100の電圧の1/2の大きさよりも若干(規定値分だけ)高い(あるいは低い)目標電圧に維持される。したがって、電力変換装置1は、複数のモードをPWM信号にて切り替えることにより正弦波状の交流出力を実現する場合において、デューティ比の上限値および下限値があっても、出力の不連続の発生を抑えることができる、という利点がある。出力の不連続の発生が抑えられる詳しい理由については、後述する。
According to this configuration, the
具体的には、本実施形態においては、図1に示すように、変換回路10は、第1変換回路11および第2変換回路12と、第1の双方向スイッチ13および第2の双方向スイッチ14とを備えている。第1変換回路11と第2変換回路12とは、第1入力点101と第2入力点102との間に、電気的に並列に接続されている。第1の双方向スイッチ13と第2の双方向スイッチ14とは、第1変換回路11と第2変換回路12との間に電気的に接続されている。
Specifically, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
第1変換回路11は、第1〜4のスイッチング素子Q1〜Q4と、第1キャパシタC1とを有している。ここで、第1変換回路11は、第2のスイッチング素子Q2と第3のスイッチング素子Q3との接続点を第1出力点103とする。
The
第1〜4のスイッチング素子Q1〜Q4は、第1入力点101と第2入力点102との間において、電気的に直列に接続されている。第1〜4のスイッチング素子Q1〜Q4は、第1入力点101側から第1のスイッチング素子Q1、第2のスイッチング素子Q2、第3のスイッチング素子Q3、第4のスイッチング素子Q4の順で、直列に接続されている。第1キャパシタC1は、第2のスイッチング素子Q2および第3のスイッチング素子Q3の直列回路と、電気的に並列に接続されている。
The first to fourth switching elements Q1 to Q4 are electrically connected in series between the
第2変換回路12は、第5〜8のスイッチング素子Q5〜Q8と、第2キャパシタC2とを有している。ここで、第2変換回路12は、第6のスイッチング素子Q6と第7のスイッチング素子Q7との接続点を第2出力点104とする。
The
第5〜8のスイッチング素子Q5〜Q8は、第1入力点101と第2入力点102との間において、電気的に直列に接続されている。第5〜8のスイッチング素子Q5〜Q8は、第1入力点101側から第5のスイッチング素子Q5、第6のスイッチング素子Q6、第7のスイッチング素子Q7、第8のスイッチング素子Q8の順で、直列に接続されている。第2キャパシタC2は、第6のスイッチング素子Q6および第7のスイッチング素子Q7の直列回路と、電気的に並列に接続されている。
The fifth to eighth switching elements Q5 to Q8 are electrically connected in series between the
第1の双方向スイッチ13は、第1のスイッチング素子Q1および第2のスイッチング素子Q2の接続点である第1接続点201と第7のスイッチング素子Q7および第8のスイッチング素子Q8の接続点である第2接続点202との間に電気的に接続されている。
The first
第2の双方向スイッチ14は、第3のスイッチング素子Q3および第4のスイッチング素子Q4の接続点である第3接続点203と第5のスイッチング素子Q5および第6のスイッチング素子Q6の接続点である第4接続点204との間に電気的に接続されている。
The second
そして、上述したように、第1〜8のスイッチング素子Q1〜Q8と第1の双方向スイッチ13と第2の双方向スイッチ14とは上記複数のスイッチを構成し、第1キャパシタC1と第2キャパシタC2とは上記キャパシタを構成している。さらに、制御部6は、第1キャパシタC1の電圧V1と第2キャパシタC2の電圧V2との和(キャパシタの電圧)を、上記目標電圧に維持する。
As described above, the first to eighth switching elements Q1 to Q8, the first
以下、本実施形態に係る電力変換装置1、およびそれを用いたパワーコンディショナ20(図7参照)について詳しく説明する。ただし、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は、下記実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
Hereinafter, the
本実施形態では、パワーコンディショナ20が、直流電源100としての太陽光発電装置に電気的に接続して使用される住宅用のパワーコンディショナである場合を例示するが、パワーコンディショナ20の用途を限定する趣旨ではない。パワーコンディショナ20は、たとえば家庭用燃料電池、蓄電装置など、太陽光発電装置以外の直流電源100に電気的に接続して使用されてもよく、また、たとえば店舗、工場、事務所など非住宅に用いられてもよい。さらに、電力変換装置1についても、その用途をパワーコンディショナ20に限定する趣旨ではなく、電力変換装置1は、パワーコンディショナ20以外に用いられてもよい。
In the present embodiment, the case where the
<電力変換装置の構成>
本実施形態の電力変換装置1は、図1に示すように、直流電源100に電気的に接続される。ここでは直流電源100は太陽光発電装置からなるので、電力変換装置1は接続箱を介して直流電源100に接続されることになる。
<Configuration of power converter>
The
本実施形態の電力変換装置1は、変換回路(第1変換回路11、第2変換回路12、第1の双方向スイッチ13、および第2の双方向スイッチ14)10と制御部6とに加えて、生成部3とフィルタ回路5と第1検出部21と第2検出部22とをさらに備えている。
The
第1入力点101および第2入力点102は電力変換装置1における一対の入力端子となり、一対の入力端子(第1入力点101および第2入力点102)間には直流電源100が電気的に接続される。
The
また、第1変換回路11の第1出力点103および第2変換回路12の第2出力点104は、それぞれフィルタ回路5を介して第3出力点105および第4出力点106に電気的に接続されている。本実施形態では、これら第3出力点105および第4出力点106が電力変換装置1における一対の出力端子となる。以下、第3出力点105と第4出力点106との間に発生する第1出力電圧V10を、単に「出力電圧V10」ともいう。
The
本実施形態において、電力変換装置1の出力電圧V10は交流電圧であり、第3出力点105および第4出力点106は、系統電源(商用電力系統)7に電気的に接続される。さらに、第3出力点105および第4出力点106には、交流電力の供給を受けて動作する負荷8が電気的に接続される。
In the present embodiment, the output voltage V <b> 10 of the
具体的には、電力変換装置1の一対の出力端子は、分電盤に設けられた連系ブレーカに電気的に接続されることにより、負荷8および系統電源7に接続される。すなわち、電力変換装置1は、直流電源100から入力される直流電力を交流電力に変換し、該交流電力を一対の出力端子(第3出力点105および第4出力点106)から負荷8および系統電源7へ出力する。なお、図1において、系統電源7はU相、W相を持つ単相3線式であるが、この例に限らず系統電源7は単相2線式であってもよい。
Specifically, the pair of output terminals of the
次に、電力変換装置1の各部の構成について詳しく説明する。
Next, the structure of each part of the
電力変換装置1は、直流電源100に接続された一対の入力端子のうち、直流電源100の高電位(正極)側の入力端子を第1入力点101とし、直流電源100の低電位(負極)側の入力端子を第2入力点102とする。そのため、第1入力点101と第2入力点102との間には、直流電源100から出力される直流電圧が、入力電圧として印加されることになる。
The
ここで、直流電源100の低電位側の入力端子(第2入力点102)は、電力変換装置1の回路グランドであって、その電位は0〔V〕であると仮定する。そうすると、直流電源100の出力する直流電圧E〔V〕を用いて、第1入力点101の電位はE〔V〕で表されることになる。
Here, it is assumed that the input terminal (second input point 102) on the low potential side of the
第1変換回路11は、上述したように第1入力点101と第2入力点102との間に直列に接続された第1〜4のスイッチング素子Q1〜Q4と、第1キャパシタC1とを有している。第1〜4の各スイッチング素子Q1〜Q4は、ここでは一例としてデプレッション型のnチャネルMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)が用いられている。
As described above, the
第1のスイッチング素子Q1のドレインは第1入力点101に電気的に接続されている。第2のスイッチング素子Q2のドレインは第1のスイッチング素子Q1のソースに電気的に接続されている。第3のスイッチング素子Q3のドレインは第2のスイッチング素子Q2のソースに電気的に接続されている。第4のスイッチング素子Q4のドレインは第3のスイッチング素子Q3のソースに電気的に接続されている。さらに第4のスイッチング素子Q4のソースは、第2入力点102に電気的に接続されている。
The drain of the first switching element Q1 is electrically connected to the
ここで、第2のスイッチング素子Q2のソース(第3のスイッチング素子Q3のドレイン)は第1出力点103となる。さらに、第1のスイッチング素子Q1のソース(第2のスイッチング素子Q2のドレイン)は第1接続点201となり、第3のスイッチング素子Q3のソース(第4のスイッチング素子Q4のドレイン)は第3接続点203となる。
Here, the source of the second switching element Q 2 (the drain of the third switching element Q 3) is the
第1キャパシタC1は、一端が第2のスイッチング素子Q2のドレイン(第1接続点201)に電気的に接続され、他端が第3のスイッチング素子Q3のソース(第3接続点203)に電気的に接続されている。言い換えれば、第1キャパシタC1は、一端が第1のスイッチング素子Q1を介して第1入力点101に電気的に接続され、他端が第4のスイッチング素子Q4を介して第2入力点102に電気的に接続されている。
One end of the first capacitor C1 is electrically connected to the drain (first connection point 201) of the second switching element Q2, and the other end is electrically connected to the source (third connection point 203) of the third switching element Q3. Connected. In other words, the first capacitor C1 has one end electrically connected to the
第2変換回路12は、上述したように第1入力点101と第2入力点102との間に直列に接続された第5〜8のスイッチング素子Q5〜Q8と、第2キャパシタC2とを有している。ここで、第2変換回路12は、基本的には第1変換回路11と同様の構成であって、第5〜8のスイッチング素子Q5〜Q8が第1〜4のスイッチング素子Q1〜Q4に相当し、第2キャパシタC2が第1キャパシタC1に相当する。ここで、第5〜8の各スイッチング素子Q5〜Q8は、第1〜4の各スイッチング素子Q1〜Q4と同様にデプレッション型のnチャネルMOSFETが用いられている。
As described above, the
すなわち、第5のスイッチング素子Q5のドレインは第1入力点101に電気的に接続されている。第6のスイッチング素子Q6のドレインは第5のスイッチング素子Q5のソースに電気的に接続されている。第7のスイッチング素子Q7のドレインは第6のスイッチング素子Q6のソースに電気的に接続されている。第8のスイッチング素子Q8のドレインは第7のスイッチング素子Q7のソースに電気的に接続されている。さらに第8のスイッチング素子Q8のソースは、第2入力点102に電気的に接続されている。
That is, the drain of the fifth switching element Q5 is electrically connected to the
ここで、第6のスイッチング素子Q6のソース(第7のスイッチング素子Q7のドレイン)は第2出力点104となる。さらに、第5のスイッチング素子Q5のソース(第6のスイッチング素子Q6のドレイン)は第4接続点204となり、第7のスイッチング素子Q7のソース(第8のスイッチング素子Q8のドレイン)は第2接続点202となる。
Here, the source of the sixth switching element Q 6 (the drain of the seventh switching element Q 7) is the
第2キャパシタC2は、一端が第6のスイッチング素子Q6のドレイン(第4接続点204)に電気的に接続され、他端が第7のスイッチング素子Q7のソース(第2接続点202)に電気的に接続されている。言い換えれば、第2キャパシタC2は、一端が第5のスイッチング素子Q5を介して第1入力点101に電気的に接続され、他端が第8のスイッチング素子Q8を介して第2入力点102に電気的に接続されている。
The second capacitor C2 has one end electrically connected to the drain (fourth connection point 204) of the sixth switching element Q6 and the other end electrically connected to the source (second connection point 202) of the seventh switching element Q7. Connected. In other words, the second capacitor C2 has one end electrically connected to the
第2キャパシタC2の回路定数(キャパシタンス)と第1キャパシタC1の回路定数(キャパシタンス)とは同値である。 The circuit constant (capacitance) of the second capacitor C2 is equal to the circuit constant (capacitance) of the first capacitor C1.
また、図1において、第1〜8のスイッチング素子Q1〜Q8の各々には第1〜8のダイオードD1〜D8がそれぞれ逆並列に接続されている。これら第1〜8のダイオードD1〜D8は、それぞれ第1〜8の各スイッチング素子Q1〜Q8の寄生ダイオードである。つまり、第1のスイッチング素子Q1の寄生ダイオードは第1のダイオードD1を構成し、同様に、第2,3…の各スイッチング素子Q2,Q3…の寄生ダイオードはそれぞれ第2,3…のダイオードD2,D3…を構成する。たとえば第1のダイオードD1は、第1のスイッチング素子Q1のドレイン側をカソード、ソース側をアノードとする向きに接続されている。 In FIG. 1, first to eighth diodes D1 to D8 are connected in antiparallel to the first to eighth switching elements Q1 to Q8, respectively. The first to eighth diodes D1 to D8 are parasitic diodes of the first to eighth switching elements Q1 to Q8, respectively. That is, the parasitic diode of the first switching element Q1 constitutes the first diode D1, and similarly, the parasitic diodes of the second, third,... Switching elements Q2, Q3,. , D3. For example, the first diode D1 is connected in a direction in which the drain side of the first switching element Q1 is a cathode and the source side is an anode.
このように構成される第1変換回路11と第2変換回路12とは、第1入力点101と第2入力点102との間において、電気的に並列に接続されている。つまり、第1変換回路11と第2変換回路12とは、直流電源100の両端間に並列に接続されている。
The
第1の双方向スイッチ13は、第1接続点201と第2接続点202との間に電気的に接続されている。つまり、第1変換回路11の第1接続点201は、第1の双方向スイッチ13を介して第2変換回路12の第2接続点202に電気的に接続されている。ここでは、第1の双方向スイッチ13は、第1接続点201と第2接続点202との間において、電気的に直列に接続された第9のスイッチング素子Q9と第10のスイッチング素子Q10とを有している。第1の双方向スイッチ13は、第1接続点201側から第9のスイッチング素子Q9、第10のスイッチング素子Q10の順に接続されている。
The first
具体的に説明すると、第9,10の各スイッチング素子Q9,Q10は、第1〜8の各スイッチング素子Q1〜Q8と同様にデプレッション型のnチャネルMOSFETが用いられている。第9のスイッチング素子Q9のソースは第1接続点201に接続され、第9のスイッチング素子Q9のドレインは第10のスイッチング素子Q10のドレインに接続されている。第10のスイッチング素子Q10のソースは第2接続点202に接続されている。要するに、第9のスイッチング素子Q9と第10のスイッチング素子Q10とは、ドレイン同士が互いに接続されるように、第1接続点201と第2接続点202との間において逆直列に接続されている。
More specifically, a depletion type n-channel MOSFET is used for each of the ninth and tenth switching elements Q9 and Q10, similarly to each of the first to eighth switching elements Q1 to Q8. The source of the ninth switching element Q9 is connected to the
第2の双方向スイッチ14は、第3接続点203と第4接続点204との間に電気的に接続されている。つまり、第1変換回路11の第3接続点203は、第2の双方向スイッチ14を介して第2変換回路12の第4接続点204に電気的に接続されている。ここでは、第2の双方向スイッチ14は、第3接続点203と第4接続点204との間において、電気的に直列に接続された第12のスイッチング素子Q12と第11のスイッチング素子Q11とを有している。第2の双方向スイッチ14は、第3接続点203側から第12のスイッチング素子Q12、第11のスイッチング素子Q11の順に接続されている。
The second
具体的に説明すると、第11,12の各スイッチング素子Q11,Q12は、第1〜8の各スイッチング素子Q1〜Q8と同様にデプレッション型のnチャネルMOSFETが用いられている。第11のスイッチング素子Q11のソースは第4接続点204に接続され、第11のスイッチング素子Q11のドレインは第12のスイッチング素子Q12のドレインに接続されている。第12のスイッチング素子Q12のソースは第3接続点203に接続されている。要するに、第11のスイッチング素子Q11と第12のスイッチング素子Q12とは、ドレイン同士が互いに接続されるように、第3接続点203と第4接続点204との間において逆直列に接続されている。
More specifically, a depletion type n-channel MOSFET is used for each of the eleventh and twelfth switching elements Q11 and Q12, similarly to each of the first to eighth switching elements Q1 to Q8. The source of the eleventh switching element Q11 is connected to the
また、第9〜12のスイッチング素子Q9〜Q12の各々には第9〜12のダイオードD9〜D12がそれぞれ逆並列に接続されている。これら第9〜12のダイオードD9〜D12は、それぞれ第9〜12の各スイッチング素子Q9〜Q12の寄生ダイオードである。つまり、第9のスイッチング素子Q9の寄生ダイオードは第9のダイオードD9を構成し、同様に、第10,11,12の各スイッチング素子Q10,Q11,Q12の寄生ダイオードはそれぞれ第10,11,12のダイオードD10,D11,D12を構成する。たとえば第9のダイオードD9は、第9のスイッチング素子Q9のドレイン側をカソード、ソース側をアノードとする向きに接続されている。 Also, ninth to twelfth diodes D9 to D12 are connected in antiparallel to the ninth to twelfth switching elements Q9 to Q12, respectively. The ninth to twelfth diodes D9 to D12 are parasitic diodes of the ninth to twelfth switching elements Q9 to Q12, respectively. That is, the parasitic diode of the ninth switching element Q9 constitutes the ninth diode D9, and similarly, the parasitic diodes of the tenth, eleventh and twelfth switching elements Q10, Q11 and Q12 are the tenth, eleventh and twelfth elements, respectively. Diodes D10, D11, D12. For example, the ninth diode D9 is connected in such a direction that the drain side of the ninth switching element Q9 is a cathode and the source side is an anode.
本実施形態においては、第1の双方向スイッチ13は、全オフ状態と全オン状態とを含む動作状態を切替可能に構成されている。第1の双方向スイッチ13の全オフ状態は、第1接続点201と第2接続点202との間で双方向の電流を遮断する状態である。第1の双方向スイッチ13の全オン状態は、第1接続点201と第2接続点202との間で双方向の電流を通過させる状態である。第2の双方向スイッチ14も同様に、全オフ状態と全オン状態とを含む動作状態を切替可能に構成されている。第2の双方向スイッチ14の全オフ状態は、第3接続点203と第4接続点204との間で双方向の電流を遮断する状態である。第2の双方向スイッチ14の全オン状態は、第3接続点203と第4接続点204との間で双方向の電流を通過させる状態である。
In the present embodiment, the first
さらに、本実施形態では、第1の双方向スイッチ13の動作状態は、第2接続点202から第1接続点201へ流れる電流を遮断し、且つ第1接続点201から第2接続点202へ流れる電流を通過させる半オン状態をさらに含んでいる。また、第2の双方向スイッチ14の動作状態は、第3接続点203から第4接続点204へ流れる電流を遮断し、且つ第4接続点204から第3接続点203へ流れる電流を通過させる半オン状態をさらに含んでいる。
Furthermore, in the present embodiment, the operation state of the first
そのため、本実施形態の電力変換装置1は、第1の双方向スイッチ13を全オン状態とすることにより、第1接続点201と第2接続点202との間を双方向の電流が通過可能な状態を作り出すことができる。また、本実施形態の電力変換装置1は、第2の双方向スイッチ14を全オン状態とすることにより、第3接続点203と第4接続点204との間を双方向の電流が通過可能な状態を作り出すことができる。
Therefore, in the
すなわち、第1の双方向スイッチ13は、第9,10のスイッチング素子Q9,Q10がいずれもオフの状態で全オフ状態となり、第9,10のスイッチング素子Q9,Q10がいずれもオンの状態で全オン状態となる。さらに、第1の双方向スイッチ13は、第10のスイッチング素子Q10がオンで且つ第9のスイッチング素子Q9がオフの状態には、第9のダイオードD9によって電流の向きが一方向に制限される半オン状態となる。
That is, the first
また、第2の双方向スイッチ14は、第11,12のスイッチング素子Q11,Q12がいずれもオフの状態で全オフ状態となり、第11,12のスイッチング素子Q11,Q12がいずれもオンの状態で全オン状態となる。さらに、第2の双方向スイッチ14は、第12のスイッチング素子Q12がオンで且つ第11のスイッチング素子Q11がオフの状態には、第11のダイオードD11によって電流の向きが一方向に制限される半オン状態となる。
Further, the second
このように、本実施形態における双方向スイッチ(第1の双方向スイッチ13および第2の双方向スイッチ14のそれぞれ)は、全オフ状態、全オン状態、および半オン状態からなる3つの動作状態を切替可能である。
As described above, the bidirectional switch (each of the first
上記構成を言い換えれば、第1の双方向スイッチ13は、第1キャパシタC1の正極側の端子と第2キャパシタC2の負極側の端子との間に電気的に接続されている。第2の双方向スイッチ14は、第1キャパシタC1の負極側の端子と第2キャパシタC2の正極側の端子との間に電気的に接続されている。つまり、第1変換回路11の第1キャパシタC1と第2変換回路12の第2キャパシタC2とは、第1の双方向スイッチ13および第2の双方向スイッチ14を介して、たすき掛け状に接続されている。
In other words, the first
さらに、第1〜8のスイッチング素子Q1〜Q8、並びに第9〜12のスイッチング素子Q9〜Q12のゲートは、それぞれ制御部6に電気的に接続されている。制御部6は、第1〜4のスイッチング素子Q1〜Q4のオン/オフを個別に切り替え可能であって、これにより第1変換回路11を制御する。また、制御部6は、第5〜8のスイッチング素子Q5〜Q8のオン/オフを個別に切り替え可能であって、これにより第2変換回路12を制御する。また、制御部6は、第9,10のスイッチング素子Q9,Q10のオン/オフを個別に切り替え可能であって、これにより第1の双方向スイッチ13を制御する。また、制御部6は、第11,12のスイッチング素子Q11,Q12のオン/オフを個別に切り替え可能であって、これにより第2の双方向スイッチ14を制御する。
Furthermore, the gates of the first to eighth switching elements Q1 to Q8 and the ninth to twelfth switching elements Q9 to Q12 are electrically connected to the control unit 6, respectively. The control unit 6 can individually switch on / off the first to fourth switching elements Q <b> 1 to Q <b> 4 and thereby controls the
なお、制御部6は、第1変換回路11、第2変換回路12、第1の双方向スイッチ13、第2の双方向スイッチ14のそれぞれについて個別に設けられていてもよい。
Note that the control unit 6 may be provided individually for each of the
本実施形態では、制御部6は、第1〜12のスイッチング素子Q1〜Q12に駆動信号を与えるドライブ回路61と、ドライブ回路61に信号を与えるマイコン(マイクロコンピュータ)62とを有している。
In the present embodiment, the control unit 6 includes a
ドライブ回路61は、第1〜12の各スイッチング素子Q1〜Q12の制御端子(ゲート)に対して駆動信号を与えることにより、各素子を個別に駆動(制御)するように構成されている。マイコン62は、ドライブ回路61にPWM信号を与えることにより、ドライブ回路61を制御するように構成されている。すなわち、制御部6は、マイコン62からの指示に応じてドライブ回路61が生成する駆動信号によって、第1〜12のスイッチング素子Q1〜Q12を個別に制御する。
The
ここにおいて、ドライブ回路61は、2つ以上のスイッチング素子が同時にオンして、短絡電流が流れることを防止する短絡防止回路としての機能を兼ね備えていることが好ましい。すなわち、特定の組み合わせのスイッチング素子が同時にオンすると、たとえば第1入力点101と第2入力点102との間が短絡し、直流電源100からの電流が短絡電流となってスイッチング素子に流れる可能性がある。そこで、ドライブ回路61は、このような特定の組み合わせのスイッチング素子が同時にオンしないように構成されることが好ましい。たとえば、ドライブ回路61は、特定の組み合わせのスイッチング素子のゲートに入力される駆動信号が同時にHレベルになると、駆動信号を強制的にLレベルに落とすことにより、特定の組み合わせのスイッチング素子を同時にオンさせないように構成される。
Here, it is preferable that the
生成部3は、少なくとも1つのキャリア波からなる基準波を生成する。本実施形態では、のこぎり波をキャリア波の例とする。そのため、生成部3はのこぎり波発振器で構成される。生成部3で生成された基準波(1ないし複数のキャリア波)は、制御部6のマイコン62へ出力され、マイコン62においてPWM信号を生成するのに使用される。つまり、マイコン62は、のこぎり波である基準波と、出力電圧V10の目標値に基づく信号波とを比較するのこぎり波比較方式により、PWM信号を生成する。本実施形態の電力変換装置1は、上述したようにパワーコンディショナ20(図7参照)に用いられるので、出力電圧V10の目標値に基づく信号波は系統電源7と同じ正弦波に基づく波形となる。基準波の具体例や、PWM信号の生成方法の詳細については後述する。
The
なお、PWM信号の生成は、基準波を生成する機能と、基準波および信号波を比較する機能とがあれば実現可能である。したがって、本実施形態では基準波を生成する生成部3が、PWM信号を生成するマイコン62と別に設けられているが、生成部3は制御部(マイコン62)6に組み込まれていてもよい。また、制御部6は、マイコン62の代わりに比較器(コンパレータ)を用いて、信号波と基準波との比較を行い、PWM信号を生成するように構成されていてもよい。また、のこぎり波はキャリア波の一例に過ぎず、キャリア波はたとえば三角波であってもよい。この場合、生成部3は三角波発振器で構成される。
The generation of the PWM signal can be realized if there is a function of generating a reference wave and a function of comparing the reference wave and the signal wave. Therefore, in the present embodiment, the
フィルタ回路5は、図1に示すように、一対のインダクタL1,L2と、第3キャパシタC3とを有している。一方のインダクタL1は、第1出力点103と第3出力点105との間に電気的に接続されている。他方のインダクタL2は、第2出力点104と第4出力点106との間に電気的に接続されている。ただし、インダクタL1,L2は、第1出力点103および第2出力点104の少なくとも一方と出力端子(第3出力点105、第4出力点106)との間に電気的に接続されていればよく、インダクタL1,L2のいずれかは省略されていてもよい。
As shown in FIG. 1, the
第3キャパシタC3は、第3出力点105と第4出力点106との間に電気的に接続されている。言い換えれば、フィルタ回路5は、第1出力点103と第2出力点104との間に電気的に接続された、インダクタL1、第3キャパシタC3、インダクタL2の直列回路である。
The third capacitor C <b> 3 is electrically connected between the
第1検出部21は、第1キャパシタC1の電圧を検出するように構成されている。ここでは、第1検出部21は、第1キャパシタC1の両端に発生する電圧V1の大きさを、第1接続点201側を正極として検出する。第1検出部21は、たとえば第1接続点201と第3接続点203との間に直列に接続された一対の分圧抵抗で構成される。ただし、第1検出部21の構成はこれに限らず、第1キャパシタC1の両端に発生する電圧(両端電圧)V1の値(大きさ)を検出可能な構成であればよい。第1検出部21は、検出結果である電圧V1の値を、制御部6のマイコン62へ出力する。
The
第2検出部22は、第2キャパシタC2の電圧を検出するように構成されている。ここでは、第2検出部22は、第2キャパシタC2の両端に発生する電圧V2の大きさを、第4接続点204側を正極として検出する。第2検出部22は、たとえば第4接続点204と第2接続点202との間に直列に接続された一対の分圧抵抗で構成される。ただし、第2検出部22の構成はこれに限らず、第2キャパシタC2の両端に発生する電圧(両端電圧)V2の値(大きさ)を検出可能な構成であればよい。第2検出部22は、検出結果である電圧V2の値を、制御部6のマイコン62へ出力する。
The
本実施形態では、キャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)の電圧を検出する検出回路は、第1検出部21および第2検出部22にて構成されている。さらに、詳しくは後述するが、検出回路で検出されるキャパシタの電圧は、第1検出部21の検出結果(第1キャパシタC1の電圧V1)と第2検出部22の検出結果(第2キャパシタC2の電圧V2)との和である。第1検出部21および第2検出部22の検出結果を用いた制御部6の動作については後述する。
In the present embodiment, the detection circuit that detects the voltage of the capacitors (the first capacitor C1 and the second capacitor C2) is configured by the
<電力変換装置の基本動作>
上述した構成の電力変換装置1の基本動作について、図2A,2B,3A,3B,4A,4B,5A,5Bを参照して簡単に説明する。なお、図中、太線矢印は電流経路を表し、点線の丸印が付されたスイッチング素子はオン状態の素子を表している。
<Basic operation of power converter>
The basic operation of the
ここでいう電力変換装置1の基本動作とは、直流電源100より電力の供給が開始してから第1キャパシタC1および第2キャパシタC2が基準電圧に充電されるまでの期間(以下、「始動期間」という)の経過後の電力変換装置1の動作である。つまり、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2が基準電圧に充電された状態からの電力変換装置1の動作を、電力変換装置1の基本動作とする。
The basic operation of the
本実施形態では、制御部6は、キャパシタの電圧に比べて絶対値の小さな規定値を、直流電源100の電圧の1/2の大きさに加えた目標電圧に、キャパシタの電圧を維持するように構成されている。ここでいうキャパシタの電圧は第1キャパシタC1の電圧V1と第2キャパシタC2の電圧V2との和であり、第1キャパシタC1の回路定数(キャパシタンス)と第2キャパシタC2の回路定数(キャパシタンス)とは同値である。したがって、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2の各々の目標となる基準電圧は、キャパシタの電圧の目標電圧の1/2である。
In the present embodiment, the control unit 6 maintains the voltage of the capacitor at a target voltage obtained by adding a specified value whose absolute value is smaller than the voltage of the capacitor to ½ the voltage of the
つまり、規定値の1/2を所定値とすれば、第1キャパシタC1についての基準電圧は、直流電源100から第1入力点101と第2入力点102との間に印加される印加電圧の1/4の大きさに、所定値を加算した電圧である。第2キャパシタC2についての基準電圧も、同様に直流電源100から第1入力点101と第2入力点102との間に印加される印加電圧の1/4の大きさに、所定値を加算した電圧である。
That is, if 1/2 of the specified value is a predetermined value, the reference voltage for the first capacitor C1 is the applied voltage applied between the
以下では、直流電源100の出力電圧がE〔V〕であって、第1入力点101の電位はE〔V〕、第2入力点102の電位は0〔V〕であると仮定する。ここで、所定値をΔE〔V〕として、基準電圧に充電された第1キャパシタC1と第2キャパシタC2との各々の両端電圧はE/4+ΔE〔V〕となる。ただし、所定値ΔE〔V〕は基準電圧に比べて十分に小さな値である。そこで、「電力変換装置の基本動作」の欄および「パワーコンディショナの構成」の欄においては、説明の便宜上、所定値ΔEを無視することとし、基準電圧をE/4〔V〕として説明する。つまり、基準電圧に充電された第1キャパシタC1と第2キャパシタC2との各々の両端電圧はE/4〔V〕となる。
In the following, it is assumed that the output voltage of the
また、以下では、第1出力点103と第2出力点104との電位差、つまり第1出力点103−第2出力点104間に生じる電圧を、第2出力電圧V20として説明する。第2出力電圧V20を、単に「出力電圧V20」ともいう。
Hereinafter, a potential difference between the
なお、第3出力点105および第4出力点106は系統電源7に電気的に接続されているため、第3出力点105と第4出力点106との電位差、つまり第3出力点105−第4出力点106間に生じる第1出力電圧V10は、系統電源7の出力電圧に等しくなる。第1出力点103と第3出力点105との電位差、並びに第2出力点104と第4出力点106との間の電位差は、フィルタ回路5にて吸収されることになる。
Since the
電力変換装置1は、第1変換回路11、第2変換回路12、第1の双方向スイッチ13、第2の双方向スイッチ14を第1〜8の計8つのモードに切り替える。これにより、電力変換装置1は、第1入力点101と第2入力点102との間に印加される直流電圧(E〔V〕)を交流電圧に変換して、第1出力点103と第2出力点104との間に出力電圧V20を発生する。なお、以下の説明では、第1〜12のスイッチング素子Q1〜Q12に関し、それぞれオン/オフの状態について言及していない場合には「オフ」の状態にあることとする。また、第1〜12のスイッチング素子Q1〜Q12での電圧降下、および第1〜12のダイオードD1〜D12での電圧降下は無視できる程度と仮定する。
The
ここにおいて、制御部6は、以下の2つの条件に従って、第1〜12のスイッチング素子Q1〜Q12を制御する。 Here, the control part 6 controls the 1st-12th switching elements Q1-Q12 according to the following two conditions.
1つ目の条件としては、第1変換回路11の第1〜4のスイッチング素子Q1〜Q4と、第2変換回路12の第5〜8のスイッチング素子Q5〜Q8とで一対一のペアを設定し、ペアごとにオン/オフが切り替わるようにする。ここでは、第1,8のスイッチング素子Q1,Q8がペアとなり、第2,7のスイッチング素子Q2,Q7がペアとなり、第3,6のスイッチング素子Q3,Q6がペアとなり、第4,5のスイッチング素子Q4,Q5がペアとなる。
As a first condition, a one-to-one pair is set by the first to fourth switching elements Q1 to Q4 of the
2つ目の条件としては、第2のスイッチング素子Q2と第3のスイッチング素子Q3とが、同時にオンまたはオフにならないようにする。さらに、第1〜4のモードにおいては第1のスイッチング素子Q1と第11のスイッチング素子Q11とが、また、第5〜8のモードにおいては第4のスイッチング素子Q4と第9のスイッチング素子Q9とが、それぞれ同時にオンまたはオフにならないようにする。 The second condition is that the second switching element Q2 and the third switching element Q3 are not simultaneously turned on or off. Further, in the first to fourth modes, the first switching element Q1 and the eleventh switching element Q11, and in the fifth to eighth modes, the fourth switching element Q4 and the ninth switching element Q9, Are not simultaneously turned on or off.
まず、図2Aに示す第1のモードでは、第1変換回路11の第1,2のスイッチング素子Q1,Q2と、第2変換回路12の第7,8のスイッチング素子Q7,Q8と、第2の双方向スイッチ14の第12のスイッチング素子Q12とがそれぞれオンの状態にある。つまり、第2の双方向スイッチ14は半オン状態にある。この状態では、図2Aに示すように、第1入力点101は、第1のスイッチング素子Q1、第2のスイッチング素子Q2を介して第1出力点103に電気的に接続される。また、第2入力点102は、第8のスイッチング素子Q8、第7のスイッチング素子Q7を介して第2出力点104に電気的に接続される。このとき、半導体素子(スイッチング素子、ダイオード)のうち電流が流れる素子は第1,2,7,8のスイッチング素子Q1,Q2,Q7,Q8の計4つであって、第12のスイッチング素子Q12には電流は流れない。
First, in the first mode shown in FIG. 2A, the first and second switching elements Q1 and Q2 of the
したがって、第1出力点103は第1入力点101と同電位(E〔V〕)になり、第2出力点104は第2入力点102と同電位(0〔V〕)になる。そのため、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる電力変換装置1の出力電圧V20は、E(=E−0)〔V〕になる。さらにこのとき、第3出力点105の電位は、第1出力点103の電位からインダクタL1の両端電圧を差し引いた電位となり、第4出力点106の電位は、第2出力点104の電位にインダクタL2の両端電圧を加えた電位となる。
Accordingly, the
次に、図2Bに示す第2のモードでは、第1変換回路11の第1,3のスイッチング素子Q1,Q3と、第2変換回路12の第6,8のスイッチング素子Q6,Q8と、第2の双方向スイッチ14の第12のスイッチング素子Q12とがそれぞれオンの状態にある。つまり、第2の双方向スイッチ14は半オン状態にある。この状態では、図2Bに示すように、第1入力点101は、第1のスイッチング素子Q1、第1キャパシタC1、第3のスイッチング素子Q3を介して第1出力点103に電気的に接続される。また、第2入力点102は、第8のスイッチング素子Q8、第2キャパシタC2、第6のスイッチング素子Q6を介して第2出力点104に電気的に接続される。このとき、半導体素子(スイッチング素子、ダイオード)のうち電流が流れる素子は第1,3,6,8のスイッチング素子Q1,Q3,Q6,Q8の計4つであって、第12のスイッチング素子Q12には電流は流れない。
Next, in the second mode shown in FIG. 2B, the first and third switching elements Q1 and Q3 of the
したがって、第1出力点103の電位は、第1入力点101の電位(E〔V〕)より第1キャパシタC1の両端電圧(E/4〔V〕)分だけ低い電位、つまり3E/4(=E−E/4)〔V〕となる。また、第2出力点104の電位は、第2入力点102の電位(0〔V〕)より第2キャパシタC2の両端電圧(E/4〔V〕)分だけ高い電位、つまりE/4(=0+E/4)〔V〕となる。そのため、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる電力変換装置1の出力電圧V20は、E/2(=3E/4−E/4)〔V〕になる。さらにこのとき、第3出力点105の電位は、第1出力点103の電位からインダクタL1の両端電圧を差し引いた電位となり、第4出力点106の電位は、第2出力点104の電位にインダクタL2の両端電圧を加えた電位となる。
Therefore, the potential of the
次に、図3Aに示す第3のモードでは、第1変換回路11の第2のスイッチング素子Q2と、第2変換回路12の第7のスイッチング素子Q7と、第2の双方向スイッチ14の第11,12のスイッチング素子Q11,Q12とがそれぞれオンの状態にある。つまり、第2の双方向スイッチ14は全オン状態にある。この状態では、第2出力点104は、第7のスイッチング素子Q7、第2キャパシタC2、第11のスイッチング素子Q11、第12のスイッチング素子Q12、第1キャパシタC1、第2のスイッチング素子Q2を介して第1出力点103に電気的に接続される。このとき、半導体素子(スイッチング素子、ダイオード)のうち電流が流れる素子は第2,7,11,12のスイッチング素子Q2,Q7,Q11,Q12の計4つである。
Next, in the third mode shown in FIG. 3A, the second switching element Q2 of the
したがって、第1出力点103の電位は、第2出力点104の電位より、第1キャパシタC1の両端電圧(E/4〔V〕)と第2キャパシタC2の両端電圧(E/4〔V〕)との和の分だけ高い電位となる。そのため、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる電力変換装置1の出力電圧V20は、E/2(=E/4+E/4)〔V〕になる。さらにこのとき、第3出力点105の電位は、第1出力点103の電位からインダクタL1の両端電圧を差し引いた電位となり、第4出力点106の電位は、第2出力点104の電位にインダクタL2の両端電圧を加えた電位となる。また、この状態においては、第2の双方向スイッチ14が全オン状態にあるため、変換回路10は、第1出力点103と第2出力点104との間に双方向の電流を流すことができる。
Accordingly, the potential at the
次に、図3Bに示す第4のモードでは、第1変換回路11の第3のスイッチング素子Q3と、第2変換回路12の第6のスイッチング素子Q6と、第2の双方向スイッチ14の第11,12のスイッチング素子Q11,Q12とがそれぞれオンの状態にある。つまり、第2の双方向スイッチ14は全オン状態にある。この状態では、第2出力点104は、第6のスイッチング素子Q6、第11のスイッチング素子Q11、第12のスイッチング素子Q12、第3のスイッチング素子Q3を介して第1出力点103に電気的に接続される。このとき、半導体素子(スイッチング素子、ダイオード)のうち電流が流れる素子は第3,6,11,12のスイッチング素子Q3,Q6,Q11,Q12の計4つである。
Next, in the fourth mode shown in FIG. 3B, the third switching element Q3 of the
したがって、第1出力点103の電位は第2出力点104と同電位になる。そのため、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる電力変換装置1の出力電圧V20は、0〔V〕になる。さらにこのとき、第3出力点105の電位は、第1出力点103の電位からインダクタL1の両端電圧を差し引いた電位となり、第4出力点106の電位は、第2出力点104の電位にインダクタL2の両端電圧を加えた電位となる。また、この状態においては、第2の双方向スイッチ14が全オン状態にあるため、変換回路10は、第1出力点103と第2出力点104との間に双方向の電流を流すことができる。
Therefore, the potential at the
一方、第5〜8のモードにおいては、電力変換装置1は、上記第1〜4のモードを基準にして、第1変換回路11と第2変換回路12とで動作を入れ替え、且つ第1の双方向スイッチ13と第2の双方向スイッチ14とで動作を入れ替えたような動作を行う。つまり、第5〜8のモードと第1〜4のモードとでは、変換回路10の動作は、第1変換回路11および第1の双方向スイッチ13と、第2変換回路12および第2の双方向スイッチ14とが入れ替わった対称な動作となる。
On the other hand, in the fifth to eighth modes, the
すなわち、図4Aに示す第5のモードでは、変換回路10の動作は、上記第4のモードと対称な動作となる。そのため、第5のモードでは、第1変換回路11の第2のスイッチング素子Q2と、第2変換回路12の第7のスイッチング素子Q7と、第1の双方向スイッチ13の第9,10のスイッチング素子Q9,Q10とがそれぞれオンの状態にある。つまり、第1の双方向スイッチ13は全オン状態にある。この状態では、図4Aに示すように、第1出力点103は、第2のスイッチング素子Q2、第9のスイッチング素子Q9、第10のスイッチング素子Q10、第7のスイッチング素子Q7を介して第2出力点104に電気的に接続される。このとき、半導体素子(スイッチング素子、ダイオード)のうち電流が流れる素子は第2,7,9,10のスイッチング素子Q2,Q7,Q9,Q10の計4つである。
That is, in the fifth mode shown in FIG. 4A, the operation of the
したがって、第1出力点103の電位は第2出力点104と同電位になる。そのため、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる電力変換装置1の出力電圧V20は、0〔V〕になる。さらにこのとき、第3出力点105の電位は、第1出力点103の電位にインダクタL1の両端電圧を加えた電位となり、第4出力点106の電位は、第2出力点104の電位からインダクタL2の両端電圧を差し引いた電位となる。また、この状態においては、第1の双方向スイッチ13が全オン状態にあるため、変換回路10は、第1出力点103と第2出力点104との間に双方向の電流を流すことができる。
Therefore, the potential at the
次に、図4Bに示す第6のモードでは、変換回路10の動作は、上記第3のモードと対称な動作となる。そのため、第6のモードでは、第1変換回路11の第3のスイッチング素子Q3と、第2変換回路12の第6のスイッチング素子Q6と、第1の双方向スイッチ13の第9,10のスイッチング素子Q9,Q10とがそれぞれオンの状態にある。つまり、第1の双方向スイッチ13は全オン状態にある。この状態では、第1出力点103は、第3のスイッチング素子Q3、第1キャパシタC1、第9のスイッチング素子Q9、第10のスイッチング素子Q10、第2キャパシタC2、第6のスイッチング素子Q6を介して第2出力点104に電気的に接続される。このとき、半導体素子(スイッチング素子、ダイオード)のうち電流が流れる素子は第3,6,9,10のスイッチング素子Q3,Q6,Q9,Q10の計4つである。
Next, in the sixth mode shown in FIG. 4B, the operation of the
したがって、第1出力点103の電位は、第2出力点104の電位より、第1キャパシタC1の両端電圧(E/4〔V〕)と第2キャパシタC2の両端電圧(E/4〔V〕)との和の分だけ低い電位となる。そのため、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる電力変換装置1の出力電圧V20は、−E/2(=−E/4−E/4)〔V〕になる。さらにこのとき、第3出力点105の電位は、第1出力点103の電位にインダクタL1の両端電圧を加えた電位となり、第4出力点106の電位は、第2出力点104の電位からインダクタL2の両端電圧を差し引いた電位となる。また、この状態においては、第1の双方向スイッチ13が全オン状態にあるため、変換回路10は、第1出力点103と第2出力点104との間に双方向の電流を流すことができる。
Accordingly, the potential at the
次に、図5Aに示す第7のモードでは、変換回路10の動作は、上記第2のモードと対称な動作となる。そのため、第7のモードでは、第1変換回路11の第2,4のスイッチング素子Q2,Q4と、第2変換回路12の第5,7のスイッチング素子Q5,Q7と、第1の双方向スイッチ13の第10のスイッチング素子Q10とがそれぞれオンの状態にある。つまり、第1の双方向スイッチ13は半オン状態にある。この状態では、図5Aに示すように、第1入力点101は、第5のスイッチング素子Q5、第2キャパシタC2、第7のスイッチング素子Q7を介して第2出力点104に電気的に接続される。また、第2入力点102は、第4のスイッチング素子Q4、第1キャパシタC1、第2のスイッチング素子Q2を介して第1出力点103に電気的に接続される。このとき、半導体素子(スイッチング素子、ダイオード)のうち電流が流れる素子は第2,4,5,7のスイッチング素子Q2,Q4,Q5,Q7の計4つであって、第10のスイッチング素子Q10には電流は流れない。
Next, in the seventh mode shown in FIG. 5A, the operation of the
したがって、第1出力点103の電位は、第2入力点102の電位(0〔V〕)より第1キャパシタC1の両端電圧(E/4〔V〕)分だけ高い電位、つまりE/4(=0+E/4)〔V〕となる。また、第2出力点104の電位は、第1入力点101の電位(E〔V〕)より第2キャパシタC2の両端電圧(E/4〔V〕)分だけ低い電位、つまり3E/4(=E−E/4)〔V〕となる。そのため、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる電力変換装置1の出力電圧V20は、−E/2(=E/4−3E/4)〔V〕になる。さらにこのとき、第3出力点105の電位は、第1出力点103の電位にインダクタL1の両端電圧を加えた電位となり、第4出力点106の電位は、第2出力点104の電位からインダクタL2の両端電圧を差し引いた電位となる。
Therefore, the potential of the
次に、図5Bに示す第8のモードでは、変換回路10の動作は、上記第1のモードと対称な動作となる。そのため、第8のモードでは、第1変換回路11の第3,4のスイッチング素子Q3,Q4と、第2変換回路12の第5,6のスイッチング素子Q5,Q6と、第1の双方向スイッチ13の第10のスイッチング素子Q10とがそれぞれオンの状態にある。つまり、第1の双方向スイッチ13は半オン状態にある。この状態では、図5Bに示すように、第1入力点101は、第5のスイッチング素子Q5、第6のスイッチング素子Q6を介して第2出力点104に電気的に接続される。また、第2入力点102は、第4のスイッチング素子Q4、第3のスイッチング素子Q3を介して第1出力点103に電気的に接続される。このとき、半導体素子(スイッチング素子、ダイオード)のうち電流が流れる素子は第3,4,5,6のスイッチング素子Q3,Q4,Q5,Q6の計4つであって、第10のスイッチング素子Q10には電流は流れない。
Next, in the eighth mode shown in FIG. 5B, the operation of the
したがって、第1出力点103は第2入力点102と同電位(0〔V〕)になり、第2出力点104は第1入力点101と同電位(E〔V〕)になる。そのため、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる電力変換装置1の出力電圧V20は、−E(=0−E)〔V〕になる。さらにこのとき、第3出力点105の電位は、第1出力点103の電位にインダクタL1の両端電圧を加えた電位となり、第4出力点106の電位は、第2出力点104の電位からインダクタL2の両端電圧を差し引いた電位となる。
Therefore, the
要するに、電力変換装置1は、上記第1〜8のモードを切り替えることにより、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる出力電圧V20の大きさを、複数段階に変化させる。
In short, the
さらに詳しく説明すると、第1変換回路11は、第1キャパシタC1をフライングキャパシタとして用い、第1〜4,9〜12のスイッチング素子Q1〜Q4,Q9〜Q12のオン/オフを切り替えることにより、第1出力点103の電位を切り替える。なお、第1キャパシタC1は、原則、第2,7のモードで充電され、第3,6のモードで放電されるが、比較的高い周波数で第1〜8のモードを切り替えれば、基本動作時における第1キャパシタC1の両端電圧は略一定(E/4〔V〕)とみなすことができる。
More specifically, the
また、第2変換回路12は、第2キャパシタC2をフライングキャパシタとして用い、第5〜12のスイッチング素子Q5〜Q12のオン/オフを切り替えることにより、第2出力点104の電位を切り替える。なお、第2キャパシタC2は、原則、第2,7のモードで充電され、第3,6のモードで放電されるが、比較的高い周波数で第1〜8のモードを切り替えれば、基本動作時における第2キャパシタC2の両端電圧は略一定(E/4〔V〕)とみなすことができる。
The
要するに、制御部6は、出力電圧V20の大きさが同じであって且つキャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)を流れる電流の向きが逆になる一対のモードを切り替えることにより、キャパシタの充電と放電とを切り替えている。 In short, the control unit 6 switches the pair of modes in which the magnitude of the output voltage V20 is the same and the directions of the currents flowing through the capacitors (the first capacitor C1 and the second capacitor C2) are reversed. Switching between charging and discharging.
具体的には、制御部6は、出力電圧V20をE/2〔V〕とする場合には、第2のモードと第3のモードとを一対のモードとして切り替えることにより、キャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)の充電と放電とを切り替える。また、制御部6は、出力電圧V20を−E/2〔V〕とする場合には、第7のモードと第6のモードとを一対のモードとして切り替えることにより、キャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)の充電と放電とを切り替える。 Specifically, when the output voltage V20 is set to E / 2 [V], the control unit 6 switches the second mode and the third mode as a pair of modes so that the capacitor (first capacitor C1 and second capacitor C2) are switched between charging and discharging. In addition, when the output voltage V20 is set to −E / 2 [V], the control unit 6 switches the seventh mode and the sixth mode as a pair of modes, so that the capacitor (the first capacitor C1 and the first mode) Switching between charging and discharging of the second capacitor C2).
ここで、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2が充電されるのは、原則、第2,7のモードであるから、以下では第2のモードおよび第7のモードを「充電モード」とも呼ぶ。第1キャパシタC1および第2キャパシタC2が放電されるのは、原則、第3,6のモードであるから、以下では第3のモードおよび第6のモードを「放電モード」とも呼ぶ。さらに、第1〜8のモードのうち充電モードおよび放電モード以外のモード(第1,4,5,8のモード)は、キャパシタの充電にも放電にも寄与せずキャパシタの電圧を維持するモードであるから、以下では第1,4,5,8のモードを「維持モード」とも呼ぶ。また、以下では、制御部6は、充電モードと放電モードとのいずれか一方を選択する場合において、充電モードを選択するときには「充電指令」を出力することとし、放電モードを選択するときには「放電指令」を出力することとする。 Here, since the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are charged in the second and seventh modes in principle, the second mode and the seventh mode are also referred to as “charging modes” below. Since the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are discharged in the third and sixth modes in principle, the third mode and the sixth mode are also referred to as “discharge modes” below. Further, among the first to eighth modes, the modes other than the charge mode and the discharge mode (first, fourth, fifth, and eighth modes) are modes that maintain the capacitor voltage without contributing to charging or discharging of the capacitor. Therefore, hereinafter, the first, fourth, fifth, and eighth modes are also referred to as “maintenance modes”. In the following description, the control unit 6 outputs a “charge command” when selecting the charge mode and selects the “discharge command” when selecting the discharge mode when selecting either the charge mode or the discharge mode. Command "is output.
すなわち、制御部6は、出力電圧V20をE/2〔V〕とする場合において、キャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)を充電するときには、充電指令を出力し、充電モードである第2のモードを選択する。制御部6は、出力電圧V20をE/2〔V〕とする場合において、キャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)を放電するときには、放電指令を出力し、放電モードである第3のモードを選択する。 That is, when the output voltage V20 is set to E / 2 [V], the control unit 6 outputs a charge command when charging the capacitors (the first capacitor C1 and the second capacitor C2), and is in the charging mode. 2 mode is selected. When the output voltage V20 is set to E / 2 [V], the control unit 6 outputs a discharge command when discharging the capacitors (the first capacitor C1 and the second capacitor C2), and the third mode is the discharge mode. Select a mode.
同様に、制御部6は、出力電圧V20を−E/2〔V〕とする場合において、キャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)を充電するときには、充電指令を出力し、充電モードである第7のモードを選択する。制御部6は、出力電圧V20を−E/2〔V〕とする場合において、キャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)を放電するときには、放電指令を出力し、放電モードである第6のモードを選択する。 Similarly, when charging the capacitors (first capacitor C1 and second capacitor C2) when the output voltage V20 is set to -E / 2 [V], the control unit 6 outputs a charging command and performs charging in the charging mode. A certain seventh mode is selected. When the output voltage V20 is set to -E / 2 [V], the control unit 6 outputs a discharge command when discharging the capacitors (the first capacitor C1 and the second capacitor C2), and is in the discharge mode. Select the mode.
このように、制御部6は、出力電圧V20の大きさが同じであって且つキャパシタを流れる電流の向きが逆になる充電モードと放電モードとを、一対のモードとして切り替えることにより、キャパシタの充電と放電とを切り替える。ただし、充電モードでキャパシタが充電され、放電モードでキャパシタが放電されるのは、変換回路10に後述する順方向電流が流れている状態に限られる。変換回路10に後述する逆方向電流が流れている状態では、充電モードでキャパシタが放電され、放電モードでキャパシタが充電される。この点については後述する。以下、とくに断りがない限り、変換回路10を流れる電流は順方向電流であると仮定して説明する。
As described above, the control unit 6 charges the capacitor by switching between the charging mode and the discharging mode in which the magnitude of the output voltage V20 is the same and the direction of the current flowing through the capacitor is reversed as a pair of modes. And switching between discharge. However, the capacitor is charged in the charge mode and the capacitor is discharged in the discharge mode only when a forward current described later flows in the
以上説明したように、上記第1〜8のモードにおいては、電力変換装置1は、第1出力点103を高電位側、第2出力点104を低電位側とする電圧を出力電圧V20として出力することになる。そして、電力変換装置1は、第1〜4のモードにおいて、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる出力電圧V20を、E〔V〕(第1のモード)、E/2〔V〕(第2,3のモード)、0〔V〕(第4のモード)の3段階で切り替えることになる。第5〜8のモードにおいては、電力変換装置1は、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる出力電圧V20を、0〔V〕(第5のモード)、−E/2〔V〕(第6,7のモード)、−E〔V〕(第8のモード)の3段階で切り替えることになる。
As described above, in the first to eighth modes, the
したがって、電力変換装置1は、上記第1〜8の計8つのモードを切り替えることにより、出力電圧V20をE〔V〕、E/2〔V〕、0〔V〕、−E/2〔V〕、−E〔V〕の5段階で切り替えることができる。電力変換装置1は、これら5段階の出力電圧V20を適宜切り替えることにより、第3出力点105と第4出力点106との間に交流電圧である第1出力電圧V10を発生する。
Therefore, the
ここで、出力電圧V10は、系統電源7の出力電圧に等しく、図6に示すように正弦波状の波形となる。図6では、横軸が時間軸、縦軸が電圧値を表している。ここで、出力電圧V10が0〔V〕〜E〔V〕の範囲で変動する状態(つまり正弦波における正極性側の半波に相当する期間)T1〜T3においては、電力変換装置1は、第1〜4のモードを切り替えることで動作する。出力電圧V10が0〔V〕〜−E〔V〕の範囲で変動する状態(つまり正弦波における負極性側の半波に相当する期間)T4〜T6においては、電力変換装置1は、第5〜8のモードを切り替えることで動作する。
Here, the output voltage V10 is equal to the output voltage of the
以上説明した第1〜8のモードをまとめると、表1のようになる。 Table 1 summarizes the first to eighth modes described above.
ここにおいて、制御部6は、PWM信号により、第1〜12のスイッチング素子Q1〜Q12のオン/オフを切り替え、上記第1〜8のモードを実現する。 Here, the control part 6 switches on / off of the 1st-12th switching elements Q1-Q12 with a PWM signal, and implement | achieves the said 1st-8 mode.
さらに詳しく説明すると、図6において出力電圧V10が0〔V〕〜E/2〔V〕の範囲で変動する状態T1,T3では、制御部6は、表1に示すように第2〜4のモードを切り替える動作を繰り返す。ここで、制御部6は、第2のモードと第3のモードとで時間長さを調整することで、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2の放電、充電のバランスをとる。 More specifically, in the states T1 and T3 in which the output voltage V10 varies in the range of 0 [V] to E / 2 [V] in FIG. Repeat the mode switching operation. Here, the controller 6 balances the discharge and charge of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 by adjusting the time length in the second mode and the third mode.
さらに、図6において出力電圧V10がE/2〔V〕〜E〔V〕の範囲で変動する状態T2では、制御部6は、表1に示すように第1〜3のモードを切り替える動作を繰り返す。ここで、制御部6は、第2のモードと第3のモードとで時間長さを調整することで、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2の放電、充電のバランスをとる。 Further, in the state T2 in which the output voltage V10 fluctuates in the range of E / 2 [V] to E [V] in FIG. 6, the control unit 6 performs the operation of switching the first to third modes as shown in Table 1. repeat. Here, the controller 6 balances the discharge and charge of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 by adjusting the time length in the second mode and the third mode.
また、図6において出力電圧V10が0〔V〕〜−E/2〔V〕の範囲で変動する状態T4,T6では、制御部6は、表1に示すように第5〜7のモードを切り替える動作を繰り返す。ここで、制御部6は、第6のモードと第7のモードとで時間長さを調整することで、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2の放電、充電のバランスをとる。 In FIG. 6, in the states T4 and T6 where the output voltage V10 varies in the range of 0 [V] to −E / 2 [V], the control unit 6 performs the fifth to seventh modes as shown in Table 1. Repeat the switching action. Here, the control unit 6 balances the discharge and charge of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 by adjusting the time length in the sixth mode and the seventh mode.
さらに、図6において出力電圧V10が−E/2〔V〕〜−E〔V〕の範囲で変動する状態T5では、制御部6は、表1に示すように第6〜8のモードを切り替える動作を繰り返す。ここで、制御部6は、第6のモードと第7のモードとで時間長さを調整することで、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2の放電、充電のバランスをとる。 Furthermore, in the state T5 in which the output voltage V10 varies in the range of −E / 2 [V] to −E [V] in FIG. 6, the control unit 6 switches the sixth to eighth modes as shown in Table 1. Repeat the operation. Here, the control unit 6 balances the discharge and charge of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 by adjusting the time length in the sixth mode and the seventh mode.
なお、出力電圧V20の平均値の絶対値を、ゼロから直流電源100の電圧の1/2の大きさの範囲内で変化させる状態T1,T3,T4,T6を、以下では「第1状態」ともいう。また、出力電圧V20の平均値の絶対値を、直流電源100の電圧の1/2の大きさから直流電源100の電圧の範囲内で変化させる状態T2,T5を、以下では「第2状態」ともいう。
It should be noted that states T1, T3, T4, T6 in which the absolute value of the average value of the output voltage V20 is changed within a range from zero to ½ of the voltage of the
本実施形態において、制御部6は、PWM信号のデューティ比を変化させながら上述した第1〜8のモードの切り替えを行うことで、出力電圧V10の波形が正弦波に近似するように、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる出力電圧V20を制御する。要するに、電力変換装置1は、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる出力電圧V20の大きさを制御部6にて5段階で変化させることにより、正弦波状の交流電圧(出力電圧V10)を第3出力点105と第4出力点106との間に発生する。
In the present embodiment, the control unit 6 switches the first to eighth modes described above while changing the duty ratio of the PWM signal, so that the waveform of the output voltage V10 approximates a sine wave. The output voltage V20 generated between the
なお、第4のモードと第5のモードとは、いずれも出力電圧V20が0〔V〕であって、且つ第1キャパシタC1および第2キャパシタC2の放電および充電には寄与しないモードである。そのため、第4のモードと第5のモードとのいずれか一方を省略することも考えられるが、出力電圧V10の正・負のバランスを考慮すれば、電力変換装置1は、第4のモードと第5のモードとを分けた方が、スイッチングロスを小さくできて効率がよくなる。
Note that the fourth mode and the fifth mode are both modes in which the output voltage V20 is 0 [V] and do not contribute to the discharging and charging of the first capacitor C1 and the second capacitor C2. For this reason, it is conceivable to omit either the fourth mode or the fifth mode, but the
本実施形態の電力変換装置1によれば、半導体素子(スイッチング素子、ダイオード)のうち電流が流れる素子の数(以下、「通過素子数」という)は、上述したように第1〜8のいずれのモードにおいても「4」以下である。
According to the
とくに、第2の双方向スイッチ14が全オン状態となる第3,4のモードにおいては、第11のスイッチング素子Q11と第12のスイッチング素子Q12とを別素子として数えても通過素子数は「4」である。同様に、第1の双方向スイッチ13が全オン状態となる第5,6のモードにおいては、第9のスイッチング素子Q9と第10のスイッチング素子Q10とを別素子として数えても通過素子数は「4」である。したがって、第1,2の双方向スイッチ13,14がそれぞれ1素子で構成されている場合には、第3〜6のモードにおける通過素子数は「3」になる。
In particular, in the third and fourth modes in which the second
ところで、制御部6は、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2がそれぞれ基準電圧を中心に充電と放電とを繰り返すように、維持モードと、充電モードまたは放電モードとを切り替えることが好ましい。ここでいう基準電圧は、上述のように直流電源100から第1入力点101と第2入力点102との間に印加される電圧の1/4の大きさの電圧(E/4〔V〕)である。これにより、基本動作時における第1キャパシタC1の両端電圧および第2キャパシタC2の両端電圧は、それぞれ基準電圧(E/4〔V〕)に維持される。
By the way, it is preferable that the control unit 6 switches between the maintenance mode and the charge mode or the discharge mode so that the first capacitor C1 and the second capacitor C2 repeat charging and discharging around the reference voltage, respectively. The reference voltage here is a voltage (E / 4 [V]) that is 1/4 of the voltage applied from the
さらにこの場合、制御部6は、第1検出部21の検出結果と第2検出部22の検出結果との平均値が基準電圧となるように、維持モードと、充電モードまたは放電モードとを切り替えることが好ましい。
Further, in this case, the control unit 6 switches between the maintenance mode and the charge mode or the discharge mode so that the average value of the detection result of the
ところで、本実施形態の電力変換装置1は、上述のように第3,4のモードにおいて第2の双方向スイッチ14が全オン状態であり、第5,6のモードにおいて第1の双方向スイッチ13が全オン状態である。つまり、第1〜8のいずれのモードにおいても、半導体素子(スイッチング素子、ダイオード)のうち電流が流れる素子は第1〜12のスイッチング素子Q1〜Q12のいずれかであって、ダイオード(第1〜12のダイオードD1〜D12)に電流は流れない。そのため、電力変換装置1は、第1〜8のいずれのモードにおいても、第1出力点103と第2出力点104との間に双方向の電流を流すことができる。
By the way, as described above, in the
以下では、図2A,2B,3A,3B,4A,4B,5A,5Bに太線矢印で示す向きに変換回路10を流れる電流を「順方向電流」と呼び、順方向電流とは逆向きに変換回路10を流れる電流を「逆方向電流」と呼ぶ。すなわち、出力電圧V10が0〔V〕〜E〔V〕の範囲で変動する第1〜4のモードにおいては、第1出力点103から第3出力点105へ向かう電流が順方向電流となる。出力電圧V10が0〔V〕〜−E〔V〕の範囲で変動する第5〜8のモードにおいては、第2出力点104から第4出力点106へ向かう電流が順方向電流となる。
Hereinafter, the current flowing through the
電力変換装置1は、このように変換回路10が双方向の電流に対応していることにより、第3出力点105および第4出力点106間に流す出力電流と、第3出力点105および第4出力点106間に生じる出力電圧V10との間に位相差を設定できる。要するに、出力電流と出力電圧V10との間に位相差があると、出力電流が出力電圧V10と異符号(たとえば出力電圧V10が正で出力電流が負など)になる期間が生じる。
In this way, the
ここで、出力電流と出力電圧V10とが同符号の期間には、変換回路10を流れる電流は順方向電流であるが、出力電流と出力電圧V10とが異符号の期間には、変換回路10を流れる電流は逆方向電流となる。そのため、電力変換装置1は、出力電流と出力電圧V10との間に位相差を設定する場合、変換回路10が双方向の電流に対応している必要がある。本実施形態の電力変換装置1は、変換回路10が双方向の電流に対応しているため、出力電流と出力電圧V10との間に位相差を設定することが可能である。
Here, during the period in which the output current and the output voltage V10 have the same sign, the current flowing through the
とくに、太陽光発電装置用のパワーコンディショナ20(図7参照)に電力変換装置1が用いられる場合には、単独運転の検出や、系統電源7の電圧上昇を抑制する目的で、電力変換装置1は、出力電流と出力電圧V10との間に位相差を設定する場合がある。また、蓄電装置用のパワーコンディショナに電力変換装置1が用いられる場合には、出力電流と出力電圧V10との間に位相差を設定することで、電力変換装置1は、電力が供給される向きを制御し、蓄電装置の充電と放電とを切り替える。本実施形態の電力変換装置1は、変換回路10を双方向の電流が通過可能な状態を作り出すことで、このような用途に対応できる。
In particular, when the
<パワーコンディショナの構成>
本実施形態に係るパワーコンディショナ20は、図7に示すように、上記の電力変換装置1と、解列器9とを備えている。解列器9は、第1出力点103(図1参照)および第2出力点104(図1参照)と、系統電源7との間に電気的に接続されている。図7の例では、解列器9は、第3出力点105および第4出力点106と、系統電源7との間に電気的に接続されている。言い換えれば、解列器9は、フィルタ回路5(図1参照)を介して第1出力点103および第2出力点104に接続されている。つまり、解列器9は、第1出力点103および第2出力点104と、系統電源7との間にあればよく、第1出力点103および第2出力点104に直接接続されていることは必須でなく、本実施形態のようにフィルタ回路5の後段に接続されていてもよい。
<Configuration of the inverter>
As shown in FIG. 7, the
ここで、解列器9は、第3出力点105と系統電源7との間に電気的に接続された第1接点部91と、第4出力点106と系統電源7との間に電気的に接続された第2接点部92とを有している。ただし、解列器9は、第3出力点105および第4出力点106の少なくとも一方と系統電源7との間に電気的に接続されていればよく、第1接点部91および第2接点部92のいずれかは省略されていてもよい。
Here, the
このパワーコンディショナ20は、定常時、系統連系運転を行い、直流電源100から入力される直流電力を電力変換装置1で交流電力に変換し、系統電源7および負荷8へ出力する。詳しい説明は省略するが、パワーコンディショナ20は、系統電源7の停電等の異常時には、解列器9を開放し、系統電源7から解列された状態で交流電力を出力する自立運転を行うように構成されている。
The
このパワーコンディショナ20によれば、解列器9を開放(解列)することにより、第1変換回路11および第2変換回路12と系統電源7との間を電気的に切り離すことができる。そのため、パワーコンディショナ20は、電源投入後、電力変換装置1が上述した基本動作を開始する前の始動期間に、解列器9を開放することで、第1出力点103と第2出力点104との間に、フィルタ回路5を含む電流経路を構成することができる。
According to the
ここでいう電流経路は、フィルタ回路5を構成するインダクタL1、第3キャパシタC3、およびインダクタL2を含む電流経路である。電力変換装置1は、この電流経路を充電用の経路として用いることにより、第3出力点105と第4出力点106との間が電気的に絶縁されていても第1キャパシタC1および第2キャパシタC2を充電できる。
The current path here is a current path including the inductor L1, the third capacitor C3, and the inductor L2 constituting the
したがって、電力変換装置1は、第3出力点105および第4出力点106が系統電源7に接続されていなくても、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2を充電することが可能である。言い換えれば、電力変換装置1は、一対の出力端子(第3出力点105、第4出力点106)間に何の負荷も接続されていない状態(無負荷状態)であっても、定常動作に必要なキャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)を充電できる。なお、ここでいう定常動作とは、始動期間の経過後、つまり第1キャパシタC1および第2キャパシタC2が基準電圧(E/4〔V〕)に充電された後の電力変換装置1の動作であって、上述した基本動作と同義である。
Therefore, the
すなわち、制御部6は、直流電源100より変換回路10への電力の供給が開始してからキャパシタが所定電圧(基準電圧)に充電されるまでの始動期間には、充電モードを常に選択することが好ましい。なお、ここでいう充電モードは、基本動作における充電モード(第2,7のモード)とは異なり、解列器9を開放することで、第1出力点103と第2出力点104との間に、フィルタ回路5を含む電流経路が構成されたモードである。そして、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2が基準電圧(E/4〔V〕)に充電されると、電力変換装置1は、上述した基本動作に移行して、充電モード(第2,7のモード)と放電モード(第3,6のモード)とを切り替えるように動作する。
That is, the control unit 6 always selects the charging mode during the start-up period from the start of power supply from the
この構成によれば、電力変換装置1は、始動期間には充電モードと放電モードとの切り替えを行わず、常に充電モードを選択してキャパシタを充電するので、始動期間を短縮して早期に基本動作に移行することができる。
According to this configuration, the
<特徴>
以下の説明では、制御部6は、キャパシタの電圧に比べて絶対値の小さな規定値(2ΔE〔V〕)を、直流電源100の電圧の1/2の大きさに加えた目標電圧(E/2+2ΔE〔V〕)に、キャパシタの電圧を維持していることとする。規定値(2ΔE〔V〕)は、絶対値がキャパシタの電圧に比べて小さな値であればよく、正の値(2ΔE>0)および負の値(2ΔE<0)のいずれであってもよいが、ここではまず、規定値は正(プラス)であると仮定して説明する。この場合、基準電圧に充電された第1キャパシタC1と第2キャパシタC2との各々の両端電圧はE/4〔V〕よりも若干高くなり、E/4+ΔE〔V〕となる。なお、所定値ΔE〔V〕は、基準電圧に比べて十分に小さな値であればよいが、一例として、直流電源100の電圧Eを330〔V〕とした場合、所定値ΔE〔V〕は2〜3〔V〕程度である。
<Features>
In the following description, the control unit 6 adds a specified value (2ΔE [V]), which is smaller in absolute value than the voltage of the capacitor, to a target voltage (E / The voltage of the capacitor is maintained at (2 + 2ΔE [V]). The specified value (2ΔE [V]) may be a positive value (2ΔE> 0) or a negative value (2ΔE <0) as long as the absolute value is smaller than the capacitor voltage. However, first, the description will be made assuming that the specified value is positive (plus). In this case, the voltage across each of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 charged to the reference voltage is slightly higher than E / 4 [V], and becomes E / 4 + ΔE [V]. The predetermined value ΔE [V] may be a value sufficiently smaller than the reference voltage, but as an example, when the voltage E of the
以下では、本実施形態の電力変換装置1が、基本動作において第1〜8のモードを、どのように切り替えているかについて詳しく説明する。
Below, how the
制御部6は、上述したように生成部3で生成される基準波(少なくとも1つのキャリア波)と、出力電圧V10の目標値に基づく信号波との比較結果に応じて、維持モードと、充電モードまたは放電モードとが切り替えるためのPWM信号を生成する。たとえば、出力電圧V10が0〔V〕〜E/2〔V〕の範囲で変動する状態T1,T3(図6参照)では、制御部6は、PWM信号により、維持モードである第4のモードと、充電モードである第2のモードまたは放電モードである第3のモードとを切り替える。
As described above, the control unit 6 determines whether the reference mode (at least one carrier wave) generated by the
本実施形態においては、制御部6が、基準波の1周期内に充電モードと放電モードとの一方のみが含まれるように、基準波の1周期ごとに充電モードと放電モードとのいずれかを選択するように構成されている。本実施形態の電力変換装置1は、位相差の無い1ないし複数のキャリア波を基準波として用い、この基準波と信号波との大きさの比較結果に応じて、維持モードと、充電モードまたは放電モードとを切り替える。ここでいう信号波は、出力電圧V10の目標値、つまり系統電源7と同じ正弦波に基づく信号波である。
In the present embodiment, the control unit 6 selects one of the charge mode and the discharge mode for each cycle of the reference wave so that only one of the charge mode and the discharge mode is included in one cycle of the reference wave. Configured to select. The
ここで、充電モードと放電モードとのいずれを選択するかについては、制御部6は、基本的には検出回路の検出結果に応じて決定する。検出回路は第1検出部21および第2検出部22からなり、検出回路の検出結果は、第1キャパシタC1の電圧V1と第2キャパシタC2の電圧V2との平均値である。具体的に説明すると、第1検出部21の検出結果(第1キャパシタC1の電圧V1)および第2検出部22の検出結果(第2キャパシタC2の電圧V2)はマイコン62に出力されている。マイコン62は、このようにして個別に取得した第1キャパシタC1の電圧V1と第2キャパシタC2の電圧V2との平均値Vcを求める。なお、平均値Vcは、Vc=(V1+V2)/2で表される。
Here, as to whether to select the charge mode or the discharge mode, the control unit 6 basically determines according to the detection result of the detection circuit. The detection circuit includes a
ここにおいて、制御部6は、たとえば図8に示すフローチャートに従って動作する。 Here, the control unit 6 operates according to a flowchart shown in FIG. 8, for example.
すなわち、制御部6はまず、第1キャパシタC1の電圧V1と第2キャパシタC2の電圧V2との平均値Vcと基準電圧(E/4+ΔE〔V〕)とを比較する(S1)。このとき、平均値Vcが基準電圧以上であれば(S1:Yes)、制御部6は、放電指令を出力する(S2)。一方、平均値Vcが基準電圧未満であれば(S1:No)、制御部6は、充電指令を出力する(S3)。 That is, the control unit 6 first compares the average value Vc of the voltage V1 of the first capacitor C1 and the voltage V2 of the second capacitor C2 with the reference voltage (E / 4 + ΔE [V]) (S1). At this time, if the average value Vc is equal to or higher than the reference voltage (S1: Yes), the control unit 6 outputs a discharge command (S2). On the other hand, if the average value Vc is less than the reference voltage (S1: No), the control unit 6 outputs a charge command (S3).
制御部6は、これらS1〜S3の処理を、基準波と同一周期で繰り返し行うことにより、基準波の1周期ごとに、充電指令と放電指令とのいずれか一方を出力することで、第1キャパシタC1の電圧V1および第2キャパシタC2の電圧V2を基準電圧に維持する。このように、充電指令および放電指令は、基本的には検出回路の検出結果と基準電圧との比較結果に応じて随時切り替えられる。 The control unit 6 repeatedly performs the processes of S1 to S3 in the same cycle as that of the reference wave, thereby outputting one of the charge command and the discharge command for each cycle of the reference wave. The voltage V1 of the capacitor C1 and the voltage V2 of the second capacitor C2 are maintained at the reference voltage. As described above, the charge command and the discharge command are basically switched at any time according to the comparison result between the detection result of the detection circuit and the reference voltage.
ただし、本実施形態では、所定期間においては、制御部6は、検出回路の検出結果と基準電圧との比較結果にかかわらず、充電指令および放電指令を予め決められたパターンで出力する。ここでいう所定期間は、第1〜8のモードのうちPWM信号にて切り替えられるモードの組み合わせが変化する期間であり、たとえば状態T1から状態T2へ移行する時点の前後の期間や、状態T2から状態T3へ移行する時点の前後の期間である。この他、状態T4から状態T5へ移行する時点の前後の期間や、状態T5から状態T6へ移行する時点の前後の期間も、所定期間に含まれる。なお、状態T3から状態T4へ移行する時点の前後、および状態T6から状態T1へ移行する時点の前後の期間のように、出力電圧V10のゼロクロス点を含む期間は本実施形態では所定期間に含まれない。 However, in the present embodiment, in a predetermined period, the control unit 6 outputs the charge command and the discharge command in a predetermined pattern regardless of the comparison result between the detection result of the detection circuit and the reference voltage. The predetermined period here is a period in which the combination of modes switched by the PWM signal among the first to eighth modes changes. For example, the period before and after the transition from the state T1 to the state T2 or from the state T2 It is a period before and after the time of transition to the state T3. In addition to this, a period before and after the time point when the state transitions from the state T4 to the state T5 and a time period before and after the point when the state transitions from the state T5 to the state T6 are included in the predetermined period. Note that the period including the zero cross point of the output voltage V10 is included in the predetermined period in this embodiment, such as the period before and after the transition from the state T3 to the state T4 and the period before and after the transition from the state T6 to the state T1. I can't.
たとえば状態T1から状態T2へ移行する時点の前後の所定期間においては、制御部6は、状態T1には放電指令、状態T2には充電指令をそれぞれ出力する。状態T2から状態T3へ移行する時点の前後の所定期間においては、制御部6は、状態T2には充電指令、状態T3には放電指令をそれぞれ出力する。状態T4から状態T5へ移行する時点の前後の所定期間においては、制御部6は、状態T4には放電指令、状態T5には充電指令をそれぞれ出力する。状態T5から状態T6へ移行する時点の前後の所定期間においては、制御部6は、状態T5には充電指令、状態T6には放電指令をそれぞれ出力する。 For example, in a predetermined period before and after the transition from the state T1 to the state T2, the control unit 6 outputs a discharge command in the state T1 and a charge command in the state T2. In a predetermined period before and after the transition from the state T2 to the state T3, the control unit 6 outputs a charge command to the state T2 and a discharge command to the state T3. In a predetermined period before and after the transition from the state T4 to the state T5, the control unit 6 outputs a discharge command in the state T4 and a charge command in the state T5. In a predetermined period before and after the transition from the state T5 to the state T6, the control unit 6 outputs a charge command in the state T5 and a discharge command in the state T6.
以下ではまず、参考例として、位相差の無い4つのキャリア波CW1〜CW4を用いる場合について、図9を参照して簡単に説明する。図9は、横軸を時間軸、縦軸を電圧として、信号波OS1(太線で示す)と、キャリア波CW1〜CW4との関係を示している。なお、図9では、信号波OS1とキャリア波CW1〜CW4との関係を模式的に表しているため、信号波OS1の1周期中にキャリア波CW1〜CW4の各々が40周期しか含まれていないが、この構成に限る趣旨ではない。実際には、信号波OS1の1周期中にキャリア波CW1〜CW4の各々が数十〜数百周期程度、含まれていてもよい。 Hereinafter, as a reference example, a case where four carrier waves CW1 to CW4 having no phase difference are used will be briefly described with reference to FIG. FIG. 9 shows the relationship between the signal wave OS1 (indicated by a thick line) and the carrier waves CW1 to CW4 with the horizontal axis as the time axis and the vertical axis as the voltage. In FIG. 9, since the relationship between the signal wave OS1 and the carrier waves CW1 to CW4 is schematically shown, each of the carrier waves CW1 to CW4 includes only 40 periods in one period of the signal wave OS1. However, it is not limited to this configuration. Actually, each of the carrier waves CW1 to CW4 may be included in several tens to several hundreds of cycles in one cycle of the signal wave OS1.
この参考例では、第1のキャリア波CW1は0〔V〕を最小値、E/2〔V〕を最大値として、0〔V〕〜E/2〔V〕の間で周期的に振動するのこぎり波である。第2のキャリア波CW2はE/2〔V〕を最小値、E〔V〕を最大値として、E/2〔V〕〜E〔V〕の間で周期的に振動するのこぎり波である。第3のキャリア波CW3は0〔V〕を最大値、−E/2〔V〕を最小値として、0〔V〕〜−E/2〔V〕の間で周期的に振動するのこぎり波である。第4のキャリア波CW4は−E/2〔V〕を最大値、−E〔V〕を最小値として、−E/2〔V〕〜−E〔V〕の間で周期的に振動するのこぎり波である。 In this reference example, the first carrier wave CW1 periodically oscillates between 0 [V] and E / 2 [V], with 0 [V] as the minimum value and E / 2 [V] as the maximum value. It is a sawtooth wave. The second carrier wave CW2 is a sawtooth wave that periodically oscillates between E / 2 [V] and E [V], with E / 2 [V] as the minimum value and E [V] as the maximum value. The third carrier wave CW3 is a sawtooth wave that oscillates periodically between 0 [V] and -E / 2 [V], with 0 [V] being the maximum value and -E / 2 [V] being the minimum value. is there. The fourth carrier wave CW4 is a saw that oscillates periodically between -E / 2 [V] and -E [V], with -E / 2 [V] as the maximum value and -E [V] as the minimum value. It is a wave.
参考例において、信号波は、図6に示した出力電圧V10の波形に等しく、−E〔V〕〜E〔V〕の範囲内で変動する正弦波状の波形である。 In the reference example, the signal wave is a sinusoidal waveform that is equal to the waveform of the output voltage V10 shown in FIG. 6 and fluctuates within the range of −E [V] to E [V].
参考例のように第1〜4のキャリア波CW1〜CW4を用いれば、制御部6は、状態T1〜T6のそれぞれにおいて、基準波と信号波OS1との比較結果に応じてPWM信号を生成し、維持モードと、充電モードまたは放電モードとを切り替えることができる。つまり、たとえば信号波OS1が0〔V〕〜E/2〔V〕の範囲で変動する状態T1,T3においては、制御部6は、信号波OS1と、基準波(第1〜4のキャリア波CW1〜CW4)のうち第1のキャリア波CW1との比較結果に応じてPWM信号を生成する。また、たとえば信号波OS1がE/2〔V〕〜E〔V〕の範囲で変動する状態T2においては、制御部6は、信号波OS1と、基準波(第1〜4のキャリア波CW1〜CW4)のうち第2のキャリア波CW2との比較結果に応じてPWM信号を生成する。ただし、参考例のように4つのキャリア波CW1〜CW4を用いると、生成部3の構成および制御部6の処理が複雑になる。
If the first to fourth carrier waves CW1 to CW4 are used as in the reference example, the control unit 6 generates a PWM signal according to the comparison result between the reference wave and the signal wave OS1 in each of the states T1 to T6. The sustain mode and the charge mode or the discharge mode can be switched. That is, for example, in the states T1 and T3 in which the signal wave OS1 fluctuates in the range of 0 [V] to E / 2 [V], the control unit 6 controls the signal wave OS1 and the reference wave (first to fourth carrier waves). A PWM signal is generated according to a comparison result with the first carrier wave CW1 among CW1 to CW4). Further, for example, in the state T2 in which the signal wave OS1 fluctuates in the range of E / 2 [V] to E [V], the control unit 6 includes the signal wave OS1 and the reference wave (first to fourth carrier waves CW1 to CW1). A PWM signal is generated in accordance with a comparison result with the second carrier wave CW2 in CW4). However, when the four carrier waves CW1 to CW4 are used as in the reference example, the configuration of the
そこで、本実施形態の電力変換装置1は、図10に示すように1つの連続したキャリア波CW1のみを基準波として用い、生成部3の構成および制御部6の処理を簡略化している。図10は、横軸を時間軸、縦軸を電圧として、信号波OS1(太線で示す)と、キャリア波CW1との関係を示している。なお、図10では、図9と同様に、信号波OS1の1周期中にキャリア波CW1が40周期しか含まれていないが、この構成に限る趣旨ではない。実際には、信号波OS1の1周期中にキャリア波CW1が数十〜数百周期程度、含まれていてもよい。キャリア波CW1の周波数は、たとえば16kHz程度である。
Therefore, the
図10の例では、キャリア波CW1は0〔V〕を最小値、E/2〔V〕を最大値として、0〔V〕〜E/2〔V〕の間で周期的に振動するのこぎり波である。 In the example of FIG. 10, the carrier wave CW1 is a sawtooth wave that oscillates periodically between 0 [V] and E / 2 [V], with 0 [V] as the minimum value and E / 2 [V] as the maximum value. It is.
本実施形態では、信号波OS1は、図10に示すように系統電源7と同じ正弦波(図中に破線で示す)に基づきながらも、当該正弦波そのものではなく、状態T1〜T6に応じて当該正弦波を適宜シフトさせた形状の波形である。つまり、図10の信号波OS1は、キャリア波CW1の最小値である0〔V〕と最大値であるE/2〔V〕との間に収まるように、元の正弦波がE/2〔V〕を超える状態T2では、元の正弦波をE/2〔V〕だけ負(マイナス)の向きにシフトした波形となる。また、この信号波OS1は、元の正弦波が0〔V〕〜−E/2〔V〕の範囲で変動する状態T4,T6では、元の正弦波をE/2〔V〕だけ正(プラス)の向きにシフトした波形となる。さらに、この信号波OS1は、元の正弦波が−E2〔V〕〜−E〔V〕の範囲で変動する状態T5では、元の正弦波をE〔V〕だけ正(プラス)の向きにシフトした波形となる。
In the present embodiment, the signal wave OS1 is based on the same sine wave as that of the
本実施形態の電力変換装置1は、図10に示すような1つのキャリア波CW1と信号波OS1との比較結果に応じてPWM信号を生成し、維持モードと、充電モードまたは放電モードとを切り替える。さらに、本実施形態の電力変換装置1は、充電指令および放電指令に応じて充電モードと放電モードとのいずれかを選択するように構成されている。
The
以下では、キャリア波CW1と信号波OS1との比較結果を比較信号Sj1として説明する。比較信号Sj1は、信号波OS1がキャリア波CW1以下(OS1≦CW1)の期間に「H」になる信号である。さらに、制御部6は、充電指令を出力する期間に「H」となり、放電指令を出力する期間に「L」となる指令信号Scd1を出力すると仮定する。 Hereinafter, a comparison result between the carrier wave CW1 and the signal wave OS1 will be described as a comparison signal Sj1. The comparison signal Sj1 is a signal that becomes “H” during a period in which the signal wave OS1 is equal to or lower than the carrier wave CW1 (OS1 ≦ CW1). Further, it is assumed that the control unit 6 outputs a command signal Scd1 that becomes “H” during the period for outputting the charge command and becomes “L” during the period for outputting the discharge command.
図10に示す信号波OS1を用いることで、本実施形態の制御部6は、表2に示す判定条件に従って、比較信号Sj1および指令信号Scd1に応じて、維持モードと充電モードと放電モードとのいずれかのモードを選択する。 By using the signal wave OS1 shown in FIG. 10, the control unit 6 according to the present embodiment performs the sustain mode, the charge mode, and the discharge mode according to the comparison signal Sj1 and the command signal Scd1 according to the determination conditions shown in Table 2. Select one of the modes.
表2に示す判定条件に従った制御部6の動作について、図11を参照してさらに詳しく説明する。以下では、制御部6は、変換回路10が充電モードで動作する期間に「H」となる充電信号Sc1、および変換回路10が放電モードで動作する期間に「H」となる放電信号Sd1を出力すると仮定する。
The operation of the control unit 6 according to the determination conditions shown in Table 2 will be described in more detail with reference to FIG. Hereinafter, the control unit 6 outputs a charge signal Sc1 that is “H” during the period in which the
図11は、状態T1から状態T2へ移行する時点の前後の所定期間における制御部6の動作を表している。ここで、所定期間は、状態T1から状態T2へ移行する時点を中心として、キャリア波CW1の6周期(第1〜6の周期P1〜P6)分の期間とする。 FIG. 11 shows the operation of the control unit 6 during a predetermined period before and after the transition from the state T1 to the state T2. Here, the predetermined period is a period corresponding to six periods (first to sixth periods P1 to P6) of the carrier wave CW1, centering on a time point when the state T1 is shifted to the state T2.
状態T1においては、制御部6は、信号波OS1がキャリア波CW1を超える(OS1>CW1)期間(比較信号Sj1が「L」の期間)に、充電モードまたは放電モードを選択する。信号波OS1がキャリア波CW1以下の期間(比較信号Sj1が「H」の期間)には、制御部6は、維持モードを選択する。そして、制御部6は、信号波OS1がキャリア波CW1を超える期間のうち、充電指令が出力されている期間(指令信号Scd1が「H」の期間)には、充電モードを選択し充電信号Sc1を「H」にする。制御部6は、信号波OS1がキャリア波CW1を超える期間のうち、放電指令が出力されている期間(指令信号Scd1が「L」の期間)には、放電モードを選択し放電信号Sd1を「H」にする。 In the state T1, the control unit 6 selects the charge mode or the discharge mode during a period in which the signal wave OS1 exceeds the carrier wave CW1 (OS1> CW1) (a period in which the comparison signal Sj1 is “L”). During a period in which the signal wave OS1 is equal to or lower than the carrier wave CW1 (a period in which the comparison signal Sj1 is “H”), the control unit 6 selects the maintenance mode. Then, the control unit 6 selects the charging mode during the period in which the charge command is output (the period in which the command signal Scd1 is “H”) among the periods in which the signal wave OS1 exceeds the carrier wave CW1, and the charge signal Sc1. Set to “H”. The control unit 6 selects the discharge mode during the period in which the discharge command is output (the period in which the command signal Scd1 is “L”) among the periods in which the signal wave OS1 exceeds the carrier wave CW1, and sets the discharge signal Sd1 to “ H ”.
ここで、状態T1から状態T2へ移行する時点の前後の所定期間(第1〜6の周期P1〜P6)においては、制御部6は、状態T1には放電指令、状態T2には充電指令をそれぞれ出力する。そのため、状態T1に当たるキャリア波CW1の第1〜3の周期P1〜P3に亘っては、放電指令が出力されている(指令信号Scd1が「L」)。これにより、電力変換装置1は、状態T1においては、図11に示すようにキャリア波CW1の1周期(第1〜3の周期P1〜P3の各々)において、維持モードと放電モードとが、PWM信号により切り替えられることになる。ここで、状態T1における充電モードは第2のモード、放電モードは第3のモード、維持モードは第4のモードである。したがって、第1〜3の周期P1〜P3の各々において、制御部6は、第2〜4のモードを、第4のモード、第3のモードの順に切り替えることになる。
Here, in a predetermined period (first to sixth cycles P1 to P6) before and after the transition from the state T1 to the state T2, the control unit 6 issues a discharge command to the state T1 and a charge command to the state T2. Output each. Therefore, the discharge command is output (command signal Scd1 is “L”) over the first to third cycles P1 to P3 of the carrier wave CW1 corresponding to the state T1. As a result, in the state T1, the
その結果、状態T1の第1〜3の周期P1〜P3の各々において、第1出力点103と第2出力点104との間に発生する出力電圧V20は、図11に示すように0〔V〕(第4のモード)、E/2+2ΔE〔V〕(第3のモード)の順に切り替わる。ここで、第3のモードにおける出力電圧V20がE/2〔V〕でなくE/2+2ΔE〔V〕となるのは、第1キャパシタC1の電圧V1および第2キャパシタC2のV2をそれぞれE/4+ΔE〔V〕としたことによる。つまり、第3のモードにおける第1出力点103の電位は、第2出力点104の電位より、第1キャパシタC1の電圧V1と第2キャパシタC2の電圧V2との和の分だけ高い電位であるから、出力電圧V20はE/2+2ΔE〔V〕になる。
As a result, in each of the first to third periods P1 to P3 of the state T1, the output voltage V20 generated between the
一方、状態T2においては、制御部6は、信号波OS1がキャリア波CW1以下の期間(比較信号Sj1が「H」の期間)に、充電モードまたは放電モードを選択する。信号波OS1がキャリア波CW1を超える期間(比較信号Sj1が「L」の期間)には、制御部6は、維持モードを選択する。そして、制御部6は、信号波OS1がキャリア波CW1以下の期間のうち、充電指令が出力されている期間(指令信号Scd1が「H」の期間)には、充電モードを選択し充電信号Sc1を「H」にする。制御部6は、信号波OS1がキャリア波CW1以下の期間のうち、放電指令が出力されている期間(指令信号Scd1が「L」の期間)には、放電モードを選択し放電信号Sd1を「H」にする。 On the other hand, in the state T2, the control unit 6 selects the charge mode or the discharge mode during a period in which the signal wave OS1 is equal to or lower than the carrier wave CW1 (a period in which the comparison signal Sj1 is “H”). During a period in which the signal wave OS1 exceeds the carrier wave CW1 (a period in which the comparison signal Sj1 is “L”), the control unit 6 selects the maintenance mode. Then, the control unit 6 selects the charging mode during the period in which the charge command is output (the period in which the command signal Scd1 is “H”) among the periods in which the signal wave OS1 is equal to or lower than the carrier wave CW1, and the charge signal Sc1 Set to “H”. The control unit 6 selects the discharge mode and sets the discharge signal Sd1 to “During the period when the discharge command is output (the period in which the command signal Scd1 is“ L ”) during the period in which the signal wave OS1 is equal to or lower than the carrier wave CW1. H ”.
ここで、状態T1から状態T2へ移行する時点の前後の所定期間(第1〜6の周期P1〜P6)においては、制御部6は、状態T1には放電指令、状態T2には充電指令をそれぞれ出力する。そのため、状態T2に当たるキャリア波CW1の第4〜6の周期P4〜P6に亘っては、充電指令が出力されている(指令信号Scd1が「H」)。これにより、電力変換装置1は、状態T2においては、図11に示すようにキャリア波CW1の1周期(第4〜6の周期P4〜P6の各々)において、充電モードと維持モードとが、PWM信号により切り替えられることになる。ここで、状態T2における充電モードは第2のモード、放電モードは第3のモード、維持モードは第1のモードである。したがって、第4〜6の周期P4〜P6の各々において、制御部6は、第1〜3のモードを、第2のモード、第1のモードの順に切り替えることになる。
Here, in a predetermined period (first to sixth cycles P1 to P6) before and after the transition from the state T1 to the state T2, the control unit 6 issues a discharge command to the state T1 and a charge command to the state T2. Output each. Therefore, the charge command is output (command signal Scd1 is “H”) over the fourth to sixth cycles P4 to P6 of the carrier wave CW1 corresponding to the state T2. As a result, in the state T2, the
その結果、状態T2の第4〜6の周期P4〜P6の各々において、第1出力点103と第2出力点104との間に発生する出力電圧V20は、図11に示すようにE/2−2ΔE〔V〕(第2のモード)、E〔V〕(第1のモード)の順に切り替わる。ここで、第2のモードにおける出力電圧V20がE/2〔V〕でなくE/2−2ΔE〔V〕となるのは、第1キャパシタC1の電圧V1および第2キャパシタC2のV2をそれぞれE/4+ΔE〔V〕としたことによる。つまり、第2のモードにおける第1出力点103の電位は、第1入力点101の電位(E〔V〕)より、第1キャパシタC1の電圧V1の分だけ低い電位、つまり3E/4−ΔE(=E−E/4−ΔE)〔V〕である。また、第2のモードにおける第2出力点104の電位は、第2入力点102の電位(0〔V〕)より第2キャパシタC2の電圧V2の分だけ高い電位、つまりE/4−ΔE(=0+E/4−ΔE)〔V〕となる。そのため、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる出力電圧V20は、E/2−2ΔE〔V〕になる。
As a result, the output voltage V20 generated between the
ところで、状態T1において、第4のモードと第3のモードとは、PWM信号により切り替えられるので、信号波OS1が上昇するにつれて、第4のモードのデューティ比は0%に近くなり、第3のモードのデューティ比は100%に近くなる。言い換えれば、出力電圧V20における0〔V〕のデューティ比は0%に近くなり、E/2+2ΔE〔V〕のデューティ比は100%に近くなる。ただし、一般的に、PWM制御においてはデューティ比の上限値および下限値があるため、信号波OS1が最大となる第3の周期P3においても、出力電圧V20における0〔V〕のデューティ比は完全に0%にはならない。ここでは、第3の周期P3において出力電圧V20の平均値はE/2〔V〕となる。 By the way, in the state T1, the fourth mode and the third mode are switched by the PWM signal. Therefore, as the signal wave OS1 rises, the duty ratio of the fourth mode becomes close to 0%. The mode duty ratio is close to 100%. In other words, the duty ratio of 0 [V] in the output voltage V20 is close to 0%, and the duty ratio of E / 2 + 2ΔE [V] is close to 100%. However, in general, since there is an upper limit value and a lower limit value of the duty ratio in PWM control, the duty ratio of 0 [V] in the output voltage V20 is completely in the third period P3 in which the signal wave OS1 is maximum. It will not be 0%. Here, the average value of the output voltage V20 is E / 2 [V] in the third period P3.
また、状態T2において、第2のモードと第1のモードとは、PWM信号により切り替えられるので、信号波OS1が低下するにつれて、第2のモードのデューティ比は100%に近くなり、第1のモードのデューティ比は0%に近くなる。言い換えれば、E/2−2ΔE〔V〕のデューティ比は100%に近くなり、出力電圧V20におけるE〔V〕のデューティ比は0%に近くなる。ただし、一般的に、PWM制御においてはデューティ比の上限値および下限値があるため、信号波OS1が最小となる第4の周期P4においても、出力電圧V20におけるE〔V〕のデューティ比は完全に0%にはならない。ここでは、第4の周期P4において出力電圧V20の平均値はE/2〔V〕となる。 In the state T2, since the second mode and the first mode are switched by the PWM signal, the duty ratio of the second mode approaches 100% as the signal wave OS1 decreases, and the first mode The mode duty ratio is close to 0%. In other words, the duty ratio of E / 2-2ΔE [V] is close to 100%, and the duty ratio of E [V] at the output voltage V20 is close to 0%. However, in general, since there is an upper limit value and a lower limit value of the duty ratio in the PWM control, the duty ratio of E [V] in the output voltage V20 is perfect even in the fourth period P4 where the signal wave OS1 is minimum. It will not be 0%. Here, the average value of the output voltage V20 is E / 2 [V] in the fourth period P4.
したがって、状態T1から状態T2へ移行する際(第3の周期P3および第4の周期P4)において、出力電圧V20の平均値はいずれもE/2〔V〕である。ここで、第3出力点105と第4出力点106との間に生じる出力電圧V10は、出力電圧V20の平均値に相当する。そのため、状態T1から状態T2へ移行する際(第3の周期P3および第4の周期P4)において、図11に示すように出力電圧V10は連続的に変化することになる。
Therefore, in the transition from the state T1 to the state T2 (the third period P3 and the fourth period P4), the average value of the output voltage V20 is E / 2 [V]. Here, the output voltage V10 generated between the
残りの状態T3〜T6についても同様に、本実施形態の電力変換装置1は、表2の判定条件に従い、キャリア波CW1と信号波OS1との比較結果、および充電指令または放電指令に応じて、維持モードと充電モードと放電モードとを切り替える。これにより、たとえば状態T2から状態T3へ移行する際においても、出力電圧V10は連続的に変化することになる。同様に、状態T4から状態T5へ移行する際、および状態T5から状態T6へ移行する際においても、出力電圧V10は連続的に変化することになる。
Similarly, in the remaining states T3 to T6, the
なお、上述のように、所定期間(キャリア波CW1の数周期分)に亘って放電モードまたは充電モードが続けて選択されることにより、厳密には、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2の電圧変動が生じることも考えられる。ただし、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2の容量、およびキャリア波CW1の周期の設定により、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2の電圧変動は、無視できる程度に抑制可能である。 Note that, as described above, the discharge mode or the charge mode is continuously selected for a predetermined period (several cycles of the carrier wave CW1), and strictly speaking, the voltages of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 Variations can also occur. However, voltage fluctuations of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 can be suppressed to a negligible level by setting the capacitances of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 and the period of the carrier wave CW1.
また、制御部6が充電指令および放電指令を予め決められたパターンで出力する所定期間は、図11の例のようにキャリア波CW1の6周期(第1〜6の周期P1〜P6)分の期間に限らない。所定期間は、少なくとも状態が移行する時点を跨ぐように設定された、キャリア波CW1の2周期分の期間(第3,4の周期P3,P4)であればよい。 Further, the predetermined period in which the control unit 6 outputs the charge command and the discharge command in a predetermined pattern is equivalent to six periods (first to sixth periods P1 to P6) of the carrier wave CW1 as in the example of FIG. It is not limited to the period. The predetermined period may be a period (third and fourth periods P3 and P4) corresponding to two periods of the carrier wave CW1, which is set so as to straddle at least the time when the state shifts.
ところで、規定値(2ΔE〔V〕)は、絶対値がキャパシタの電圧に比べて小さければよく、上述したように正の値(2ΔE>0)に限らず、負の値(2ΔE<0)であってもよい。規定値が負(マイナス)である場合においては、規定値が正(プラス)である場合とは異なり、基準電圧に充電された第1キャパシタC1と第2キャパシタC2との各々の両端電圧はE/4〔V〕よりも若干低くなる(E/4+ΔE〔V〕)。 By the way, the specified value (2ΔE [V]) is not limited to a positive value (2ΔE> 0) but a negative value (2ΔE <0) as long as the absolute value is smaller than the voltage of the capacitor. There may be. When the specified value is negative (minus), unlike the case where the specified value is positive (plus), the voltage across each of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 charged to the reference voltage is E It becomes slightly lower than / 4 [V] (E / 4 + ΔE [V]).
つまり、規定値が負の場合においては、出力電圧V20は、放電モードにおいて直流電源100の電圧の1/2よりも若干低く、充電モードにおいて直流電源100の電圧の1/2よりも若干高くなる。したがって、規定値が負の場合には、制御部6は、放電モードと充電モードとの関係を規定値が正の場合とは逆にすることにより、規定値が正の場合と同様の出力電圧V20(図11参照)が得られることになる。すなわち、規定値が負の場合、たとえば状態T1から状態T2へ移行する時点の前後の所定期間においては、制御部6は、状態T1には充電指令、状態T2には放電指令をそれぞれ出力する。
That is, when the specified value is negative, the output voltage V20 is slightly lower than ½ of the voltage of the
そのため、状態T1においては、キャリア波CW1の1周期(第1〜3の周期P1〜P3の各々)において、充電モード(第2のモード)と維持モード(第4のモード)とが、PWM信号により切り替えられることになる。これにより、状態T1の第1〜3の周期P1〜P3の各々において、第1出力点103と第2出力点104との間に発生する出力電圧V20は、0〔V〕(第4のモード)、E/2−2ΔE〔V〕(第2のモード)の順に切り替わる。一方、状態T2においては、キャリア波CW1の1周期(第4〜6の周期P4〜P6の各々)において、放電モード(第3のモード)と維持モード(第1のモード)とが、PWM信号により切り替えられることになる。これにより、状態T2の第4〜6の周期P4〜P6の各々において、第1出力点103と第2出力点104との間に発生する出力電圧V20は、E/2+2ΔE〔V〕(第3のモード)、E〔V〕(第1のモード)の順に切り替わる。
Therefore, in the state T1, in one cycle of the carrier wave CW1 (each of the first to third cycles P1 to P3), the charging mode (second mode) and the maintenance mode (fourth mode) are PWM signals. It will be switched by. Thus, in each of the first to third periods P1 to P3 of the state T1, the output voltage V20 generated between the
結果的に、規定値が負の場合でも、状態T1から状態T2へ移行する際において、出力電圧V20の平均値はいずれもE/2〔V〕となる。ここで、第3出力点105と第4出力点106との間に生じる出力電圧V10は、出力電圧V20の平均値に相当する。そのため、状態T1から状態T2へ移行する際において、出力電圧V10は連続的に変化することになる。
As a result, even when the specified value is negative, the average value of the output voltage V20 is E / 2 [V] when shifting from the state T1 to the state T2. Here, the output voltage V10 generated between the
<比較例>
以下に、本実施形態の効果を説明するために、直流電源100の電圧の1/2の大きさの目標電圧(E/2〔V〕)に、キャパシタの電圧を維持するように構成された比較例の電力変換装置について、図12を参照して説明する。比較例の電力変換装置は、キャパシタの電圧以外の構成および動作については本実施形態の電力変換装置1と共通であるため、以下では、本実施形態と同様の構成については共通の符号を付して適宜説明を省略する。
<Comparative example>
Hereinafter, in order to explain the effect of the present embodiment, the voltage of the capacitor is maintained at a target voltage (E / 2 [V]) that is ½ the voltage of the
比較例においては、基準電圧に充電された第1キャパシタC1と第2キャパシタC2との各々の両端電圧はE/4〔V〕である。 In the comparative example, the voltage across each of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 charged to the reference voltage is E / 4 [V].
図12は、状態T1から状態T2へ移行する時点の前後の所定期間における制御部6の動作を表している。ここで、所定期間は、状態T1から状態T2へ移行する時点を中心として、キャリア波CW1の6周期(第1〜6の周期P1〜P6)分の期間とする。 FIG. 12 shows the operation of the control unit 6 during a predetermined period before and after the transition from the state T1 to the state T2. Here, the predetermined period is a period corresponding to six periods (first to sixth periods P1 to P6) of the carrier wave CW1, centering on a time point when the state T1 is shifted to the state T2.
まず、状態T1の第1〜3の周期P1〜P3の各々においては、第1出力点103と第2出力点104との間に発生する出力電圧V20は、図12に示すように0〔V〕(第4のモード)、E/2〔V〕(第3のモード)の順に切り替わる。
First, in each of the first to third periods P1 to P3 of the state T1, the output voltage V20 generated between the
一方、状態T2の第4〜6の周期P4〜P6の各々において、第1出力点103と第2出力点104との間に発生する出力電圧V20は、図12に示すようにE/2〔V〕(第2のモード)、E〔V〕(第1のモード)の順に切り替わる。
On the other hand, in each of the fourth to sixth periods P4 to P6 of the state T2, the output voltage V20 generated between the
ところで、状態T1において、第4のモードと第3のモードとは、PWM信号により切り替えられるので、信号波OS1が上昇するにつれて、第4のモードのデューティ比は0%に近くなり、第3のモードのデューティ比は100%に近くなる。言い換えれば、出力電圧V20における0〔V〕のデューティ比は0%に近くなり、E/2〔V〕のデューティ比は100%に近くなる。ただし、一般的に、PWM制御においてはデューティ比の上限値および下限値があるため、信号波OS1が最大となる第3の周期P3においても、出力電圧V20における0〔V〕のデューティ比は完全に0%にはならない。そのため、第3の周期P3において出力電圧V20の平均値はE/2〔V〕にはならず、E/2〔V〕を下回る値(以下、「E/2−α〔V〕」とする)になる。 By the way, in the state T1, the fourth mode and the third mode are switched by the PWM signal. Therefore, as the signal wave OS1 rises, the duty ratio of the fourth mode becomes close to 0%. The mode duty ratio is close to 100%. In other words, the duty ratio of 0 [V] in the output voltage V20 is close to 0%, and the duty ratio of E / 2 [V] is close to 100%. However, in general, since there is an upper limit value and a lower limit value of the duty ratio in PWM control, the duty ratio of 0 [V] in the output voltage V20 is completely in the third period P3 in which the signal wave OS1 is maximum. It will not be 0%. Therefore, in the third period P3, the average value of the output voltage V20 does not become E / 2 [V], but is a value lower than E / 2 [V] (hereinafter referred to as “E / 2−α [V]”). )become.
また、状態T2において、第2のモードと第1のモードとは、PWM信号により切り替えられるので、信号波OS1が低下するにつれて、第2のモードのデューティ比は100%に近くなり、第1のモードのデューティ比は0%に近くなる。言い換えれば、E/2〔V〕のデューティ比は100%に近くなり、出力電圧V20におけるE〔V〕のデューティ比は0%に近くなる。ただし、一般的に、PWM制御においてはデューティ比の上限値および下限値があるため、信号波OS1が最小となる第4の周期P4においても、出力電圧V20におけるE〔V〕のデューティ比は完全に0%にはならない。そのため、第4の周期P4において出力電圧V20の平均値はE/2〔V〕にはならず、E/2〔V〕を上回る値(以下「E/2+α〔V〕」とする)となる。 In the state T2, since the second mode and the first mode are switched by the PWM signal, the duty ratio of the second mode approaches 100% as the signal wave OS1 decreases, and the first mode The mode duty ratio is close to 0%. In other words, the duty ratio of E / 2 [V] is close to 100%, and the duty ratio of E [V] at the output voltage V20 is close to 0%. However, in general, since there is an upper limit value and a lower limit value of the duty ratio in the PWM control, the duty ratio of E [V] in the output voltage V20 is perfect even in the fourth period P4 where the signal wave OS1 is minimum. It will not be 0%. Therefore, in the fourth period P4, the average value of the output voltage V20 does not become E / 2 [V], but becomes a value exceeding E / 2 [V] (hereinafter referred to as “E / 2 + α [V]”). .
したがって、状態T1から状態T2へ移行する際(第3の周期P3および第4の周期P4)において、出力電圧V20の平均値はE/2−α〔V〕とE/2+α〔V〕とで一致しない。ここで、第3出力点105と第4出力点106との間に生じる出力電圧V10は、出力電圧V20の平均値に相当する。そのため、状態T1から状態T2へ移行する際(第3の周期P3および第4の周期P4)において、図12に示すように出力電圧V10は不連続に変化し、段差を生じることになる。
Therefore, when the state T1 is shifted to the state T2 (the third period P3 and the fourth period P4), the average value of the output voltage V20 is E / 2−α [V] and E / 2 + α [V]. It does not match. Here, the output voltage V10 generated between the
<効果>
以上説明した本実施形態の電力変換装置1によれば、キャパシタの電圧に比べて絶対値の小さな規定値を、直流電源100の電圧の1/2の大きさに加えた目標電圧に、キャパシタの電圧を維持する。すなわち、この電力変換装置1では、キャパシタの電圧は、直流電源100の電圧の1/2の大きさに維持されるのではなく、直流電源100の電圧の1/2の大きさよりも若干(規定値分だけ)高い(あるいは低い)目標電圧に維持される。これにより、規定値が正であれば、上述したように第1出力点103と第2出力点104との間に生じる出力電圧V20は、放電モードにおいて直流電源100の電圧の1/2よりも若干高く、充電モードにおいて直流電源100の電圧の1/2よりも若干低くなる。また、規定値が負であれば、出力電圧V20は、放電モードにおいて直流電源100の電圧の1/2よりも若干低く、充電モードにおいて直流電源100の電圧の1/2よりも若干高くなる。したがって、電力変換装置1は、複数のモードをPWM信号にて切り替えることにより正弦波状の交流出力を実現する場合において、デューティ比の上限値および下限値があっても、出力の不連続の発生を抑えることができる、という利点がある。
<Effect>
According to the
すなわち、「比較例」の欄で説明したように、電力変換装置1は、直流電源100の電圧の1/2の大きさの目標電圧にキャパシタの電圧を維持する場合、たとえば状態T1から状態T2へ移行する際において、出力電圧V10は不連続に変化し段差を生じる。これに対して、本実施形態の電力変換装置1は、キャパシタの電圧を、直流電源100の電圧の1/2の大きさよりも若干高い(あるいは低い)目標電圧に維持するので、たとえば状態T1から状態T2へ移行する際の出力電圧V20の平均値を同値とできる。したがって、本実施形態の電力変換装置1は、たとえば状態T1から状態T2へ移行する際において、出力電圧V10は連続的に変化することになり、出力電圧V10に段差が生じ難くなる。
That is, as described in the “Comparative Example” column, the
言い換えれば、本実施形態の電力変換装置1は、出力電圧V20を、放電モードでは直流電源100の電圧の1/2よりも若干高く、充電モードでは直流電源100の電圧の1/2よりも若干低くしたことで、維持モードのデューティ比の下限値を大きくできる。つまり、電力変換装置1は、維持モードのデューティ比を0%に限りなく近づけることなく、出力電圧V20の平均値を直流電源100の電圧の1/2に調節できるので、維持モードのデューティ比の下限値を大きくして、PWM制御の精度を向上できる。
In other words, in the
なお、状態T3から状態T4へ移行する時点、および状態T6から状態T1へ移行する時点のように、出力電圧V10のゼロクロス点においては、そもそも出力電流がゼロであるので、出力電圧V10に生じる不連続は問題とならない。そのため、本実施形態の電力変換装置1は、状態T1から状態T2へ移行する時点のように、出力電圧V10のゼロクロス点以外であって、状態が移行する時点において出力電圧V10の不連続を抑制する。
It should be noted that since the output current is zero at the zero cross point of the output voltage V10 at the time of transition from the state T3 to the state T4 and the time of transition from the state T6 to the state T1, there is a problem that occurs in the output voltage V10. Continuity does not matter. For this reason, the
また、電力変換装置1は、本実施形態のように、変換回路10が、第1変換回路11および第2変換回路12と、第1の双方向スイッチ13および第2の双方向スイッチ14とを備えていることが好ましい。この電力変換装置1は、直流電源100の両端間に並列接続された第1変換回路11および第2変換回路12を有し、第1変換回路11と第2変換回路12との間を第1の双方向スイッチ13および第2の双方向スイッチ14で接続している。ここで、第1変換回路11は、4つのスイッチング素子(第1〜4のスイッチング素子Q1〜Q4)および1つのキャパシタ(第1キャパシタC1)を有している。同様に、第2変換回路12は、4つのスイッチング素子(第5〜8のスイッチング素子Q5〜Q8)および1つのキャパシタ(第2キャパシタC2)を有している。
Further, in the
この構成において、直流電源100から電力変換装置1に入力される電流は、10個のスイッチング素子(第1〜8のスイッチング素子Q1〜Q8および第1,2の双方向スイッチ13,14)のうち多くても4個の素子を通過するだけである。したがって、この電力変換装置1では、スイッチング素子の導通損失(ロス)の和が比較的小さく、電力変換効率のさらなる向上を図ることができる、という利点がある。
In this configuration, the current input from the
さらに、電力変換装置1は、一般的に、導通損失が大きくなるほど発熱量が増えるため大型の放熱装置(ヒートシンクやファン等の空冷装置)が必要になる。本実施形態の電力変換装置1は、導通損失を小さく抑えることで放熱装置の小型化も期待できる。
Further, the
また、特許文献1に記載の構成と比較すると、本実施形態の電力変換装置1は、分圧用のキャパシタが必要ない分だけ、装置全体の小型化を図ることができるという利点もある。すなわち、特許文献1に記載の電力変換装置は、2個の直流キャパシタの直列回路に直流電圧Eを印加することで、直流電圧EをE/2ずつに分圧しているので、2個の直流キャパシタは必須の構成である。これに対して、本実施形態の電力変換装置1は、分圧用のキャパシタが必要ないので、その分、装置全体の小型化を図ることが可能である。
Compared with the configuration described in
また、制御部6は、本実施形態のように、第1状態(状態T1,T3,T4,T6)には、出力電圧V20がゼロとなる維持モードと、充電モードまたは放電モードとをPWM信号にて切り替えることが好ましい。この場合、制御部6は、第2状態(状態T2,T5)には、出力電圧V20の絶対値が直流電源100の電圧と同じになる維持モードと、充電モードまたは放電モードとをPWM信号にて切り替えることが好ましい。ここで、第1状態(状態T1,T3,T4,T6)は、出力電圧V20の平均値の絶対値を、ゼロから直流電源100の電圧の1/2の大きさの範囲内で変化させる状態である。第2状態(状態T2,T5)は、出力電圧V20の平均値の絶対値を、直流電源100の電圧の1/2の大きさから直流電源100の電圧の範囲内で変化させる状態である。
In addition, as in the present embodiment, the control unit 6 uses the PWM signal in the first state (states T1, T3, T4, and T6) to specify the maintenance mode in which the output voltage V20 is zero and the charge mode or discharge mode. It is preferable to switch at. In this case, in the second state (states T2 and T5), the control unit 6 uses the PWM signal as the sustain mode in which the absolute value of the output voltage V20 is the same as the voltage of the
この構成によれば、制御部6は、PWM信号を用いたPWM制御を行うに当たり、上述したように維持モードのデューティ比の下限値を大きくして、PWM制御の精度を向上できる、という利点がある。 According to this configuration, when performing the PWM control using the PWM signal, the control unit 6 has an advantage that the lower limit value of the duty ratio in the maintenance mode can be increased as described above to improve the accuracy of the PWM control. is there.
また、本実施形態に係るパワーコンディショナ20によれば、解列器9を開放(解列)することにより、第1変換回路11および第2変換回路12と系統電源7との間を電気的に切り離すことができる。したがって、パワーコンディショナ20は、定常時、系統連系運転を行い、系統電源7の停電等の異常時には、解列器9を開放し、系統電源7から解列された状態で交流電力を出力する自立運転を行うことができる。
Further, according to the
また、本実施形態のように、第1の双方向スイッチ13の動作状態は、第2接続点202から第1接続点201へ流れる電流を遮断し、且つ第1接続点201から第2接続点202へ流れる電流を通過させる半オン状態をさらに含んでいることが好ましい。この場合、第2の双方向スイッチ14の動作状態は、第3接続点203から第4接続点204へ流れる電流を遮断し、且つ第4接続点204から第3接続点203へ流れる電流を通過させる半オン状態をさらに含んでいることが好ましい。
Further, as in the present embodiment, the operating state of the first
この構成によれば、第7,8のモードのように、第1接続点201から第2接続点202へ流れる電流を遮断する必要がないモードにおいては、第1の双方向スイッチ13は半オン状態でよい。したがって、制御部6は、第5〜7のモード、あるいは第6〜8のモードを切り替える動作を繰り返す期間(状態T4〜T6)においては、第10のスイッチング素子Q10をオンし続けることができる。つまり、第5,6のモードでは第1の双方向スイッチ13は全オン状態であるので、第7,8のモードに切り替わる度に第10のスイッチング素子Q10がオフすると、第10のスイッチング素子Q10でスイッチングロスが生じる可能性がある。本実施形態の電力変換装置1は、第5〜7のモード、あるいは第6〜8のモードが切り替わる際に、第10のスイッチング素子Q10がオンし続けることで、第1の双方向スイッチ13で生じるスイッチングロスを低減できる。
According to this configuration, the first
同様に、第1,2のモードのように、第4接続点204から第3接続点203へ流れる電流を遮断する必要がないモードにおいては、第2の双方向スイッチ14は半オン状態でよい。したがって、本実施形態の電力変換装置1は、第1〜3のモード、あるいは第2〜4のモードが切り替わる際に、第12のスイッチング素子Q12がオンし続けることで、第2の双方向スイッチ14で生じるスイッチングロスを低減できる。
Similarly, in the mode in which the current flowing from the
さらに、制御部6は、第1の双方向スイッチ13に電流が流れている状態で第1の双方向スイッチ13を半オン状態から全オン状態に移行するようにすれば、第1の双方向スイッチ13で生じるスイッチングロスを一層低減できる。すなわち、たとえば第7のモードから第6のモードへの切り替え時、制御部6は、第9のダイオードD9がオンしている状態で第9のスイッチング素子Q9をオンすることで、第9のスイッチング素子Q9のゼロボルトスイッチングを実現できる。同様に、制御部6は、第2の双方向スイッチ14に電流が流れている状態で第2の双方向スイッチ14を半オン状態から全オン状態に移行するようにすれば、第2の双方向スイッチ14で生じるスイッチングロスを一層低減できる。
Further, if the control unit 6 shifts the first
なお、電力変換装置1は、上述したように変換回路10が第1変換回路11および第2変換回路12と、第1の双方向スイッチ13および第2の双方向スイッチ14とを備えた構成に限らず、適宜変更可能である。スイッチング素子の数についても、第1〜12のスイッチング素子Q1〜Q12の12個に限らず、適宜変更可能である。
In the
また、第1〜8のスイッチング素子Q1〜Q8、および第9〜12のスイッチング素子Q9〜Q12としては、デプレッション型のnチャネルMOSFETに限らず、その他の半導体スイッチが用いられていてもよい。たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)や、GaN(窒化ガリウム)などのワイドバンドギャップの半導体材料を用いたパワー半導体デバイスが用いられる。 The first to eighth switching elements Q1 to Q8 and the ninth to twelfth switching elements Q9 to Q12 are not limited to depletion type n-channel MOSFETs, and other semiconductor switches may be used. For example, a power semiconductor device using a wide band gap semiconductor material such as IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or GaN (gallium nitride) is used.
また、双方向スイッチ(第1の双方向スイッチ13および第2の双方向スイッチ14のそれぞれ)の具体的な構成についても、上述した構成に限らない。双方向スイッチは、たとえばGaN(窒化ガリウム)などのワイドバンドギャップの半導体材料を用いたダブルゲート(デュアルゲート)構造の双方向スイッチであってもよい。
Also, the specific configuration of the bidirectional switch (each of the first
(実施形態2)
本実施形態の電力変換装置1は、図13に示すような信号波OS1を用いてPWM信号を生成し、維持モードと、充電モードまたは放電モードとを切り替える点で、実施形態1の電力変換装置1と相違する。本実施形態の電力変換装置1の回路構成は、実施形態1の電力変換装置1と共通であるので、以下、実施形態1と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
(Embodiment 2)
The
すなわち、実施形態1では、制御部6は、図10に示すような信号波OS1を用いることで、表2に示すように、状態T1〜T6によって、維持モードと充電モードと放電モードとの中から適用するモードを選択するための判定条件が異なることがある。たとえば充電モードが選択される条件は、状態T1では比較信号Sj1が「L」で指令信号Scd1が「H」であるのに対し、状態T2では比較信号Sj1が「H」で指令信号Scd1が「H」であり、状態T1と状態T2とでは判定条件は異なることになる。 That is, in the first embodiment, the control unit 6 uses the signal wave OS1 as shown in FIG. 10, and as shown in Table 2, depending on the states T1 to T6, the control unit 6 is in the sustain mode, the charge mode, and the discharge mode. The determination conditions for selecting the mode to be applied may differ. For example, the condition for selecting the charging mode is that the comparison signal Sj1 is “L” and the command signal Scd1 is “H” in the state T1, whereas the comparison signal Sj1 is “H” and the command signal Scd1 is “H” in the state T2. H ”, and the determination condition is different between the state T1 and the state T2.
そこで、本実施形態では、図13に示すように、信号波OS1の形状を工夫することにより、状態T1〜T6によらずに維持モードと充電モードと放電モードとを選択するための判定条件を一律としている。図13は、横軸を時間軸、縦軸を電圧として、信号波OS1(太線で示す)と、キャリア波CW1との関係を示している。なお、図13では、信号波OS1の1周期中にキャリア波CW1が20周期しか含まれていないが、この構成に限る趣旨ではない。実際には、信号波OS1の1周期中にキャリア波CW1が数十〜数百周期程度、含まれていてもよい。キャリア波CW1の周波数は、たとえば16kHz程度である。 Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 13, by devising the shape of the signal wave OS1, the determination conditions for selecting the maintenance mode, the charging mode, and the discharging mode are set regardless of the states T1 to T6. It is uniform. FIG. 13 shows the relationship between the signal wave OS1 (indicated by a thick line) and the carrier wave CW1, with the horizontal axis representing the time axis and the vertical axis representing the voltage. In FIG. 13, only 20 periods of the carrier wave CW1 are included in one period of the signal wave OS1, but the present invention is not limited to this configuration. Actually, the carrier wave CW1 may be included in several tens to several hundreds of periods in one period of the signal wave OS1. The frequency of the carrier wave CW1 is, for example, about 16 kHz.
図13の例では、キャリア波CW1は0〔V〕を最小値、E/2〔V〕を最大値として、0〔V〕〜E/2〔V〕の間で周期的に振動する三角波である。このキャリア波CW1は、単位時間当たりの電圧変化率が上昇時と下降時とで等しい三角波である。ただし、図13に示すキャリア波CW1は一例に過ぎず、キャリア波CW1は、単位時間当たりの電圧変化率が上昇時と下降時とで異なっていてもよく、たとえばのこぎり波であってもよい。 In the example of FIG. 13, the carrier wave CW1 is a triangular wave that oscillates periodically between 0 [V] and E / 2 [V], with 0 [V] as the minimum value and E / 2 [V] as the maximum value. is there. This carrier wave CW1 is a triangular wave whose voltage change rate per unit time is the same when rising and falling. However, the carrier wave CW1 shown in FIG. 13 is merely an example, and the carrier wave CW1 may be different when the voltage change rate per unit time is rising or falling, and may be, for example, a sawtooth wave.
本実施形態では、信号波OS1は、図13に示すように、系統電源7と同じ正弦波(図中に破線で示す)に基づきながらも、状態T1〜T6に応じて当該正弦波を適宜シフト並びに反転させた形状の波形である。つまり、図13の信号波OS1は、キャリア波CW1の最小値である0〔V〕と最大値であるE/2〔V〕との間に収まるように、元の正弦波がE/2〔V〕を超える状態T2では、元の正弦波をE/2〔V〕を中心に反転した波形となる。言い換えれば、状態T2における信号波OS1は、0〔V〕を中心にして元の正弦波の正・負を反転し、且つE〔V〕だけ正(プラス)の向きにシフトした波形となる。また、この信号波OS1は、元の正弦波が0〔V〕〜−E/2〔V〕の範囲で変動する状態T4,T6では、0〔V〕を中心にして元の正弦波の正・負を反転した波形となる。さらに、この信号波OS1は、元の正弦波が−E2〔V〕〜−E〔V〕の範囲で変動する状態T5では、0〔V〕を中心にして元の正弦波の正・負を反転し、且つE/2〔V〕を中心に反転した波形となる。言い換えれば、状態T5における信号波OS1は、元の正弦波をE〔V〕だけ正(プラス)の向きにシフトした波形となる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 13, the signal wave OS1 is based on the same sine wave as that of the system power supply 7 (indicated by a broken line in the figure), but the sine wave is appropriately shifted according to the states T1 to T6. In addition, the waveform is inverted. That is, the original sine wave is E / 2 [, so that the signal wave OS1 in FIG. 13 falls between 0 [V] which is the minimum value of the carrier wave CW1 and E / 2 [V] which is the maximum value. In the state T2 exceeding V], the waveform is obtained by inverting the original sine wave around E / 2 [V]. In other words, the signal wave OS1 in the state T2 has a waveform obtained by inverting the positive / negative of the original sine wave around 0 [V] and shifting it in the positive (plus) direction by E [V]. The signal wave OS1 is a positive signal of the original sine wave centered on 0 [V] in the states T4 and T6 where the original sine wave fluctuates in the range of 0 [V] to -E / 2 [V]. • The waveform is inverted from negative. Furthermore, this signal wave OS1 is positive or negative with respect to the original sine wave centered on 0 [V] in the state T5 where the original sine wave fluctuates in the range of -E2 [V] to -E [V]. The waveform is inverted and inverted about E / 2 [V]. In other words, the signal wave OS1 in the state T5 has a waveform obtained by shifting the original sine wave in the positive (plus) direction by E [V].
以下では、キャリア波CW1と信号波OS1との比較結果を比較信号Sj1として説明する。比較信号Sj1は、信号波OS1がキャリア波CW1以下(OS1≦CW1)の期間に「H」になる信号である。さらに、制御部6は、充電指令を出力する期間に「H」となり、放電指令を出力する期間に「L」となる指令信号Scd1を出力すると仮定する。 Hereinafter, a comparison result between the carrier wave CW1 and the signal wave OS1 will be described as a comparison signal Sj1. The comparison signal Sj1 is a signal that becomes “H” during a period in which the signal wave OS1 is equal to or lower than the carrier wave CW1 (OS1 ≦ CW1). Further, it is assumed that the control unit 6 outputs a command signal Scd1 that becomes “H” during the period for outputting the charge command and becomes “L” during the period for outputting the discharge command.
図13に示す信号波OS1を用いることで、本実施形態の制御部6は、表3に示す判定条件に従って、状態T1〜T6に関係なく、比較信号Sj1および指令信号Scd1に応じて、維持モードと充電モードと放電モードとのいずれかのモードを選択する。 By using the signal wave OS1 shown in FIG. 13, the control unit 6 of the present embodiment follows the determination conditions shown in Table 3 according to the comparison signal Sj1 and the command signal Scd1 regardless of the states T1 to T6. And any one of the charge mode and the discharge mode is selected.
表3に示す判定条件に従った制御部6の動作について、図14を参照してさらに詳しく説明する。以下では、制御部6は、変換回路10が充電モードで動作する期間に「H」となる充電信号Sc1、および変換回路10が放電モードで動作する期間に「H」となる放電信号Sd1を出力すると仮定する。なお、図14の例では、キャリア波CW1が最小値(0〔V〕)から最大値(E/2〔V〕)へ変化し再び最小値(0〔V〕)へ変化するまでの期間を、キャリア波CW1の1周期(第1〜6の周期P1〜P6の各々)としている。制御部6は、キャリア波CW1の第1〜6の周期P1〜P6の各々において、充電指令と放電指令とのいずれか一方を出力する。
The operation of the control unit 6 according to the determination conditions shown in Table 3 will be described in more detail with reference to FIG. Hereinafter, the control unit 6 outputs a charge signal Sc1 that is “H” during the period in which the
図14は、状態T1から状態T2へ移行する時点の前後の所定期間における制御部6の動作を表している。ここで、所定期間は、状態T1から状態T2へ移行する時点を中心として、キャリア波CW1の6周期(第1〜6の周期P1〜P6)分の期間とする。 FIG. 14 shows the operation of the control unit 6 during a predetermined period before and after the time point when the state T1 is shifted to the state T2. Here, the predetermined period is a period corresponding to six periods (first to sixth periods P1 to P6) of the carrier wave CW1, centering on a time point when the state T1 is shifted to the state T2.
制御部6は、図14に示すように、状態T1,T2に関係なく、信号波OS1がキャリア波CW1を超える(OS1>CW1)期間(比較信号Sj1が「L」の期間)に、充電モードまたは放電モードを選択する。信号波OS1がキャリア波CW1以下の期間(比較信号Sj1が「H」の期間)には、制御部6は、維持モードを選択する。そして、制御部6は、信号波OS1がキャリア波CW1を超える期間のうち、充電指令が出力されている期間(指令信号Scd1が「H」の期間)には、充電モードを選択し充電信号Sc1を「H」にする。制御部6は、信号波OS1がキャリア波CW1を超える期間のうち、放電指令が出力されている期間(指令信号Scd1が「L」の期間)には、放電モードを選択し放電信号Sd1を「H」にする。 As shown in FIG. 14, the control unit 6 performs the charge mode during the period (OS1> CW1) in which the signal wave OS1 exceeds the carrier wave CW1 (period in which the comparison signal Sj1 is “L”) regardless of the states T1 and T2. Or, select the discharge mode. During a period in which the signal wave OS1 is equal to or lower than the carrier wave CW1 (a period in which the comparison signal Sj1 is “H”), the control unit 6 selects the maintenance mode. Then, the control unit 6 selects the charging mode during the period in which the charge command is output (the period in which the command signal Scd1 is “H”) among the periods in which the signal wave OS1 exceeds the carrier wave CW1, and the charge signal Sc1. Set to “H”. The control unit 6 selects the discharge mode during the period in which the discharge command is output (the period in which the command signal Scd1 is “L”) among the periods in which the signal wave OS1 exceeds the carrier wave CW1, and sets the discharge signal Sd1 to “ H ”.
ここで、状態T1から状態T2へ移行する時点の前後の所定期間(第1〜6の周期P1〜P6)においては、制御部6は、状態T1には放電指令、状態T2には充電指令をそれぞれ出力する。 Here, in a predetermined period (first to sixth cycles P1 to P6) before and after the transition from the state T1 to the state T2, the control unit 6 issues a discharge command to the state T1 and a charge command to the state T2. Output each.
そのため、状態T1に当たるキャリア波CW1の第1〜3の周期P1〜P3に亘っては、放電指令が出力されている(指令信号Scd1が「L」)。これにより、電力変換装置1は、状態T1においては、図14に示すようにキャリア波CW1の1周期(第1〜3の周期P1〜P3の各々)において、放電モードと維持モードとが、PWM信号により切り替えられることになる。ここで、状態T1における充電モードは第2のモード、放電モードは第3のモード、維持モードは第4のモードである。したがって、第1〜3の周期P1〜P3の各々において、制御部6は、第2〜4のモードを、第3のモード、第4のモード、第3のモードの順に切り替えることになる。
Therefore, the discharge command is output (command signal Scd1 is “L”) over the first to third cycles P1 to P3 of the carrier wave CW1 corresponding to the state T1. As a result, in the state T1, the
一方、状態T2に当たるキャリア波CW1の第4〜6の周期P4〜P6に亘っては、充電指令が出力されている(指令信号Scd1が「H」)。これにより、電力変換装置1は、状態T2においては、図14に示すようにキャリア波CW1の1周期(第4〜6の周期P4〜P6の各々)において、充電モードと維持モードとが、PWM信号により切り替えられることになる。ここで、状態T2における充電モードは第2のモード、放電モードは第3のモード、維持モードは第1のモードである。したがって、第4〜6の周期P4〜P6の各々において、制御部6は、第1〜3のモードを、第2のモード、第1のモード、第2のモードの順に切り替えることになる。
On the other hand, the charge command is output (command signal Scd1 is “H”) over the fourth to sixth periods P4 to P6 of the carrier wave CW1 corresponding to the state T2. As a result, in the state T2, the
その結果、状態T1の第1〜3の周期P1〜P3の各々において、出力電圧V20は、図14に示すようにE/2+2ΔE〔V〕(第3のモード)、0〔V〕(第4のモード)、E/2+2ΔE〔V〕(第3のモード)の順に切り替わる。一方、状態T2の第4〜6の周期P4〜P6の各々においては、出力電圧V20は、図14に示すようにE/2−2ΔE〔V〕(第2のモード)、E〔V〕(第1のモード)、E/2−2ΔE〔V〕(第2のモード)の順に切り替わる。 As a result, in each of the first to third periods P1 to P3 of the state T1, the output voltage V20 is E / 2 + 2ΔE [V] (third mode), 0 [V] (fourth) as shown in FIG. Mode) and E / 2 + 2ΔE [V] (third mode). On the other hand, in each of the fourth to sixth periods P4 to P6 of the state T2, the output voltage V20 is E / 2−2ΔE [V] (second mode), E [V] ( The first mode is switched in the order of E / 2-2ΔE [V] (second mode).
ところで、状態T1において、第4のモードと第3のモードとは、PWM信号により切り替えられるので、信号波OS1が上昇するにつれて、第4のモードのデューティ比は0%に近くなり、第3のモードのデューティ比は100%に近くなる。言い換えれば、出力電圧V20における0〔V〕のデューティ比は0%に近くなり、E/2+2ΔE〔V〕のデューティ比は100%に近くなる。ただし、一般的に、PWM制御においてはデューティ比の上限値および下限値があるため、信号波OS1が最大となる第3の周期P3においても、出力電圧V20における0〔V〕のデューティ比は完全に0%にはならない。ここでは、第3の周期P3において出力電圧V20の平均値はE/2〔V〕となる。 By the way, in the state T1, the fourth mode and the third mode are switched by the PWM signal. Therefore, as the signal wave OS1 rises, the duty ratio of the fourth mode becomes close to 0%. The mode duty ratio is close to 100%. In other words, the duty ratio of 0 [V] in the output voltage V20 is close to 0%, and the duty ratio of E / 2 + 2ΔE [V] is close to 100%. However, in general, since there is an upper limit value and a lower limit value of the duty ratio in PWM control, the duty ratio of 0 [V] in the output voltage V20 is completely in the third period P3 in which the signal wave OS1 is maximum. It will not be 0%. Here, the average value of the output voltage V20 is E / 2 [V] in the third period P3.
また、状態T2において、第2のモードと第1のモードとは、PWM信号により切り替えられるので、信号波OS1が上昇するにつれて、第2のモードのデューティ比は100%に近くなり、第1のモードのデューティ比は0%に近くなる。言い換えれば、E/2−2ΔE〔V〕のデューティ比は100%に近くなり、出力電圧V20におけるE〔V〕のデューティ比は0%に近くなる。ただし、一般的に、PWM制御においてはデューティ比の上限値および下限値があるため、信号波OS1が最大となる第4の周期P4においても、出力電圧V20におけるE〔V〕のデューティ比は完全に0%にはならない。ここでは、第4の周期P4において出力電圧V20の平均値はE/2〔V〕となる。 In the state T2, since the second mode and the first mode are switched by the PWM signal, the duty ratio of the second mode becomes close to 100% as the signal wave OS1 rises. The mode duty ratio is close to 0%. In other words, the duty ratio of E / 2-2ΔE [V] is close to 100%, and the duty ratio of E [V] at the output voltage V20 is close to 0%. However, in general, since there is an upper limit value and a lower limit value of the duty ratio in PWM control, the duty ratio of E [V] in the output voltage V20 is perfect even in the fourth period P4 where the signal wave OS1 is maximum. It will not be 0%. Here, the average value of the output voltage V20 is E / 2 [V] in the fourth period P4.
したがって、本実施形態の電力変換装置1であっても、実施形態1と同様に、状態T1から状態T2へ移行する際(第3の周期P3および第4の周期P4)において、出力電圧V20の平均値はいずれもE/2〔V〕である。ここで、第3出力点105と第4出力点106との間に生じる出力電圧V10は、出力電圧V20の平均値に相当する。そのため、状態T1から状態T2へ移行する際(第3の周期P3および第4の周期P4)において、図14に示すように出力電圧V10は連続的に変化することになる。
Therefore, even in the
残りの状態T3〜T6についても同様に、本実施形態の電力変換装置1は、表3の判定条件に従い、キャリア波CW1と信号波OS1との比較結果、および充電指令または放電指令に応じて、維持モードと充電モードと放電モードとを切り替える。これにより、たとえば状態T2から状態T3へ移行する際においても、出力電圧V10は連続的に変化することになる。同様に、状態T4から状態T5へ移行する際、および状態T5から状態T6へ移行する際においても、出力電圧V10は連続的に変化することになる。
Similarly, in the remaining states T3 to T6, the
以上説明した本実施形態の構成によれば、信号波OS1の形状を工夫することにより、状態T1〜T6に関係なく、維持モードと充電モードと放電モードとを選択するための判定条件を一律に揃えることができる。すなわち、図13に示すように系統電源7と同じ正弦波に基づきながらも、当該正弦波そのものではなく、状態T1〜T6に応じて当該正弦波を適宜シフト並びに反転させた形状の信号波OS1を用いることで、電力変換装置1は判定条件を簡略化できる。その結果、電力変換装置1は、維持モードと充電モードと放電モードとを選択するための判定に係る処理を簡略化できるという利点がある。
According to the configuration of the present embodiment described above, the determination conditions for selecting the sustain mode, the charge mode, and the discharge mode are uniformly set regardless of the states T1 to T6 by devising the shape of the signal wave OS1. Can be aligned. That is, as shown in FIG. 13, while based on the same sine wave as that of the
なお、電力変換装置1は、図13に示すような信号波OS1を用いることで、状態T1〜T6によらず、充電指令と放電指令とを切り替えるタイミングを一律でキャリア波CW1の極小点(E/2〔V〕)に揃えることができる。
In addition, the
その他の構成および機能は実施形態1と同様である。 Other configurations and functions are the same as those of the first embodiment.
1 電力変換装置
11 第1変換回路
12 第2変換回路
13 第1の双方向スイッチ
14 第2の双方向スイッチ
21 第1検出部
22 第2検出部
6 制御部
7 系統電源
9 解列器
20 パワーコンディショナ
100 直流電源
101 第1入力点
102 第2入力点
103 第1出力点
104 第2出力点
201 第1接続点
202 第2接続点
203 第3接続点
204 第4接続点
C1 第1キャパシタ
C2 第2キャパシタ
Q1〜Q8 第1〜8のスイッチング素子
V1 第1キャパシタの電圧
V2 第2キャパシタの電圧
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記複数のスイッチを制御することにより、第1出力点および第2出力点に対する前記直流電源および前記キャパシタの接続状態が異なる複数のモードを切り替えて、前記第1出力点と前記第2出力点との間に生じる出力電圧の大きさを複数段階に変化させる制御部とを備え、
前記複数のモードは、前記キャパシタに電流が流れず前記出力電圧の絶対値がゼロまたは前記直流電源の電圧と同じになる維持モードと、電流を前記キャパシタに流すことにより前記出力電圧の絶対値が前記直流電源の電圧から前記キャパシタの電圧を減算した大きさになる充電モードと、前記充電モードとは反対向きの電流を前記キャパシタに流すことにより前記出力電圧の絶対値が前記キャパシタの電圧と同じになる放電モードとに分類され、
前記制御部は、前記キャパシタの電圧に比べて絶対値の小さな規定値を、前記直流電源の電圧の1/2の大きさに加えた目標電圧に、前記キャパシタの電圧を維持するように、前記維持モードと、前記充電モードまたは前記放電モードとを切り替える
ことを特徴とする電力変換装置。 A conversion circuit including a plurality of switches and capacitors and electrically connected between a first input point on the high potential side of the DC power supply and a second input point on the low potential side of the DC power supply;
By controlling the plurality of switches, a plurality of modes having different connection states of the DC power supply and the capacitor with respect to the first output point and the second output point are switched, and the first output point and the second output point are A control unit that changes the magnitude of the output voltage generated between
The plurality of modes are a sustain mode in which no current flows through the capacitor and the absolute value of the output voltage is zero or the same as the voltage of the DC power supply, and the absolute value of the output voltage is reduced by flowing current through the capacitor. A charging mode in which the voltage of the capacitor is subtracted from the voltage of the DC power supply, and an absolute value of the output voltage is the same as the voltage of the capacitor by flowing a current in the opposite direction to the charging mode to the capacitor. Are classified as discharge modes,
The control unit maintains the voltage of the capacitor at a target voltage obtained by adding a specified value having a small absolute value compared to the voltage of the capacitor to a half of the voltage of the DC power supply. A power conversion device that switches between a maintenance mode and the charge mode or the discharge mode.
前記第1変換回路は、前記第1入力点と前記第2入力点との間において、前記第1入力点側から第1のスイッチング素子、第2のスイッチング素子、第3のスイッチング素子、第4のスイッチング素子の順で、電気的に直列に接続された第1〜4のスイッチング素子と、前記第2のスイッチング素子および前記第3のスイッチング素子の直列回路と電気的に並列に接続された第1キャパシタとを有しており、前記第2のスイッチング素子と前記第3のスイッチング素子との接続点を前記第1出力点とし、
前記第2変換回路は、前記第1入力点と前記第2入力点との間において、前記第1入力点側から第5のスイッチング素子、第6のスイッチング素子、第7のスイッチング素子、第8のスイッチング素子の順で、電気的に直列に接続された第5〜8のスイッチング素子と、前記第6のスイッチング素子および前記第7のスイッチング素子の直列回路と電気的に並列に接続された第2キャパシタとを有しており、前記第6のスイッチング素子と前記第7のスイッチング素子との接続点を前記第2出力点とし、
前記第1の双方向スイッチは、前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子の接続点である第1接続点と前記第7のスイッチング素子および前記第8のスイッチング素子の接続点である第2接続点との間に接続され、
前記第2の双方向スイッチは、前記第3のスイッチング素子および前記第4のスイッチング素子の接続点である第3接続点と前記第5のスイッチング素子および前記第6のスイッチング素子の接続点である第4接続点との間に接続され、
前記複数のスイッチは、前記第1〜8のスイッチング素子と前記第1の双方向スイッチと前記第2の双方向スイッチとで構成されており、
前記キャパシタは、前記第1キャパシタと前記第2キャパシタとで構成されており、
前記制御部は、前記第1キャパシタの電圧と前記第2キャパシタの電圧との和を、前記目標電圧に維持する
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 The conversion circuit includes a first conversion circuit and a second conversion circuit electrically connected in parallel between the first input point and the second input point, and the first conversion circuit and the second conversion circuit. A first bidirectional switch and a second bidirectional switch electrically connected to each other,
The first conversion circuit includes a first switching element, a second switching element, a third switching element, a fourth switching element from the first input point side between the first input point and the second input point. First to fourth switching elements electrically connected in series in the order of the switching elements, and a second circuit electrically connected in parallel to the series circuit of the second switching element and the third switching element. 1 capacitor, and a connection point between the second switching element and the third switching element is the first output point,
The second conversion circuit includes a fifth switching element, a sixth switching element, a seventh switching element, an eighth switching element from the first input point side between the first input point and the second input point. In the order of the switching elements, the fifth to eighth switching elements electrically connected in series, and the sixth switching element and the seventh switching element connected in parallel with the series circuit. 2 capacitor, and the connection point between the sixth switching element and the seventh switching element is the second output point,
The first bidirectional switch is a connection point between the first switching element and the second switching element, and a connection point between the seventh switching element and the eighth switching element. Connected to the second connection point,
The second bidirectional switch is a connection point between the third switching element and the fourth switching element, and a connection point between the fifth switching element and the sixth switching element. Connected to the fourth connection point,
The plurality of switches includes the first to eighth switching elements, the first bidirectional switch, and the second bidirectional switch,
The capacitor is composed of the first capacitor and the second capacitor,
The power control device according to claim 1, wherein the control unit maintains a sum of a voltage of the first capacitor and a voltage of the second capacitor at the target voltage.
前記出力電圧の平均値の絶対値を、ゼロから前記直流電源の電圧の1/2の大きさの範囲内で変化させる第1状態には、前記出力電圧がゼロとなる前記維持モードと、前記充電モードまたは前記放電モードとをPWM信号にて切り替え、
前記出力電圧の平均値の絶対値を、前記直流電源の電圧の1/2の大きさから前記直流電源の電圧の範囲内で変化させる第2状態には、前記出力電圧の絶対値が前記直流電源の電圧と同じになる前記維持モードと、前記充電モードまたは前記放電モードとをPWM信号にて切り替える
ように構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。 The controller is
In the first state in which the absolute value of the average value of the output voltage is changed within a range from zero to ½ of the voltage of the DC power supply, the sustain mode in which the output voltage becomes zero, Switch between charge mode or discharge mode with PWM signal,
In the second state in which the absolute value of the average value of the output voltage is changed within a range of 1/2 the voltage of the DC power supply to the voltage of the DC power supply, the absolute value of the output voltage is the DC 3. The power conversion device according to claim 1, wherein the sustain mode, which is the same as a voltage of a power supply, and the charge mode or the discharge mode are configured to be switched by a PWM signal.
前記第1出力点および前記第2出力点と系統電源との間に電気的に接続される解列器とを備える
ことを特徴とするパワーコンディショナ。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 3,
A power conditioner comprising: a disconnector electrically connected between the first output point and the second output point and a system power supply.
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US9866147B2 (en) | 2014-05-29 | 2018-01-09 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Power-converting device and power conditioner using the same |
WO2020235156A1 (en) * | 2019-05-21 | 2020-11-26 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Power conversion device |
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