JP4793484B2 - Resonant converter device - Google Patents

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Description

本発明は、高効率な電力変換器が求められている力率改善機能を有する共振型コンバータ装置に関する。   The present invention relates to a resonant converter device having a power factor correction function for which a highly efficient power converter is required.

スイッチングロスを低減させる共振型電力変換装置の代表的な回路としては直流リンク電圧を切り離して共振を行う方式と直流リンク電圧を切り離さないで共振を行う方式とがある。   As a typical circuit of the resonance type power converter for reducing the switching loss, there are a method in which the DC link voltage is separated and resonance is performed, and a method in which the resonance is performed without disconnecting the DC link voltage.

図11は従来の直流リンク電圧を切り離す方式の共振型コンバータ装置の一例を示す図である。この共振型コンバータ装置は、フルブリッジを構成するMOSFETからなるスイッチQ1〜Q4とコンデンサC1〜C4とリアクトルL1,L2とコンデンサC5,C7と直流リンク電圧切り離し用スイッチQ6と共振用スイッチQ5と共振用リアクトルL3と共振用電圧を維持するためのコンデンサC6とを有して構成されている。   FIG. 11 is a diagram showing an example of a conventional resonant converter device that cuts off a DC link voltage. This resonant converter device includes switches Q1 to Q4, MOSFETs C1 to C4, reactors L1 and L2, capacitors C5 and C7, DC link voltage disconnecting switch Q6, resonance switch Q5, and resonance switch composed of MOSFETs constituting a full bridge. Reactor L3 and capacitor C6 for maintaining the resonance voltage are included.

なお、従来の関連技術として、例えば、特許文献1に記載された交流−直流変換器が知られている。   As a conventional related art, for example, an AC-DC converter described in Patent Document 1 is known.

特開平10−84674号公報JP-A-10-84684

図11に示す従来の共振型コンバータ装置は、リアクトルL3とスイッチQ1〜Q4に並列に接続されているコンデンサC1〜C4との共振動作によって、スイッチQ1〜Q4のソフトスイッチングを行い、スイッチングロスを低減することができる。しかし、共振回路において損失が発生してしまう。   The conventional resonant converter device shown in FIG. 11 performs soft switching of the switches Q1 to Q4 by the resonant operation of the reactor L3 and the capacitors C1 to C4 connected in parallel to the switches Q1 to Q4, thereby reducing the switching loss. can do. However, loss occurs in the resonant circuit.

図11に示す回路構成では、共振動作を行うために直流リンク電圧を切り離す動作が必要となり、直流ラインに切り離し用スイッチQ6を接続しなければならない。このため、電流が常にスイッチQ6に流れてしまうため、大きな導通損失が発生してしまう。   In the circuit configuration shown in FIG. 11, it is necessary to disconnect the DC link voltage in order to perform the resonance operation, and the disconnecting switch Q6 must be connected to the DC line. For this reason, since a current always flows through the switch Q6, a large conduction loss occurs.

また、共振電流の周期が正弦波1周期となるため、実効電流が大きくなり、さらに共振動作において一定期間電圧を上昇させられないため、電圧利用率が低下する。   Further, since the period of the resonance current is one sine wave period, the effective current is increased, and furthermore, the voltage cannot be increased for a certain period in the resonance operation.

本発明は、高効率な共振型コンバータ装置を提供することにある。   It is an object of the present invention to provide a highly efficient resonant converter device.

上記課題を解決するために、本発明は、直流リンクの正極側と負極側とに接続され、第1コンデンサと第2コンデンサとからなる第1直列回路と、前記第1直列回路の両端に接続され、第1スイッチと第2スイッチとからなる第2直列回路と、前記第1スイッチに並列に接続された第3コンデンサと、前記第2スイッチに並列に接続された第4コンデンサと、前記第1直列回路の両端に接続され、第3スイッチと第4スイッチとからなる第3直列回路と、商用電力系統と、前記第1スイッチと前記第2スイッチとの接続点及び前記第3スイッチと前記第4スイッチとの接続点とに接続され、リアクトルとコンデンサとからなるLC回路と、前記第1コンデンサと前記第2コンデンサとの接続点と、前記第1スイッチと前記第2スイッチとの接続点との間に接続され、双方向スイッチと共振用リアクトルとからなる第4直列回路と、前記第1スイッチと前記第2スイッチとをPWM制御すると共に前記第3スイッチと前記第4スイッチとを交互に180度期間オンさせ、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチがオフしている期間に前記双方向スイッチをオンさせ前記第3コンデンサと前記第4コンデンサと前記共振用リアクトルとの共振動作によりゼロ電圧スイッチングを行う制御回路とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention is connected to a positive side and a negative side of a DC link, and is connected to a first series circuit composed of a first capacitor and a second capacitor, and to both ends of the first series circuit. A second series circuit comprising a first switch and a second switch; a third capacitor connected in parallel to the first switch; a fourth capacitor connected in parallel to the second switch; A third series circuit composed of a third switch and a fourth switch, connected to both ends of the one series circuit, a commercial power system, a connection point between the first switch and the second switch, and the third switch and the An LC circuit that is connected to a connection point with the fourth switch and includes a reactor and a capacitor, a connection point between the first capacitor and the second capacitor, and a connection point between the first switch and the second switch. A fourth series circuit including a bidirectional switch and a resonance reactor, PWM control of the first switch and the second switch, and the third switch and the fourth switch. By alternately turning on for a period of 180 degrees, and turning on the bidirectional switch while the first switch and the second switch are turned off, the resonance operation of the third capacitor, the fourth capacitor, and the resonance reactor is performed. And a control circuit for performing zero voltage switching.

本発明によれば、制御回路は、第3スイッチと第4スイッチとを交互に180度期間オンさせるので、高周波スイッチングによる損失が発生しない。また、第3スイッチと第4スイッチはダイオードに電流が流れる時にオンするため、FETを使用すると同期整流効果により損失を低減することができる。また、制御回路は、第1スイッチ及び第2スイッチがオフしている期間に双方向スイッチをオンさせ、第3コンデンサと第4コンデンサと共振用リアクトルとの共振動作によりゼロ電圧スイッチングを行うので、ターンオン損失が発生しない。これらにより、高効率な共振型コンバータ装置を提供することができる。   According to the present invention, since the control circuit alternately turns on the third switch and the fourth switch for a period of 180 degrees, loss due to high frequency switching does not occur. In addition, since the third switch and the fourth switch are turned on when a current flows through the diode, the use of an FET can reduce loss due to the synchronous rectification effect. Further, the control circuit turns on the bidirectional switch while the first switch and the second switch are off, and performs zero voltage switching by the resonance operation of the third capacitor, the fourth capacitor, and the resonance reactor. There is no turn-on loss. As a result, a highly efficient resonant converter device can be provided.

本発明の実施例1の共振型コンバータ装置を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the resonance type converter apparatus of Example 1 of this invention. 実施例1の共振型コンバータ装置に設けられた制御回路の詳細を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating details of a control circuit provided in the resonant converter device according to the first embodiment. 実施例1の共振型コンバータ装置に設けられた制御回路の指令値を変換する概念図である。It is a conceptual diagram which converts the command value of the control circuit provided in the resonance type converter apparatus of Example 1. FIG. 実施例1の共振型コンバータ装置の共振動作の概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a resonant operation of the resonant converter device according to the first embodiment. 実施例1の共振型コンバータ装置の共振電流の経路図である。FIG. 3 is a path diagram of resonance current of the resonant converter device according to the first embodiment. 実施例1の共振型コンバータ装置の商用1周期の系統電流波形と共振リアクトル電流波形を示す図である。It is a figure which shows the system current waveform and resonance reactor current waveform of 1 commercial cycle of the resonant converter apparatus of Example 1. FIG. 実施例2の共振型コンバータ装置に設けられた制御回路の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the control circuit provided in the resonance type converter apparatus of Example 2. FIG. 実施例2の制御回路において立ち下がり搬送波と正弦波電圧のゼロクロス時とに基づいてゲート信号を生成する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a gate signal is produced | generated based on the falling carrier wave and the time of the zero crossing of a sine wave voltage in the control circuit of Example 2. FIG. 実施例3の共振型コンバータ装置に設けられた制御回路の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the control circuit provided in the resonance type converter apparatus of Example 3. FIG. 実施例3の制御回路において立ち上がり搬送波と正弦波電圧のゼロクロス時とに基づいてゲート信号を生成する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a gate signal is produced | generated based on the rising carrier wave and the zero crossing time of a sine wave voltage in the control circuit of Example 3. 従来の直流リンク電圧を切り離す方式の共振型コンバータ装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the resonance type converter apparatus of the type which isolate | separates the conventional DC link voltage.

以下、本発明の共振型コンバータ装置の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of a resonant converter device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明の実施例1の共振型コンバータ装置を示す回路図である。図1に示す共振型コンバータ装置において、直流リンクの正極側と負極側とには、コンデンサC5(第1コンデンサ)とコンデンサC5と同容量のコンデンサC6(第2コンデンサ)との直列回路(第1直列回路)が接続され、コンデンサC5とコンデンサC6との接続点Bには、直流電圧VDC(直流リンク電圧VDC)の電圧の1/2の電圧が生成される。   FIG. 1 is a circuit diagram showing a resonant converter device according to a first embodiment of the present invention. In the resonant converter device shown in FIG. 1, a series circuit (first circuit) of a capacitor C5 (first capacitor) and a capacitor C6 (second capacitor) having the same capacity as the capacitor C5 is provided on the positive electrode side and the negative electrode side of the DC link. Series circuit) is connected, and a voltage ½ of the DC voltage VDC (DC link voltage VDC) is generated at a connection point B between the capacitors C5 and C6.

スイッチQ1〜Q6は、還流ダイオードを備えたMOSFET等の半導体スイッチング素子からなる。スイッチQ1(第1スイッチ)とスイッチQ2(第2スイッチ)とは直列に接続されてフルブリッジ構成のUアームを構成し、この直列回路(第2直列回路)の両端は第1直列回路の両端に接続されている。スイッチQ3(第3スイッチ)とスイッチQ4(第4スイッチ)とは直列に接続されてフルブリッジ構成のVアームを構成し、この直列回路(第3直列回路)の両端は第1直列回路の両端に接続されている。   The switches Q1 to Q6 are formed of a semiconductor switching element such as a MOSFET provided with a reflux diode. The switch Q1 (first switch) and the switch Q2 (second switch) are connected in series to form a full-bridge U arm, and both ends of the series circuit (second series circuit) are both ends of the first series circuit. It is connected to the. The switch Q3 (third switch) and the switch Q4 (fourth switch) are connected in series to form a full-bridge V-arm, and both ends of the series circuit (third series circuit) are both ends of the first series circuit. It is connected to the.

スイッチQ1のドレイン−ソース間には、コンデンサC1(第3コンデンサ)が接続され、スイッチQ2のドレイン−ソース間には、コンデンサC2(第4コンデンサ)が接続されている。スイッチQ1〜Q4及びコンデンサC1,C2で単相コンバータ回路を構成している。   A capacitor C1 (third capacitor) is connected between the drain and source of the switch Q1, and a capacitor C2 (fourth capacitor) is connected between the drain and source of the switch Q2. The switches Q1 to Q4 and the capacitors C1 and C2 constitute a single phase converter circuit.

スイッチQ1とスイッチQ2との接続点AにはリアクトルL1の一端が接続され、スイッチQ3とスイッチQ4との接続点CにはリアクトルL2の一端が接続され、リアクトルL1,L2の他端にはコンデンサC7が接続されている。コンデンサC7と並列に系統(商用電力系統)Vacが接続され、系統Vacから共振型コンバータ装置へ力率1の電流を流す。   One end of the reactor L1 is connected to a connection point A between the switches Q1 and Q2, one end of the reactor L2 is connected to a connection point C between the switches Q3 and Q4, and a capacitor is connected to the other ends of the reactors L1 and L2. C7 is connected. A system (commercial power system) Vac is connected in parallel with the capacitor C7, and a power factor 1 current flows from the system Vac to the resonant converter device.

リアクトルL1,L2及びコンデンサC7でLC回路15を構成している。スイッチQ5とスイッチQ6とで双方向スイッチ(交流スイッチともいう)を構成している。スイッチQ5のドレインとスイッチQ6のドレインとを接続するか、又はスイッチQ5のソースとスイッチQ6のソースとを接続して双方向スイッチを構成する。リアクトルL3(共振用リアクトル)はスイッチQ5,Q6に直列に接続されている。   The reactors L1 and L2 and the capacitor C7 constitute an LC circuit 15. The switch Q5 and the switch Q6 constitute a bidirectional switch (also referred to as an AC switch). The drain of the switch Q5 and the drain of the switch Q6 are connected, or the source of the switch Q5 and the source of the switch Q6 are connected to form a bidirectional switch. Reactor L3 (resonance reactor) is connected in series to switches Q5 and Q6.

スイッチQ5,Q6とリアクトルL3との直列回路(第4直列回路)は、コンデンサC5とコンデンサC6との接続点Bと、スイッチQ1とスイッチQ2との接続点Aに接続されている。制御回路13は、ゲート信号によりスイッチQ1〜Q4をスイッチングさせて、コンデンサC7に接続された系統Vacから流れる電流を力率1の正弦波電流に制御する。   A series circuit (fourth series circuit) of the switches Q5 and Q6 and the reactor L3 is connected to a connection point B between the capacitors C5 and C6 and a connection point A between the switches Q1 and Q2. The control circuit 13 controls the current flowing from the system Vac connected to the capacitor C7 to a sine wave current having a power factor of 1 by switching the switches Q1 to Q4 with a gate signal.

次に実施例1の共振型コンバータ装置に適用される力率1の正弦波電流のゲート信号生成パターン(スイッチングパターン)について説明する。始めに、一般的に用いられる正弦波変調による生成方法について説明する。   Next, a gate signal generation pattern (switching pattern) of a sinusoidal current having a power factor of 1 applied to the resonant converter device of the first embodiment will be described. First, a generally used generation method by sinusoidal modulation will be described.

図3(b)の電圧Vun、電圧Vvnは、コンデンサC7の仮想中点n(図示せず)から見た電位である。電圧Vの添字uはスイッチQ1とスイッチQ2とで構成されるUアームを示し、電圧Vの添字vはスイッチQ3とスイッチQ4とで構成されるVアームを示している。電圧VuvはVuv=Vun−Vvnで表わすことができる。   The voltage Vun and the voltage Vvn in FIG. 3B are potentials as viewed from a virtual midpoint n (not shown) of the capacitor C7. A subscript u of the voltage V indicates a U arm constituted by the switches Q1 and Q2, and a subscript v of the voltage V indicates a V arm constituted by the switches Q3 and Q4. The voltage Vuv can be expressed as Vuv = Vun−Vvn.

また、電圧Vvnは電圧Vunと180°位相が異なる操作量となり、結果的に電圧Vunとキャリア(搬送波信号)とを比較して生成されたゲート信号波形はスイッチQ1及びスイッチQ4、スイッチQ2及びスイッチQ3とが同等となる。キャリアを鋸波波形として考えると、Uアームの操作量VrとVアームの操作量Vsとキャリアとの関係は図3(a)のようになる。この時、コンデンサC7の両端電圧、即ち、線間電圧Vuvは、電圧Vunの2倍の振幅を持つ。   The voltage Vvn has an operation amount that is 180 degrees out of phase with the voltage Vun. As a result, the gate signal waveforms generated by comparing the voltage Vun and the carrier (carrier wave signal) are the switches Q1, Q4, Q2, and Q2. Q3 is equivalent. When the carrier is considered as a sawtooth waveform, the relationship between the U arm operation amount Vr, the V arm operation amount Vs, and the carrier is as shown in FIG. At this time, the voltage across the capacitor C7, that is, the line voltage Vuv has twice the amplitude of the voltage Vun.

次に図1に示す共振型コンバータ装置に適用しているゲート信号生成方法について述べる。系統電圧が正の電圧の時、VアームのスイッチQ4は、系統電圧が正の電圧の期間オンを継続させる。その時の操作量をSv*とした時、Sv*=−1として表すことができる。また、Uアームの操作量をSu*とした時、線間電圧に必要な正弦波指令Vrに−1を加えるとSu*=Vr−1と表すことができる。UアームとVアームの操作量の差が線間電圧に反映されるため、Su*−Sv*=Vrとなり、Vrが正弦波ならば、出力も正弦波となる。同様に系統電圧が負の電圧の時、VアームのスイッチQ3は系統電圧が負の電圧の期間オンを継続させる。その時の操作量をSv*とした時、Sv*=1として表すことができる。この時、線間電圧を生成するために必要な正弦波指令Vrに1を加えると、Su*=Vr+1となる。 Next, a gate signal generation method applied to the resonant converter device shown in FIG. 1 will be described. When the system voltage is a positive voltage, the V-arm switch Q4 continues to be on while the system voltage is a positive voltage. When the operation amount at that time is Sv * , it can be expressed as Sv * =-1. Further, when the operation amount of the U arm is Su * , when −1 is added to the sine wave command Vr necessary for the line voltage, it can be expressed as Su * = Vr−1. Since the difference in the operation amount between the U arm and the V arm is reflected in the line voltage, Su * −Sv * = Vr. If Vr is a sine wave, the output is also a sine wave. Similarly, when the system voltage is a negative voltage, the V-arm switch Q3 is kept on during the period when the system voltage is a negative voltage. When the operation amount at that time is Sv * , it can be expressed as Sv * = 1. At this time, if 1 is added to the sine wave command Vr necessary for generating the line voltage, Su * = Vr + 1.

以上のような基準を生成すると、図3(c)のようなPWM比較となる。その結果、一般的に用いられる正弦波変調による生成方法と変わらない線間電圧を生成することができる。制御回路13は、系統電圧が正の電圧の期間、VアームのスイッチQ4のオンを継続させ、系統電圧が負の電圧の期間、スイッチQ3のオンを継続させる。また、スイッチQ3,Q4のゲート信号の切り替えは、系統電圧又は電流のゼロクロスで行うため、スイッチングする時はほぼゼロ電流スイッチング(ソフトスイッチング)となり、損失が発生しない。   When the above reference is generated, PWM comparison as shown in FIG. As a result, it is possible to generate a line voltage that is the same as a generation method using sinusoidal modulation that is generally used. The control circuit 13 continues to turn on the switch Q4 of the V arm while the system voltage is positive, and continues to turn on the switch Q3 while the system voltage is negative. Since the switching of the gate signals of the switches Q3 and Q4 is performed at the zero crossing of the system voltage or current, when switching is performed, almost zero current switching (soft switching) is performed, and no loss occurs.

また、スイッチQ3,Q4は、系統周波数でのスイッチングとなり、高周波スイッチングを全く行わないため、スイッチングに関する損失は、スイッチQ3,Q4に何らかの外付けの部品を取り付けなくても共振型コンバータ装置と同等以上低減される効果がある。   Further, since the switches Q3 and Q4 are switched at the system frequency and do not perform high-frequency switching at all, the switching loss is equal to or greater than that of the resonant converter device even if any external parts are not attached to the switches Q3 and Q4. There is a reduction effect.

次に、UアームのスイッチQ1とスイッチQ2との損失低減について図4を参照しながら説明する。制御回路13は、スイッチQ1とスイッチQ2とのデットタイム期間中(スイッチQ1,Q2が共にオフである期間)に、双方向スイッチを構成するスイッチQ5,Q6を同時にオンさせる。   Next, the loss reduction between the switches Q1 and Q2 of the U arm will be described with reference to FIG. The control circuit 13 simultaneously turns on the switches Q5 and Q6 constituting the bidirectional switch during the dead time period of the switches Q1 and Q2 (a period in which both the switches Q1 and Q2 are off).

系統電圧が正の電圧の時、スイッチQ1,Q2がオフしている時の電流の経路は、系統Vac→L1→Q1→C5、C6→Q4→L2→系統Vacとなる。スイッチQ1の還流ダイオードに電流が流れるため、スイッチQ1のドレイン−ソース間電圧はゼロとなる。このため、スイッチQ2をオンさせる時には、スイッチQ2のドレイン−ソース間に直流電圧VDCが印加され、スイッチングロスが発生する。   When the system voltage is a positive voltage, the current path when the switches Q1 and Q2 are OFF is the system Vac → L1 → Q1 → C5 and C6 → Q4 → L2 → system Vac. Since a current flows through the freewheeling diode of the switch Q1, the drain-source voltage of the switch Q1 becomes zero. For this reason, when the switch Q2 is turned on, the DC voltage VDC is applied between the drain and source of the switch Q2, and a switching loss occurs.

そこで、スイッチQ2にスイッチングロスを発生させないために、スイッチQ2のスイッチングを行う直前のデットタイム期間中に、スイッチQ2のドレイン−ソース間電圧をゼロにする。   Therefore, in order to prevent a switching loss from occurring in the switch Q2, the drain-source voltage of the switch Q2 is set to zero during the dead time period immediately before the switching of the switch Q2.

スイッチQ1とスイッチQ2とのデットタイム期間中にスイッチQ5,Q6を同時にオンさせる(時刻t1)。この時、リアクトルL3には電流が流れていないため、スイッチQ5,Q6はゼロ電流スイッチングとなる。   The switches Q5 and Q6 are simultaneously turned on during the dead time period of the switches Q1 and Q2 (time t1). At this time, since no current flows through the reactor L3, the switches Q5 and Q6 perform zero current switching.

図1の直流電圧VDCの負極側の電位を基準にすると、B点電位はVDC/2、A点電位はVDCであるため、リアクトルL3にかかる電圧VABはVDC/2となる。リアクトルL3に流れる電流は、(VDC/2)/L3の傾きで上昇していく。   When the potential on the negative electrode side of the DC voltage VDC in FIG. 1 is used as a reference, the voltage at point B is VDC / 2, and the voltage at point A is VDC. Therefore, the voltage VAB applied to the reactor L3 is VDC / 2. The current flowing through reactor L3 increases with a slope of (VDC / 2) / L3.

そして、リアクトルL3の電流がリアクトルL1の電流の大きさに達した時、リアクトルL3とコンデンサC1,C2とで共振が起こる(時刻t2)。この時、スイッチQ2に並列に接続されているコンデンサC2の電荷が放出し、スイッチQ1に並列に接続されているコンデンサC1に電荷が流入する。   When the current in reactor L3 reaches the magnitude of the current in reactor L1, resonance occurs between reactor L3 and capacitors C1 and C2 (time t2). At this time, the charge of the capacitor C2 connected in parallel to the switch Q2 is released, and the charge flows into the capacitor C1 connected in parallel to the switch Q1.

この時の共振周期は、π√(L3×2×C1)となる。共振が完了した時(時刻t3)、A点電位はゼロとなっているため、その時にスイッチQ2をターンオンすることによってスイッチQ2のゼロ電圧スイッチング(ソフトスイッチング)を実現することができる。   The resonance period at this time is π√ (L3 × 2 × C1). When the resonance is completed (time t3), the potential at the point A is zero. Therefore, by turning on the switch Q2 at that time, zero voltage switching (soft switching) of the switch Q2 can be realized.

スイッチQ2をターンオンした後には、A点電位がゼロとなっているため、共振電流は(VDC/2)/L3の傾きで下降していく。リアクトルL3の電流がゼロに達した時(時刻t4)にスイッチQ5,Q6をターンオフすることによって、スイッチQ5,Q6の損失も低減できる。   After the switch Q2 is turned on, the potential at the point A is zero, so the resonance current decreases with a slope of (VDC / 2) / L3. By turning off the switches Q5 and Q6 when the current of the reactor L3 reaches zero (time t4), the loss of the switches Q5 and Q6 can also be reduced.

スイッチQ2がオンしている時の電流の経路は、系統Vac→L1→Q2→Q4→L2→系統Vacとなる。   The path of the current when the switch Q2 is on is the system Vac → L1 → Q2 → Q4 → L2 → system Vac.

この状態において、スイッチQ2がオフした時には、コンデンサC1の電荷が放電して、コンデンサC2の電荷が上昇していく。このとき、スイッチQ2には、コンデンサC2のみが並列に接続されているため、スイッチングロスが発生しない。よって、スイッチQ2のターンオン,ターンオフの両方において、ソフトスイッチングを実現でき、スイッチング損失がなくなり、高効率が実現できる。   In this state, when the switch Q2 is turned off, the charge of the capacitor C1 is discharged, and the charge of the capacitor C2 increases. At this time, since only the capacitor C2 is connected in parallel to the switch Q2, no switching loss occurs. Therefore, soft switching can be realized both in turn-on and turn-off of the switch Q2, switching loss is eliminated, and high efficiency can be realized.

次に、コンデンサC5とコンデンサC6との中間電位(B点電位)について説明する。理想の共振動作を行うためには、この中間電位は、直流電圧VDCの電圧の1/2の電圧で、バランスしなければならない。   Next, the intermediate potential (point B potential) between the capacitor C5 and the capacitor C6 will be described. In order to perform an ideal resonance operation, this intermediate potential must be balanced with a voltage that is ½ of the DC voltage VDC.

図5(a)、図5(b)は共振動作が行われている時の共振電流の流れを示した図である。例えば、図5(a)においてコンデンサC5の電圧が高く、コンデンサC6の電圧が低い時には、コンデンサC5の充電電流は小さく、コンデンサC6の放電電流も小さくなる。   FIG. 5A and FIG. 5B are diagrams showing the flow of resonance current when the resonance operation is performed. For example, in FIG. 5A, when the voltage of the capacitor C5 is high and the voltage of the capacitor C6 is low, the charging current of the capacitor C5 is small and the discharging current of the capacitor C6 is also small.

これに対して、コンデンサC5の電圧が低く、コンデンサC6の電圧が高い時には、コンデンサC6の放電電流は大きく、コンデンサC5の充電電流も大きくなる。   On the other hand, when the voltage of the capacitor C5 is low and the voltage of the capacitor C6 is high, the discharge current of the capacitor C6 is large and the charging current of the capacitor C5 is also large.

また、図5(b)において、コンデンサC5の電位が高く、コンデンサC6の電位が低い時には、コンデンサC5の放電電流は大きく、コンデンサC6の充電電流も大きくなる。   In FIG. 5B, when the potential of the capacitor C5 is high and the potential of the capacitor C6 is low, the discharge current of the capacitor C5 is large and the charging current of the capacitor C6 is also large.

これに対して、コンデンサC5の電圧が低く、コンデンサC6の電圧が高い時には、コンデンサC5の放電電流は小さく、コンデンサC6の充電電流も小さくなる。   On the other hand, when the voltage of the capacitor C5 is low and the voltage of the capacitor C6 is high, the discharge current of the capacitor C5 is small and the charging current of the capacitor C6 is also small.

即ち、コンデンサ電圧が小さい方のコンデンサは放電電流が小さく、充電電流が大きくなり、コンデンサ電圧が高い方のコンデンサは放電電流が大きく、充電電流が小さくなる特徴がある。このため、時間の経過とともにコンデンサC1の電圧とコンデンサC2の電圧とが互いに近づいていき、両者がバランスした後には、図6に示すように、リアクトルL3の共振電流(図6の共振電流波形)が、商用電力系統の半周期の放電電流と充電電流が同量となり、バランスし続ける。   That is, a capacitor having a smaller capacitor voltage has a smaller discharge current and a larger charging current, and a capacitor having a higher capacitor voltage has a larger discharge current and a smaller charging current. For this reason, the voltage of the capacitor C1 and the voltage of the capacitor C2 approach each other as time passes, and after both balance, as shown in FIG. 6, the resonance current of the reactor L3 (resonance current waveform in FIG. 6). However, the half-cycle discharge current and the charge current of the commercial power system become the same amount and continue to balance.

このように、直流電圧VDCの電圧の1/2の電圧を作るために構成されたコンデンサC5とコンデンサC6とのB点には商用電力系統の半周期毎に流出、流入が切り替わる制御となるため、商用電力系統の1周期では電圧がバランスする。このため、中間電位をバランスさせるための付属の回路等を必要としない。   In this way, the point B of the capacitor C5 and the capacitor C6 configured to create a voltage that is 1/2 of the DC voltage VDC is controlled so that the outflow and the inflow are switched every half cycle of the commercial power system. The voltage balances in one cycle of the commercial power system. For this reason, an attached circuit or the like for balancing the intermediate potential is not required.

(制御回路の詳細)
次に、図2に示す制御回路13の詳細について説明する。制御回路13は、端子T1〜T12を有し、端子T1は直流リンクの正極側に接続され、端子T2はコンデンサC5とコンデンサC6との接続点Bに接続され、端子T3は直流リンクの負極側に接続されている。端子T4はスイッチQ1のゲートに接続され、端子T5はスイッチQ2のゲートに接続され、端子T6はスイッチQ3のゲートに接続され、端子T7はスイッチQ4のゲートに接続されている。端子T8はリアクトルL1に流れる電流(単相コンバータ回路の入力電流)を検出する電流センサ16に接続されている。端子T9はリアクトルL1とコンデンサC7との接続点に接続され、端子T10はリアクトルL2とコンデンサC7との接続点に接続されている。端子T11はスイッチQ5のゲートに接続され、端子T12はスイッチQ6のゲートに接続されている。
(Details of control circuit)
Next, details of the control circuit 13 shown in FIG. 2 will be described. The control circuit 13 has terminals T1 to T12, the terminal T1 is connected to the positive side of the DC link, the terminal T2 is connected to the connection point B between the capacitors C5 and C6, and the terminal T3 is the negative side of the DC link. It is connected to the. Terminal T4 is connected to the gate of switch Q1, terminal T5 is connected to the gate of switch Q2, terminal T6 is connected to the gate of switch Q3, and terminal T7 is connected to the gate of switch Q4. Terminal T8 is connected to a current sensor 16 that detects a current flowing through reactor L1 (an input current of the single-phase converter circuit). Terminal T9 is connected to the connection point between reactor L1 and capacitor C7, and terminal T10 is connected to the connection point between reactor L2 and capacitor C7. Terminal T11 is connected to the gate of switch Q5, and terminal T12 is connected to the gate of switch Q6.

まず、共振周期の演算について説明する。電流センサ16は、リアクトルL1に流れる電流を検出して端子T8に出力する。演算部24は、端子T8を介して入力される電流検出値IとリアクトルL3のインダクタンス値(L3で表すことにする)とを乗算して、乗算出力L3×Iを除算器25に出力する。   First, calculation of the resonance period will be described. Current sensor 16 detects a current flowing through reactor L1 and outputs the detected current to terminal T8. The arithmetic unit 24 multiplies the current detection value I input via the terminal T8 and the inductance value of the reactor L3 (denoted by L3), and outputs a multiplication output L3 × I to the divider 25.

電圧検出器21は、端子T2と端子T3との電圧、即ち直流電圧VDCの電圧の1/2の電圧V=VDC/2を検出し、除算器25に出力する。除算器25は、演算部24からの乗算出力L3×Iを電圧検出器21からの電圧Vで除算して、除算出力T=L3×I/V、即ち時間Tを求め、加算器26に出力する。 The voltage detector 21 detects the voltage at the terminal T 2 and the terminal T 3, that is, the voltage V = VDC / 2 that is ½ of the DC voltage VDC, and outputs it to the divider 25. The divider 25 divides the multiplication output L3 × I from the calculation unit 24 by the voltage V from the voltage detector 21 to obtain the division output T 1 = L3 × I / V, that is, the time T 1 , and the adder 26 Output to.

加算器26は除算器25からの時間(第1周期)Tと時間(第2周期)T=π√(L3×2C1)とを加算し、加算器26aは、搬送波信号の振幅を2とすると、2[1−{(T+T)/T}]の演算を行い、その演算結果を図4に示すような共振スイッチ指令イとしてコンパレータ27aに出力する。また、除算器25からの時間Tは、2/T倍されて、図4に示すような共振スイッチ指令ロとしてコンパレータ27bに出力される。 The adder 26 adds the time (first period) T 1 and the time (second period) T 2 = π√ (L3 × 2C1) from the divider 25, and the adder 26 a adds the amplitude of the carrier signal to 2 Then, 2 [1-{(T 1 + T 2 ) / T}] is calculated, and the calculation result is output to the comparator 27a as a resonance switch command A as shown in FIG. The time T 1 of the from the divider 25 is 2 / T times, it is output to the comparator 27b as the resonance switch command B as shown in FIG.

位相シフト部29は、立ち上がり搬送波部30aからの立ち上がり搬送波信号(周期T)を例えば数μ秒だけ位相シフトしてコンパレータ27a,27bに出力する。搬送波信号の周波数は、系統周波数より非常に高く例えば、20kHzである。なお、位相シフト部29は省略しても良い。   The phase shift unit 29 phase-shifts the rising carrier signal (period T) from the rising carrier unit 30a by, for example, several μs and outputs the result to the comparators 27a and 27b. The frequency of the carrier signal is much higher than the system frequency, for example, 20 kHz. The phase shift unit 29 may be omitted.

ここで、図4に示す時刻t1において、位相シフト部29で位相シフトされた立ち上がり搬送波部30aからの立ち上がり搬送波信号の値が共振スイッチ指令イの値に達する。このため、コンパレータ27aがHレベルをオア回路28に出力するので、スイッチQ5とスイッチQ6とがオンする。なお、このとき、スイッチQ1とスイッチQ2とはオフ状態である。   Here, at time t1 shown in FIG. 4, the value of the rising carrier signal from the rising carrier portion 30a phase-shifted by the phase shift unit 29 reaches the value of the resonance switch command A. For this reason, since the comparator 27a outputs the H level to the OR circuit 28, the switch Q5 and the switch Q6 are turned on. At this time, the switch Q1 and the switch Q2 are in an off state.

すると、リアクトルL3に流れる電流は、リアクトルL1,L2に流れる電流と同量になるまで(VDC/2)/L3の傾きで上昇する。このときの時間Tは(時刻t1〜時刻t2までの時間)、L3×I/(VDC/2)=L3×I/Vとなる。リアクトルL3の電流が、リアクトルL1,L2に流れる電流に達した後には共振動作となり、コンデンサC1,C2の容量をC1で表すと、その周期はT=π√(L3×2C1)、即ち、時刻t2〜時刻t3までの時間となる。 Then, the current flowing through reactor L3 rises with a slope of (VDC / 2) / L3 until it becomes the same amount as the current flowing through reactors L1 and L2. Time T 1 of the this time (time until t1~ time t2), the L3 × I / (VDC / 2 ) = L3 × I / V. After the current of the reactor L3 reaches the current flowing through the reactors L1 and L2, the resonance operation is performed. When the capacities of the capacitors C1 and C2 are represented by C1, the period is T 2 = π√ (L3 × 2C1), that is, It is the time from time t2 to time t3.

ここで、2C1としたのは、コンデンサC1とコンデンサC2とが同一容量で、コンデンサC1とコンデンサC2とが交流的には、並列に接続されているからである。またπとしたのは、半周期分を表す。   Here, 2C1 is set because the capacitor C1 and the capacitor C2 have the same capacity, and the capacitor C1 and the capacitor C2 are connected in parallel in terms of alternating current. Further, π represents a half cycle.

リアクトルL3とコンデンサC1,C2との共振動作によって、スイッチQ2のドレイン−ソース間電圧がゼロになるため、スイッチQ2をターンオンする。その後、リアクトルL3の電流は、(VDC/2)/L3の傾きで減少してゆき、時刻t4においてゼロとなる。このとき、立ち上がり搬送波信号の値が共振スイッチ指令ロの値に達する。このため、コンパレータ27a,27bが共にLレベルをオア回路28に出力すので、スイッチQ5とスイッチQ6とがオフする。   The resonance between the reactor L3 and the capacitors C1 and C2 causes the drain-source voltage of the switch Q2 to become zero, so that the switch Q2 is turned on. Thereafter, the current of reactor L3 decreases with a slope of (VDC / 2) / L3 and becomes zero at time t4. At this time, the value of the rising carrier signal reaches the value of the resonance switch command B. For this reason, since both the comparators 27a and 27b output the L level to the OR circuit 28, the switches Q5 and Q6 are turned off.

次に正弦波電流制御に関する正弦波指令生成回路は、電圧検出器31、直流リンク電圧基準値、加算器51、PI部52、乗算器33、加算器34及びPI部35からなる。PWM生成回路(第1PWM生成回路)は、変換器37、コンパレータ38a、インバータ40a及びデットタイム部41aからなる。オン信号生成回路(第1オン信号生成回路)は、変換器37、コンパレータ38b、インバータ40b及びデットタイム部41bからなる。   Next, the sine wave command generation circuit related to sine wave current control includes a voltage detector 31, a DC link voltage reference value, an adder 51, a PI unit 52, a multiplier 33, an adder 34, and a PI unit 35. The PWM generation circuit (first PWM generation circuit) includes a converter 37, a comparator 38a, an inverter 40a, and a dead time unit 41a. The on signal generation circuit (first on signal generation circuit) includes a converter 37, a comparator 38b, an inverter 40b, and a dead time unit 41b.

加算器51は、電圧検出器21で検出された端子T1と端子T3との間の直流リンク電圧VDCと直流リンク電圧基準値との偏差を求め、この偏差出力をPI部52で比例積分して乗算器33に出力する。   The adder 51 obtains a deviation between the DC link voltage VDC between the terminals T1 and T3 detected by the voltage detector 21 and the DC link voltage reference value, and proportionally integrates this deviation output by the PI unit 52. Output to the multiplier 33.

電圧検出器31は、端子T9と端子T10とを介してコンデンサC7の両端電圧から系統Vacの正弦波電圧(系統電圧)を検出する。乗算器33は、電圧検出器31からの正弦波電圧とPI部52からのPI出力とを乗算する。加算器34は、乗算器33からの乗算出力(正弦波電流指令値)と電流センサ16で検出された正弦波電流との偏差を求め、PI部35に出力する。PI部35は、加算器34からの偏差出力を比例積分してその出力を正弦波指令Vrとして変換部37に出力する。   The voltage detector 31 detects the sine wave voltage (system voltage) of the system Vac from the voltage across the capacitor C7 via the terminals T9 and T10. Multiplier 33 multiplies the sine wave voltage from voltage detector 31 by the PI output from PI unit 52. The adder 34 obtains a deviation between the multiplication output (sine wave current command value) from the multiplier 33 and the sine wave current detected by the current sensor 16 and outputs the deviation to the PI unit 35. The PI unit 35 proportionally integrates the deviation output from the adder 34 and outputs the output to the conversion unit 37 as a sine wave command Vr.

ゼロクロス切替判別部32は、電圧検出器31からの正弦波電圧と電流センサ16で検出された正弦波電流とのゼロクロスを判別して、正弦波電圧及び正弦波電流がゼロクロスに対して正か負かを示す切替信号を切替器23,36,39に出力する。   The zero cross switching discriminating unit 32 discriminates the zero cross between the sine wave voltage from the voltage detector 31 and the sine wave current detected by the current sensor 16, and the sine wave voltage and sine wave current are positive or negative with respect to the zero cross. A switching signal indicating this is output to the switching devices 23, 36 and 39.

切替器36は、電圧検出器31からの正弦波電圧又は電流センサ16で検出された正弦波電流が正のとき、接片36aを選択して、変換部37は、PI部35からの正弦波指令Vrを操作量(第1操作量)Suж=Vr−1、操作量(第3操作量)Svж=−1に変換する。切替器36は、電圧検出器31からの正弦波電圧又は電流センサ16で検出された正弦波電流が負のとき、接片36bを選択して、変換部37は、PI部35からの正弦波指令Vrを操作量(第2操作量)Suж=Vr+1、操作量(第4操作量)Svж=1に変換する。 The switch 36 selects the contact piece 36a when the sine wave voltage from the voltage detector 31 or the sine wave current detected by the current sensor 16 is positive, and the conversion unit 37 receives the sine wave from the PI unit 35. The command Vr is converted into an operation amount (first operation amount) Su ж = Vr−1 and an operation amount (third operation amount) Sv ж = −1. The switch 36 selects the contact piece 36b when the sine wave voltage from the voltage detector 31 or the sine wave current detected by the current sensor 16 is negative, and the conversion unit 37 receives the sine wave from the PI unit 35. The command Vr is converted into an operation amount (second operation amount) Su ж = Vr + 1 and an operation amount (fourth operation amount) Sv ж = 1.

切替器39は、電圧検出器31からの正弦波電圧又は電流センサ16で検出された正弦波電流が正のとき、接片SW2を選択して、立ち下がり搬送波部30bからの立ち下がり搬送波信号を出力し、電圧検出器31からの正弦波電圧又は電流センサ16で検出された正弦波電流が負のとき、接片SW1を選択して、立ち上がり搬送波部30aからの立ち上がり搬送波信号(周期T)を出力する。   When the sine wave voltage from the voltage detector 31 or the sine wave current detected by the current sensor 16 is positive, the switch 39 selects the contact SW2 and outputs the falling carrier signal from the falling carrier part 30b. When the sine wave voltage output from the voltage detector 31 or the sine wave current detected by the current sensor 16 is negative, the contact SW1 is selected and the rising carrier signal (period T) from the rising carrier part 30a is selected. Output.

立ち上がり搬送波部30aは、図3(c)の後半の半周期に示すような鋸波からなる立ち上がり搬送波信号を切替器39の接片SW1を介してコンパレータ38a,38bの反転入力端子に出力する。立ち下がり搬送波部30bは、図3(c)の前半の半周期に示すような鋸波からなる立ち下がり搬送波信号を切替器39の接片SW2を介してコンパレータ38a,38bの反転入力端子に出力する。   The rising carrier section 30a outputs a rising carrier signal composed of a sawtooth wave as shown in the latter half of the period of FIG. 3C to the inverting input terminals of the comparators 38a and 38b via the contact piece SW1 of the switch 39. The falling carrier part 30b outputs a falling carrier signal composed of a sawtooth wave as shown in the first half cycle of FIG. 3C to the inverting input terminals of the comparators 38a and 38b via the contact SW2 of the switch 39. To do.

コンパレータ38aは、系統Vacの正弦波電圧又は正弦波電流が正であるとき、即ち、接片36aが選択され且つ接片SW2が選択されたときには、図3(c)の前半の半周期に示すように、第1操作量(Vr−1)が立ち下がり搬送波信号の値以上であるとき、Hレベルをデットタイム部41aを介してスイッチQ1のゲートに出力してオンさせ、Hレベルをインバータ40aで反転してLレベルをデットタイム部41aを介してスイッチQ2のゲートに出力してオフさせる。また、コンパレータ38aは、第1操作量(Vr−1)が立ち下がり搬送波信号の値未満であるとき、Lレベルをデットタイム部41aを介してスイッチQ1のゲートに出力してオフさせ、Lレベルをインバータ40aで反転してHレベルをデットタイム部41aを介してスイッチQ2のゲートに出力してオンさせる。   When the sine wave voltage or sine wave current of the system Vac is positive, that is, when the contact piece 36a is selected and the contact piece SW2 is selected, the comparator 38a is shown in the first half cycle of FIG. As described above, when the first manipulated variable (Vr-1) is equal to or greater than the value of the falling carrier signal, the H level is output to the gate of the switch Q1 via the dead time unit 41a and turned on, and the H level is switched to the inverter 40a. And the L level is output to the gate of the switch Q2 via the dead time portion 41a and turned off. Further, the comparator 38a outputs the L level to the gate of the switch Q1 via the dead time portion 41a and turns it off when the first manipulated variable (Vr-1) is less than the value of the falling carrier signal, and the L level Is inverted by the inverter 40a and the H level is output to the gate of the switch Q2 via the dead time portion 41a to be turned on.

また、コンパレータ38bは、系統Vacの正弦波電圧又は正弦波電流が正であるとき、即ち、接片36aが選択され且つ接片SW2が選択されたときには、図3(c)の前半の半周期に示すように、第3操作量(−1)が立ち上がり搬送波信号の値以下であるので、Hレベルをデットタイム部41bを介してスイッチQ4のゲートに出力してオンさせ、Hレベルをインバータ40bで反転してLレベルをデットタイム部41bを介してスイッチQ3のゲートに出力してオフさせる。   Further, when the sine wave voltage or sine wave current of the system Vac is positive, that is, when the contact piece 36a is selected and the contact piece SW2 is selected, the comparator 38b is in the first half cycle of FIG. As shown in FIG. 3, since the third manipulated variable (−1) is less than or equal to the value of the rising carrier signal, the H level is output to the gate of the switch Q4 via the dead time portion 41b and turned on, and the H level is set to the inverter 40b. And the L level is output to the gate of the switch Q3 via the dead time portion 41b and turned off.

コンパレータ38aは、系統Vacの正弦波電圧又は正弦波電流が負であるとき、即ち、接片36bが選択され且つ接片SW1が選択されたときには、図3(c)の後半の半周期に示すように、第2操作量(Vr+1)が立ち上がり搬送波信号の値以上であるとき、Hレベルをデットタイム部41aを介してスイッチQ1のゲートに出力してオンさせ、Hレベルをインバータ40aで反転してLレベルをデットタイム部41aを介してスイッチQ2のゲートに出力してオンさせる。コンパレータ38aは、第2操作量(Vr+1)が立ち上がり搬送波信号の値未満であるとき、Lレベルをデットタイム部41aを介してスイッチQ1のゲートに出力してオフさせ、Lレベルをインバータ40aで反転してHレベルをデットタイム部41aを介してスイッチQ2のゲートに出力してオンさせる。   When the sine wave voltage or sine wave current of the system Vac is negative, that is, when the contact piece 36b is selected and the contact piece SW1 is selected, the comparator 38a is shown in the second half cycle of FIG. Thus, when the second manipulated variable (Vr + 1) is equal to or greater than the value of the rising carrier signal, the H level is output to the gate of the switch Q1 via the dead time portion 41a and turned on, and the H level is inverted by the inverter 40a. The L level is output to the gate of the switch Q2 via the dead time portion 41a and turned on. When the second manipulated variable (Vr + 1) is less than the value of the rising carrier signal, the comparator 38a outputs the L level to the gate of the switch Q1 via the dead time unit 41a to turn it off, and the L level is inverted by the inverter 40a. Then, the H level is output to the gate of the switch Q2 via the dead time portion 41a and turned on.

コンパレータ38bは、系統Vacの正弦波電圧又は正弦波電流が負であるとき、即ち、接片36bが選択され且つ接片SW1が選択されたときには、図3(c)の後半の半周期に示すように、第4操作量(+1)が立ち下がり搬送波信号の値以上であるとき、Hレベルをデットタイム部41aを介してスイッチQ3のゲートに出力してオンさせ、Hレベルをインバータ40bで反転してLレベルをデットタイム部41bを介してスイッチQ4のゲートに出力してオフさせる。   When the sine wave voltage or sine wave current of the system Vac is negative, that is, when the contact piece 36b is selected and the contact piece SW1 is selected, the comparator 38b is shown in the latter half cycle of FIG. Thus, when the fourth manipulated variable (+1) is equal to or greater than the value of the falling carrier signal, the H level is output to the gate of the switch Q3 via the dead time unit 41a and turned on, and the H level is inverted by the inverter 40b. Then, the L level is output to the gate of the switch Q4 via the dead time portion 41b and turned off.

このため、スイッチQ1とスイッチQ2とはPWM信号により交互にオン/オフされる。スイッチQ3とスイッチQ4とはオン信号により系統周期で180度交互にオン/オフされる。   For this reason, the switch Q1 and the switch Q2 are alternately turned on / off by the PWM signal. The switches Q3 and Q4 are turned on / off alternately by 180 degrees in the system cycle by an on signal.

指令値変換及び搬送波信号はゼロクロスによって切り替えることによって、ソフトスイッチングを行いながら、正弦波出力を実現することができる。   By switching the command value conversion and the carrier wave signal by zero crossing, a sine wave output can be realized while performing soft switching.

このように実施例1の共振型コンバータ装置によれば、制御回路13は、スイッチQ3とスイッチQ4とを交互に180度期間オンさせるので、高周波スイッチングによる損失が発生しない。また、制御回路13は、スイッチQ1及びスイッチQ2がオフしている期間に双方向スイッチを構成するスイッチQ5,Q6をオンさせ、コンデンサC1とコンデンサC2とリアクトルL3との共振動作によりゼロ電圧スイッチングを行うので、ターンオン損失が発生しない。これらにより、高効率を実現できる。   Thus, according to the resonant converter device of the first embodiment, the control circuit 13 alternately turns on the switch Q3 and the switch Q4 for a period of 180 degrees, so that no loss due to high frequency switching occurs. In addition, the control circuit 13 turns on the switches Q5 and Q6 constituting the bidirectional switch while the switch Q1 and the switch Q2 are off, and performs zero voltage switching by the resonance operation of the capacitor C1, the capacitor C2, and the reactor L3. As a result, no turn-on loss occurs. As a result, high efficiency can be realized.

また、制御回路13は、系統電圧が正の電圧の期間にスイッチQ4のオンを継続させ、系統電圧が負の電圧の期間にスイッチQ3のオンを継続させ、スイッチQ3及びスイッチQ4のスイッチングパターンに基づき、系統Vacに正弦波電流を流すように、スイッチQ1及びスイッチQ2のスイッチングパターンを生成するので、力率1の正弦波電流を系統Vacに流すことができる。   In addition, the control circuit 13 continues to turn on the switch Q4 during a period when the system voltage is positive, and continues to turn on the switch Q3 during a period when the system voltage is negative, so that the switching pattern of the switches Q3 and Q4 is changed. Based on this, since the switching patterns of the switch Q1 and the switch Q2 are generated so that the sine wave current flows through the system Vac, a sine wave current with a power factor of 1 can be passed through the system Vac.

また、コンパレータ27a,27bは、リアクトルL1に流れる電流と、リアクトルL3のインダクタンス値と、コンデンサC5とコンデンサC6との接続点Bと第1スイッチQ1と第2スイッチQ2との接続点Aとの間の電圧とに基づく第1周期T1と、リアクトルL3のインダクタンス値とコンデンサC1及びコンデンサC2の容量値とに基づく第2周期T2と、立ち上がり搬送波信号(周期T)とに基づきスイッチQ5,Q6のオン/オフを制御するので、スイッチQ1及びスイッチQ2がオフしている期間にスイッチQ5,Q6をオンさせ、コンデンサC1とコンデンサC2とリアクトルL3との共振動作によりゼロ電圧スイッチングを行うことができる。   The comparators 27a and 27b are connected between the current flowing through the reactor L1, the inductance value of the reactor L3, the connection point B between the capacitors C5 and C6, and the connection point A between the first switch Q1 and the second switch Q2. The switches Q5 and Q6 are turned on based on the first period T1 based on the voltage of the first and second periods T2 based on the inductance value of the reactor L3 and the capacitance values of the capacitors C1 and C2, and the rising carrier signal (period T). Since / off is controlled, the switches Q5 and Q6 are turned on while the switch Q1 and the switch Q2 are off, and zero voltage switching can be performed by the resonant operation of the capacitor C1, the capacitor C2, and the reactor L3.

また、直流ラインにスイッチを設けることがないため、装置の損失が低減される。直流ラインやフルブリッジを構成するスイッチよりも低耐圧のスイッチを共振回路に使用できるため、スイッチQ5とスイッチQ6にMOSFETを使用した時、スイッチQ5とスイッチQ6のオン抵抗の総和は高耐圧のスイッチのオン抵抗よりも小さくでき、導通損失を低減できる。   Moreover, since no switch is provided on the DC line, the loss of the apparatus is reduced. Since a switch having a lower withstand voltage than a switch constituting a DC line or a full bridge can be used for the resonance circuit, when MOSFETs are used for the switches Q5 and Q6, the sum of the on-resistances of the switches Q5 and Q6 is a high withstand voltage switch. Therefore, the conduction loss can be reduced.

また、単相フルブリッジ構成のVアームは制御によって損失を低減し、残りのUアームはゼロ電流スイッチング、ゼロ電圧スイッチング等の損失低減手段を用いた回路を最小の部品点数で実現することができる。   In addition, the V-arm of the single-phase full-bridge configuration can reduce loss by control, and the remaining U-arm can realize a circuit using loss reduction means such as zero current switching and zero voltage switching with the minimum number of parts. .

図7は実施例2の共振型コンバータ装置に設けられた制御回路の詳細を示す図である。実施例1の制御回路13によるスイッチQ1〜Q4へのゲート信号の生成においては、図2及び図8(a)に示すように、立ち上がり及び立ち下がり搬送波信号と正弦波指令Vrとを系統電圧のゼロクロスで切り替える必要があった。即ち、系統電圧が正の電圧の期間では、立ち上がり搬送波信号と第1操作量(Vr−1)と第3操作量(−1)とを用い、系統電圧が負の電圧の期間では、立ち下がり搬送波信号と第2操作量(Vr+1)と第4操作量(+1)とを用いた。   FIG. 7 is a diagram illustrating details of a control circuit provided in the resonant converter device according to the second embodiment. In the generation of the gate signal to the switches Q1 to Q4 by the control circuit 13 of the first embodiment, as shown in FIGS. 2 and 8A, the rising and falling carrier signals and the sine wave command Vr are converted to the system voltage. It was necessary to switch at zero crossing. That is, the rising carrier signal, the first manipulated variable (Vr-1) and the third manipulated variable (-1) are used during the period when the system voltage is positive, and the falling is used when the system voltage is negative. The carrier wave signal, the second manipulated variable (Vr + 1), and the fourth manipulated variable (+1) were used.

これにより、図8(a)に示すスイッチQ1へのゲート信号Q1gが生成される。また、ゲート信号Q1gを反転した信号がスイッチQ2へのゲート信号Q2gである(図示せず)。また、系統電圧が正の電圧の期間では、スイッチQ4へのゲート信号Q4gがオン(レベルが1)であり、系統電圧が負の電圧の期間では、スイッチQ3へのゲート信号Q3gがオン(レベルが1)である。   Thereby, the gate signal Q1g to the switch Q1 shown in FIG. 8A is generated. A signal obtained by inverting the gate signal Q1g is a gate signal Q2g to the switch Q2 (not shown). Further, the gate signal Q4g to the switch Q4 is on (level 1) during the period when the system voltage is positive, and the gate signal Q3g to the switch Q3 is on (level) during the period when the system voltage is negative. Is 1).

これに対して、実施例2では、図8(b)に示すように、系統電圧が正負の電圧に関係なく、立ち下がり搬送波信号と系統電圧である正弦波電圧及びリアクトルL1に流れる正弦波電流を正極性の絶対値電圧に変換してPI部35で生成された正極性絶対値指令(正極性の全波整流電圧)|Vr|と|Vr|に基づく第5操作量(|Vr|−1)、即ちSu*と第3操作量(−1)、即ち、Sv*とを用いた。 On the other hand, in the second embodiment, as shown in FIG. 8B, the sine wave current flowing in the reactor L1 and the falling carrier signal and the sine wave voltage as the system voltage regardless of whether the system voltage is positive or negative. Is converted into a positive polarity absolute value voltage and the fifth manipulated variable (| Vr based on the positive polarity absolute value command (positive full wave rectified voltage) | Vr + | and | Vr + | + | -1), that is, Su * and the third manipulated variable (-1), that is, Sv * are used.

また、系統電圧のゼロクロス時に、Uアーム及びVアームの各アームの上側スイッチQ1,Q3に対応した切替スイッチ45a,45cの端子aと端子bとを切り替え、下側スイッチに対応した切替スイッチ45b,45dの端子aと端子bとを切り替えることにより、図8(a)に示すゲート信号Q1g〜Q4gと同じゲート信号を生成することを特徴とする。切替スイッチ45a〜45dについては、後述する。   At the time of zero crossing of the system voltage, the terminals a and b of the changeover switches 45a and 45c corresponding to the upper switches Q1 and Q3 of each arm of the U arm and V arm are changed, and the changeover switch 45b corresponding to the lower switch is changed. By switching between the terminal a and the terminal b of 45d, the same gate signal as the gate signals Q1g to Q4g shown in FIG. 8A is generated. The changeover switches 45a to 45d will be described later.

以下、図8(b)に示す正極性絶対値指令|Vr|に基づく第5操作量(|Vr|−1)と第3操作量(−1)とに基づきゲート信号Q1g〜Q4gを生成する構成及び動作を説明する。 Hereinafter, the gate signals Q1g to Q4g are based on the fifth manipulated variable (| Vr + | -1) and the third manipulated variable (-1) based on the positive polarity absolute value command | Vr + | shown in FIG. A configuration and operation to be generated will be described.

図7に示す実施例2の制御回路13aは、図2に示す実施例1の制御回路13の構成に対して、正極性絶対値変換部(ABS部)42,43、ゼロクロス切替判別部32a、立ち下り搬送波部30b、切替器45が異なる。   The control circuit 13a of the second embodiment shown in FIG. 7 is different from the configuration of the control circuit 13 of the first embodiment shown in FIG. 2 in that the positive polarity absolute value conversion units (ABS units) 42 and 43, the zero cross switching determination unit 32a, The falling carrier part 30b and the switch 45 are different.

ABS部42は、電圧検出器31で検出された正弦波電圧を正極性の絶対値電圧に変換する。ABS部43は、電流センサ16で検出された正弦波電流を正極性の絶対値電流に変換する。乗算器33は、ABS部42からの正極性の絶対値電圧とPI部52からの出力とを乗算する。加算器34は、乗算器33からの乗算出力(正極性絶対値電流指令)とABS部43からの正極性の絶対値電流との偏差を求め、PI部35に出力する。PI部35は、加算器34からの偏差出力を比例積分してその出力を正極性絶対値指令|Vr|として出力する。 The ABS unit 42 converts the sine wave voltage detected by the voltage detector 31 into a positive absolute value voltage. The ABS unit 43 converts the sine wave current detected by the current sensor 16 into a positive absolute value current. The multiplier 33 multiplies the positive absolute value voltage from the ABS unit 42 and the output from the PI unit 52. The adder 34 obtains a deviation between the multiplication output from the multiplier 33 (positive polarity absolute value current command) and the positive polarity absolute value current from the ABS unit 43 and outputs the deviation to the PI unit 35. The PI unit 35 proportionally integrates the deviation output from the adder 34 and outputs the output as a positive polarity absolute value command | Vr + |.

ゼロクロス切替判別部32aは、電圧検出器31からの正弦波電圧と電流センサ16で検出された正弦波電流とのゼロクロスを判別して、正弦波電圧及び正弦波電流がゼロクロスに対して正か負かを示す切替信号を切替器45に出力する。立ち下がり搬送波部30bは、図8(b)に示すような鋸波からなる立ち下がり搬送波信号をコンパレータ38a,38bの反転入力端子に出力する。   The zero cross switching discriminating unit 32a discriminates the zero cross between the sine wave voltage from the voltage detector 31 and the sine wave current detected by the current sensor 16, and the sine wave voltage and sine wave current are positive or negative with respect to the zero cross. A switching signal indicating this is output to the switch 45. The falling carrier part 30b outputs a falling carrier signal composed of a sawtooth wave as shown in FIG. 8B to the inverting input terminals of the comparators 38a and 38b.

コンパレータ38aは、PI部35からの正極性絶対値指令|Vr|に基づく第5操作量(|Vr|−1)が立ち下がり搬送波信号の値以上であるとき、Hレベルをデットタイム部41aを介して出力Dに出力し、Lレベルをインバータ40a及びデットタイム部41aを介して出力Eに出力する。コンパレータ38aは、PI部35からの正極性絶対値指令|Vr|に基づく第5操作量(|Vr|−1)が立ち下がり搬送波信号の値未満であるとき、Lレベルをデットタイム部41aを介して出力Dに出力し、Hレベルをインバータ40a及びデットタイム部41aを介して出力Eに出力する。即ち、図8(b)からもわかるように、出力D,EからPWM信号が出力される。 The comparator 38a sets the H level to the dead time portion when the fifth manipulated variable (| Vr + | -1) based on the positive polarity absolute value command | Vr + | It outputs to the output D via 41a, and outputs L level to the output E via the inverter 40a and the dead time part 41a. The comparator 38a sets the L level to the dead time portion when the fifth manipulated variable (| Vr + | -1) based on the positive polarity absolute value command | Vr + | It outputs to the output D via 41a, and outputs H level to the output E via the inverter 40a and the dead time part 41a. That is, as can be seen from FIG. 8B, PWM signals are output from the outputs D and E.

コンパレータ38bは、立ち下がり搬送波信号が第3操作量(−1)の値以上であるので、Lレベルをデットタイム部41bを介して出力Fに出力し、Hレベルをインバータ40b及びデットタイム部41bを介して出力Gに出力する。   Since the falling carrier signal is equal to or greater than the value of the third manipulated variable (−1), the comparator 38b outputs the L level to the output F through the dead time unit 41b, and outputs the H level to the inverter 40b and the dead time unit 41b. To output G.

切替器45は、切替スイッチ45a〜45dを有している。切替スイッチ45a〜45dの各端子cは、各スイッチQ1〜Q4のゲートに接続され、端子a,bはゼロクロス切替判別部32aからの切替信号により選択される。   The switch 45 has switch 45a-45d. The terminals c of the changeover switches 45a to 45d are connected to the gates of the switches Q1 to Q4, and the terminals a and b are selected by a switching signal from the zero cross switching determination unit 32a.

切替スイッチ45aは、ゼロクロス切替判別部32aからの切替信号に基づき正弦波電圧が正の期間(時刻t0〜t1)では、端子aを選択して、デットタイム部41aの出力DからPWM信号をゲート信号Q1gとしてスイッチQ1に出力し、切替信号に基づき正弦波電圧が負の期間(時刻t1〜t2)では、端子bを選択して、デットタイム部41aの出力EからPWM信号を反転した信号をゲート信号Q1gとしてスイッチQ1に出力する。このときのゲート信号波形を、図8(b)のQ1gで示している。   The changeover switch 45a selects the terminal a and gates the PWM signal from the output D of the dead time unit 41a during the period (time t0 to t1) in which the sine wave voltage is positive based on the switching signal from the zero cross switching discrimination unit 32a. The signal Q1g is output to the switch Q1, and during the period when the sine wave voltage is negative (time t1 to t2) based on the switching signal, a signal obtained by inverting the PWM signal from the output E of the dead time unit 41a is selected. The gate signal Q1g is output to the switch Q1. The gate signal waveform at this time is indicated by Q1g in FIG.

切替スイッチ45bは、正弦波電圧が正の期間では、端子bを選択して、デットタイム部41aの出力EからPWM信号を反転した信号をスイッチQ2に出力し、正弦波電圧が負の期間では、端子aを選択して、デットタイム部41aの出力DからPWM信号をスイッチQ2に出力する。   The change-over switch 45b selects the terminal b during a period when the sine wave voltage is positive, and outputs a signal obtained by inverting the PWM signal from the output E of the dead time unit 41a to the switch Q2, and during a period when the sine wave voltage is negative. The terminal a is selected, and a PWM signal is output from the output D of the dead time unit 41a to the switch Q2.

切替スイッチ45cは、正弦波電圧が正の期間では、端子aを選択して、デットタイム部41bの出力FからLレベル(オフ信号)をゲート信号Q3gとしてスイッチQ3に出力し、正弦波電圧が負の期間では、端子bを選択して、デットタイム部41bの出力GからHレベル(オン信号)をゲート信号Q3gとしてスイッチQ3に出力する。   The changeover switch 45c selects the terminal a and outputs the L level (off signal) from the output F of the dead time unit 41b to the switch Q3 as the gate signal Q3g during the period in which the sine wave voltage is positive. In the negative period, the terminal b is selected and the H level (ON signal) is output from the output G of the dead time unit 41b to the switch Q3 as the gate signal Q3g.

切替スイッチ45dは、正弦波電圧が正の期間では、端子bを選択して、デットタイム部41bの出力GからHレベルをゲート信号Q4gとしてスイッチQ4に出力し、正弦波電圧が負の期間では、端子aを選択して、デットタイム部41bの出力FからLレベルをゲート信号Q4gとしてスイッチQ4に出力する。   The changeover switch 45d selects the terminal b during the period when the sine wave voltage is positive, and outputs the H level from the output G of the dead time unit 41b to the switch Q4 as the gate signal Q4g, and during the period when the sine wave voltage is negative. The terminal a is selected, and the L level is output from the output F of the dead time unit 41b to the switch Q4 as the gate signal Q4g.

このように、実施例2の制御回路13aによれば、立ち下がり搬送波信号と正極性絶対値指令|Vr|と第5操作量(|Vr|−1)と第3操作量(−1)とを用い、系統電圧のゼロクロス時に、Uアーム及びVアームの各アームの上側スイッチQ1,Q3に対応した切替スイッチ45a,45cの端子aと端子bとを切り替え、下側スイッチQ2,Q4に対応した切替スイッチ45b,45dの端子aと端子bとを切り替えるので、図8(a)に示すゲート信号Q1g〜Q4gと同じゲート信号を生成できる。また、立ち下がり搬送波部30bのみで済む。 Thus, according to the control circuit 13a of the second embodiment, the falling carrier signal, the positive polarity absolute value command | Vr + |, the fifth manipulated variable (| Vr + | −1), and the third manipulated variable (−1 ) To switch the terminals a and b of the change-over switches 45a and 45c corresponding to the upper switches Q1 and Q3 of the U arm and V arm at the time of zero crossing of the system voltage, and switch them to the lower switches Q2 and Q4. Since the terminals a and b of the corresponding changeover switches 45b and 45d are switched, the same gate signals as the gate signals Q1g to Q4g shown in FIG. 8A can be generated. Further, only the falling carrier part 30b is required.

また、実施例1では、正弦波電圧のゼロクロスによって、第1操作量(Vr−1),第3操作量(−1)と第2操作量(Vr+1),第4操作量(+1)とを、切り替えていたが、実施例2では、第5操作量(|Vr|−1),第3操作量(−1)のみを用いるので、操作量の切り替えが不要であるとともに、構成が簡単になる。従って、共振型コンバータ装置を小型化できる。 In the first embodiment, the first manipulated variable (Vr−1), the third manipulated variable (−1), the second manipulated variable (Vr + 1), and the fourth manipulated variable (+1) are obtained by the zero cross of the sine wave voltage. However, in the second embodiment, only the fifth manipulated variable (| Vr + | -1) and the third manipulated variable (-1) are used, so that switching of the manipulated variable is unnecessary and the configuration is simple. become. Therefore, the resonant converter device can be reduced in size.

図9は実施例3の共振型コンバータ装置に設けられた制御回路の詳細を示す図である。実施例3では、図10に示すように、系統電圧が正負の電圧に関係なく、立ち上がり搬送波信号と系統電圧である正弦波電圧及びリアクトルL1に流れる正弦波電流を負極性の絶対値電圧に変換してPI部35で生成された負極性絶対値指令(負極性の全波整流電圧)|Vr|と第6操作量(|Vr|+1)と第4操作量(+1)とを用いた。また、系統電圧のゼロクロス時に、Uアーム及びVアームの各アームの上側スイッチQ1,Q3に対応した切替スイッチ45a,45cの端子aと端子bとを切り替え、下側スイッチQ2,Q4に対応した切替スイッチ45b,45dの端子aと端子bとを切り替えることにより、図8(a)に示すゲート信号Q1g〜Q4gと同じゲート信号を生成することを特徴とする。 FIG. 9 is a diagram illustrating details of a control circuit provided in the resonant converter device according to the third embodiment. In the third embodiment, as shown in FIG. 10, the rising carrier signal, the sine wave voltage as the system voltage, and the sine wave current flowing through the reactor L1 are converted into a negative absolute voltage regardless of whether the system voltage is positive or negative. The negative polarity absolute value command (negative full wave rectified voltage) | Vr |, the sixth manipulated variable (| Vr | +1), and the fourth manipulated variable (+1) generated by the PI unit 35 are used. It was. Further, at the time of zero crossing of the system voltage, the terminals a and b of the changeover switches 45a and 45c corresponding to the upper switches Q1 and Q3 of the U arm and V arm are switched, and the switching corresponding to the lower switches Q2 and Q4. By switching the terminals a and b of the switches 45b and 45d, the same gate signals as the gate signals Q1g to Q4g shown in FIG. 8A are generated.

以下、図10に示す負極性絶対値指令|Vr|に基づく第6操作量(|Vr|+1)と第4操作量(+1)とに基づきゲート信号Q1g〜Q4gを生成する構成及び動作を説明する。 Hereinafter, the configuration and operation for generating the gate signals Q1g to Q4g based on the sixth manipulated variable (| Vr | +1) and the fourth manipulated variable (+1) based on the negative polarity absolute value command | Vr | shown in FIG. Will be explained.

図9に示す実施例3の制御回路13bは、図7に示す実施例2の制御回路の構成に対して、立ち上がり搬送波部30aと第6操作量(|Vr|+1)と第4操作量(+1)と除算器25〜コンパレータ27a,27b間接続とが異なる。 The control circuit 13b of the third embodiment shown in FIG. 9, the configuration of the control circuit of the second embodiment shown in FIG. 7, the rising carrier portion 30a and the sixth operation amount (| Vr - | +1) and the fourth operation amount (+1) is different from the connection between the divider 25 and the comparators 27a and 27b.

立ち上がり搬送波部30aは、図10に示すような鋸波からなる立ち上がり搬送波信号をコンパレータ38a,38bの反転入力端子に出力する。   The rising carrier section 30a outputs a rising carrier signal composed of a sawtooth wave as shown in FIG. 10 to the inverting input terminals of the comparators 38a and 38b.

コンパレータ38aは、PI部35からの負極性絶対値指令|Vr|に基づく第6操作量(|Vr|+1)が立ち上がり搬送波信号の値以上であるとき、Hレベルをデットタイム部41aを介して出力Dに出力し、Lレベルをインバータ40a及びデットタイム部41aを介して出力Eに出力する。コンパレータ38aは、PI部35からの負極性絶対値指令|Vr|に基づく第6操作量(|Vr|+1)が立ち上がり搬送波信号の値未満であるとき、Lレベルをデットタイム部41aを介して出力Dに出力し、Hレベルをインバータ40a及びデットタイム部41aを介して出力Eに出力する。即ち、図10からもわかるように、出力D,EからPWM信号が出力される。 When the sixth manipulated variable (| Vr | +1) based on the negative polarity absolute value command | Vr | from the PI unit 35 is equal to or higher than the value of the rising carrier signal, the comparator 38 a sets the H level to the dead time unit 41 a. To the output D, and the L level is output to the output E through the inverter 40a and the dead time unit 41a. When the sixth manipulated variable (| Vr | +1) based on the negative polarity absolute value command | Vr | from the PI unit 35 is less than the value of the rising carrier signal, the comparator 38 a sets the L level to the dead time unit 41 a. To the output D, and the H level is output to the output E through the inverter 40a and the dead time unit 41a. That is, as can be seen from FIG. 10, a PWM signal is output from the outputs D and E.

コンパレータ38bは、立ち上がり搬送波信号が第4操作量(+1)の値以下であるので、Hレベルをデットタイム部41bを介して出力Fに出力し、Lレベルをインバータ40b及びデットタイム部41bを介して出力Gに出力する。   Since the rising carrier signal is less than or equal to the value of the fourth manipulated variable (+1), the comparator 38b outputs the H level to the output F through the dead time unit 41b and the L level through the inverter 40b and the dead time unit 41b. To output G.

切替スイッチ45aは、ゼロクロス切替判別部32aからの切替信号に基づき正弦波電圧が正の期間(時刻t0〜t1)では、端子bを選択して、デットタイム部41aの出力EからPWM信号をゲート信号Q1gとしてスイッチQ1に出力し、切替信号に基づき正弦波電圧が負の期間(時刻t1〜t2)では、端子aを選択して、デットタイム部41aの出力DからPWM信号を反転した信号をゲート信号Q1gとしてスイッチQ1に出力する。このときのゲート信号波形を、図10のQ1gで示している。   The changeover switch 45a selects the terminal b and gates the PWM signal from the output E of the dead time part 41a during the period (time t0 to t1) in which the sine wave voltage is positive based on the switching signal from the zero cross switching judgment part 32a. The signal Q1g is output to the switch Q1, and during the period when the sine wave voltage is negative (time t1 to t2) based on the switching signal, a signal obtained by selecting the terminal a and inverting the PWM signal from the output D of the dead time unit 41a The gate signal Q1g is output to the switch Q1. The gate signal waveform at this time is indicated by Q1g in FIG.

切替スイッチ45bは、正弦波電圧が正の期間では、端子aを選択して、デットタイム部41aの出力DからPWM信号を反転した信号をスイッチQ2に出力し、正弦波電圧が負の期間では、端子bを選択して、デットタイム部41aの出力EからPWM信号をスイッチQ2に出力する。   The changeover switch 45b selects the terminal a during the period when the sine wave voltage is positive, and outputs a signal obtained by inverting the PWM signal from the output D of the dead time unit 41a to the switch Q2, and during the period when the sine wave voltage is negative. The terminal b is selected, and a PWM signal is output from the output E of the dead time unit 41a to the switch Q2.

切替スイッチ45cは、正弦波電圧が正の期間では、端子bを選択して、デットタイム部41bの出力GからLレベルをゲート信号Q3gとしてスイッチQ3に出力し、正弦波電圧が負の期間では、端子aを選択して、デットタイム部41bの出力FからHレベルをゲート信号Q3gとしてスイッチQ3に出力する。   The changeover switch 45c selects the terminal b during the period when the sine wave voltage is positive, and outputs the L level from the output G of the dead time unit 41b to the switch Q3 as the gate signal Q3g, and during the period when the sine wave voltage is negative. The terminal a is selected, and the H level is output from the output F of the dead time unit 41b to the switch Q3 as the gate signal Q3g.

切替スイッチ45dは、正弦波電圧が正の期間では、端子aを選択して、デットタイム部41bの出力FからHレベルをゲート信号Q4gとしてスイッチQ4に出力し、正弦波電圧が負の期間では、端子bを選択して、デットタイム部41bの出力GからLレベルをゲート信号Q4gとしてスイッチQ4に出力する。   The changeover switch 45d selects the terminal a during the period when the sine wave voltage is positive, and outputs the H level from the output F of the dead time unit 41b to the switch Q4 as the gate signal Q4g, and during the period when the sine wave voltage is negative. The terminal b is selected and the L level from the output G of the dead time unit 41b is output to the switch Q4 as the gate signal Q4g.

立ち上がり搬送波信号の場合には、除算器25の出力とコンパレータ27a,27bの入力との間の接続が立ち下がり搬送波信号(実施例2)の場合と異なる。即ち、立ち上がり搬送波信号の場合には、図9に示すように、除算器25の出力とコンパレータ27bの入力側の2/Tとの間に、加算器26が設けられ、この加算器26が第1周期Tと第2周期T=π√(L3×2C1)とを加算して出力する。 In the case of the rising carrier signal, the connection between the output of the divider 25 and the inputs of the comparators 27a and 27b is different from that of the falling carrier signal (Example 2). That is, in the case of the rising carrier signal, as shown in FIG. 9, an adder 26 is provided between the output of the divider 25 and 2 / T on the input side of the comparator 27b. One cycle T 1 and the second cycle T 2 = π√ (L3 × 2C1) are added and output.

このように、実施例3の制御回路13bによれば、立ち上がり搬送波信号と負極性絶対値指令|Vr|と第6操作量(|Vr|+1)と第4操作量(+1)とを用い、系統電圧のゼロクロス時に、Uアーム及びVアームの各アームの上側スイッチQ1,Q3に対応した切替スイッチ45a,45cの端子aと端子bとを切り替え、下側スイッチQ2,Q4に対応した切替スイッチ45b,45dの端子aと端子bとを切り替えるので、図10に示すゲート信号Q1g〜Q4gと同じゲート信号を生成できる。また、立ち上がり搬送波部30aのみで済む。 As described above, according to the control circuit 13b of the third embodiment, the rising carrier signal, the negative absolute value command | Vr |, the sixth operation amount (| Vr | +1), and the fourth operation amount (+1) are obtained. Used, when the system voltage is zero-crossed, the terminals a and b of the changeover switches 45a and 45c corresponding to the upper switches Q1 and Q3 of the U arm and V arm are switched, and the switching corresponding to the lower switches Q2 and Q4. Since the terminals a and b of the switches 45b and 45d are switched, the same gate signals as the gate signals Q1g to Q4g shown in FIG. 10 can be generated. Further, only the rising carrier part 30a is required.

また、実施例3では、第6操作量(|Vr|+1),第4操作量(+1)のみを用いるので、操作量の切り替えが不要であるとともに、構成が簡単になる。従って、共振型コンバータ装置を小型化できる。 In Example 3, the sixth operation amount (| Vr - | +1), since use of only the fourth operation amount (+1), with the switching of the operation amount is not required, the configuration is simplified. Therefore, the resonant converter device can be reduced in size.

なお、実施例1〜3では、スイッチQ1〜Q6としてMOSFETを用いたが、これに代えて、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)やトランジスタ及びこれに並列に接続されたダイオードを用いても良い。   In the first to third embodiments, MOSFETs are used as the switches Q1 to Q6. Instead, IGBTs (insulated gate bipolar transistors), transistors, and diodes connected in parallel thereto may be used.

また、実施例2,3では、ABS部42,42aを乗算器33の入力側に設け、ABS部43,43aを加算器34の入力側に設けたが、これらの代わりに、ABS部をPI部35の出力側に設けても良い。   In the second and third embodiments, the ABS units 42 and 42a are provided on the input side of the multiplier 33 and the ABS units 43 and 43a are provided on the input side of the adder 34. Instead, the ABS unit is replaced with the PI. You may provide in the output side of the part 35. FIG.

本発明は、交流を直流に変換するコンバータに適用可能である。   The present invention is applicable to a converter that converts alternating current into direct current.

C1〜C7 コンデンサ
L1〜L3 リアクトル
Q1〜Q6 スイッチ
13 制御回路
15 LC回路
16 電流センサ
21,31 電圧検出器
23,36,39 切替器
25 除算器
26,34,51 加算器
27a,27b,38a,38b コンパレータ
28 オア回路
29 位相シフト部
30a 立ち上がり搬送波部
30b 立ち下がり搬送波部
32 ゼロクロス切替判別部
33 乗算器
35,52 PI部
37 変換部
40a,40b インバータ
41a,41b デットタイム部
50 直流電圧制御部
C1 to C7 Capacitors L1 to L3 Reactors Q1 to Q6 Switch 13 Control circuit 15 LC circuit 16 Current sensor 21, 31 Voltage detector 23, 36, 39 Switch 25 Divider 26, 34, 51 Adders 27a, 27b, 38a, 38b Comparator
28 OR circuit 29 Phase shift unit 30a Rising carrier wave unit 30b Falling carrier wave unit 32 Zero crossing switching discriminating unit 33 Multiplier 35, 52 PI unit 37 Conversion unit
40a, 40b Inverter 41a, 41b Dead time section
50 DC voltage controller

Claims (9)

直流リンクの正極側と負極側とに接続され、第1コンデンサと第2コンデンサとからなる第1直列回路と、
前記第1直列回路の両端に接続され、第1スイッチと第2スイッチとからなる第2直列回路と、
前記第1スイッチに並列に接続された第3コンデンサと、
前記第2スイッチに並列に接続された第4コンデンサと、
前記第1直列回路の両端に接続され、第3スイッチと第4スイッチとからなる第3直列回路と、
商用電力系統と、前記第1スイッチと前記第2スイッチとの接続点及び前記第3スイッチと前記第4スイッチとの接続点とに接続され、リアクトルとコンデンサとからなるLC回路と、
前記第1コンデンサと前記第2コンデンサとの接続点と、前記第1スイッチと前記第2スイッチとの接続点との間に接続され、双方向スイッチと共振用リアクトルとからなる第4直列回路と、
前記第1スイッチと前記第2スイッチとをPWM制御すると共に前記第3スイッチと前記第4スイッチとを交互に180度期間オンさせ、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチがオフしている期間に前記双方向スイッチをオンさせ前記第3コンデンサと前記第4コンデンサと前記共振用リアクトルとの共振動作によりゼロ電圧スイッチングを行う制御回路と、
を備えることを特徴とする共振型コンバータ装置。
A first series circuit comprising a first capacitor and a second capacitor connected to the positive side and the negative side of the DC link;
A second series circuit comprising a first switch and a second switch connected to both ends of the first series circuit;
A third capacitor connected in parallel to the first switch;
A fourth capacitor connected in parallel to the second switch;
A third series circuit comprising a third switch and a fourth switch connected to both ends of the first series circuit;
An LC circuit connected to a commercial power system, a connection point between the first switch and the second switch, and a connection point between the third switch and the fourth switch, and including a reactor and a capacitor;
A fourth series circuit connected between a connection point of the first capacitor and the second capacitor and a connection point of the first switch and the second switch, and comprising a bidirectional switch and a resonance reactor; ,
PWM control is performed on the first switch and the second switch, and the third switch and the fourth switch are alternately turned on for a period of 180 degrees, and the first switch and the second switch are turned off. A control circuit that turns on the bidirectional switch and performs zero voltage switching by a resonance operation of the third capacitor, the fourth capacitor, and the resonance reactor;
A resonance type converter device comprising:
前記制御回路は、前記商用電力系統の正弦波電圧が正の期間に前記第4スイッチのオンを継続させ、前記商用電力系統の正弦波電圧が負の期間に前記第3スイッチのオンを継続させ、前記第3スイッチ及び前記第4スイッチのスイッチングパターンに基づき、前記商用電力系統の正弦波電圧の位相と同位相の正弦波電流を入力するように、前記第1スイッチ及び前記第2スイッチのスイッチングパターンを生成することを特徴とする請求項1記載の共振型コンバータ装置。   The control circuit continues to turn on the fourth switch when the sine wave voltage of the commercial power system is positive, and continues to turn on the third switch when the sine wave voltage of the commercial power system is negative. Based on the switching pattern of the third switch and the fourth switch, the switching of the first switch and the second switch so as to input a sine wave current having the same phase as the phase of the sine wave voltage of the commercial power system. 2. The resonant converter device according to claim 1, wherein a pattern is generated. 前記制御回路は、前記商用電力系統の正弦波電圧を検出する電圧検出器と、
前記電圧検出器で検出された正弦波電圧のゼロクロスを判別し、正弦波電圧がゼロクロスに対して正か負かを示す切替信号を出力するゼロクロス切替判別部と、
前記商用電力系統の正弦波電圧の位相と同位相の正弦波電流を生成するための正弦波指令Vrを出力する正弦波指令生成回路と、
鋸波からなる立ち上がり搬送波信号及び立ち下り搬送波信号を生成する搬送波部と、
前記切替信号に基づき前記正弦波電圧が正の期間では、前記正弦波指令Vrに基づく第1操作量(Vr−1)と前記立ち下がり搬送波信号とを比較することで第1PWM信号を生成して前記第1スイッチに出力し且つ前記第1PWM信号を反転した信号を前記第2スイッチに出力し、前記切替信号に基づき前記正弦波電圧が負の期間では、前記正弦波指令Vrに基づく第2操作量(Vr+1)と前記立ち上がり搬送波信号とを比較することで第2PWM信号を生成して前記第1スイッチに出力し且つ前記第2PWM信号を反転した信号を前記第2スイッチに出力する第1PWM生成回路と、
を有することを特徴とする請求項2記載の共振型コンバータ装置。
The control circuit includes a voltage detector that detects a sine wave voltage of the commercial power system;
A zero-cross switching determination unit that determines a zero-cross of the sine wave voltage detected by the voltage detector and outputs a switching signal indicating whether the sine wave voltage is positive or negative with respect to the zero-cross,
A sine wave command generation circuit that outputs a sine wave command Vr for generating a sine wave current having the same phase as the phase of the sine wave voltage of the commercial power system;
A carrier wave section for generating a rising carrier wave signal and a falling carrier wave signal composed of a sawtooth wave;
Based on the switching signal, the first PWM signal is generated by comparing the first manipulated variable (Vr-1) based on the sine wave command Vr and the falling carrier signal during a period in which the sine wave voltage is positive. A signal output to the first switch and an inverted version of the first PWM signal is output to the second switch, and a second operation based on the sine wave command Vr is performed in a period in which the sine wave voltage is negative based on the switching signal. A first PWM generation circuit that generates a second PWM signal by comparing the amount (Vr + 1) and the rising carrier signal, outputs the second PWM signal to the first switch, and outputs a signal obtained by inverting the second PWM signal to the second switch When,
The resonant converter device according to claim 2, comprising:
前記制御回路は、前記切替信号に基づき前記正弦波電圧が正の期間では、第3操作量(−1)と前記立ち下がり搬送波信号とを比較することで第1オン信号を生成して前記第4スイッチに出力し且つ前記第1オン信号を反転した信号を前記第3スイッチに出力し、前記切替信号に基づき前記正弦波電圧が負の期間では、第4操作量(+1)と前記立ち上がり搬送波信号とを比較することで第2オン信号を生成して前記第3スイッチに出力し且つ前記第2オン信号を反転した信号を前記第4スイッチに出力する第1オン信号生成回路と、
を有することを特徴とする請求項3記載の共振型コンバータ装置。
The control circuit generates a first ON signal by comparing a third manipulated variable (−1) and the falling carrier signal during a period in which the sine wave voltage is positive based on the switching signal, and generates the first ON signal. A signal that is output to four switches and that is obtained by inverting the first on signal is output to the third switch, and the fourth manipulated variable (+1) and the rising carrier wave are output during the period in which the sine wave voltage is negative based on the switching signal. A first on signal generation circuit that generates a second on signal by comparing the signal and outputs the second on signal to the third switch and outputs a signal obtained by inverting the second on signal to the fourth switch;
The resonant converter device according to claim 3, wherein:
前記制御回路は、前記商用電力系統の正弦波電圧を検出する電圧検出器と、
前記電圧検出器で検出された正弦波電圧を正極性の絶対値電圧に変換する正極性絶対値変換部と、
前記電圧検出器で検出された正弦波電圧のゼロクロスを判別し、正弦波電圧がゼロクロスに対して正か負かを示す切替信号を出力するゼロクロス切替判別部と、
前記正極性絶対値変換部からの正極性の絶対値電圧の位相と同位相の絶対値電流を生成するための正極性絶対値指令|Vr|を出力する正極性絶対値指令生成回路と、
鋸波からなる立ち下がり搬送波信号を生成する立ち下がり搬送波部と、
前記正極性絶対値指令|Vr|に基づく第5操作量(|Vr|−1)と前記立ち下がり搬送波信号とを比較することで第3PWM信号を生成し且つ前記第3PWM信号を反転した信号を生成する第2PWM生成回路と、
前記切替信号に基づき前記正弦波電圧が正の期間では、前記第3PWM信号を前記第1スイッチに出力し前記第3PWM信号を反転した信号を前記第2スイッチに出力し、前記切替信号に基づき前記正弦波電圧が負の期間では、前記第3PWM信号を前記第2スイッチに出力し前記第3PWM信号を反転した信号を前記第1スイッチに出力する切替器と、
を有することを特徴とする請求項2記載の共振型コンバータ装置。
The control circuit includes a voltage detector that detects a sine wave voltage of the commercial power system;
A positive polarity absolute value converter that converts the sine wave voltage detected by the voltage detector into a positive polarity absolute value voltage;
A zero-cross switching determination unit that determines a zero-cross of the sine wave voltage detected by the voltage detector and outputs a switching signal indicating whether the sine wave voltage is positive or negative with respect to the zero-cross,
A positive polarity absolute value command generation circuit for outputting a positive polarity absolute value command | Vr + | for generating an absolute value current having the same phase as the phase of the positive polarity absolute value voltage from the positive polarity absolute value conversion unit;
A falling carrier portion that generates a falling carrier signal consisting of a sawtooth wave;
A third PWM signal is generated by comparing a fifth operating amount (| Vr + | −1) based on the positive polarity absolute value command | Vr + | with the falling carrier signal, and the third PWM signal is inverted. A second PWM generation circuit for generating a signal;
Based on the switching signal, in a period in which the sine wave voltage is positive, the third PWM signal is output to the first switch, and a signal obtained by inverting the third PWM signal is output to the second switch. A switch that outputs the third PWM signal to the second switch and outputs the inverted signal of the third PWM signal to the first switch in a negative sine wave voltage period;
The resonant converter device according to claim 2, comprising:
前記制御回路は、第3操作量(−1)と前記立ち下がり搬送波信号とを比較することで第3オン信号を生成し且つ前記第3オン信号を反転した信号を生成する第2オン信号生成回路を有し、
前記切替器は、前記切替信号に基づき前記正弦波電圧が正の期間では、前記第3オン信号を反転した信号を前記第3スイッチに出力し前記第3オン信号を前記第4スイッチに出力し、前記切替信号に基づき前記正弦波電圧が負の期間では、前記第3オン信号を前記第3スイッチに出力し前記第3オン信号を反転した信号を前記第4スイッチに出力することを特徴とする請求項5記載の共振型コンバータ装置。
The control circuit generates a third on signal by comparing a third manipulated variable (−1) and the falling carrier signal, and generates a signal obtained by inverting the third on signal. Have a circuit,
The switch outputs a signal obtained by inverting the third on signal to the third switch and outputs the third on signal to the fourth switch during a period when the sine wave voltage is positive based on the switching signal. The third ON signal is output to the third switch and the inverted signal of the third ON signal is output to the fourth switch during the negative period of the sine wave voltage based on the switching signal. The resonant converter device according to claim 5.
前記制御回路は、前記商用電力系統の正弦波電圧を検出する電圧検出器と、
前記電圧検出器で検出された正弦波電圧を負極性の絶対値電圧に変換する負極性絶対値変換部と、
前記電圧検出器で検出された正弦波電圧のゼロクロスを判別し、正弦波電圧がゼロクロスに対して正か負かを示す切替信号を出力するゼロクロス切替判別部と、
前記負極性絶対値変換部からの負極性の絶対値電圧の位相と同位相の絶対値電流を生成するための負極性絶対値指令|Vr|を出力する負極性絶対値指令生成回路と、
鋸波からなる立ち上がり搬送波信号を生成する立ち上がり搬送波部と、
前記負極性絶対値指令|Vr|に基づく第6操作量(|Vr|+1)と前記立ち上がり搬送波信号とを比較することで第4PWM信号を生成し且つ前記第4PWM信号を反転したPWM反転信号を生成する第3PWM生成回路と、
前記切替信号に基づき前記正弦波電圧が正の期間では、前記第4PWM信号を前記第2スイッチに出力し前記第4PWM信号を反転した信号を前記第1スイッチに出力し、前記切替信号に基づき前記正弦波電圧が負の期間では、前記第4PWM信号を前記第1スイッチに出力し前記第4PWM信号を反転した信号を前記第2スイッチに出力する切替器と、
を有することを特徴とする請求項2記載の共振型コンバータ装置。
The control circuit includes a voltage detector that detects a sine wave voltage of the commercial power system;
A negative polarity absolute value converter that converts the sine wave voltage detected by the voltage detector into a negative polarity absolute value voltage;
A zero-cross switching determination unit that determines a zero-cross of the sine wave voltage detected by the voltage detector and outputs a switching signal indicating whether the sine wave voltage is positive or negative with respect to the zero-cross,
A negative polarity absolute value command generation circuit for outputting a negative polarity absolute value command | Vr | for generating an absolute value current having the same phase as the phase of the negative polarity absolute value voltage from the negative polarity absolute value conversion unit;
A rising carrier part for generating a rising carrier signal consisting of a sawtooth wave;
PWM inversion in which a fourth PWM signal is generated by inverting the fourth PWM signal by comparing the rising carrier signal with a sixth manipulated variable (| Vr | +1) based on the negative polarity absolute value command | Vr | A third PWM generation circuit for generating a signal;
Based on the switching signal, in a period in which the sine wave voltage is positive, the fourth PWM signal is output to the second switch, and a signal obtained by inverting the fourth PWM signal is output to the first switch. A switch that outputs the fourth PWM signal to the first switch and outputs the inverted signal of the fourth PWM signal to the second switch in a negative sine wave voltage period;
The resonant converter device according to claim 2, comprising:
前記制御回路は、第4操作量(+1)と前記立ち上がり搬送波信号とを比較することで第4オン信号を生成し且つ前記第4オン信号を反転した信号を生成する第3オン信号生成回路を有し、
前記切替器は、前記切替信号に基づき前記正弦波電圧が正の期間では、前記第4オン信号を反転した信号を前記第3スイッチに出力し前記第4オン信号を前記第4スイッチに出力し、前記切替信号に基づき前記正弦波電圧が負の期間では、前記第4オン信号を前記第3スイッチに出力し前記第4オン信号を反転した信号を前記第4スイッチに出力することを特徴とする請求項7記載の共振型コンバータ装置。
The control circuit generates a fourth on signal by comparing a fourth manipulated variable (+1) and the rising carrier signal, and generates a third on signal generation circuit that generates a signal obtained by inverting the fourth on signal. Have
The switch outputs a signal obtained by inverting the fourth on signal to the third switch and outputs the fourth on signal to the fourth switch during a period when the sine wave voltage is positive based on the switching signal. And, when the sine wave voltage is negative based on the switching signal, the fourth on signal is output to the third switch and the inverted signal of the fourth on signal is output to the fourth switch. The resonant converter device according to claim 7.
前記制御回路は、前記LC回路のリアクトルに流れる電流と、前記共振用リアクトルのインダクタンス値と、前記第1コンデンサと前記第2コンデンサとの接続点と前記第1スイッチと前記第2スイッチとの接続点との間の電圧とに基づく第1周期と、前記共振用リアクトルのインダクタンス値と前記第3コンデンサ及び第4コンデンサの容量値とに基づく第2周期と、前記立ち上がり搬送波信号若しくは前記立ち下り搬送波信号とに基づき前記双方向スイッチのオン/オフを制御する双方向スイッチ制御回路を有することを特徴とする請求項3乃至請求項8のいずれか1項記載の共振型コンバータ装置。   The control circuit includes a current flowing through a reactor of the LC circuit, an inductance value of the resonance reactor, a connection point between the first capacitor and the second capacitor, and a connection between the first switch and the second switch. A first period based on a voltage between points, a second period based on an inductance value of the resonance reactor and capacitance values of the third capacitor and the fourth capacitor, and the rising carrier signal or the falling carrier wave 9. The resonant converter device according to claim 3, further comprising a bidirectional switch control circuit that controls on / off of the bidirectional switch based on a signal.
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