JP5511529B2

JP5511529B2 - Power circuit

Info

Publication number: JP5511529B2
Application number: JP2010132230A
Authority: JP
Inventors: 秀美林; 毅張本; 真齋藤
Original assignee: Kyushu Electric Power Co Inc
Current assignee: Kyushu Electric Power Co Inc
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2010-06-09
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2030-06-09
Also published as: JP2011259621A

Description

本発明は、直流電圧と交流電圧の双方向の変換を行う電源回路に関する。 The present invention relates to a power supply circuit that performs bidirectional conversion between a DC voltage and an AC voltage.

従来から、昇降圧チョッパと単相インバータとを組み合わせて直流電圧と交流電圧との間の変換を行う電源回路が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。図１４は、従来の電源回路の構成を示す図である。図１４に示す電源回路は、昇降圧チョッパ１００と単相インバータ１１０とを備える。昇降圧チョッパ１００は、ＤＣリアクトル１０１とスイッチング素子１０２、１０３と平滑用コンデンサ１０４、１０５とを含んで構成されている。単相インバータ１１０は、スイッチング素子１１１、１１２、１１３、１１４と平滑用コンデンサ１０５とを含んで構成されている。また、単相インバータ１１０には、ＡＣリアクトル１１５、１１６と平滑用コンデンサ１１７が接続されている。直流電圧Ｅ_dcから交流電圧ｅ_acへの変換は、図１５に示すように、昇降圧チョッパ１００で直流電圧Ｅ_dcを交流電圧ｅ_acのピーク値よりも高い電圧Ｖ_dcに一旦昇圧した後、単相インバータ１１０でこの電圧Ｖ_dcを交流電圧ｅ_acに変換する。 Conventionally, a power supply circuit that performs conversion between a DC voltage and an AC voltage by combining a buck-boost chopper and a single-phase inverter is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2). FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a conventional power supply circuit. The power supply circuit shown in FIG. 14 includes a step-up / step-down chopper 100 and a single-phase inverter 110. The step-up / down chopper 100 includes a DC reactor 101, switching elements 102 and 103, and smoothing capacitors 104 and 105. The single-phase inverter 110 includes switching elements 111, 112, 113, 114 and a smoothing capacitor 105. In addition, AC reactors 115 and 116 and a smoothing capacitor 117 are connected to the single-phase inverter 110. As shown in FIG. 15, the conversion from the DC voltage E _dc to the AC voltage e _ac is performed by once boosting the DC voltage E _dc to a voltage V _dc higher than the peak value of the AC voltage e _{ac by} the step-up / down chopper 100. The single-phase inverter 110 converts this voltage V _dc into an alternating voltage e _ac .

特開２００８−７９４３９号公報JP 2008-79439 A 特開２００６−１５８１００号公報JP 2006-158100 A

ところで、図１４に示す従来の電源回路では、直流電圧Ｅ_dcを一旦これより高い電圧Ｖ_dcに変換しているため、この昇圧に伴う損失が大きいという問題があった。また、昇降圧チョッパ１００と単相インバータ１１０という２つの回路が必要であり、しかも、昇降圧チョッパ１００にはＤＣリアクトル１０１が含まれるため、装置の小型化が難しいという問題があった。 Incidentally, in the conventional power supply circuit shown in FIG. 14, the DC voltage E _dc is once converted to a higher voltage V _dc , so that there is a problem that the loss accompanying this boosting is large. In addition, two circuits of the step-up / step-down chopper 100 and the single-phase inverter 110 are required, and the step-up / step-down chopper 100 includes the DC reactor 101, so that there is a problem that it is difficult to reduce the size of the apparatus.

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、低損失で小型化が可能な電源回路を提供することにある。 The present invention was created in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a power supply circuit that can be reduced in size with low loss.

上述した課題を解決するために、本発明の電源回路は、直流電圧と交流電圧との間の相互の変換を行う電源回路であって、直流電圧と交流電圧の絶対値の比較における大小関係に対応して区分される電圧波形の複数の区間の中の、交流電圧が直流電圧より高い区間において直流電圧を交流電圧に昇圧する動作あるいは交流電圧を直流電圧に降圧する動作を行い、残りの区間において直流電圧を交流電圧に降圧する動作あるいは交流電圧を直流電圧に昇圧する動作を行う昇降圧インバータと、昇降圧インバータの制御を行う制御回路とを備えている。また、昇降圧インバータは、直流電圧が入出力される２つの直流端子と、交流電圧が入出力される２つの交流端子を有しており、一方の直流端子と２つの交流端子のそれぞれとの間に、第１のスイッチング素子とリアクトルの直列回路が接続され、他方の直流端子と２つの交流端子のそれぞれとの間に、第２のスイッチング素子が接続され、２つの交流端子の間にコンデンサが接続されている。 In order to solve the above-described problems, a power supply circuit according to the present invention is a power supply circuit that performs mutual conversion between a DC voltage and an AC voltage, and has a magnitude relationship in the comparison of the absolute values of the DC voltage and the AC voltage. Among the sections of the voltage waveform that are categorized correspondingly, perform the operation to boost the DC voltage to AC voltage or the operation to step down the AC voltage to DC voltage in the section where the AC voltage is higher than the DC voltage, and the remaining section Includes a step-up / step-down inverter that performs an operation of stepping down a DC voltage to an AC voltage or an step-up operation of an AC voltage to a DC voltage, and a control circuit that controls the step-up / step-down inverter. The step-up / step-down inverter has two DC terminals for inputting / outputting a DC voltage and two AC terminals for inputting / outputting an AC voltage, and one DC terminal and two AC terminals are connected to each other. A series circuit of a first switching element and a reactor is connected between them, a second switching element is connected between the other DC terminal and each of the two AC terminals, and a capacitor is connected between the two AC terminals. Is connected.

交流電圧のピーク値よりも高い直流電圧に一旦昇圧する必要がないため、変換時の損失を低減することができる。また、ＤＣリアクトルが含まれない昇降圧インバータのみで直流電圧と交流電圧との間の相互の変換を行っているため、装置の小型化が可能となる。 Since it is not necessary to once boost the voltage to a DC voltage that is higher than the peak value of the AC voltage, loss during conversion can be reduced. Further, since the mutual conversion between the DC voltage and the AC voltage is performed only by the step-up / step-down inverter that does not include the DC reactor, the apparatus can be downsized.

また、上述した制御回路は、直流電圧よりも交流電圧の方が高いときに、一方の直列回路に含まれる第１のスイッチング素子をオンし、他方の直列回路に含まれる第１のスイッチング素子をオフした状態で、他の２つの第２のスイッチング素子を交互にオンオフ制御することにより、昇降圧インバータに、直流電圧を交流電圧に昇圧する動作あるいは交流電圧を直流電圧に降圧する動作を行わせている。また、上述した制御回路は、直流電圧よりも交流電圧の方が低いときに、一方の直列回路に含まれる第１のスイッチング素子をオンし、一方の第２のスイッチング素子をオフした状態で、他方の直列回路に含まれる第１のスイッチング素子と他方の第２のスイッチング素子とを交互にオンオフ制御することにより、昇降圧インバータに、直流電圧を交流電圧に降圧する動作あるいは交流電圧を直流電圧に昇圧する動作を行わせている。このように、オンオフ制御（ＰＷＭ制御）するスイッチング素子を切り替えることにより、昇圧動作と降圧動作を１つの昇降圧インバータで行うことができる。 The control circuit described above turns on the first switching element included in one series circuit and the first switching element included in the other series circuit when the AC voltage is higher than the DC voltage. In the off state, the other two second switching elements are alternately turned on / off to cause the step-up / step-down inverter to perform an operation for increasing the DC voltage to an AC voltage or an operation for decreasing the AC voltage to a DC voltage. ing. Further, when the AC voltage is lower than the DC voltage, the control circuit described above turns on the first switching element included in one series circuit and turns off the second switching element. By alternately turning on and off the first switching element and the second switching element included in the other series circuit, the step-up / step-down inverter is operated to step down the DC voltage to the AC voltage or the AC voltage is converted to the DC voltage. The operation of boosting is performed. As described above, by switching the switching element to be turned on / off (PWM control), the step-up / step-down operation can be performed by one step-up / step-down inverter.

また、上述した制御回路は、デューティ比が変更可能なＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、ＰＷＭ信号生成部から出力されるＰＷＭ信号の論理を反転するインバータ回路とを備え、交互にオンオフ制御する２つのスイッチング素子の一方をＰＷＭ信号生成部の出力信号に基づいてオンオフ制御し、他方をインバータ回路の出力信号に基づいてオンオフ制御することが望ましい。これにより、１つのＰＷＭ信号を用いて２つのスイッチング素子を交互にオンオフすることができ、構成を簡略化することができる。 The control circuit described above includes a PWM signal generation unit that generates a PWM signal whose duty ratio can be changed, and an inverter circuit that inverts the logic of the PWM signal output from the PWM signal generation unit. It is desirable that one of the two switching elements is on / off controlled based on the output signal of the PWM signal generator, and the other is on / off controlled based on the output signal of the inverter circuit. As a result, two switching elements can be alternately turned on and off using one PWM signal, and the configuration can be simplified.

また、上述した制御回路は、変換先となる直流電圧あるいは交流電圧が電圧指令値として与えられたときに、この電圧指令値と実際の直流電圧あるいは交流電圧との差に基づいて、リアクトルに流す電流を示す電流指令値を生成する電流指令値生成部と、電流指令値に基づいて、リアクトルの両端電圧を示す電圧指令値を生成する電圧指令値生成部と、電圧指令値に基づいてＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部とを備えることが望ましい。これにより、変換後の電圧を電圧指令値として与えることで直流電圧と交流電圧の間のパワーフローを任意に制御することができる。 In addition, when the DC voltage or AC voltage to be converted is given as a voltage command value, the control circuit described above causes the reactor to flow based on the difference between the voltage command value and the actual DC voltage or AC voltage. A current command value generation unit that generates a current command value indicating current, a voltage command value generation unit that generates a voltage command value indicating a voltage across the reactor based on the current command value, and a PWM signal based on the voltage command value It is desirable to provide a PWM signal generation unit that generates Thus, the power flow between the DC voltage and the AC voltage can be arbitrarily controlled by giving the converted voltage as the voltage command value.

一実施形態の電源回路の全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the power supply circuit of one Embodiment. 電源回路の入出力電圧波形を示す図である。It is a figure which shows the input-output voltage waveform of a power supply circuit. 直流電圧を交流電圧に変換する場合の電圧の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the voltage in the case of converting a DC voltage into an AC voltage. 正極性の直流電圧を降圧して交流電圧に変換する動作を行う場合のインバータの状態と制御回路との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the state of an inverter, and a control circuit in the case of performing the operation | movement which step-downs and converts the positive direct voltage into an alternating voltage. 図４に示すインバータの等価回路図である。FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the inverter shown in FIG. 4. 正極性の直流電圧を昇圧して交流電圧に変換する動作を行う場合のインバータの状態と制御回路との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the state of an inverter, and the control circuit in the case of performing the operation | movement which boosts positive polarity DC voltage and converts it into AC voltage. 図６に示すインバータの等価回路図である。FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of the inverter shown in FIG. 6. 負極性の直流電圧を降圧して交流電圧に変換する動作を行う場合のインバータの状態と制御回路との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the state of an inverter, and a control circuit in the case of performing the operation | movement which step-downs and converts negative DC voltage into AC voltage. 図８に示すインバータの等価回路図である。FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of the inverter shown in FIG. 8. 負極性の直流電圧を昇圧して交流電圧に変換する動作を行う場合のインバータの状態と制御回路との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the state of an inverter, and a control circuit in the case of performing the operation | movement which boosts negative DC voltage and converts it into AC voltage. 図１０に示すインバータの等価回路図である。It is an equivalent circuit schematic of the inverter shown in FIG. 直流電圧を所望の交流電圧に変換する制御回路の詳細な構成を示す図である。It is a figure which shows the detailed structure of the control circuit which converts a DC voltage into a desired AC voltage. 交流電圧を所望の直流電圧に変換する制御回路の詳細な構成を示す図である。It is a figure which shows the detailed structure of the control circuit which converts an alternating voltage into a desired direct voltage. 従来の電源回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional power supply circuit. 従来の電源回路の入出力電圧波形を示す図である。It is a figure which shows the input-output voltage waveform of the conventional power supply circuit.

以下、本発明の電源回路を適用した一実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment to which a power supply circuit of the present invention is applied will be described with reference to the drawings.

図１は、一実施形態の電源回路の全体構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の電源回路は、単相部分昇降圧インバータ（以後、単に「インバータ」と称する、）１と制御回路２とを備える。インバータ１は、４つのスイッチング素子１０、１２、１４、１６、２つのＡＣリアクトル２０、２２、コンデンサ３０を備えている。このインバータ１には、２つの直流端子ａ、ｂと２つの交流端子ｃ、ｄを有する。一方の直流端子ａと一方の交流端子ｃとの間にはスイッチング素子１０とＡＣリアクトル２０の直列回路が接続されている。一方の直流端子ａと他方の交流端子ｄとの間にはスイッチング素子１４とＡＣリアクトル２２の直列回路が接続されている。これらのスイッチング素子１０、１４が第１のスイッチング素子に対応する。また、他方の直流端子ｂと一方の交流端子ｃとの間にはスイッチング素子１２が接続されている。他方の直流端子ｂと他方の交流端子ｄとの間にはスイッチング素子１６が接続されている。これらのスイッチング素子１２、１６が第２のスイッチング素子に対応する。２つの交流端子ｃ、ｄの間にはコンデンサ３０が接続されている。また、２つのＡＣリアクトル２０、２２は、磁気的に結合されている。制御回路２は、インバータ１に含まれる４つのスイッチング素子１０、１２、１４、１６をオンオフ制御する。 FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a power supply circuit according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the power supply circuit of the present embodiment includes a single-phase partial buck-boost inverter (hereinafter simply referred to as “inverter”) 1 and a control circuit 2. The inverter 1 includes four switching elements 10, 12, 14, 16, two AC reactors 20, 22, and a capacitor 30. The inverter 1 has two DC terminals a and b and two AC terminals c and d. A series circuit of a switching element 10 and an AC reactor 20 is connected between one DC terminal a and one AC terminal c. A series circuit of a switching element 14 and an AC reactor 22 is connected between one DC terminal a and the other AC terminal d. These switching elements 10 and 14 correspond to a first switching element. A switching element 12 is connected between the other DC terminal b and one AC terminal c. A switching element 16 is connected between the other DC terminal b and the other AC terminal d. These switching elements 12 and 16 correspond to a second switching element. A capacitor 30 is connected between the two AC terminals c and d. The two AC reactors 20 and 22 are magnetically coupled. The control circuit 2 performs on / off control of the four switching elements 10, 12, 14, and 16 included in the inverter 1.

本実施形態の電源回路はこのような構成を有しており、次に、その概略的な動作について説明する。図２は、電源回路１の入出力電圧波形を示す図である。図２において、Ｅ_dc、−Ｅ_dcは、直流端子ａ、ｂ間の電圧を、ｅ_acは交流端子ｃ、ｄ間の電圧をそれぞれ示している。本実施形態の電源回路では、例えば、直流電圧Ｅ_dcを交流電圧ｅ_acに変換する場合に、直流電圧Ｅ_dcを交流電圧ｅ_acのピーク値よりも高い電圧Ｖ_dcに一旦変換することなく直接交流電圧ｅ_acに変換している。同様に、交流電圧ｅ_acを直流電圧Ｅ_dcに変換する場合も、交流電圧ｅ_acをそのピーク値よりも高い電圧Ｖ_dcに一旦変換することなく直接直流電圧Ｅ_dcに変換している。なお、上記の電圧の高低は、直流電圧Ｅ_dcと交流電圧ｅ_acのそれぞれの絶対値を比較した場合の大小関係を示している。 The power supply circuit of the present embodiment has such a configuration, and the schematic operation will be described next. FIG. 2 is a diagram showing input / output voltage waveforms of the power supply circuit 1. In FIG. 2, E _dc and -E _dc indicate the voltage between the DC terminals a and b, and e _ac indicates the voltage between the AC terminals c and d, respectively. In the power supply circuit according to the present embodiment, for example, when the DC voltage E _dc is converted to the AC voltage e _ac , the DC voltage E _dc is directly converted to the voltage V _dc higher than the peak value of the AC voltage e _ac without being once converted. Converted to AC voltage e _ac . Similarly, when the AC voltage e _ac is converted into the DC voltage E _dc , the AC voltage e _ac is directly converted into the DC voltage E _dc without being once converted into the voltage V _dc higher than the peak value. The level of the voltage indicates a magnitude relationship when the absolute values of the DC voltage E _dc and the AC voltage e _ac are compared.

図３は、直流電圧Ｅ_dcを交流電圧ｅ_acに変換する場合の電圧の関係を示す図である。図３において、Ａは正極性の直流電圧Ｅ_dcを降圧して交流電圧ｅ_acに変換する区間を、Ｂは正極性の直流電圧Ｅ_dcを昇圧して交流電圧ｅ_acに変換する区間を、Ｃは負極性の直流電圧−Ｅ_dcを降圧して交流電圧ｅ_acに変換する区間を、Ｄは負極性の直流電圧−Ｅ_dcを昇圧して交流電圧ｅ_acに変換する区間をそれぞれ示している。以下では、これらの各区間に対応する動作を説明する。なお、図３では、直流電圧Ｅ_dcを交流電圧ｅ_acに変換する場合を示したが、反対に交流電圧ｅ_acを直流電圧Ｅ_dcに変換する場合についても同様であり、同じ４つの区間に分けて考えることができる。但し、この場合には昇圧と降圧の関係が反対になる。 FIG. 3 is a diagram illustrating a voltage relationship when the DC voltage E _dc is converted into the AC voltage e _ac . In FIG. 3, A is a section in which the positive direct current voltage E _dc is stepped down and converted into an alternating voltage e _ac , and B is a section in which the positive direct current voltage E _dc is stepped up and converted into an alternating current voltage e _ac . C represents a section in which the negative DC voltage −E _dc is stepped down and converted into an AC voltage e _ac , and D represents a section in which the negative DC voltage −E _dc is stepped up and converted into an AC voltage e _ac. Yes. Below, the operation | movement corresponding to these each area | region is demonstrated. In FIG. 3, the case for converting a DC voltage E _dc to ac voltage e _ac, and the same when for converting an AC voltage e _ac opposite to the DC voltage E _dc, the same four sections Can be considered separately. However, in this case, the relationship between step-up and step-down is reversed.

（１）正極性の直流電圧Ｅ_dcを降圧して交流電圧ｅ_acに変換する動作（区間Ａ）
図４は、正極性の直流電圧Ｅ_dcを降圧して交流電圧ｅ_acに変換する動作を行う場合のインバータ１の状態と制御回路２との関係を示す図である。図４に示すインバータ１では、スイッチング素子１０が区間Ａの間オンされ、スイッチング素子１２がオフされるとともに、スイッチング素子１４、１６が互いのオンオフタイミングが反転するようにオンオフ制御（ＰＷＭ制御）される。 (1) Operation of stepping down positive DC voltage E _dc and converting it to AC voltage e _ac (section A)
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between the state of the inverter 1 and the control circuit 2 when performing an operation of stepping down the positive DC voltage E _dc and converting it to the AC voltage e _ac . In the inverter 1 shown in FIG. 4, the switching element 10 is turned on during the section A, the switching element 12 is turned off, and the switching elements 14 and 16 are on / off controlled (PWM control) so that the on / off timing of each other is reversed. The

このオンオフ制御を行う駆動信号は、制御回路２に備わった三角波発生回路５０、電圧比較器５２、インバータ回路５４で生成される。三角波発生回路５０は、下限値が０Ｖ、上限値が１Ｖの三角波信号を発生する。電圧比較器５２は、マイナス入力端子に三角波発生回路５０から出力される三角波信号ｖ_TRが入力され、プラス入力端子に変調率０〜１の指令値を示す０〜１Ｖの変調率指令値信号α_BU ^*が入力され、これら２つの信号の電圧の大小に応じてハイ／ローレベルとなる駆動信号（ＰＷＭ信号）を出力する。スイッチング素子１６は、この駆動信号に応じて、具体的にはこの駆動信号がハイレベルのときにオンされ、ローレベルのときにオフされる。一方、スイッチング素子１４は、この駆動信号をインバータ回路５４によって反転した反転駆動信号に応じて、具体的にはこの反転駆動信号がハイレベルのときにオンされ、ローレベルのときにオフされる。 The drive signal for performing the on / off control is generated by the triangular wave generation circuit 50, the voltage comparator 52, and the inverter circuit 54 provided in the control circuit 2. The triangular wave generation circuit 50 generates a triangular wave signal having a lower limit value of 0V and an upper limit value of 1V. In the voltage comparator 52, the triangular wave signal v _TR output from the triangular wave generating circuit 50 is input to the negative input terminal, and the modulation rate command value signal α of 0 to 1V indicating the command value of the modulation rate 0 to 1 is input to the positive input terminal. _BU ^* is input, and a drive signal (PWM signal) that becomes a high / low level according to the magnitude of the voltage of these two signals is output. The switching element 16 is turned on when the drive signal is at a high level, and turned off when the drive signal is at a low level. On the other hand, the switching element 14 is turned on when the drive signal is inverted by the inverter circuit 54, specifically, when the inverted drive signal is at a high level, and turned off when the drive signal is at a low level.

図５は、図４に示すインバータ１の等価回路図である。図５に示す等価回路図では、２つのＡＣリアクトル２０、２２が１つになってＡＣリアクトル２０’で表されている。図５に示す等価回路図からも明らかなように、上述したインバータ１は、降圧インバータとして動作し、変調率指令値信号α_BU ^*が１Ｖに近いほど（変調率が１に近いほど）、交流端子ｃ、ｄ間の電圧は直流電圧Ｅ_dcに近い値となる。反対に、変調率指令値信号α_BU ^*が０Ｖに近いほど（変調率が０に近いほど）、交流端子ｃ、ｄ間の電圧は０Ｖに近い値となる。このようにして、図３に示す区間Ａに対応する正極性の降圧動作が行われる。 FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of inverter 1 shown in FIG. In the equivalent circuit diagram shown in FIG. 5, two AC reactors 20 and 22 are combined into one and represented by an AC reactor 20 ′. As is apparent from the equivalent circuit diagram shown in FIG. 5, the inverter 1 described above operates as a step-down inverter, and the AC is closer to 1 V (the modulation factor is closer to 1) as the modulation rate command value signal α _BU ^* is closer to 1 V. The voltage between the terminals c and d becomes a value close to the DC voltage E _dc . On the other hand, the closer the modulation rate command value signal α _BU ^* is to 0V (the closer the modulation rate is to 0), the closer the voltage between the AC terminals c and d is to a value close to 0V. In this way, the positive voltage step-down operation corresponding to the section A shown in FIG. 3 is performed.

（２）正極性の直流電圧Ｅ_dcを昇圧して交流電圧ｅ_acに変換する動作（区間Ｂ）
図６は、正極性の直流電圧Ｅ_dcを昇圧して交流電圧ｅ_acに変換する動作を行う場合のインバータ１の状態と制御回路２との関係を示す図である。図６に示すインバータ１では、スイッチング素子１０が区間Ｂの間オンされ、スイッチング素子１４がオフされるとともに、スイッチング素子１２、１６が互いのオンオフタイミングが反転するようにオンオフ制御（ＰＷＭ制御）される。 (2) Operation for boosting and converting positive DC voltage E _dc to AC voltage e _ac (section B)
FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the state of the inverter 1 and the control circuit 2 when performing an operation of boosting the positive DC voltage E _dc and converting it to the AC voltage e _ac . In the inverter 1 shown in FIG. 6, the switching element 10 is turned on during the section B, the switching element 14 is turned off, and the switching elements 12 and 16 are on / off controlled (PWM control) so that the on / off timing of each other is reversed. The

このオンオフ制御を行う駆動信号は、制御回路２に備わった三角波発生回路５０、電圧比較器５２、インバータ回路５４で生成される。電圧比較器５２は、マイナス入力端子に三角波発生回路５０から出力される三角波信号ｖ_TRが入力され、プラス入力端子に変調率０〜１の指令値を示す０〜１Ｖの変調率指令値信号α_BO ^*が入力され、これら２つの信号の電圧の大小に応じてハイ／ローレベルとなる駆動信号（ＰＷＭ信号）を出力する。スイッチング素子１２は、この駆動信号に応じて、具体的にはこの駆動信号がハイレベルのときにオンされ、ローレベルのときにオフされる。一方、スイッチング素子１６は、この駆動信号をインバータ回路５４によって反転した反転駆動信号に応じて、具体的にはこの反転駆動信号がハイレベルのときにオンされ、ローレベルのときにオフされる。 The drive signal for performing the on / off control is generated by the triangular wave generation circuit 50, the voltage comparator 52, and the inverter circuit 54 provided in the control circuit 2. In the voltage comparator 52, the triangular wave signal v _TR output from the triangular wave generating circuit 50 is input to the negative input terminal, and the modulation rate command value signal α of 0 to 1V indicating the command value of the modulation rate 0 to 1 is input to the positive input terminal. _BO ^* is input, and a drive signal (PWM signal) that becomes high / low level according to the magnitude of the voltage of these two signals is output. Specifically, the switching element 12 is turned on when the drive signal is at a high level and turned off when the drive signal is at a low level. On the other hand, the switching element 16 is turned on when the drive signal is inverted by the inverter circuit 54, specifically when the inverted drive signal is at a high level and turned off when the drive signal is at a low level.

図７は、図６に示すインバータ１の等価回路図である。図７に示す等価回路図では、２つのＡＣリアクトル２０、２２が１つになってＡＣリアクトル２０’で表されている。図７に示す等価回路図からも明らかなように、上述したインバータ１は、昇圧インバータとして動作し、変調率指令値信号α_BO ^*が０Ｖに近いほど（変調率が０に近いほど）、交流端子ｃ、ｄ間の電圧は直流電圧Ｅ_dcに近い値となる。反対に、変調率指令値信号α_BU ^*が１Ｖに近いほど（変調率が１に近いほど）、交流端子ｃ、ｄ間の電圧は直流電圧Ｅ_dcよりも高い値となる。このようにして、図３に示す区間Ｂに対応する正極性の昇圧動作が行われる。 FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of the inverter 1 shown in FIG. In the equivalent circuit diagram shown in FIG. 7, two AC reactors 20 and 22 are combined into one and represented by an AC reactor 20 ′. As is clear from the equivalent circuit diagram shown in FIG. 7, the inverter 1 described above operates as a booster inverter, and the closer the modulation rate command value signal α _BO ^* is to 0 V (the modulation rate is closer to 0), the AC The voltage between the terminals c and d becomes a value close to the DC voltage E _dc . On the contrary, the closer the modulation rate command value signal α _BU ^* is to 1 V (the closer the modulation rate is to 1), the higher the voltage between the AC terminals c and d is higher than the DC voltage E _dc . In this way, the positive voltage boosting operation corresponding to the section B shown in FIG. 3 is performed.

（３）負極性の直流電圧−Ｅ_dcを降圧して交流電圧ｅ_acに変換する動作（区間Ｃ）
図８は、負極性の直流電圧−Ｅ_dcを降圧して交流電圧ｅ_acに変換する動作を行う場合のインバータ１の状態と制御回路２との関係を示す図である。図８に示すインバータ１では、スイッチング素子１４が区間Ｃの間オンされ、スイッチング素子１６がオフされるとともに、スイッチング素子１０、１２が互いのオンオフタイミングが反転するようにオンオフ制御（ＰＷＭ制御）される。 (3) Operation for stepping down negative DC voltage -E _dc and converting it to AC voltage e _ac (section C)
FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between the state of the inverter 1 and the control circuit 2 when performing an operation of stepping down the negative DC voltage −E _dc and converting it to the AC voltage e _ac . In the inverter 1 shown in FIG. 8, the switching element 14 is turned on during the section C, the switching element 16 is turned off, and the switching elements 10 and 12 are on / off controlled (PWM control) so that the on / off timing of each other is reversed. The

このオンオフ制御を行う駆動信号は、制御回路２に備わった三角波発生回路５０、電圧比較器５２、インバータ回路５４で生成される。電圧比較器５２は、マイナス入力端子に三角波発生回路５０から出力される三角波信号ｖ_TRが入力され、プラス入力端子に変調率０〜１の指令値を示す０〜１Ｖの変調率指令値信号α_BU ^*が入力され、これら２つの信号の電圧の大小に応じてハイ／ローレベルとなる駆動信号（ＰＷＭ信号）を出力する。スイッチング素子１２は、この駆動信号に応じて、具体的にはこの駆動信号がハイレベルのときにオンされ、ローレベルのときにオフされる。一方、スイッチング素子１０は、この駆動信号をインバータ回路５６によって反転した反転駆動信号に応じて、具体的にはこの反転駆動信号がハイレベルのときにオンされ、ローレベルのときにオフされる。 The drive signal for performing the on / off control is generated by the triangular wave generation circuit 50, the voltage comparator 52, and the inverter circuit 54 provided in the control circuit 2. In the voltage comparator 52, the triangular wave signal v _TR output from the triangular wave generating circuit 50 is input to the negative input terminal, and the modulation rate command value signal α of 0 to 1V indicating the command value of the modulation rate 0 to 1 is input to the positive input terminal. _BU ^* is input, and a drive signal (PWM signal) that becomes a high / low level according to the magnitude of the voltage of these two signals is output. Specifically, the switching element 12 is turned on when the drive signal is at a high level and turned off when the drive signal is at a low level. On the other hand, the switching element 10 is turned on when the drive signal is inverted by the inverter circuit 56, specifically when the inverted drive signal is at a high level and turned off when the drive signal is at a low level.

図９は、図８に示すインバータ１の等価回路図である。図９に示す等価回路図では、２つのＡＣリアクトル２０、２２が１つになってＡＣリアクトル２２’で表されている。図９に示す等価回路図からも明らかなように、上述したインバータ１は、降圧インバータとして動作し、変調率指令値信号α_BU ^*が１Ｖに近いほど（変調率が１に近いほど）、交流端子ｃ、ｄ間の電圧は直流電圧Ｅ_dcの極性を反転した電圧−Ｅ_dcに近い値となる。反対に、変調率指令値信号α_BU ^*が０Ｖに近いほど（変調率が０に近いほど）、交流端子ｃ、ｄ間の電圧は極性が直流電圧Ｅ_dcとは反対であって０Ｖに近い値となる。このようにして、図３に示す区間Ｃに対応する負極性の降圧動作が行われる。 FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of inverter 1 shown in FIG. In the equivalent circuit diagram shown in FIG. 9, two AC reactors 20 and 22 are combined into one and represented by an AC reactor 22 ′. As apparent from the equivalent circuit diagram shown in FIG. 9, the inverter 1 described above operates as a step-down inverter, and the AC becomes closer to 1 V (modulation rate is closer to 1) as the modulation rate command value signal α _BU ^* is closer to 1 V. The voltage between the terminals c and d becomes a value close to the voltage −E _dc obtained by inverting the polarity of the DC voltage E _dc . Conversely, the closer the modulation rate command value signal α _BU ^* is to 0V (the closer the modulation rate is to 0), the voltage between the AC terminals c and d is opposite to the DC voltage E _dc and is close to 0V. Value. In this way, the negative voltage step-down operation corresponding to the section C shown in FIG. 3 is performed.

（４）負極性の直流電圧−Ｅ_dcを昇圧して交流電圧ｅ_acに変換する動作（区間Ｄ）
図１０は、負極性の直流電圧−Ｅ_dcを昇圧して交流電圧ｅ_acに変換する動作を行う場合のインバータ１の状態と制御回路２との関係を示す図である。図１０に示すインバータ１では、スイッチング素子１４が区間Ｄの間オンされ、スイッチング素子１０がオフされるとともに、スイッチング素子１２、１６が互いのオンオフタイミングが反転するようにオンオフ制御（ＰＷＭ制御）される。 (4) Operation for boosting and converting negative DC voltage -E _dc to AC voltage e _ac (section D)
FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between the state of the inverter 1 and the control circuit 2 when performing an operation of boosting the negative DC voltage −E _dc and converting it to the AC voltage e _ac . In the inverter 1 shown in FIG. 10, the switching element 14 is turned on during the section D, the switching element 10 is turned off, and the switching elements 12 and 16 are on / off controlled (PWM control) so that the on / off timing of each other is reversed. The

このオンオフ制御を行う駆動信号は、制御回路２に備わった三角波発生回路５０、電圧比較器５２、インバータ回路５４で生成される。電圧比較器５２は、マイナス入力端子に三角波発生回路５０から出力される三角波信号ｖ_TRが入力され、プラス入力端子に変調率０〜１の指令値を示す０〜１Ｖの変調率指令値信号α_BO ^*が入力され、これら２つの信号の電圧の大小に応じてハイ／ローレベルとなる駆動信号を出力する。スイッチング素子１６は、この駆動信号に応じて、具体的にはこの駆動信号がハイレベルのときにオンされ、ローレベルのときにオフされる。一方、スイッチング素子１２は、この駆動信号をインバータ回路５５によって反転した反転駆動信号に応じて、具体的にはこの反転駆動信号がハイレベルのときにオンされ、ローレベルのときにオフされる。 The drive signal for performing the on / off control is generated by the triangular wave generation circuit 50, the voltage comparator 52, and the inverter circuit 54 provided in the control circuit 2. In the voltage comparator 52, the triangular wave signal v _TR output from the triangular wave generating circuit 50 is input to the negative input terminal, and the modulation rate command value signal α of 0 to 1V indicating the command value of the modulation rate 0 to 1 is input to the positive input terminal. _BO ^* is input, and a drive signal that becomes high / low level is output according to the magnitude of the voltage of these two signals. The switching element 16 is turned on when the drive signal is at a high level, and turned off when the drive signal is at a low level. On the other hand, the switching element 12 is turned on when the drive signal is inverted by the inverter circuit 55, specifically when the inverted drive signal is at a high level and turned off when the drive signal is at a low level.

図１１は、図１０に示すインバータ１の等価回路図である。図１１に示す等価回路図では、２つのＡＣリアクトル２０、２２が１つになってＡＣリアクトル２２’で表されている。図１１に示す等価回路図からも明らかなように、上述したインバータ１は、昇圧インバータとして動作し、変調率指令値信号α_BO ^*が１Ｖに近いほど（変調率が１に近いほど）、交流端子ｃ、ｄ間の電圧は直流電圧Ｅ_dcの極性を反転した電圧Ｅ_dcに近い値となる。反対に、変調率指令値信号α_BO ^*が０Ｖに近いほど（変調率が０に近いほど）、交流端子ｃ、ｄ間の電圧は極性が直流電圧Ｅ_dcとは反対であって絶対値が電圧Ｅ_dcより高い値となる。このようにして、図３に示す区間Ｄに対応する負極性の昇圧動作が行われる。 FIG. 11 is an equivalent circuit diagram of inverter 1 shown in FIG. In the equivalent circuit diagram shown in FIG. 11, two AC reactors 20 and 22 are combined into one and represented by an AC reactor 22 ′. As is clear from the equivalent circuit diagram shown in FIG. 11, the inverter 1 described above operates as a step-up inverter, and as the modulation factor command value signal α _BO ^* is closer to 1V (the modulation factor is closer to 1), the alternating current is increased. The voltage between the terminals c and d becomes a value close to the voltage E _dc obtained by inverting the polarity of the DC voltage E _dc . Conversely, the closer the modulation rate command value signal α _BO ^* is to 0 V (the closer the modulation rate is to 0), the voltage between the AC terminals c and d is opposite in polarity to the DC voltage E _dc and has an absolute value. The value is higher than the voltage E _dc . In this manner, the negative boost operation corresponding to the section D shown in FIG. 3 is performed.

このようにして、インバータ１に含まれるスイッチング素子１０〜１６のそれぞれのオンオフ制御を制御回路２によって行うことにより、直流電圧Ｅ_dcに対して部分的な昇圧動作あるいは降圧動作を行い、直流電圧Ｅ_dcを一旦高い電圧に昇圧することなく直接交流電圧ｅ_acに変換することができる。なお、反対に交流電圧ｅ_acを直流電圧Ｅ_dcに変換する場合も基本的に同じであり、インバータ１に含まれるスイッチング素子１０〜１６のそれぞれのオンオフ制御を制御回路２によって行うことにより、交流電圧ｅ_acに対して部分的な昇圧動作あるいは降圧動作を行うことにより、交流電圧ｅ_acを一旦高い電圧に昇圧することなく直接直流電圧Ｅ_dcに変換することができる。 In this way, by performing the respective on-off control of the switching elements 10 to 16 included in the inverter 1 by the control circuit 2 performs a partial boost operation or step-down operation with respect to the DC voltage E _dc, dc voltage E _It is possible to directly convert _dc to AC voltage e _ac without once boosting _dc to a high voltage. On the contrary, the case where the AC voltage e _ac is converted to the DC voltage E _dc is basically the same, and the control circuit 2 performs on / off control of each of the switching elements 10 to 16 included in the inverter 1. by performing a partial boost operation or step-down operation with respect to the voltage e _ac, it can be converted directly into a DC voltage E _dc without boosting once high voltage AC voltage e _ac.

次に、制御回路２において行われる詳細な制御動作について説明する。図１２は、直流端子ａ、ｂに印加された直流電圧Ｅ_dcを所望の交流電圧ｅ_acに変換する制御回路２の詳細な構成を示す図である。なお、図１２に示す構成では、制御回路２による制御を実施する際に必要な電流検出部３２、３３、電圧検出部３４、３６がインバータ１に追加されている。電流検出部３２は、ＡＣリアクトル２０に流れるリアクトル電流ｉ_LPを検出する。電流検出部３３は、ＡＣリアクトル２２に流れるリアクトル電流ｉ_LNを検出する。電圧検出部３４は、直流端子ａ、ｂ間の電圧Ｅ_dcを検出する。電圧検出部３６は、交流端子ｃ、ｄ間の電圧ｖ_acを検出する。なお、電圧検出部３４は、直流電圧Ｅ_dcを交流電圧ｅ_acに変換する動作では使用されないが、交流電圧ｅ_acを直流電圧Ｅ_dcに変換する動作（後述する）で必要になるため、図１２のインバータ１には含ませてある。 Next, a detailed control operation performed in the control circuit 2 will be described. FIG. 12 is a diagram showing a detailed configuration of the control circuit 2 that converts the DC voltage E _dc applied to the DC terminals a and b into a desired AC voltage e _ac . In the configuration shown in FIG. 12, current detection units 32 and 33 and voltage detection units 34 and 36 necessary for performing control by the control circuit 2 are added to the inverter 1. The current detection unit 32 detects the reactor current i _LP flowing through the AC reactor 20. The current detection unit 33 detects a reactor current i _LN flowing through the AC reactor 22. The voltage detector 34 detects the voltage E _dc between the DC terminals a and b. The voltage detector 36 detects the voltage _vac between the AC terminals c and d. The voltage detection unit 34 is not used in the operation of converting the DC voltage E _dc into the AC voltage e _ac , but is necessary for the operation (described later) of converting the AC voltage e _ac into the DC voltage E _dc . 12 inverters 1 are included.

図１２に示すように、制御回路２は、電流指令値生成部７０、加算器８０、８２、比例積分調節器８６、変調率指令信号演算部８８、三角波発生回路５０、電圧比較器５２、インバータ回路５４、ＳＷドライバ９０を含んで構成されている。電流指令値生成部７０は、加算器７２、比例積分調節器７４を含んで構成されている。変調率指令信号演算部８８、三角波発生回路５０、電圧比較器５２がＰＷＭ信号生成部に、比例積分調節器８６が電圧指令値生成部にそれぞれ対応する。 As shown in FIG. 12, the control circuit 2 includes a current command value generation unit 70, adders 80 and 82, a proportional integration controller 86, a modulation factor command signal calculation unit 88, a triangular wave generation circuit 50, a voltage comparator 52, an inverter. The circuit 54 and the SW driver 90 are included. The current command value generation unit 70 includes an adder 72 and a proportional integration adjuster 74. The modulation factor command signal calculation unit 88, the triangular wave generation circuit 50, and the voltage comparator 52 correspond to the PWM signal generation unit, and the proportional integration controller 86 corresponds to the voltage command value generation unit.

上述したように、図１等に示したインバータ１を動作させる場合には、降圧時には変調率指令値信号α_BU ^*を指定し、昇圧時には変調率指令値信号α_BO ^*を指定する必要がある。そこで、まず、図５あるいは図７に示した等価回路を用いて電圧方程式を求めることにより、ＡＣリアクトル２０’の両端電圧ｖ_Lと変調率指令値信号との関係を導出する。 As described above, when the inverter 1 shown in FIG. 1 or the like is operated, it is necessary to specify the modulation rate command value signal α _BU ^* at the time of step-down and to specify the modulation rate command value signal α _BO ^* at the time of step-up. . Therefore, first, by obtaining a voltage equation using the equivalent circuit shown in FIG. 5 or FIG. 7, the relationship between the both-ends voltage v _L of the AC reactor 20 ′ and the modulation factor command value signal is derived.

図５に示した降圧時の等価回路図を用いて電圧方程式を求まると、以下のようになる。 Using the equivalent circuit diagram during step-down shown in FIG. 5, the voltage equation is obtained as follows.

α_BU ^*Ｅ_dc＝ｖ_L＋｜ｅ_ac｜・・・（１）
ここで、ｖ_LはＡＣリアクトル２０’の両端電圧である。なお、図９に示した等価回路も基本的に同じ構成を有しており、電圧方程式も（１）式と同じになる。（１）式を変形すると、以下のようになる。 α _BU ^* E _dc = v _L + | e _ac | (1)
Here, v _L is the voltage across the AC reactor 20 ′. Note that the equivalent circuit shown in FIG. 9 also has basically the same configuration, and the voltage equation is the same as the equation (1). When the equation (1) is modified, it becomes as follows.

ｖ_L＝α_BU ^*Ｅ_dc−｜ｅ_ac｜・・・（２）
また、図７に示した昇圧時の等価回路を用いて電圧方程式を求めると、以下のようになる。 v _L = α _BU ^* E _dc − | e _ac | (2)
Further, when the voltage equation is obtained using the equivalent circuit at the time of boosting shown in FIG. 7, it is as follows.

Ｅ_dc＋ｖ_L＝（１−α_BO ^*）｜ｅ_ac｜・・・（３）
なお、図１１に示した等価回路も基本的に同じ構成を有しており、電圧方程式も（３）式と同じになる。（３）式を変形すると、以下のようになる。 E _dc + v _L = (1−α _BO ^* ) | e _ac | (3)
Note that the equivalent circuit shown in FIG. 11 also has basically the same configuration, and the voltage equation is the same as the equation (3). When the expression (3) is modified, it becomes as follows.

ｖ_L＝（１−α_BO ^*）｜ｅ_ac｜−Ｅ_dc ・・・（４）
ところで、ＡＣリアクトル２０’のインダクタンスをＬac、ＡＣリアクトル２０’に流れる電流をｉ_Lとすると、ｖ_Lとｉ_Lとの間には、以下の関係がある。 v _L = (1−α _BO ^* ) | e _ac | −E _dc (4)
Meanwhile, 'Lac inductance, AC reactor 20' AC reactor 20 and the current flowing in the i _L, between the v _L and i _L, the following relationship.

ｖ_L＝Ｌac（ｄｉ_L／ｄｔ）・・・（５）
上述したように、変調率指令値信号α_BU ^*あるいはα_BO ^*を用いてｖ_Lを連続的に制御することができるとともに、ｉ_Lを線形制御できることがわかる。図１２に示す制御回路２において、加算器８０よりも後段の構成は、ｉ_Lを与えることにより、ｖ_Lを取得し、さらにα_BU ^*あるいはα_BO ^*を取得するためのものである。 v _L = Lac (di _L / dt) (5)
As described above, it can be seen that v _L can be continuously controlled using the modulation factor command value signal α _BU ^* or α _BO ^* , and i _L can be linearly controlled. In the control circuit 2 shown in FIG. 12, the configuration subsequent to the adder 80 is to obtain v _L and further to obtain α _BU ^* or α _BO ^* by giving i _L.

すなわち、加算器８０は、一方の入力端に入力される電流指令値ｉ_L ^*（後述する）から実際に電流検出部３２、３３によって検出された電流ｉ_L（電流検出部３２によって検出された電流ｉ_LPと、電流検出部３３によって検出された電流ｉ_LNとを加算器８２で合成することにより電流ｉ_Lが得られる）を減算した電流値（差分値）を比例積分調節器８６に入力する。比例積分調節器８６は、入力される電流値を流すために必要なＡＣリアクトル２０’の両端電圧の指令値である電圧指令値ｖ_L ^*を比例積分制御によって求めて出力する。変調率指令信号演算部８８は、降圧時には（２）式を用いて、昇圧時には（４）式を用いて変調率指令値信号α_BU ^*あるいはα_BO ^*を演算して出力する。これらの変調率指令値信号は電圧比較器５２のプラス入力端子に入力される。ＳＷドライバ９０は、電圧比較器５２の出力信号（ＰＷＭ信号）が直接入力されているとともに、この出力信号の論理を反転した信号が入力されており、これら２種類のＰＷＭ信号を含む４種類の駆動信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のそれぞれをインバータ１のスイッチング素子１０、１２、１４、１６に入力する。これら４種類の駆動信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の内容は、図３に示した４種類の区間Ａ〜Ｄのそれぞれに対応して切り替えられる。 That is, the adder 80 detects the current i _L (detected by the current detection unit 32) actually detected by the current detection units 32 and 33 from the current command value i _L ^* (described later) input to one input terminal. a current i _LP, the input current value obtained by subtracting the current i _L is obtained) by synthesizing the adder 82 and the current i _LN detected by the current detecting section 33 (difference value) to the proportional integral controller 86 To do. The proportional-plus-integral controller 86 obtains and outputs a voltage command value v _L ^* , which is a command value of the voltage across the AC reactor 20 ′ necessary for flowing the input current value, by proportional-integral control. The modulation factor command signal calculation unit 88 calculates and outputs the modulation factor command value signal α _BU ^* or α _BO ^* using equation (2) at the time of step-down and equation (4) at the time of step-up. These modulation factor command value signals are input to the positive input terminal of the voltage comparator 52. The SW driver 90 is directly inputted with the output signal (PWM signal) of the voltage comparator 52 and is inputted with a signal obtained by inverting the logic of the output signal, and includes four kinds of signals including these two kinds of PWM signals. The drive signals S1, S2, S3, and S4 are input to the switching elements 10, 12, 14, and 16 of the inverter 1, respectively. The contents of these four types of drive signals S1, S2, S3, S4 are switched corresponding to each of the four types of sections A to D shown in FIG.

区間Ａ（正極性、降圧時）については、図４に示す各スイッチング素子の制御を行うために、以下の内容の駆動信号が用いられる。
・スイッチング素子１０に入力される駆動信号Ｓ１：ハイレベルの信号
・スイッチング素子１２に入力される駆動信号Ｓ２：ローレベルの信号
・スイッチング素子１４に入力される駆動信号Ｓ３：インバータ回路５４の出力信号
・スイッチング素子１６に入力される駆動信号Ｓ４：電圧比較器５２の出力信号。 For the section A (positive polarity, at the time of step-down), the following drive signals are used to control each switching element shown in FIG.
Driving signal S1 input to the switching element 10: High level signal Driving signal S2 input to the switching element 12 Low level signal Driving signal S3 input to the switching element 14 Output signal of the inverter circuit 54 Drive signal S4 input to the switching element 16: output signal of the voltage comparator 52.

区間Ｂ（正極性、昇圧時）については、図６に示す各スイッチング素子の制御を行うために、以下の内容の駆動信号が用いられる。
・スイッチング素子１０に入力される駆動信号Ｓ１：ハイレベルの信号
・スイッチング素子１２に入力される駆動信号Ｓ２：電圧比較器５２の出力信号
・スイッチング素子１４に入力される駆動信号Ｓ３：ローレベルの信号
・スイッチング素子１６に入力される駆動信号Ｓ４：インバータ回路５４の出力信号。 For section B (positive polarity, during boosting), the following drive signals are used to control each switching element shown in FIG.
Drive signal S1 input to switching element 10: High level signal Drive signal S2 input to switching element 12: Output signal of voltage comparator 52 Drive signal S3 input to switching element 14: Low level Drive signal S4 input to signal / switching element 16: output signal of inverter circuit 54.

区間Ｃ（負極性、降圧時）については、図８に示す各スイッチング素子の制御を行うために、以下の内容の駆動信号が用いられる。
・スイッチング素子１０に入力される駆動信号Ｓ１：インバータ回路５４の出力信号
・スイッチング素子１２に入力される駆動信号Ｓ２：電圧比較器５２の出力信号
・スイッチング素子１４に入力される駆動信号Ｓ３：ハイレベルの信号
・スイッチング素子１６に入力される駆動信号Ｓ４：ローレベルの信号。 For the section C (negative polarity, step-down), the following drive signals are used to control each switching element shown in FIG.
Drive signal S1 input to switching element 10: Output signal of inverter circuit 54 Drive signal S2 input to switching element 12: Output signal of voltage comparator 52 Drive signal S3 input to switching element 14: High Level signal / Drive signal S4 input to the switching element 16: Low level signal.

区間Ｄ（負極性、昇圧時）については、図１０に示す各スイッチング素子の制御を行うために、以下の内容の駆動信号が用いられる。
・スイッチング素子１０に入力される駆動信号Ｓ１：ローレベルの信号
・スイッチング素子１２に入力される駆動信号Ｓ２：インバータ回路５４の出力信号
・スイッチング素子１４に入力される駆動信号Ｓ３：ハイレベルの信号
・スイッチング素子１６に入力される駆動信号Ｓ４：電圧比較器５２の出力信号。 For the section D (negative polarity, during boosting), the following drive signals are used to control the switching elements shown in FIG.
Driving signal S1 input to switching element 10: Low level signal Driving signal S2 input to switching element 12: Output signal of inverter circuit 54 Driving signal S3 input to switching element 14: High level signal Drive signal S4 input to the switching element 16: output signal of the voltage comparator 52.

次に、電流指令値ｉ_L ^*の生成について説明する。上述したように、電流指令値ｉ_L ^*を加算器８０の一方の入力端に入力することにより、インバータ１を制御することができるが、直流端子ａ、ｂに印加された直流電圧Ｅ_dcを所望の交流電圧ｅ_acに変換する際に必要な電流指令値ｉ_L ^*は、電流指令値生成部７０によって生成される。電流指令値生成部７０では、加算器７２の一方の入力端に所望の交流電圧ｅ_acに対応する電圧指令値ｖ_ac ^*（＝Ｅ_mｓｉｎ（ωｔ））が入力され、他方の入力端に交流端子ｃ、ｄ間の実際の電圧ｖ_acが入力され、これらの差分に相当する電圧指定値が比例積分調節器７４に入力される。比例積分調節器７４は、入力された電圧指令値に対応する電流指令値ｉ_L ^*を比例積分制御によって求めて出力する。生成された電流指令値ｉ_L ^*は、加算器８０に入力される。このようにして、変換後の出力電圧を指令値ｖ_ac ^*として入力することにより、確実に図２に示した直流電圧Ｅ_dcから交流電圧ｅ_acへの変換を行うことができる。 Next, generation of the current command value i _L ^* will be described. As described above, the inverter 1 can be controlled by inputting the current command value i _L ^* to one input terminal of the adder 80, but the DC voltage E _dc applied to the DC terminals a and b can be changed. The current command value i _L ^* necessary for conversion to the desired AC voltage e _ac is generated by the current command value generation unit 70. In the current command value generation unit 70, a voltage command value v _ac ^* (= E _m sin (ωt)) corresponding to a desired AC voltage e _ac is input to one input terminal of the adder 72, and the other input terminal. The actual voltage _vac between the AC terminals c and d is input, and a voltage designation value corresponding to the difference between these is input to the proportional-plus-integral controller 74. The proportional-integral controller 74 obtains and outputs a current command value i _L ^* corresponding to the input voltage command value by proportional-integral control. The generated current command value i _L ^* is input to the adder 80. In this way, by inputting the converted output voltage as the command value v _ac ^* , it is possible to reliably convert the DC voltage E _dc shown in FIG. 2 to the AC voltage e _ac .

図１３は、交流端子ｃ、ｄに印加された交流電圧ｅ_acを所望の直流電圧Ｅ_dcに変換する制御回路２の詳細な構成を示す図である。図１３に示す制御回路２は、図１２に示した制御回路２に対して、電流指令値生成部７０を電流指令値生成部６０に置き換えた構成を有している。電流指令値生成部６０は、加算器６２、比例積分調節器６４、乗算器６６を含んで構成されている。交流端子ｃ、ｄに印加された交流電圧ｅ_acを所望の直流電圧Ｅ_dcに変換する際に必要な電流指令値ｉ_L ^*は、この電流指令値生成部６０によって生成される。 FIG. 13 is a diagram illustrating a detailed configuration of the control circuit 2 that converts the AC voltage e _ac applied to the AC terminals c and d into a desired DC voltage E _dc . The control circuit 2 shown in FIG. 13 has a configuration in which the current command value generation unit 70 is replaced with a current command value generation unit 60 with respect to the control circuit 2 shown in FIG. The current command value generation unit 60 includes an adder 62, a proportional integration adjuster 64, and a multiplier 66. The current command value i _L ^* necessary for converting the AC voltage e _ac applied to the AC terminals c and d into the desired DC voltage E _dc is generated by the current command value generation unit 60.

電流指令値生成部６０では、加算器６２の一方の入力端に所望の直流電圧Ｅ_dcに対応する電圧指令値Ｅ_dc ^*が入力され、他方の入力端に電圧検出部３４によって検出された直流端子ａ、ｂ間の実際の電圧Ｅ_dcが入力され、これらの差分に相当する電圧指定値が比例積分調節器６４に入力される。比例積分調節器６４は、入力された電圧指令値に対応する電流指令値ｉ_L ^*の振幅値｜ｉ_L ^*｜を比例積分制御によって求めて出力する。乗算器６６は、比例積分調節器６４から出力される振幅値｜ｉ_L ^*｜と、電圧検出部３６によって検出された交流端子ｃ、ｄ間の実際の電圧ｖ_ac（交流電圧ｅ_acに同期して周波数および位相が同じである正弦波信号）とを乗算することにより電流指令値ｉ_L ^*を生成する。生成された電流指令値ｉ_L ^*は、加算器８０に入力される。このようにして、変換後の出力電圧を指令値Ｅ_dc ^*として入力することにより、確実に図２に示した交流電圧ｅ_acから直流電圧Ｅ_dcへの変換を行うことができる。 In the current command value generation unit 60, the voltage command value E _dc ^* corresponding to the desired DC voltage E _dc is input to one input terminal of the adder 62, and the direct current detected by the voltage detection unit 34 is input to the other input terminal. The actual voltage E _dc between the terminals a and b is input, and a voltage designation value corresponding to the difference between these is input to the proportional-plus-integral regulator 64. The proportional-plus-integral controller 64 obtains and outputs the amplitude value | i _L ^* | of the current command value i _L ^* corresponding to the input voltage command value by proportional-integral control. The multiplier 66 is synchronized with the amplitude value | i _L ^* | output from the proportional-plus-integral regulator 64 and the actual voltage v _ac (the AC voltage e _ac between the AC terminals c and d detected by the voltage detector 36. Current command value i _L ^* is generated by multiplying the signal by a sine wave signal having the same frequency and phase. The generated current command value i _L ^* is input to the adder 80. In this way, by inputting the converted output voltage as the command value E _dc ^* , the conversion from the AC voltage e _ac shown in FIG. 2 to the DC voltage E _dc can be reliably performed.

このように、本実施形態の電源回路では、交流電圧（絶対値）のピーク値よりも高い直流電圧（絶対値）に一旦昇圧する必要がないため、変換時の損失を低減することができる。また、ＤＣリアクトルが含まれないインバータ１のみで直流電圧と交流電圧との間の相互の変換を行っているため、装置の小型化が可能となる。また、オンオフ制御（ＰＷＭ制御）するスイッチング素子１０〜１６を切り替えることにより、昇圧動作と降圧動作を１つの昇降圧インバータ１で行うことができる。さらに、変換後の電圧を電圧指令値として与えることで直流電圧と交流電圧の間のパワーフローを任意に制御することが可能となる。 As described above, in the power supply circuit according to the present embodiment, it is not necessary to once increase the voltage to a DC voltage (absolute value) higher than the peak value of the AC voltage (absolute value), and therefore loss during conversion can be reduced. Further, since the mutual conversion between the DC voltage and the AC voltage is performed only by the inverter 1 that does not include the DC reactor, the apparatus can be reduced in size. Further, the step-up / step-down inverter 1 can perform the step-up operation and the step-down operation by switching the switching elements 10 to 16 that perform on / off control (PWM control). Furthermore, it is possible to arbitrarily control the power flow between the DC voltage and the AC voltage by giving the converted voltage as a voltage command value.

なお、上述した実施形態では、図１２に示した構成を用いた直流電圧Ｅ_dcから交流電圧ｅ_acへの変換動作と、図１３に示した構成を用いた交流電圧ｅ_acから直流電圧Ｅ_dcへの変換動作とを別々に説明したが、インバータ１によって双方向の変換動作を行うために、制御回路２は、図１２に示す構成と図１３に示す構成の両方を備えて備えている。 In the embodiment described above, the conversion to the AC voltage e _ac from the DC voltage E _dc using the configuration shown in FIG. 12, DC from the AC voltage e _ac using the configuration shown in FIG. 13 voltage E _dc However, in order to perform the bidirectional conversion operation by the inverter 1, the control circuit 2 includes both the configuration shown in FIG. 12 and the configuration shown in FIG.

本発明によれば、交流電圧のピーク値よりも高い直流電圧に一旦昇圧する必要がないため、変換時の損失を低減することができる。また、ＤＣリアクトルが含まれないインバータ１のみで直流電圧と交流電圧との間の相互の変換を行っているため、装置の小型化が可能となる。 According to the present invention, since it is not necessary to step up to a DC voltage that is higher than the peak value of the AC voltage, loss during conversion can be reduced. Further, since the mutual conversion between the DC voltage and the AC voltage is performed only by the inverter 1 that does not include the DC reactor, the apparatus can be reduced in size.

１単相部分昇降圧インバータ
２制御回路
１０、１２、１４、１６スイッチング素子
２０、２２ＡＣリアクトル
３０コンデンサ
３２、３３電流検出部
３４、３６電圧検出部
５０三角波発生回路
５２電圧比較器
５４インバータ回路
６０、７０電流指令値生成部
６２加算器
６４、７４、８６比例積分調節器
６６乗算器
６８正弦波信号生成部
７２、８０、８２加算器
８８変調率指令信号演算部
９０ＳＷドライバ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single phase partial buck-boost inverter 2 Control circuit 10, 12, 14, 16 Switching element 20, 22 AC reactor 30 Capacitor 32, 33 Current detection part 34, 36 Voltage detection part 50 Triangular wave generation circuit 52 Voltage comparator 54 Inverter circuit 60 , 70 Current command value generation unit 62 Adder 64, 74, 86 Proportional integral controller 66 Multiplier 68 Sine wave signal generation unit 72, 80, 82 Adder 88 Modulation rate command signal calculation unit 90 SW driver

Claims

A power supply circuit that performs mutual conversion between DC voltage and AC voltage,
Among the plurality of sections of the voltage waveform divided in accordance with the magnitude relationship in the absolute value comparison of the direct current voltage and the alternating current voltage, the direct current voltage is converted into the alternating current voltage in a section where the alternating current voltage is higher than the direct current voltage. A step-up / step-down operation that performs an operation of stepping up the AC voltage or stepping down the AC voltage to the DC voltage, and performing an operation of stepping down the DC voltage to the AC voltage or an operation of boosting the AC voltage to the DC voltage in the remaining section An inverter;
A control circuit for controlling the step-up / down inverter,
The step-up / down inverter has two DC terminals for inputting / outputting the DC voltage and two AC terminals for inputting / outputting the AC voltage,
A series circuit of a first switching element and a reactor is connected between the one DC terminal and each of the two AC terminals,
A second switching element is connected between the other DC terminal and each of the two AC terminals,
A power supply circuit, wherein a capacitor is connected between the two AC terminals.

In claim 1,
The control circuit turns on the first switching element included in one of the series circuits when the AC voltage is higher than the DC voltage, and the first circuit included in the other series circuit. In the state where the switching element is turned off, the other two second switching elements are alternately turned on / off, whereby the step-up / step-down inverter is operated to boost the DC voltage to the AC voltage or the AC voltage is A power supply circuit characterized by causing an operation to step down to a DC voltage.

In claim 1 or 2,
When the AC voltage is lower than the DC voltage, the control circuit turns on the first switching element included in one of the series circuits and turns off the second switching element. Thus, by alternately turning on and off the first switching element and the other second switching element included in the other series circuit, the DC voltage is stepped down to the AC voltage by the buck-boost inverter. A power supply circuit that performs an operation to increase the AC voltage to the DC voltage.

In claim 2 or 3,
The control circuit includes a PWM signal generation unit that generates a PWM signal whose duty ratio can be changed, and an inverter circuit that inverts the logic of the PWM signal output from the PWM signal generation unit, and performs on / off control alternately 2 One of the two switching elements is on / off controlled based on the output signal of the PWM signal generator, and the other is on / off controlled based on the output signal of the inverter circuit.

In claim 4,
The control circuit includes:
When the DC voltage or the AC voltage to be converted is given as a voltage command value, the current flowing through the reactor is indicated based on the difference between the voltage command value and the actual DC voltage or the AC voltage. A current command value generator for generating a current command value;
Based on the current command value, a voltage command value generation unit that generates a voltage command value indicating a voltage across the reactor, and
The PWM signal generator for generating the PWM signal based on the voltage command value;
A power supply circuit comprising: