JP5823248B2 - Ａｃ／ｄｃインバータ装置、および、ａｃ／ｄｃインバータ装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＡＣ／ＤＣインバータ装置、および、ＡＣ／ＤＣインバータ装置の制御方法に関する。

従来、系統電源よりも高圧のバッテリから入力される直流電圧を交流電圧に変換するとともに、系統電源から入力される交流電圧をバッテリが充電可能な直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣインバータ装置がある（例えば、特許文献１参照。）
図１に示すように、従来の電源システム１０００Ｘは、交流電力を出力する交流電源ＰＳと、外部負荷Ｒと、ＡＣ／ＤＣインバータ装置１００Ｘと、を備える。

そして、ＡＣ／ＤＣインバータ装置１００Ｘは、第１の入出力端子Ｔ１と、第２の入出力端子Ｔ２と、第３の入出力端子Ｔ３と、第４の入出力端子Ｔ４と、ＬＣフィルタ１Ｘと、ブリッチ回路２Ｘと、制御回路３Ｘと、第２の平滑用コンデンサＣ２と、を備える。そして、第１、第２の入出力端子Ｔ１、Ｔ２間に交流電源ＰＳが接続され、且つ第３、第４の入出力端子Ｔ３、Ｔ４間に外部負荷Ｒが接続されている。

このＡＣ／ＤＣインバータ装置１００Ｘは、交流電力を直流電力に変換する場合、外部負荷に直流電力を供給する時（バッテリ充電時）に、制御回路３Ｘは、交流電源ＰＳが出力する交流電圧ＶＡＣの正相・逆相の向きを検出し、この検出された正相・逆送の向きに応じて、第２、第４のスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４のスイッチングを制御する（図２）。

例えば、制御回路３Ｘは、交流電圧ＶＡＣが正相の期間（時間ｔ０〜時間ｔ１、時間ｔ２〜時間ｔ３）、制御信号Ｖｇｓ１〜Ｖｇｓ４により、第１、３、４のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ４をオフに固定し、且つ第２のスイッチ素子Ｑ２をオン／オフする。

そして、制御回路３Ｘは、交流電圧ＶＡＣが逆相の期間（時間ｔ１〜時間ｔ２）、制御信号Ｖｇｓ１〜Ｖｇｓ４により、第１、２、３のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３をオフに固定し、且つ第４のスイッチ素子Ｑ４をオン／オフする。

これにより、ＡＣ／ＤＣインバータ装置１００Ｘは、交流電源ＰＳから出力された交流電力を直流電力に変換して外部負荷Ｒへ供給する。

特開２００９−３３８００号公報

しかし、上記従来のＡＣ／ＤＣインバータ装置１００Ｘは、既述のように、交流電力を直流電力に変換する場合、交流電圧ＶＡＣの正相・逆相の向きによってスイッチングする第２、第４のスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４を替えるため、交流電源ＰＳのゼロクロス検出など高い精度が必要となる。

すなわち、交流電圧ＶＡＣ（ゼロクロス等）を検出するための構成が必要となるとともに、制御回路３Ｘの設計が複雑化する。

したがって、ＡＣ／ＤＣインバータ装置１００Ｘの製造コストが増大する問題があった。

本発明の一態様に係る実施例に従ったＡＣ／ＤＣインバータ装置は、
直流電源が出力する直流電力を交流電力に変換し、且つ、交流電源が出力する交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣインバータ装置であって、
第１の入出力端子、および、前記第１の入出力端子との間に前記交流電源を接続するための第２の入出力端子と、
第３の入出力端子、および、前記第３の入出力端子との間に外部負荷を接続するための第４の入出力端子と、
前記第３の入出力端子に一端が接続され、第１の接続端子に他端が接続された第１のスイッチ素子と、
前記第１のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第１のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第１のダイオードと、
前記第１の接続端子に一端が接続され、前記第４の入出力端子に他端が接続された第２のスイッチ素子と、
前記第２のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第２のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第２のダイオードと、
前記第３の入出力端子に一端が接続され、前記第２の接続端子に他端が接続された第３のスイッチ素子と、
前記第３のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第３のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第３のダイオードと、
前記第２の接続端子に一端が接続され、前記第４の入出力端子に他端が接続された第４のスイッチ素子と、
前記第４のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第４のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第４のダイオードと、
前記第１、第２の接続端子と前記第１、第２の入出力端子との間に接続されたＬＣフィルタと、
前記第３の入出力端子に一端が接続され、前記第４の入出力端子に他端が接続された第２の平滑用コンデンサと、
前記第１ないし第４のスイッチ素子の動作を制御する制御回路と、を備え、
前記第１、第２の入出力端子間に交流電源が接続され且つ前記第３、第４の入出力端子間に外部負荷が接続され、交流電力を直流電力に変換する場合、前記制御回路は、前記第１のスイッチ素子および前記第３のスイッチ素子をオフに固定し、且つ、前記第２のスイッチ素子と前記第４のスイッチ素子とのオン／オフを同期して切り替える
ことを特徴とする。

前記ＡＣ／ＤＣインバータ装置は、
前記直流電源が出力する直流電力をＰＷＭ制御により交流電力に変換し、且つ、前記交流電源が出力する交流電力をＰＷＭ制御により直流電力に変換するようにしてもよい。

前記ＡＣ／ＤＣインバータ装置において、
前記制御回路は、前記第１ないし第４のスイッチ素子の動作をＰＷＭ制御するようにしてもよい。

前記ＡＣ／ＤＣインバータ装置において、
前記交流電力を直流電力に変換する場合、
前記制御回路は、
第１の期間、前記第１のスイッチ素子および前記第３のスイッチ素子をオフに固定し、且つ、前記第２のスイッチ素子と前記第４のスイッチ素子とのオン／オフを同期して切り替えた後、
第２の期間、前記第２のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子をオフに固定し、且つ、前記第１のスイッチ素子と前記第３のスイッチ素子とのオン／オフを同期して切り替えるようにしてもよい。

前記ＡＣ／ＤＣインバータ装置において、
前記交流電力を直流電力に変換する場合、
前記制御回路は、
前記第１の期間、前記第１のスイッチ素子および前記第３のスイッチ素子をオフに固定し、且つ、前記第２のスイッチ素子と前記第４のスイッチ素子とを同期してオンまたはオフに周期的に切り替えた後、
前記第２の期間、前記第２のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子をオフに固定し、且つ、前記第１のスイッチ素子と前記第３のスイッチ素子とを同期してオンまたはオフに周期的に切り替えるようにしてもよい。

前記ＡＣ／ＤＣインバータ装置において、
前記第１の期間の長さと前記第２の期間の長さは、等しくしてもよい。

前記ＡＣ／ＤＣインバータ装置において、
前記第１の期間および前記第２の期間は、ＰＷＭ制御のパルスで規定される期間であるようにしてもよい。

前記ＡＣ／ＤＣインバータ装置において、
前記第１の期間および前記第２の期間は、交流の周期で規定される期間であるようにしてもよい。

前記ＡＣ／ＤＣインバータ装置において、
前記ＬＣフィルタは、
前記第１の接続端子に一端が接続され、前記第１の入出力端子に他端が接続された第１のノーマルモードインダクタと、
前記第２の接続端子に一端が接続され、前記第２の入出力端子に他端が接続された第２のノーマルモードインダクタと、
前記第１のノーマルモードインダクタの他端と前記第２のノーマルモードインダクタの他端との間に接続された第１の平滑用コンデンサと、を有するようにしてもよい。

前記ＡＣ／ＤＣインバータ装置において、
前記第３の入出力端子と前記第４の入出力端子との間に接続された第２の平滑用コンデンサを、さらに備えるようにしてもよい。

前記ＡＣ／ＤＣインバータ装置において、
前記第１、第２の入出力端子間に外部負荷が接続され且つ前記第３、第４の入出力端子間にバッテリが接続され、直流電力を交流電力に変換する場合、
前記制御回路は、
前記第１ないし第４のスイッチ素子がフルブリッジ動作するように、前記第１のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子のオン／オフに対して前記第２のスイッチ素子および第３のスイッチ素子のオン／オフを相補的に切り替えるようにしてもよい。

前記ＡＣ／ＤＣインバータ装置において、
前記第１ないし第４のスイッチ素子は、ＭＯＳＦＥＴであり、
前記制御回路は、前記ＭＯＳＦＥＴのゲートに制御信号を印加することにより、前記ＭＯＳＦＥＴのオン／オフを制御するようにしてもよい。

前記ＡＣ／ＤＣインバータ装置において、
前記第１ないし第４のダイオードは、前記ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードであるようにしてもよい。

前記ＡＣ／ＤＣインバータ装置において、
前記外部負荷は、バッテリであるようにしてもよい。

本発明の一態様に係る実施例に従ったＡＣ／ＤＣインバータ装置の制御方法は、
直流電源が出力する直流電力を交流電力に変換し、且つ、交流電源が出力する交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣインバータ装置であって、第１の入出力端子、および、前記第１の入出力端子との間に前記交流電源を接続するための第２の入出力端子と、第３の入出力端子、および、前記第３の入出力端子との間に外部負荷を接続するための第４の入出力端子と、前記第３の入出力端子に一端が接続され、第１の接続端子に他端が接続された第１のスイッチ素子と、前記第１のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第１のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第１のダイオードと、前記第１の接続端子に一端が接続され、前記第４の入出力端子に他端が接続された第２のスイッチ素子と、前記第２のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第２のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第２のダイオードと、前記第３の入出力端子に一端が接続され、前記第２の接続端子に他端が接続された第３のスイッチ素子と、前記第３のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第３のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第３のダイオードと、前記第２の接続端子に一端が接続され、前記第４の入出力端子に他端が接続された第４のスイッチ素子と、前記第４のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第４のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第４のダイオードと、前記第１、第２の接続端子と前記第１、第２の入出力端子との間に接続されたＬＣフィルタと、前記第３の入出力端子に一端が接続され、前記第４の入出力端子に他端が接続された第２の平滑用コンデンサと、を備えたＡＣ／ＤＣインバータ装置の制御方法であって、
前記第１、第２の入出力端子間に交流電源が接続され且つ前記第３、第４の入出力端子間に外部負荷が接続され、交流電力を直流電力に変換する場合、
前記第１のスイッチ素子および前記第３のスイッチ素子をオフに固定し、且つ、前記第２のスイッチ素子と前記第４のスイッチ素子とのオン／オフを同期して切り替える
ことを特徴とする。

本発明の一態様に係るＡＣ／ＤＣインバータ装置１００では、第１、第２の入出力端子Ｔ１、Ｔ２間に交流電源ＰＳが接続され且つ第３、第４の入出力端子Ｔ３、Ｔ４間に外部負荷Ｒが接続され、交流電力を直流電力に変換する場合、制御回路１００は、第１のスイッチ素子Ｑ１および第３のスイッチ素子Ｑ３をオフに固定し、且つ、第２のスイッチ素子Ｑ２と第４のスイッチ素子Ｑ４とのオン／オフを同期して切り替える。

第２のスイッチ素子Ｑ２と第４のスイッチ素子Ｑ４が同時にオンすることにより、交流電圧ＶＡＣより、第１のノーマルモードインダクタＬ１及び第２のノーマルモードインダクタＬ２に電流が流れ、第１のノーマルモードインダクタＬ１及び第２のノーマルモードインダクタＬ２に磁気エネルギーが蓄えられる。

この時、第１のノーマルモードインダクタＬ１及び第２のノーマルモードインダクタＬ２に電流が流れる電流の方向は、交流電圧ＶＡＣの正相・逆相、何れの向きであっても、その方向に従う。

次に、第２のスイッチ素子Ｑ２と第４のスイッチ素子Ｑ４が同時にオフした時、第１ないし第４のダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４はブリッジダイオードの構成となる。

第１のノーマルモードインダクタＬ１及び第２のノーマルモードインダクタＬ２に蓄えられたエネルギーは、第１ないし第４のダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４により構成されるブリッジダイオードに整流され、第１のノーマルモードインダクタＬ１及び第２のノーマルモードインダクタＬ２の電流が、正相・逆相、何れの向きであっても、その方向に従う。

従って、第２の平滑用コンデンサＣ２に対し、所定の極性で整流される。

これにより、交流電圧ＶＡＣの正相・逆相関係なく第２のスイッチ素子Ｑ２と第４のスイッチ素子Ｑ４を駆動させてＡＣ／ＤＣ変換することができる。

すなわち、交流電圧ＶＡＣの正相・逆相の向きを検出する必要がなくなる。

したがって、従来と比較して、交流電圧ＶＡＣ（ゼロクロス等）の検出のための構成が不要となるとともに、制御回路の設計が容易になる。

すなわち、ＡＣ／ＤＣインバータ装置の製造コストを削減することができる。

図１は、従来のＡＣ／ＤＣインバータ装置１００Ｘを備えた電源システム１０００Ｘの構成を示す図である。 図２は、図１に示す従来のＡＣ／ＤＣインバータ装置１００Ｘの動作波形の一例を示す図である。 図３は、本発明の一態様である実施例１に係る電源システム１０００の構成の一例を示す図である。 図４は、図３に示す実施例１に係るＡＣ／ＤＣインバータ装置１００の動作波形の一例を示す図である。 図５は、図３に示す実施例１に係るＡＣ／ＤＣインバータ装置１００の動作波形の他の例を示す図である。 図６は、図３に示す実施例１に係るＡＣ／ＤＣインバータ装置１００の動作波形のさらに他の例を示す図である。 図７は、図３に示す実施例１に係るＡＣ／ＤＣインバータ装置１００の動作波形のさらに他の例を示す図である。

以下、本発明に係る各実施例について図面に基づいて説明する。

図３は、本発明の一態様である実施例１に係る電源システム１０００の構成の一例を示す図である。

図３に示すように、電源システム１０００は、交流電力を出力する交流電源ＰＳと、外部負荷Ｒと、ＡＣ／ＤＣインバータ装置１００と、を備える。

ここで、ＡＣ／ＤＣインバータ装置１００は、例えば、直流電源（バッテリ）が出力する直流電力をＰＷＭ制御により交流電力に変換し、且つ、交流電源ＰＳが出力する交流電力をＰＷＭ制御により直流電力に変換するようになっている。すなわち、ＡＣ／ＤＣインバータ装置１００は、双方向インバータとして動作する。

このＡＣ／ＤＣインバータ装置１００は、図３に示すように、第１の入出力端子Ｔ１と、第２の入出力端子Ｔ２と、第３の入出力端子Ｔ３と、第４の入出力端子Ｔ４と、ＬＣフィルタ１と、ブリッチ回路２と、制御回路３と、第２の平滑用コンデンサＣ２と、を備える。

交流電源ＰＳが第１の入出力端子Ｔ１と第２の入出力端子Ｔ２との間に接続される。

外部負荷Ｒが第３の入出力端子Ｔ３と第４の入出力端子Ｔ４との間に接続される。この外部負荷Ｒは、例えば、バッテリである。

また、ブリッチ回路２は、第１のスイッチ素子Ｑ１と、第２のスイッチ素子Ｑ２と、第３のスイッチ素子Ｑ３と、第４のスイッチ素子Ｑ４と、第１のダイオードＤ１と、第２のダイオードＤ２と、第３のダイオードＤ３と、第４のダイオードＤ４と、を有する。そして、第１のスイッチ素子Ｑ１と第２のスイッチ素子Ｑ２との間に第１の接続端子ＴＭ１が接続されている。また、第３のスイッチ素子Ｑ３と第４のスイッチ素子Ｑ４との間に第２の接続端子ＴＭ２が接続されている。

第１のスイッチ素子Ｑ１は、第３の入出力端子Ｔ３に一端が接続され、第１の接続端子ＴＭ１に他端が接続されている。この第１のスイッチ素子Ｑ１は、本実施例では、例えば、ＭＯＳＦＥＴであり、ゲートに制御信号Ｖｇｓ１が入力されようになっている。なお、この第１のスイッチ素子Ｑ１は、バイポーラトランジスタや他のスイッチ素子であってもよい。

第１のダイオードＤ１は、第１のスイッチ素子Ｑ１の一端にカソードが接続され、第１のスイッチ素子Ｑ１の他端にアノードが接続されている。この第１のダイオードＤ１は、例えば、第１のスイッチ素子Ｑ１である該ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードである。

第２のスイッチ素子Ｑ２は、第１の接続端子ＴＭ１に一端が接続され、第４の入出力端子Ｔ４に他端が接続されている。この第２のスイッチ素子Ｑ２は、本実施例では、例えば、ＭＯＳＦＥＴであり、ゲートに制御信号Ｖｇｓ２が入力されようになっている。なお、この第２のスイッチ素子Ｑ２は、バイポーラトランジスタや他のスイッチ素子であってもよい。

第２のダイオードＤ２は、第２のスイッチ素子Ｑ２の一端にカソードが接続され、第２のスイッチ素子Ｑ２の他端にアノードが接続されている。この第２のダイオードＤ２は、例えば、第２のスイッチ素子Ｑ２である該ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードである。

第３のスイッチ素子Ｑ３は、第３の入出力端子Ｔ３に一端が接続され、第２の接続端子ＴＭ２に他端が接続されている。この第３のスイッチ素子Ｑ３は、本実施例では、例えば、ＭＯＳＦＥＴであり、ゲートに制御信号Ｖｇｓ３が入力されようになっている。なお、この第３のスイッチ素子Ｑ３は、バイポーラトランジスタや他のスイッチ素子であってもよい。

第３のダイオードＤ３は、第３のスイッチ素子Ｑ３の一端にカソードが接続され、第３のスイッチ素子Ｑ３の他端にアノードが接続されている。この第３のダイオードＤ３は、例えば、第３のスイッチ素子Ｑ３である該ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードである。

第４のスイッチ素子Ｑ４は、第２の接続端子ＴＭ２に一端が接続され、第４の入出力端子Ｔ４に他端が接続されている。この第４のスイッチ素子Ｑ４は、本実施例では、例えば、ＭＯＳＦＥＴであり、ゲートに制御信号Ｖｇｓ４が入力されようになっている。なお、この第４のスイッチ素子Ｑ４は、バイポーラトランジスタや他のスイッチ素子であってもよい。

第４のダイオードＤ４は、第４のスイッチ素子Ｑ４の一端にカソードが接続され、第４のスイッチ素子Ｑ４の他端にアノードが接続されている。この第４のダイオードＤ４は、例えば、第４のスイッチ素子Ｑ４である該ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードである。

また、ＬＣフィルタ１は、第１、第２の接続端子ＴＭ１、ＴＭ２と第１、第２の入出力端子Ｔ１、Ｔ２との間に接続されている。

このＬＣフィルタ１は、例えば、図３に示すように、第１のノーマルモードインダクタＬ１と、第２のノーマルモードインダクタＬ２と、第１の平滑用コンデンサＣ１と、を有する。

第１のノーマルモードインダクタＬ１は、第１の接続端子ＴＭ１に一端が接続され、第１の入出力端子Ｔ１に他端が接続されている。

第２のノーマルモードインダクタＬ２は、第２の接続端子ＴＭ２に一端が接続され、第２の入出力端子Ｔ２に他端が接続されている。

第１の平滑用コンデンサＣ１は、第１のノーマルモードインダクタＬ１の他端と第２のノーマルモードインダクタＬ２の他端との間に接続されている。

また、第２の平滑用コンデンサＣ２は、第３の入出力端子Ｔ３と第４の入出力端子Ｔ４との間に接続されている。

また、制御回路３は、第１ないし第４のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４の動作をＰＷＭ制御するようになっている。すなわち、制御回路３は、第１ないし第４のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４であるＭＯＳＦＥＴのゲートに制御信号Ｖｇｓ１〜Ｖｇｓ４を印加することにより、各ＭＯＳＦＥＴのオン／オフを制御する。

次に、以上のような構成を有する電源システム１０００のＡＣ／ＤＣインバータ装置１００が、交流電源ＰＳが出力する交流電力をＰＷＭ制御により直流電力に変換する、制御方法の例について説明する。なお、この交流電力を直流電力に変換する場合は、既述のように、第１、第２の入出力端子Ｔ１、Ｔ２間に交流電源ＰＳが接続され且つ第３、第４の入出力端子Ｔ３、Ｔ４間に外部負荷Ｒ（例えば、バッテリ）が接続されているものとする。

ここで、図４は、図３に示す実施例１に係るＡＣ／ＤＣインバータ装置１００の動作波形の一例を示す図である。また、図５は、図３に示す実施例１に係るＡＣ／ＤＣインバータ装置１００の動作波形の他の例を示す図である。

図４に示すように、交流電力を直流電力に変換する場合、制御回路３は、制御信号Ｖｇｓ１、Ｖｇｓ３を“Ｌｏｗ”レベルに固定し、制御信号Ｖｇｓ２、Ｖｇｓ４の“Ｈｉｇｈ”レベル、“Ｌｏｗ”レベルを同期して変化させる。

すなわち、制御回路３は、第１のスイッチ素子Ｑ１および第３のスイッチ素子Ｑ３をオフに固定し、且つ、第２のスイッチ素子Ｑ２と第４のスイッチ素子Ｑ４とのオン／オフを同期して切り替える。

第２のスイッチ素子Ｑ２と第４のスイッチ素子Ｑ４が同時にオンすることにより、交流電圧ＶＡＣより、第１のノーマルモードインダクタＬ１及び第２のノーマルモードインダクタＬ２に電流が流れ、第１のノーマルモードインダクタＬ１及び第２のノーマルモードインダクタＬ２に磁気エネルギーが蓄えられる。

この時、第１のノーマルモードインダクタＬ１及び第２のノーマルモードインダクタＬ２に電流が流れる電流の方向は、交流電圧ＶＡＣの正相・逆相、何れの向きであっても、その方向に従う。

次に、第２のスイッチ素子Ｑ２と第４のスイッチ素子Ｑ４が同時にオフした時、第１ないし第４のダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４はブリッジダイオードの構成となる。

第１のノーマルモードインダクタＬ１及び第２のノーマルモードインダクタＬ２に蓄えられたエネルギーは、第１ないし第４のダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４により構成されるブリッジダイオードに整流され、第１のノーマルモードインダクタＬ１及び第２のノーマルモードインダクタＬ２の電流が、正相・逆相、何れの向きであっても、その方向に従う。

従って、第２の平滑用コンデンサＣ２に対し、所定の極性で整流される。

そして、ブリッジ回路２から出力された信号は第２の平滑用コンデンサＣ２により平滑化されることにより、直流電圧Ｖｏｕｔが第３、第４の入出力端子Ｔ３、Ｔ４に供給される。

これにより、ＡＣ／ＤＣインバータ装置１００は、交流電源ＰＳから出力された交流電力を直流電力に変換し、第３、第４の入出力端子Ｔ３、Ｔ４間に接続された該外部負荷に供給することができる。

以上のように、ＡＣ／ＤＣインバータ装置１００は、交流電圧ＶＡＣの正相・逆相関係なく、交流電源ＰＳから出力された交流電力を直流電力に変換して外部負荷Ｒへ供給することができる。

また、図５に示すように、交流電力を直流電力に変換する場合、制御回路３は、制御信号Ｖｇｓ２、Ｖｇｓ４を“Ｌｏｗ”レベルに固定し、制御信号Ｖｇｓ１、Ｖｇｓ３の“Ｈｉｇｈ”レベル、“Ｌｏｗ”レベルを同期して変化させるようにしてもよい。

すなわち、制御回路３は、第２のスイッチ素子Ｑ２および第４のスイッチ素子Ｑ４をオフに固定し、且つ、第１のスイッチ素子Ｑ１と第３のスイッチ素子Ｑ３とのオン／オフを同期して切り替えるようにしてもよい。

なお、ブリッジ回路２から出力された信号は第２の平滑用コンデンサＣ２により平滑化されることにより、直流電圧Ｖｏｕｔが第３、第４の入出力端子Ｔ３、Ｔ４に供給される。

この場合も、ＡＣ／ＤＣインバータ装置１００は、交流電圧ＶＡＣの正相・逆相関係なく、交流電源ＰＳから出力された交流電力を直流電力に変換して外部負荷Ｒへ供給することができる。

ここで、交流電力を直流電力に変換する場合、同じ２つのスイッチ素子（例えば、第２、第４のスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４）を連続してオン／オフすると、これらの２つのスイッチ素子の方が、残りの２つのスイッチ素子（例えば、第１、第３のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ３）よりも、温度が上昇することとなる。このような温度の偏りは、ＡＣ／ＤＣインバータ装置１００の放熱機構に影響を与え得る。

そこで、動作させる２つのスイッチ素子の組を切り替えることにより、温度の偏りを低減する動作について、以下、説明する。

図６は、図３に示す実施例１に係るＡＣ／ＤＣインバータ装置１００の動作波形のさらに他の例を示す図である。

図６に示すように、交流電力を直流電力に変換する場合、制御回路３は、第１の期間（ＰＷＭパルスの１周期Ｃ１）、制御信号Ｖｇｓ１、Ｖｇｓ３を“Ｌｏｗ”レベルに固定し、制御信号Ｖｇｓ２、Ｖｇｓ４の“Ｈｉｇｈ”レベル、“Ｌｏｗ”レベルを同期して変化させる。

すなわち、制御回路３は、第１の期間（ＰＷＭパルスの１周期Ｃ１）、第１のスイッチ素子Ｑ１および第３のスイッチ素子Ｑ３をオフに固定し、且つ、第２のスイッチ素子Ｑ２と第４のスイッチ素子Ｑ４とのオン／オフを同期して切り替える。

その後、制御回路３は、第２の期間（ＰＷＭパルスの１周期Ｃ２）、制御信号Ｖｇｓ２、Ｖｇｓ４を“Ｌｏｗ”レベルに固定し、制御信号Ｖｇｓ１、Ｖｇｓ３の“Ｈｉｇｈ”レベル、“Ｌｏｗ”レベルを同期して変化させる。

すなわち、制御回路３は、第２の期間（ＰＷＭパルスの１周期Ｃ２）、第２のスイッチ素子Ｑ２および第４のスイッチ素子Ｑ４をオフに固定し、且つ、第１のスイッチ素子Ｑ１と第３のスイッチ素子Ｑ３とのオン／オフを同期して切り替える。

以降、同様の動作が繰り返される。なお、該第１の期間および該第２の期間は、上述のようにＰＷＭ制御のパルスで規定される期間Ｃ１、Ｃ２である。また、該第１の期間の長さと第２の期間の長さは、等しい。

なお、ブリッジ回路２から出力された電力は第２の平滑用コンデンサＣ２により平滑化されることにより、直流電圧Ｖｏｕｔが第３、第４の入出力端子Ｔ３、Ｔ４に供給される。

以上により、ＡＣ／ＤＣインバータ装置１００は、交流電源ＰＳから出力された交流電力を直流電力に変換し、第３、第４の入出力端子Ｔ３、Ｔ４間に接続された該外部負荷に供給することができる。

特に、各スイッチ素子の動作の期間が分散され、既述の温度の偏りが低減され、ＡＣ／ＤＣインバータ装置１００の動作特性に対する温度上昇の影響を抑制することができる。

また、図７は、図３に示す実施例１に係るＡＣ／ＤＣインバータ装置１００の動作波形のさらに他の例を示す図である。

図７に示すように、交流電力を直流電力に変換する場合、制御回路３は、第１の期間（時間ｔ０〜時間ｔ１）、制御信号Ｖｇｓ１、Ｖｇｓ３を“Ｌｏｗ”レベルに固定し、制御信号Ｖｇｓ２、Ｖｇｓ４の“Ｈｉｇｈ”レベル、“Ｌｏｗ”レベルを同期して変化させる。

すなわち、制御回路３は、第１の期間（時間ｔ０〜時間ｔ１）、第１のスイッチ素子Ｑ１および第３のスイッチ素子Ｑ３をオフに固定し、且つ、第２のスイッチ素子Ｑ２と第４のスイッチ素子Ｑ４とを同期してオンまたはオフに周期的に切り替える。

その後、制御回路３は、第２の期間（時間ｔ１〜時間ｔ２）、制御信号Ｖｇｓ２、Ｖｇｓ４を“Ｌｏｗ”レベルに固定し、制御信号Ｖｇｓ１、Ｖｇｓ３の“Ｈｉｇｈ”レベル、“Ｌｏｗ”レベルを同期して変化させる。

すなわち、制御回路３は、第２の期間（時間ｔ１〜時間ｔ２）、第２のスイッチ素子Ｑ２および第４のスイッチ素子Ｑ４をオフに固定し、且つ、第１のスイッチ素子Ｑ１と第３のスイッチ素子Ｑ３とを同期してオンまたはオフに周期的に切り替える。

以降、同様の動作が繰り返される。なお、第１の期間（時間ｔ０〜時間ｔ１）の長さと第２の期間（時間ｔ１〜時間ｔ２）の長さは、等しい。また、第１の期間（時間ｔ０〜時間ｔ１、または、時間ｔ２〜時間ｔ３）および第２の期間（時間ｔ１〜時間ｔ２）は、交流の周期で規定される期間である。

なお、ブリッジ回路２から出力された電力は第２の平滑用コンデンサＣ２により平滑化されることにより、直流電圧Ｖｏｕｔが第３、第４の入出力端子Ｔ３、Ｔ４に供給される。

以上により、ＡＣ／ＤＣインバータ装置１００は、交流電源ＰＳから出力された交流電力を直流電力に変換し、第３、第４の入出力端子Ｔ３、Ｔ４間に接続された該外部負荷に供給することができる。

特に、各スイッチ素子の動作の期間が分散され、既述の温度の偏りが低減され、ＡＣ／ＤＣインバータ装置１００の動作特性に対する温度上昇の影響を抑制することができる。

次に、ＡＣ／ＤＣインバータ装置１００が、バッテリが出力する直流電力をＰＷＭ制御により交流電力に変換する、制御方法の例について説明する。この直流電力を交流電力に変換する場合には、第１、第２の入出力端子Ｔ１、Ｔ２間に交流電源ＰＳに代えて外部負荷（図示せず）が接続され且つ第３、第４の入出力端子Ｔ３、Ｔ４間にバッテリが接続されるものとする。

この直流電力を交流電力に変換する場合には、制御回路３は、第１ないし第４のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４がフルブリッジ動作するように、第１のスイッチ素子Ｑ１および第４のスイッチ素子Ｑ４のオン／オフに対して第２のスイッチ素子Ｑ２および第３のスイッチ素子Ｑ３のオン／オフを相補的に切り替える。

なお、ブリッジ回路２から出力されたパルス電圧がＬＣフィルタ１によりフィルタリングされることにより、交流電圧が第１、第２の入出力端子Ｔ１、Ｔ２に供給される。

これにより、ＡＣ／ＤＣインバータ装置１００は、バッテリから出力された直流電力を交流電力に変換して該外部負荷に供給することができる。

以上のように、本発明の一態様に係るＡＣ／ＤＣインバータ装置１００では、第１、第２の入出力端子Ｔ１、Ｔ２間に交流電源ＰＳが接続され且つ第３、第４の入出力端子Ｔ３、Ｔ４間に外部負荷Ｒが接続され、交流電力を直流電力に変換する場合、制御回路１００は、第１のスイッチ素子Ｑ１および第３のスイッチ素子Ｑ３をオフに固定し、且つ、第２のスイッチ素子Ｑ２と第４のスイッチ素子Ｑ４とのオン／オフを同期して切り替える。

第２のスイッチ素子Ｑ２と第４のスイッチ素子Ｑ４が同時にオンすることにより、交流電圧ＶＡＣより、第１のノーマルモードインダクタＬ１及び第２のノーマルモードインダクタＬ２に電流が流れ、第１のノーマルモードインダクタＬ１及び第２のノーマルモードインダクタＬ２に磁気エネルギーが蓄えられる。

この時、第１のノーマルモードインダクタＬ１及び第２のノーマルモードインダクタＬ２に電流が流れる電流の方向は、交流電圧ＶＡＣの正相・逆相、何れの向きであっても、その方向に従う。

次に、第２のスイッチ素子Ｑ２と第４のスイッチ素子Ｑ４が同時にオフした時、第１ないし第４のダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４はブリッジダイオードの構成となる。

第１のノーマルモードインダクタＬ１及び第２のノーマルモードインダクタＬ２に蓄えられたエネルギーは、第１ないし第４のダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４により構成されるブリッジダイオードに整流され、第１のノーマルモードインダクタＬ１及び第２のノーマルモードインダクタＬ２の電流が、正相・逆相、何れの向きであっても、その方向に従う。

従って、第２の平滑用コンデンサＣ２に対し、所定の極性で整流される。

これにより、交流電圧ＶＡＣの正相・逆相関係なく第２のスイッチ素子Ｑ２と第４のスイッチ素子Ｑ４を駆動させてＡＣ／ＤＣ変換することができる。すなわち、交流電圧ＶＡＣの正相・逆相の向きを検出する必要がなくなる。

したがって、従来技術と比較して、交流電圧ＶＡＣ（ゼロクロス等）の検出のための構成が不要となるとともに、制御回路の設計が容易になる。

すなわち、ＡＣ／ＤＣインバータ装置の製造コストを削減することができる。

なお、実施形態は例示であり、発明の範囲はそれらに限定されない。

１ ＬＣフィルタ
２ ブリッチ回路
３ 制御回路
１００ ＡＣ／ＤＣインバータ装置
１０００ 電源システム
Ｔ１ 第１の入出力端子
Ｔ２ 第２の入出力端子
Ｔ３ 第３の入出力端子
Ｔ４ 第４の入出力端子
ＴＭ１ 第１の接続端子
ＴＭ２ 第２の接続端子
Ｑ１ 第１のスイッチ素子
Ｑ２ 第２のスイッチ素子
Ｑ３ 第３のスイッチ素子
Ｑ４ 第４のスイッチ素子
Ｄ１ 第１のダイオード
Ｄ２ 第２のダイオード
Ｄ３ 第３のダイオード
Ｄ４ 第４のダイオード
Ｌ１ 第１のノーマルモードインダクタ
Ｌ２ 第２のノーマルモードインダクタ
Ｃ１ 第１の平滑用コンデンサ
Ｃ２ 第２の平滑用コンデンサ
ＰＳ 交流電源
Ｒ 外部負荷

Claims (13)

1. 直流電源が出力する直流電力を交流電力に変換し、且つ、交流電源が出力する交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣインバータ装置であって、
   第１の入出力端子、および、前記第１の入出力端子との間に前記交流電源を接続するための第２の入出力端子と、
   第３の入出力端子、および、前記第３の入出力端子との間に外部負荷を接続するための第４の入出力端子と、
   前記第３の入出力端子に一端が接続され、第１の接続端子に他端が接続された第１のスイッチ素子と、
   前記第１のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第１のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第１のダイオードと、
   前記第１の接続端子に一端が接続され、前記第４の入出力端子に他端が接続された第２のスイッチ素子と、
   前記第２のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第２のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第２のダイオードと、
   前記第３の入出力端子に一端が接続され、前記第２の接続端子に他端が接続された第３のスイッチ素子と、
   前記第３のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第３のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第３のダイオードと、
   前記第２の接続端子に一端が接続され、前記第４の入出力端子に他端が接続された第４のスイッチ素子と、
   前記第４のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第４のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第４のダイオードと、
   前記第１、第２の接続端子と前記第１、第２の入出力端子との間に接続されたＬＣフィルタと、
   前記第３の入出力端子に一端が接続され、前記第４の入出力端子に他端が接続された第２の平滑用コンデンサと、
   前記第１ないし第４のスイッチ素子の動作を制御する制御回路と、を備え、
   前記第１、第２の入出力端子間に交流電源が接続され且つ前記第３、第４の入出力端子間に外部負荷が接続され、交流電力を直流電力に変換する場合、前記制御回路は、前記第１のスイッチ素子および前記第３のスイッチ素子をオフに固定し、且つ、前記第２のスイッチ素子と前記第４のスイッチ素子とのオン／オフを同期して切り替えるものであり、
   前記交流電力を直流電力に変換する場合、
   前記制御回路は、
   第１の期間、前記第１のスイッチ素子および前記第３のスイッチ素子をオフに固定し、且つ、前記第２のスイッチ素子と前記第４のスイッチ素子とのオン／オフを同期して切り替えた後、
   第２の期間、前記第２のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子をオフに固定し、且つ、前記第１のスイッチ素子と前記第３のスイッチ素子とのオン／オフを同期して切り替える
   ことを特徴とするＡＣ／ＤＣインバータ装置。
2. 前記ＡＣ／ＤＣインバータ装置は、
   前記直流電源が出力する直流電力をＰＷＭ制御により交流電力に変換し、且つ、前記交流電源が出力する交流電力をＰＷＭ制御により直流電力に変換する
   ことを特徴とする請求項１に記載のＡＣ／ＤＣインバータ装置。
3. 前記制御回路は、前記第１ないし第４のスイッチ素子の動作をＰＷＭ制御することを特徴とする請求項２に記載のＡＣ／ＤＣインバータ装置。
4. 前記交流電力を直流電力に変換する場合、
   前記制御回路は、
   前記第１の期間、前記第１のスイッチ素子および前記第３のスイッチ素子をオフに固定し、且つ、前記第２のスイッチ素子と前記第４のスイッチ素子とを同期してオンまたはオフに周期的に切り替えた後、
   前記第２の期間、前記第２のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子をオフに固定し、且つ、前記第１のスイッチ素子と前記第３のスイッチ素子とを同期してオンまたはオフに周期的に切り替える
   ことを特徴とする請求項１に記載のＡＣ／ＤＣインバータ装置。
5. 前記第１の期間の長さと前記第２の期間の長さは、等しいことを特徴とする請求項１記載のＡＣ／ＤＣインバータ装置。
6. 前記第１の期間および前記第２の期間は、ＰＷＭ制御のパルスで規定される期間であることを特徴とする請求項１に記載のＡＣ／ＤＣインバータ装置。
7. 前記第１の期間および前記第２の期間は、交流の周期で規定される期間であることを特徴とする請求項１に記載のＡＣ／ＤＣインバータ装置。
8. 前記ＬＣフィルタは、
   前記第１の接続端子に一端が接続され、前記第１の入出力端子に他端が接続された第１のノーマルモードインダクタと、
   前記第２の接続端子に一端が接続され、前記第２の入出力端子に他端が接続された第２のノーマルモードインダクタと、
   前記第１のノーマルモードインダクタの他端と前記第２のノーマルモードインダクタの他端との間に接続された第１の平滑用コンデンサと、を有する
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載のＡＣ／ＤＣインバータ装置。
9. 前記第１、第２の入出力端子間に外部負荷が接続され且つ前記第３、第４の入出力端子間に直流電源が接続され、直流電力を交流電力に変換する場合、
   前記制御回路は、
   前記第１ないし第４のスイッチ素子がフルブリッジ動作するように、前記第１のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子のオン／オフに対して前記第２のスイッチ素子および第３のスイッチ素子のオン／オフを相補的に切り替える
   ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載のＡＣ／ＤＣインバータ装置。
10. 前記第１ないし第４のスイッチ素子は、ＭＯＳＦＥＴであり、
    前記制御回路は、前記ＭＯＳＦＥＴのゲートに制御信号を印加することにより、前記ＭＯＳＦＥＴのオン／オフを制御する
    ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載のＡＣ／ＤＣインバータ装置。
11. 前記第１ないし第４のダイオードは、前記ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードであることを特徴とする請求項１０に記載のＡＣ／ＤＣインバータ装置。
12. 前記外部負荷は、バッテリであることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一項に記載のＡＣ／ＤＣインバータ装置。
13. 直流電源が出力する直流電力を交流電力に変換し、且つ、交流電源が出力する交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣインバータ装置であって、第１の入出力端子、および、前記第１の入出力端子との間に前記交流電源を接続するための第２の入出力端子と、第３の入出力端子、および、前記第３の入出力端子との間に外部負荷を接続するための第４の入出力端子と、前記第３の入出力端子に一端が接続され、第１の接続端子に他端が接続された第１のスイッチ素子と、前記第１のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第１のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第１のダイオードと、前記第１の接続端子に一端が接続され、前記第４の入出力端子に他端が接続された第２のスイッチ素子と、前記第２のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第２のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第２のダイオードと、前記第３の入出力端子に一端が接続され、前記第２の接続端子に他端が接続された第３のスイッチ素子と、前記第３のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第３のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第３のダイオードと、前記第２の接続端子に一端が接続され、前記第４の入出力端子に他端が接続された第４のスイッチ素子と、前記第４のスイッチ素子の一端にカソードが接続され、前記第４のスイッチ素子の他端にアノードが接続された第４のダイオードと、前記第１、第２の接続端子と前記第１、第２の入出力端子との間に接続されたＬＣフィルタと、前記第３の入出力端子に一端が接続され、前記第４の入出力端子に他端が接続された第２の平滑用コンデンサと、を備えたＡＣ／ＤＣインバータ装置の制御方法であって、
    前記第１、第２の入出力端子間に交流電源が接続され且つ前記第３、第４の入出力端子間に外部負荷が接続され、交流電力を直流電力に変換する場合、
    前記第１のスイッチ素子および前記第３のスイッチ素子をオフに固定し、且つ、前記第２のスイッチ素子と前記第４のスイッチ素子とのオン／オフを同期して切り替えるものであり、
    前記交流電力を直流電力に変換する場合、
    第１の期間、前記第１のスイッチ素子および前記第３のスイッチ素子をオフに固定し、且つ、前記第２のスイッチ素子と前記第４のスイッチ素子とのオン／オフを同期して切り替えた後、
    第２の期間、前記第２のスイッチ素子および前記第４のスイッチ素子をオフに固定し、且つ、前記第１のスイッチ素子と前記第３のスイッチ素子とのオン／オフを同期して切り替える
    ことを特徴とするＡＣ／ＤＣインバータ装置の制御方法。

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