JPH1052056A

JPH1052056A - インバータ装置

Info

Publication number: JPH1052056A
Application number: JP8205748A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakada; 浩史中田; Hiroichi Kodama; 博一小玉; Masaki Eguchi; 政樹江口; Tsukasa Takebayashi; 司竹林
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-08-05
Filing date: 1996-08-05
Publication date: 1998-02-20
Anticipated expiration: 2016-08-05
Also published as: JP3234908B2

Abstract

(57)【要約】【課題】構造の複雑化を招くことなく、起動時の安全性
を高める。【解決手段】インバータ通常稼働に先立ってインバータ
出力を、電流制限部２１によって短絡期間を制御しつつ
短絡させる。さらに、インバータ出力の短絡により形成
された閉回路に流れる電流を、ＤＣリアクトル８の作用
で徐々に上昇させる。そして、閉回路の最大電圧が閾値
を上回ると、短絡動作を停止させてインバータ起動を許
容する一方、最大電圧が閾値を下回るとインバータ起動
を許容しないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は太陽電池等の直流電
源の直流電力を交流電力に変換するインバータ装置に係
り、詳しくは、インバータ装置の起動を開始するか否か
の判定制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】インバータ装置においては、インバータ
装置の起動を開始するか否かの判定制御（以下、起動制
御という）に際して、直流電源（太陽電池）出力がイン
バータを起動するのに十分な出力を有しているかどうか
を確認することが必要となる。

【０００３】直流電源（太陽電池）出力を確認する方法
として従来から、直流電源（太陽電池）出力の電圧が、
設定値（インバータ起動に必要十分な電圧値）を上回っ
たか否かを監視する方法がある。

【０００４】しかしながら、この方法では、起動、停止
を繰り返す現象（チャタリング現象）が発生する恐れが
あった。すなわち、直流電源（太陽電池）の出力が負荷
の接続の有無により変動するのに対して、この方法で
は、直流電源（太陽電池）に負荷が接続されていない状
態でその出力電圧（開放電圧）を監視している。そのた
め、出力電圧が設定値をわずかに上回った状態でインバ
ータ装置が起動した場合には、インバータ起動により太
陽電池に負荷が接続された状態になって太陽電池出力電
圧は開放電圧側から短絡電流側へ低下して設定値を下回
り、このことを検知して、インバータ起動はすぐに停止
してしまう。そして、インバータ装置が停止状態になる
と直流電源（太陽電池）は無負荷状態になり、その出力
電圧は再上昇して設定値を上回る。すると、このことを
検知してインバータ装置は再起動してしまう。このよう
にして起動、停止を繰り返す現象（チャタリング現象）
が生じていた。

【０００５】このような現象を防止するために、従来か
ら上記した設定値にヒステリシス幅を持たせたり、タイ
マを設けてとインバータ起動を遅らせる方法が考えられ
ている。

【０００６】しかしながら、これらの方法でも、上記チ
ャタリング現象の回数を減らすことはできるものの、完
全に防止することができなかった。さらには、直流電源
（太陽電池）から十分な出力が出力されても、インバー
タ装置が起動するまでに時間がかかり、このことが直流
電源（太陽電池）の有効利用の妨げになるという不都合
があった。

【０００７】そこで、従来から、特開昭６０−８３１１
５号に示すように、インバータ停止時にインバータブリ
ッジの少なくとも一組のブリッジを構成するスイッチン
グ素子を短絡させて、閉回路を形成し、この閉回路を流
れるインバータ出力の短絡電流を検出することにより太
陽電池出力を監視して、起動制御を行う方法（以下、第
１の従来例という）が考えられた。さらには、特開平１
−２４３８２６号に示すように、インバータの交流出力
側に交流スイッチと交流負荷とを設けて起動制御を行う
方法（以下、第２の従来例という）が考えられた。これ
らの従来例を以下に説明する。

【０００８】第１の従来例のインバータ装置５０は、図
９に示すように、太陽電池５１から出力された直流電力
を、制御回路５２で制御されたインバータブリッジ５３
によって商用電力系統５４と同―の位相及び周波数５０
／６０Ｈｚをもつ交流電力に変換して商用電力系統５４
に供給するようになっている。

【０００９】インバータブリッジ５３の前段には、イン
バータ装置５０に入力される太陽電池出力の電流を測定
する直流入力電流検出器５５が設けられている。また、
インバータブリッジ５３の後段にはインバータ出力の電
流を検出するインバータ出力電流検出器５６と、商用電
力系統５４側との連系及び切り離しを行う連系リレー５
７とが設けられている。

【００１０】このように構成されたインバータ装置５０
では、インバータ停止時においてインバータブリッジ５
３の少なくとも一組のブリッジを構成するスイッチング
素子（Ｑ１とＱ２，ないしＱ３とＱ４）を短絡させてお
く。そして、太陽電池５１で直流電力が発生して、スイ
ッチング素子の短絡により形成された閉回路に短絡電流
Ｉ_inが流れると、その短絡電流Ｉ_inを直流入力電流検出
器５５により検出して、制御回路５２の短絡電流比較部
５９に入力する。短絡電流比較部５９では、短絡電流Ｉ
_inが予め設定しておいた閾値以上になると太陽電池５１
の出力がインバータ装置５０を運転するのに十分な大き
さになったと判断して、インバータブリッジ５３の短絡
を止めて、インバータブリッジ５３をオン／オフ制御し
て、インバータ運転を開始する。さらには、連系リレー
５７を接続して、インバータ装置５０を商用電力系統５
４に運系する。

【００１１】インバータブリッジ５３のオン／オフ制御
は次のように行われる。

【００１２】制御回路５２内のＰＷＭ変調制御部６０に
おいて、電流指令信号Ｉ_refと電流検出器５６で検出し
たインバータ出力電流信号Ｉ_outとの誤差を増幅して誤
差増幅信号を形成する。そして、その誤差増幅信号とキ
ャリア信号とからＰＷＭ変調制御を行い、生成したパル
ス列信号をゲートドライブ信号生成部６１に出力し、イ
ンバータブリッジ５３の４つのスイッチング素子Ｑｌ〜
Ｑ４を通常のオン／オフ制御して、直流電力を交流電力
に変換する。

【００１３】次に、第２の従来例のインバータ装置７０
を図１０を参照して説明する。なお、第２の従来例であ
るインバータ装置７０は、基本的には、図９で示した第
１の従来例のインバータ装置５０と同じ構成であり、同
―部分については同―の符号を付している。また、この
インバータ装置７０のインバータ動作も、上述した第１
の従来例と同様であるので、その説明は省略する。

【００１４】このインバータ装置７０は、インバータブ
リッジ５３の前段に、インバータ装置７０ヘの入力電力
の変動を抑える直流コンデンサ７１が接続されている。
またインバータブリッジ５３の後段には、この従来例の
特徴となるインバータ起動用の交流スイッチ７２と交流
負荷７３とが接続されている。

【００１５】このように構成されたインバータ装置７０
では、直流コンデンサ７１の両端で検出された直流入力
電圧Ｖinを制御回路７４の直流電圧比較部７５に入力
し、ここで、予め設定しておいた第１の閾値Ｊ₁および
第２の閾値Ｊ₂（Ｊ₁＜Ｊ₂）と直流入力電圧Ｖinとを比
較する。そして、直流入力電圧Ｖinが第１の閾値Ｊ₁以
上になったことを、直流電圧比較部７５が検知すると、
交流スイッチ７２を閉じ、この状態で、インバータブリ
ッジ５３をオン／オフ制御してインバータを運転する。
インバータ装置７０で変換された交流電力は、交流スイ
ッチ７２が閉じているので、交流負荷７３に供給されて
ここで消費される。

【００１６】そして、直流入力電圧Ｖ_inが第２の閾値Ｊ
₂（Ｊ_l＜Ｊ₂）より大きくなったことを直流電圧比較部
７５が検知すると、太陽電池５１の出力がインバータ装
置７０を起動するのに十分な大きさに達したと判断し
て、交流スイッチ７２を開き、かつ、連系リレー５７を
閉じて、インバータ装置７０を商用電力系統５４に連系
させる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに改良された第１、第２の従来例にも次のような問題
があった。

【００１８】第１の従来例では、インバータの起動制御
を行うために直流入力電流検出器５５という専用の回路
部品を必要として、その分、部品点数が増加して、構造
の簡素化、小型化、軽量化、さらには、コストダウンを
図るうえで障害となっていた。

【００１９】また、昼間時に商用電力系統５４に停電が
起こってインバータ装置５０が停止したのち、停電が復
旧してインバータ装置５０が再起動しようとすると、昼
間時であって日射強度が高いため、短絡により形成され
た閉回路に、いきなり大電流が流れてスイッチング素子
等を破損させる恐れがあった。

【００２０】第２の従来例では、別途回路部品をほとん
ど必要としない直流入力電圧を測定することで、起動制
御しており、その分、第１の従来例に比べて部品点数の
削減を図ることはできる。さらには、構造上、交流負荷
７３の負荷容量を調整することで、第１の従来例の課題
で説明した大電流による部品の破損を防止することはで
きる。

【００２１】しかしながら、大電流による部品の破損を
防止するためには、交流負荷７３として、負荷容量の大
きなものを使用しなければならなかった。しかしなが
ら、交流負荷７３は、負荷容量の大きさに比例して大型
化、重量化かつ、高価になる部品であり、そのため、大
電流による部品の破損を防止するためには、インバータ
装置７０の構造の簡素化、小型化、軽量化、さらには、
コストダウンが犠牲になるという問題があった。

【００２２】本発明は、このような問題を解決するため
に創案されたものであって、構造の複雑化を招くことな
く、起動時の安全性を高めることを課題としている。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の発明は、太陽電池等の直流電源の電力をスイッチング
回路の開閉動作により交流電力に変換し、負荷あるいは
既存の商用電力系統に供給するインバータ装置であっ
て、インバータ出力の立ち上がり時、インバータ通常駆
動に先立って、インバータ出力を短絡させるインバータ
短絡手段と、インバータ出力の短絡により形成された閉
回路に流れる電流を徐々に上昇させる電流上昇手段と、
インバータ出力の短絡期間を制御する短絡期間制御手段
と、前記閉回路の直流入力電圧が予め設定しておいた閾
値を上回ると、前記インバータ短絡手段による短絡動作
を停止させてインバータ通常駆動を許容する一方、前記
直流入力電圧が閾値を上回らないと前期短絡手段による
短絡動作を継続させる起動判定手段とを有することを特
徴としており、そのため、次のような作用を有する。

【００２４】すなわち、この発明によれば、インバータ
装置を運転するための直流電源の出力が十分にあると判
断してからインバータを起動することになるので、イン
バー夕の起動が円滑になる。

【００２５】また、短絡により形成された閉回路に流れ
る電流は電流上昇手段の作用より徐々に上昇し、さらに
は、閉回路電流の発生期間は、短絡期間制御手段の作用
により規制される。そのため、閉回路電流の最大値は、
短絡期間制御手段で設定される短絡期間の長短により制
御できるようになる。

【００２６】さらには、短絡により形成された閉回路の
電圧を監視しているのであって、電流を検出していない
ため、検出器、および検出回路の構成が簡素化できる。

【００２７】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１に係る発明において、前記短絡期間制御手段は、規定
する短絡期間に応じて前記スイッチング回路のデューテ
ィー比を設定するとともに、設定したデューティー比で
もって前記スイッチング回路をデューティー比一定で動
作させるものであることを特徴としており、そのため
に、次のような作用を有する。

【００２８】すなわち、既存しているインバータ制御回
路の制御方法をインバータ起動時だけ若干変更するだけ
で短絡期間制御手段を構成することができるので、短絡
期間制御手段として、別途回路を形成する必要がなくな
る。

【００２９】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
２に係る発明において、前記短絡期間制御手段は、前期
起動判定手段により前記閉回路の直流入力電圧が前記閾
値を上回らないと判定される毎に前記デューティー比を
設定し直すとともに、デューティー比設定の見直し毎に
徐々にデューティー比を拡大させるものであることを特
徴としており、そのために、次のような作用を有する。

【００３０】すなわち、電流上昇手段と短絡期間制御手
段との作用により、閉回路に流れる電流をある程度は制
限できるもののの、直流電源として、太陽電池を用いる
場合に、デューティー比を変化させずに固定しておく
と、昼間時の日射強度が高い場合に発生した停電後の再
起動時において、直流電源（太陽電池）から閉回路に大
きな短絡電流が流れ込み、スイッテング回路等を破壊す
る恐れがある。しかしながら、本発明のように、徐々に
デューティー比を拡大するようにすれば、当初デューテ
ィー比が小さい状態では、閉回路に流れる電流値を小さ
く制限することができ、スイッテング回路等が破壊する
といった不都合は起きない。一方、デューティー比が小
さいままでは電圧変化が小さいため、起動判定手段によ
る測定電圧と閾値との比較操作がやりにくくなる。しか
しながら、徐々にデューティー比を拡大するので、時間
が経つに連れて、起動判定手段による測定電圧と閾値と
の比較操作が容易になり、起動判定操作を確実に行える
ようになる。

【００３１】本発明の請求項４に記載の発明は、請求項
３に係る発明において、前記起動判定手段は、前記短絡
期間制御手段によるデューティー比の拡大操作に対応し
て前記閾値を変動させるものであることを特徴としてお
り、そのために次のような作用を有する。

【００３２】すなわち、デューティー比の拡大操作に対
応して閾値を変動させるので、インバータ起動の判定精
度が向上する。

【００３３】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項
１ないし４のいずれかに係る発明において、前記電流上
昇手段は、前記閉回路に接続されたリアクトルであるこ
とを特徴としており、そのために、次のような作用を有
する。すなわち、電流上昇手段を簡単に構成することが
できる。

【００３４】本発明の請求項６に記載の発明は、請求項
５に係る発明において、前記スイッチング回路の回路後
段側に設けられてフィルタ回路を構成するリアクトルに
より、前記電流上昇手段を構成するものであることを特
徴としており、そのために、次のような作用を有する。

【００３５】すなわち、フィルタ回路の構成部品とし
て、インバータ装置には既存の部品であるリアクトルを
用いるので、電流上昇手段を簡単に構成することができ
る。

【００３６】本発明の請求項８に記載の発明は、請求項
１に係る発明において、前記インバータ短絡手段は、前
記スイッチング回路を短絡動作させるものであることを
特徴としており、そのために、次のような作用を有す
る。

【００３７】すなわち、インバータ装置の構成部品とし
て、既存しているスイッチング回路を用いてインバータ
出力を短絡させるので、インバータ短絡手段を簡単に構
成することができる。

【００３８】本発明の請求項９に記載の発明は、請求項
１に係る発明において、前記スイッチング回路は、前記
直流電源の電力を高周波電力に変換する高周波用スイッ
チング回路と、高周波電力を低周波電力に変換する低周
波用スイッチング回路とを有するとともに、前記高周波
用スイッチング回路と前記低周波用スイッチング回路と
の間には、リアクトルと容量とからなるフィルタ回路が
設けられており、かつ、前記インバータ短絡手段は、前
記低周波用スイッチング回路を短絡動作させるものであ
り、前記電流上昇手段は、前記リアクトルから構成され
ており、前記短絡期間制御手段は、規定する短絡期間に
応じて前記高周波用スイッチング回路のデューティー比
を設定するとともに、設定したデューティー比でもって
前記高周波用スイッチング回路をデューティー比一定で
動作させるものであることを特徴としており、そのため
に、次のような作用を有する。

【００３９】すなわち、この発明では、インバータ短絡
手段を低周波用スイッチング回路で構成し、電流上昇手
段をフィルタ回路のリアクトルで構成し、短絡期間制御
手段を、高周波用スイッチング回路のデューティー比を
調整することで構成している。つまり、すべて、既存の
インバータ装置の部品を用いて構成しているので、あら
たに部品を追加することなく、本発明を構成できるの
で、その分、構成が簡単になる。

【００４０】本発明の請求項１０に記載の発明は、請求
項１に係る発明において、前記スイッチング回路の回路
後段側にはリアクトルと容量とからなるフィルタ回路が
設けられており、かつ、前記電流上昇手段は、前記リア
クトルから構成されており、前記インバータ短絡手段
は、前記フィルタ回路より回路後段側に設けられてイン
バータ出力を短絡させる開閉器であり、前記短絡期間制
御手段は、規定する短絡期間に応じて前記スイッチング
回路のデューティー比を設定するとともに、設定したデ
ューティー比でもって前記スイッチング回路をデューテ
ィー比一定で動作させるものであることを特徴としてお
り、そのために次のような作用を有する。

【００４１】すなわち、この発明では、インバータ短絡
手段を構成する開閉器だけを新たに設ければよいので、
その分、構成が簡単になる。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態のイン
バータ装置について図面を参照して詳細に説明する。

【００４３】第１の実施の形態図ｌは本発明の第１の実施の形態のインバータ装置１を
示す図である。このインバータ装置１は太陽電池２から
出力された直流電力を商用電力系統３と同―の位相、及
び周波数５０／６０ＨＺをもつ交流電力に変換し、商用
電力系統３に供給している。

【００４４】インバータ装置１は、高周波絶縁型インバ
ータであって、直流コンデンサ４と、高周波インバータ
ブリッジ５と、高周波トランス６と、ダイオードブリッ
ジ７と、フィルタ回路１０と、低周波インバータブリッ
ジ１１と、連系リレー１２と、ＡＣフィルタ１３と、イ
ンバータ出力電流検出器１４と、インバータ制御回路１
５とを備えている。

【００４５】直流コンデンサ４は太陽電池２から入力さ
れる直流電力の変動を抑制している。高周波インバータ
ブリッジ５は直流コンデンサ４の回路後段側に設けられ
て、インバータ装置１に入力された直流電力を高周波交
流（数十〜数百ｋＨＺ）に変換している。高周波トラン
ス６は太陽電池側（一次側）と商用電力系統側（二次
側）とを絶縁する役割を果たしている。ダイオードブリ
ッジ７は高周波トランス６の二次側に接続されて高周波
交流を整流している。フィルタ回路１０は、ダイオード
ブリッジ７の出力に対して直列に接続されたＤＣリアク
トル８と、ダイオードブリッジ７の出力に対して並列に
接続されたコンデンサ９とで構成されて、整流波形に含
まれる高周波成分の除去および平滑を行っている。

【００４６】低周波インバータブリッジ１１は、フィル
タ回路１０の回路後段側に設けられて、全波整流波形状
の直流を低周波（５０／６０〜数百ＨＺ）で折返し制御
を行い、低周波の正弦波交流を形成している。連系リレ
ー１２は低周波インバータブリッジ１１の回路後段側に
設けられて商用電力系統３側との連系、および切り離し
を行っている。ＡＣフィルタ１３は、連系リレー１２の
回路後段側に設けられて高調波成分を吸収しており、Ｄ
Ｃリアクトルとコンデンサとで構成されている。インバ
ータ出力電流検出器１４は低周波ハンバータブリッジ１
１の後段に設けられて、インバータ出力電流Ｉ_OUTを検
出している。

【００４７】インバータ制御回路１５は、高周波インバ
ータブリッジ５、低周波インバータブリッジ１１、およ
び連系リレー１０を制御している。インバータ制御回路
１５は、高周波用ゲートドライブ信号生成部１６と、Ｐ
ＷＭ変調制御部１７と、低周波用ゲートドライブ信号生
成部１８と、折り返し制御部１９と、短絡制御部２０
と、電流制限部２１と、直流電圧比較部２２とを備えて
いる。

【００４８】高周波用ゲートドライブ信号生成部１６
は、高周波インバータブリッジ５を構成する４つのスイ
ッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン／オフ制御を行うパルス
列信号Ｐ２，Ｐ４を生成している。ＰＷＭ変調制御部１
７は、誤差増幅信号とキャリア信号とからＰＷＭ変調制
御を行っている。なお、誤差増幅信号は、電流指令信号
とインバータ出力電流Ｉ_OUT（インバータ出力電流検出
器１４で検出している）との間の誤差を増幅して得られ
る信号である。低周波用ゲートドライブ信号生成部１８
は、低周波インバータブリッジ１１の４つのスイッチン
グ素子Ｓ１〜Ｓ４をオン／オフ制御するパルス列信号Ｐ
１，Ｐ３を生成している。折り返し制御部１９は、ＡＣ
フィルタ１３の後段から検出された商用電力系統電圧信
号Ｖ_outに基づいて、全波整流波形状の直流を低周波
（５０／６０〜数百ＨＺ）で折返し制御を行っている。
短絡制御部２０は、低周波インバータブリッジ１１のス
イッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を短絡させる指令信号Ｒ１を
低周波用ゲートドライブ信号生成部１８に与えている。
電流制限部２１は、高周波インバータブリッジ５のスイ
ッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をデューティー比一定で制御す
る指令信号Ｒ２を高周波用ゲートドライブ信号生成部１
６に与えている。直流電圧比較部２２は、直流コンデン
サ４の両端から検出された直流入力電圧Ｖ_inを予め定め
ておいた閾値Ｖ_Sと比較し、その結果、起動に関する制
御を行うか、もしくは定常運転を行うかを判断し、その
判断結果である指令信号Ｌ１〜Ｌ４を電流制限部２１，
短絡制御部２０，折り返し制御部１９，およびＰＷＭ制
御部１７に出力している。

【００４９】インバータ制御回路１５は、直流電圧比較
部２２の判断結果により、高周波インバータブリッジ５
を制御する部分と低周波インバータブリッジ１１を制御
する部分とに大きく分けられる。また、高周波側と低周
波側の制御に関して、それぞれ起動に関する制御と起動
後の定常運転に関する制御を行う部分とに分けられる。

【００５０】すなわち、直流電圧比較部２２は、起動に
関する制御を行うと判断すれば、短絡制御部２０および
電流制限部２１にそれぞれ起動制御用の指令信号Ｌ１，
Ｌ２を送る。指令信号Ｌ１を受けた短絡制御部２０で
は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を短絡させる命令信号
Ｒ１を生成して低周波用ゲートドライブ信号生成部１８
に与える。一方、指令信号Ｌ２を受けた電流制限部２１
では、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をデューティー比―
定でオン／オフ制御させる命令信号Ｒ２を生成して、高
周波用ゲートドライブ信号生成部１６に与える。

【００５１】反対に、直流電圧比較部２２は、定常運転
に関する制御を行うと判断すれば、折り返し制御部１
９、ＰＷＭ変調制御部１７、および連系リレー１２にそ
れぞれ定常運転制御用の指令信号Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５を送
る。指令信号Ｌ３，Ｌ４を受けた折り返し制御部１９と
ＰＷＭ変調制御部１７とは、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ
４，Ｑ１〜Ｑ４を通常のスイッチング制御させる命令信
号Ｒ３，Ｒ４を生成して低周波用ゲートドライブ信号生
成部１８ならびに高周波用ゲートドライブ信号生成部１
６に与える。指令信号Ｌ５を受けた連系リレー１２は、
インバータ装置１と商用電力系統３とを連系させる。

【００５２】なお、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４、Ｓ１
〜Ｓ４としては、例えばＩＧＢＴ等から構成することが
できる。

【００５３】次に、上記構成のインバータ装置１の動作
について図２を参照して説明する。図２は、インバータ
装置１における太陽電池特性曲線における動作点の変化
を示している。

【００５４】まず、インバータ制御回路１５は直流コン
デンサ４の両端から検出される直流入力電圧Ｖ_inを直流
電圧比較部２２で監視しておく。夜間時は日射強度がゼ
ロであるので直流入力電圧Ｖinもゼロとなる。日の出直
後の日射強度の太陽電池特性Ｅ１では、開放電圧Ｖ
_oc（Ｅ１）は、例えば２５０〜３００Ｖ付近となるが、
短絡電流Ｉ_sc（Ｅ１）はほとんどゼロに近く、そのため
太陽電池出力はほとんどない。この時、太陽電池２から
見ると太陽電池２の出力側には、負荷は接続されていな
い状態と見なせる。したがって、太陽電池２の動作点Ａ
は図２に示すように、太陽電池特性曲線Ｅ１上の開放電
圧Ｖ_OC（Ｅｌ）に一致している。

【００５５】一方、直流電圧比較部２２では、予め設定
して記憶している閾値Ｖ_Sと直流入力電圧Ｖ_in（この場
合、Ｖ_inは開放電圧Ｖ_OC（Ｅｌ）と等しい）とを比較し
ている。そして、直流電圧比較部２２は、直流入力電圧
Ｖ_inが閾値Ｖ_Sを上回っていると判断すると、短絡制御
部２０および電流制限部２１に対して指令信号Ｌ１，Ｌ
２を出力する。

【００５６】指令信号Ｌ１を受けた短絡制御部２０で
は、低周波インバータブリッジ１１のスイッチング素子
Ｓ１とＳ２、またはスイッチング素子Ｓ３とＳ４とを短
絡することを命令する命令信号Ｒ１を生成して、低周波
用ゲートドライブ信号生成部１８に与える。低周波用ゲ
ートドライブ信号生成部１８は、命令信号Ｒ１に基づい
て、スイッチング素子Ｓ１とＳ２、またはスイッチング
素子Ｓ３とＳ４とが短絡するようなパルス列信号Ｐ１を
生成し、そのパルス列信号Ｐ１を低周波インバータブリ
ッジ１１に出力してスイッチング制御する。

【００５７】一方、指令信号Ｌ２を受けた電流制限部２
１では、デューティー比―定のスイッチング制御を行う
ことを命令する命令信号Ｒ２を生成して、高周波用ゲー
トドライブ信号生成部１６に与える。命令信号Ｒ２を受
けた高周波用ゲートドライブ信号生成部１６は、高周波
用インバータブリッジ５をデューティー比―定でスイッ
チング制御するパルス列信号Ｐ２を生成し、そのパルス
列信号Ｐ２を高周波インバータブリッジ５に出力してス
イッチング制御する。

【００５８】すると、インバータ装置１の内部におい
て、太陽電池２、高周波用インバータブリッジ５、高周
波トランス６、フィルタ回路１０、低周波インバータブ
リッジ１１からなる閉回路が形成される。そして、これ
により、確実な負荷であるＤＣリアクトル８に短絡電流
が流れる。つまり、太陽電池２から見ると太陽電池２の
出力側には負荷（ＤＣリアクトル８）が接続された状態
となる。

【００５９】そして、このようにして形成した閉回路に
短絡電流が流れると、日の出直後の日射強度において
は、図２における動作点が、開放電圧Ｖ_OC上の点Ａか
ら、デューィー比で決定される負荷特性曲線α１と太陽
電池特性曲線Ｅｌとの交点Ｂへ移動することになる。

【００６０】なお、デューティー比―定のパルス列信号
Ｐ２のデューティー比と負荷特性曲α１の傾きとの間に
は比例関係がある。すなわち、パルス列信号Ｐ２のデュ
ーティー比が大きくなれば、負荷特性曲線α１の傾きも
大きくなる。一方、パルス列信号Ｐ２のデューティー比
が小さくなれば、負荷特性曲線α１の傾きも小さくな
る。

【００６１】このようにして、インバータ装置１を制御
して、その内部に短絡電流を流して太陽電池出力側に負
荷（ＤＣリアクトル８）が接続された状態にする。そし
て、このときの直流入力電圧Ｖ_in’を測定し、直流電圧
比較部２２において、直流入力電圧Ｖ_in’と閾値Ｖ_Sと
を再度比較する。そして、直流入力電圧Ｖ_in’が閾値Ｖ
_Sより小さい（Ｖ_in’＜Ｖ_S）場合には、直流電圧比較部
２２は太陽電池出力がインバータを起動運転するのに十
分ではないと判断して、引き続き、指令信号Ｌ１，Ｌ２
を、短絡制御部２０や電圧制限部２１に出力して、低周
波インバータブリッジ１１の短絡制御、および高周波イ
ンバータブリッジ５のデューティー比―定制御を続行す
る。

【００６２】そして、日射強度が増していき、日射強度
がＥ２になると、動作点はＢ点から太陽電池特性曲線Ｅ
２と負荷特性曲線α１との交点Ｃヘ移動し、直流入力電
圧Ｖ_in’は閾値Ｖ_Sを上回る（Ｖ_in’＞Ｖ_S）。このよう
な状態になったことを直流電圧比較部２２が検知する
と、直流電圧比較部２２は、太陽電池出力がインバータ
装置１を起動運転するのに十分な値に達したと判断し、
短絡制御部２０および電流制限部２１に対する指令信号
Ｌ１，Ｌ２の出力を停止して、起動制御（閉回路形成制
御）を解除する。そして、直流電圧比較部２２は連系リ
レー１２に指令信号Ｌ５を出力して、連系リレー１２に
より、インバータ装置１と商用電力系統３とを連系させ
る。さらに、直流電圧比較部２２は、ＰＷＭ変調制御部
１７および折り返し制御部１９に指令信号Ｌ４，Ｌ３を
送る。指令信号Ｌ４を受けたＰＷＭ変調制御部１７は、
スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をＰＷＭ変調に基づいてオ
ン／オフ制御させる命令信号Ｒ４を生成して、高周波用
ゲートドライブ信号生成部１６に出力する。命令信号Ｒ
４を受けた高周波用ゲートドライブ信号生成部１６で
は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をＰＷＭ変調に基づい
てオン／オフ制御するパルス列信号Ｐ４を生成し、その
パルス列信号Ｐ４を高周波インバータブリッジ５に出力
してスイッチング制御する。

【００６３】一方、指令信号Ｌ３を受けた折り返し制御
部１９では、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を折り返し制
御させる命令信号Ｒ３を生成して、低周波用ゲートドラ
イブ信号生成部１８に出力する。命令信号Ｒ３を受けた
低周波用ゲートドライブ信号生成部１８は、スイッチン
グ素子Ｓ１〜Ｓ４を低周波（５０／６０〜数百Ｈｚ）で
折返し制御するパルス列信号Ｐ３を生成し、そのパルス
列信号Ｐ３を低周波インバータブリッジ１１に出力して
スイッチング制御する。これにより、インバータ装置１
は定常運転されることになる。

【００６４】次に、インバータ装置１を起動運転するた
めの設定する閾値Ｖ_Sについて説明する。

【００６５】まず、閾値Ｖ_Sをどのように規定したかを
説明する。すなわち、インバータ装置１が起動運転する
ために最低限必要な電力（以下、インバータ最小電力と
いう）は、インバータ主回路と、インバータ制御回路１
５とが消費する電力に、インバータ最小出力運転時に消
費される電力を加えたものとなる。このようにして求め
られるインバータ最小電力の出力時における電圧値を閾
値Ｖ_Sと規定する。

【００６６】次に、上記のように規定される閾値Ｖ_Sの
設定方法を図３を参照して説明する。すなわち、任意の
デューティー比に一定制御されるパルス列信号Ｐ２’に
より負荷特性曲線を図中のα１’に設定する。この状態
において、日の出直後の日射強度（太陽電池特性曲線Ｅ
１）では、インバータ装置１は、上述した起動制御（閉
回路形成制御）を行う結果、太陽電池動作点は点Ａから
点Ｂに移動し、太陽電池２が出力する直流電力は図３に
おける正方形（０,Ｂ',Ｂ,Ｂ''）となる。一方、日中の
比較的強い日射強度（太陽電池特性曲線Ｅ２）では、太
陽電池動作点は点Ｃとなり、太陽電池２が出力する直流
電力は正方形（０,Ｃ',Ｃ,Ｃ''）となる。

【００６７】動作点Ｂでの太陽電池出力電力（正方形
０,Ｂ',Ｂ,Ｂ''）は、当然ながら、インバータ最小電力
よりも小さくなる。一方、動作点Ｃでの太陽電池出力電
力（正方形０,Ｃ',Ｃ,Ｃ''）はインバータ最小電力以上
となる。そこで、負荷特性曲線α１’上の動作点のう
ち、太陽電池出力電力（各動作点で作られる正方形）が
インバータ最小電力に一致するような動作点をあらかじ
め実験等で求めておき、そのときの動作点の電圧値を負
荷特性曲線α１’（パルス列信号Ｐ２’）における閾値
Ｖ_Sと規定する。

【００６８】ところで、このインバータ装置１では、閾
値Ｖ_Sを複数設定し、各閾値Ｖ_Sを日射強度（太陽電池特
性曲線）の変動に応じて使い分けることで、高周波イン
バータブリッジ５，および低周波インバータブリッジ１
１等の破損を未然に防止している。以下、このことを図
４を参照して説明する。図４は、図２と同様、インバー
タ装置１における太陽電池特性曲線における動作点の変
化を示している。

【００６９】高周波インバータブリッジ５をデューティ
ー比―定でスイッチングする制御において、そのデュー
ティー比は負荷インピーダンスにより決定される負荷特
性曲線αの傾きとなる。例えば、図４において比較的デ
ューティー比の大きい、デューティー比―定のパルス列
信号Ｐ２₁で電流制御される閉回路の負荷特性曲線をα
１₁とする。そして、この制御状態において、日の出直
後等で日射強度が低い、すなわち、短絡電流Ｉ_SCが小さ
くて図中の太陽電池特性Ｅ１となった場合を考える。

【００７０】この状態で上述した起動制御を行って閉回
路を形成し、太陽電池２に負荷（ＤＣリアクトル８）を
接続すると、動作点は開放電圧上の点Ｄから、太陽電池
特性曲線Ｅ１と負荷特性曲線α１₁との交点Ｆに移動す
る。このとき、日射強度が低いため、負荷（ＤＣリアク
トル８）に流れる短絡電流は小さくなり（図４中のＩe
1）、各インバータブリッジ５，１１を構成するスイッ
テング素子等を破壊することはない。

【００７１】しかしながら、日中に発生した停電等の原
因でインバータ装置１が停止した後に再起動する場合等
では、日射強度が高く、したがって、太陽電池特性曲線
は、図中のＥ３となって短絡電流Ｉ_SCは大きくなる。こ
の状態で、上述した起動制御を行って閉回路を形成し、
太陽電池２に負荷（ＤＣリアクトル８）を接続すると、
動作点は開放電圧Ｖ_OC上の点Ｈから、太陽電池特性曲線
Ｅ３と負荷特性曲線α１₁の交点Ｋに移動する。このと
き、日射強度が高いために、負荷（ＤＣリアクトル８）
に流れる電流は過大な値（図中のＩe3）となり、各イン
バータブリッジ５，１１を構成するスイッチング素子等
を破壊する恐れがある。

【００７２】このようなスイッチング素子等の破損を防
ぐために、傾きの小さい（デューティー比の小さい）負
荷特性曲線によって、起動制御を行うことが考えられ
る。そうすれば、負荷特性曲線の傾きの減少に連れて動
作点における電流値も下降して、過大な電流が流れなく
なる。しかしながら、傾きの小さい負荷特性曲線を用い
た起動制御では、閾値Ｖ_Sが上昇して、起動判定に要す
る時間が長時間化し、スムーズに通常のインバータ駆動
に移行できないという不都合がある。以下、このことを
説明する。

【００７３】まず、デューティー比に対応した閾値Ｖ_S
の設定方法を、図５を参照してさらに説明する。図５
は、直流入力電圧Ｖ_inを横軸に、そのときの出力電力
（ｗ）を縦軸にした場合における負荷特性曲線α１₁と
負荷特性曲線α１₂とを示している。そして、この図か
ら、インバータ装置１を起動させるのに必要な最小電力
Ｐ_minを得るためには、負荷特性曲線α１₁（デューティ
ー比大）では、Ｖ_S1の電圧を必要とし、同様に、負荷特
性曲線α１₂（デューティー比小）ではＶ_S2の電圧を必
要とし、これら電圧値には、Ｖ_S1＜Ｖ_S2の関係があるこ
とが理解できる。閾値Ｖ_Sはこのようにして求められる
起動最小電力Ｖ_S1，Ｖ_S2のことである。

【００７４】傾きの小さい（デューティー比の小さい）
負荷特性曲線α１₂に対応して、高い値を有するように
なった閾値ＶＳ₂で起動制御を行った場合では、日射強
度がある程度高まって直流入力電圧Ｖ_inが上昇した後で
ないと、直流入力電圧Ｖ_inが閾値Ｖ_S2を超過することが
できず、これでは、日の出直後等の比較的日射強度の低
い状態では、インバータ装置１をスムーズに起動させる
ことが不可能になってしまう。

【００７５】そこで、部品破損の危険性を防止したうえ
で、スムーズなインバータの起動を可能にするため、こ
のインバータ装置１では、次のような制御を行ってい
る。すなわち、高周波用ゲートドライブ信号生成部１６
は、高周波インバータブリッジ５に対して、デューティ
ー比の異なる複数のスイッチング制御を行うようになっ
ており、そのために、各デューティー比に対応した複数
のパルス列信号Ｐ２_1〜nを格納している。そして、直流
電圧比較部２２は、設定されたデューティー比に応じた
閾値Ｖ_S1〜nを格納しており、直流入力電圧Ｖ_inを、そ
の時のデューティー比に対応した閾値Ｖ_S1〜nと比較し
ている。

【００７６】なお、以下の説明では、説明を簡単にする
都合上、パルス列信号Ｐ２_1〜nを、比較的大きなデュー
ティー比に対応したパルス列信号Ｐ２₁と、比較的小さ
なデューティー比に対応したパルス列信号Ｐ２₂との二
つに簡略化して説明する。同様に負荷特性曲線α１もパ
ルス列信号Ｐ２₁に対応した負荷特性曲線α１₁と、パル
ス列信号Ｐ２₂に対応した負荷特性曲線α１₂との二つに
簡略して説明する。さらには、閾値Ｖ_S1〜nも、パルス
列信号Ｐ２₁に対応した閾値Ｖ_S1と、パルス列信号Ｐ２₂
に対応したＶ_S2との二つに簡略化して説明する。しかし
ながら、パルス列信号Ｐ２、負荷特性曲線α１、および
閾値Ｖ_Sがそれぞれこのような一対のものに限定される
ものではなく、一対以上の複数に設定されてもよいのは
いうまでもない。

【００７７】次に、負荷特性曲線を複数（ここでは、上
述したように、説明を簡単にするため１対の負荷特性曲
線α１₁，α１₂）を設けた場合の制御について、図４お
よび図６のフローチャートを参照して説明する。

【００７８】まず、直流電圧比較部２２において、直流
入力電圧Ｖ_inと閾値Ｖ_S2とを常時比較する。なお、ここ
では、負荷特性曲線α１₂（比較的小さなデューティー
比に対応している）に応じた閾値Ｖ_S2を用いる。

【００７９】そして、直流入力電圧Ｖ_inが閾値Ｖ_S2を上
回った（Ｖ_in＞Ｖ_S2）ことを、直流電圧比較部２２が検
知すると（Ｔ１）、インバータ装置１の準備駆動を開始
する。すなわち、短絡制御部２０が低周波用ゲートドラ
イブ信号生成部１８を介して低周波インバータブリッジ
１１を短絡制御する（Ｔ２）。さらには、電流制限部２
１が高周波用ゲートドライブ信号生成部１６を介して高
周波インバータブリッジ５をデューティー比一定でスイ
ッチング制御する。このとき、高周波インバータブリッ
ジ５は、比較的デューティー比の小さいパルス列信号Ｐ
２₂に基づいて、スイッチング制御される（Ｔ３）。こ
れにより、インバータ装置１内には、比較的傾きの小さ
い負荷特性曲線α１₂に沿って電流／電圧が変化する閉
回路が形成される。

【００８０】そして、日の出直後（太陽電池特性曲線Ｅ
１の状態）でインバータ装置１内に閉回路が形成された
時点では、動作点は開放電圧Ｄから太陽電池特性曲線Ｅ
１と負荷特性曲線α１₂との交点Ｍに移動する。このと
きの動作点における直流入力電圧Ｖ_inと負荷特性曲線α
１₂に対応する設定値Ｖ_S2とを直流電圧比較部２２にお
いて再度比較する（Ｔ４）。この場合、直流入力電圧Ｖ
_inが設定値Ｖ_S2を下回っているので、直流電圧比較部２
２はこのことを示す指令信号Ｌ２₁，Ｌ１₁を電流制限部
２１および短絡制御部２０に出力する。

【００８１】直流入力電圧Ｖ_inが設定値Ｖ_S2が下回って
いることを指令信号Ｌ２₁，Ｌ１₁によって知らされた電
流制限部２１と短絡制御部２０とは起動制御を続行す
る。ただし、電流制御部２１では、以降の起動制御を、
比較的デューティー比の小さい起動制御から、比較的デ
ューティー比の大きい起動制御に切り替える（Ｔ５）。

【００８２】すると、負荷特性曲線は、比較的傾きの小
さいα１₂から比較的傾きの大きいα１₁に移行する。そ
れに伴って直流電圧比較部２２では、閾値Ｖ_Sを、負荷
特性曲線α１₂に対応した閾値Ｖ_S2から、負荷特性曲線
α１₁に対応した閾値Ｖ_S1に切り替える。

【００８３】起動制御の変更は、高周波用ゲートドライ
ブ信号生成部１６が出力するパルス列信号Ｐを、比較的
デューティー比の小さいパルス列信号Ｐ２₂（負荷特性
曲線α１₂）から比較的デューティー比の大きいパルス
列信号Ｐ２₁（負荷特性曲線α１₁）に変更することで行
う。また、起動制御の変更は、図６において、点線で示
したように、このような変更を、Ｐ２₂→Ｐ２₁→Ｐ２₂
→Ｐ２₁→…といったように繰り返し実行すことで行っ
てもよい。

【００８４】このようにして起動制御を続行した状態
で、日射強度が若干高くなり、太陽電池特性曲線がＥ１
からＥ２もしくはＥ３に移行する。すると、負荷特性曲
線がα１₂からα１₁に変更されているために、動作点は
太陽電池特性曲線Ｅ２（Ｅ３）と負荷特性曲線α１₁と
の交点であるＪ（Ｋ）に移動する。このときの動作点に
おける直流入力電圧Ｖ_inと負荷特性曲線α１₁に対応す
る設定値Ｖ_S1とを直流電圧比較部２２において比較する
（Ｔ６）。

【００８５】この場合、直流入力電圧Ｖ_inが設定値Ｖ_S1
を上回っている（Ｖ_in＞Ｖ_S1）ので、直流電圧比較部２
２はこのことを示す指令信号Ｌ２₂，Ｌ１₂を電流制限部
２１および短絡制御部２０に出力するとともに、通常の
インバータ制御の開始を知らせる指令信号Ｌ４，Ｌ３，
Ｌ５をＰＷＭ変調制御部１７、折り返し制御部１９、お
よび連系リレー１２に出力する。

【００８６】指令信号Ｌ２₂，Ｌ１₂が入力された電流制
限部２１および短絡制御部２０は起動制御を停止する。
すなわち、短絡制御部２０は低周波インバータブリッジ
１１の短絡制御を停止する（Ｔ７）。さらには、電流制
限部２１は高周波インバータブリッジ５のデューティー
比一定制御を停止する（Ｔ８）。

【００８７】一方、指令信号Ｌ４，Ｌ３，Ｌ５が入力さ
れたＰＷＭ変調制御部１７，折り返し制御部１９および
連系リレー１２は通常のインバータ制御を開始する（Ｔ
９，Ｔ１０）。

【００８８】これに対して、昼間に発生した停電の後、
インバータ装置１が再稼働する際の起動制御は次のよう
になる。すなわち、まず、直流電圧比較部２２におい
て、直流入力電圧Ｖ_inと閾値Ｖ_S2との比較操作（Ｔ１）
を行い、Ｖ_in＞Ｖ_S2となった場合に、上述したのと同じ
起動制御を行う（Ｔ２，Ｔ３）。これにより、インバー
タ装置１内には、負荷特性曲線α１₂に沿って電流／電
圧が変化する閉回路が形成される。

【００８９】そして、日中停電後の再稼働で、日射強度
が高い場合、すなわち太陽電池特性曲線Ｅ３で、起動制
御が開始されて太陽電池２に負荷が接続された場合は、
動作点は開放電圧Ｈから太陽電池特性曲線Ｅ３と負荷特
性曲線α１₂との交点Ｒに移動する。このときの動作点
における直流入力電圧Ｖ_inと、負荷特性曲線α１₂に対
応する設定値Ｖ_S2とを直流電圧比較部２２において比較
する（Ｔ４）。

【００９０】この場合、直流入力電圧Ｖ_inが設定値Ｖ_S2
を上回っているので（Ｖ_in＞Ｖ_S2）、直流電圧比較部２
２はこのことを示す指令信号Ｌ２₂，Ｌ１₂を電流制限部
２１および短絡制御部２０に出力するとともに、通常の
インバータ制御の開始を知らせる指令信号Ｌ４，Ｌ３，
Ｌ５をＰＷＭ変調制御部１７、折り返し制御部１９およ
び連系リレー１２に出力する。

【００９１】指令信号Ｌ２₂，Ｌ１₂が入力された電流制
限部２１および短絡制御部２０は起動制御を停止する
（Ｔ７，Ｔ８）。一方、指令信号Ｌ４，Ｌ３，Ｌ５が入
力されたＰＷＭ変調制御部１７、折り返し制御部１９お
よび連系リレー１２は通常のインバータ制御を開始する
（Ｔ９，Ｔ１０）。

【００９２】一方、日中停電後の再稼働であっても、比
較的日射強度が低い場合、すなわち太陽電池特性曲線Ｅ
２で、起動制御が開始されて、太陽電池２に負荷が接続
された場合は、動作点は開放電圧Ｇから太陽電池特性曲
線Ｅ２と負荷特性曲線α１₂との交点Ｑに移動する。こ
のときの動作点における直流入力電圧Ｖ_inと負荷特性曲
線α１₂に対応する設定値Ｖ_S2とを直流電圧比較部２２
において比較する（Ｔ４）。この場合、直流入力電圧Ｖ
_inが設定値Ｖ_S2を下回っているので（Ｖ_in＜Ｖ_S2）、直
流電圧比較部２２はこのことを示す指令信号Ｌ２₁，Ｌ
１₁を電流制限部２１および短絡制御部２０に出力す
る。

【００９３】直流入力電圧Ｖ_inが設定値Ｖ_S2が下回って
いることを指令信号Ｌ２₁，Ｌ１₁によって知らされた電
流制限部２１と短絡制御部２０とは起動制御を続行す
る。ただし、電流制御部２１では、以降の起動制御を、
比較的デューティー比の小さい起動制御から、比較的デ
ューティー比の大きい起動制御に切り替える（Ｔ５）。

【００９４】すると、負荷特性曲線は、比較的傾きの小
さいα１₂から比較的傾きの大きいα１₁に移行する。そ
れに伴って、直流電圧比較部２２で設定されている閾値
Ｖ_Sは、負荷特性曲線α１₂に対応した閾値Ｖ_S2から、負
荷特性曲線α１₁に対応した閾値Ｖ_S1に切り替えられ
る。

【００９５】すると、動作点は太陽電池特性曲線Ｅ２と
負荷特性曲線α１₁との交点であるＪに移動する。この
ときの動作点における直流入力電圧Ｖ_inと負荷特性曲線
α１₁に対応する設定値Ｖ_S1とを直流電圧比較部２２に
おいて比較する（Ｔ６）。

【００９６】この場合、直流入力電圧Ｖ_inが設定値Ｖ_S1
を上回っているので（Ｖ_in＞Ｖ_S2）、直流電圧比較部２
２は電流制限部２１および短絡制御部２０に対する指令
信号Ｌ２₂，Ｌ１₂の出力を停止するとともに、通常のイ
ンバータ制御の開始を知らせる指令信号Ｌ４，Ｌ３，Ｌ
５をＰＷＭ変調制御部１７、折り返し制御部１９および
連系リレー１２に出力する。

【００９７】指令信号Ｌ２₂，Ｌ１₂の入力が停止された
電流制限部２１および短絡制御部２０は起動制御を停止
する（Ｔ７，Ｔ８）。一方、指令信号Ｌ４，Ｌ３，Ｌ５
が入力されたＰＷＭ変調制御部１７、折り返し制御部１
９および連系リレー１２は通常のインバータ制御を開始
する（Ｔ９，Ｔ１０）。

【００９８】以上のように起動制御することで、日射強
度が大きい昼間等に再駆動する場合であっても、スイッ
チング素子等が破壊されることもない。さらには、日の
出直後であっても起動制御から通常のインバータ制御に
スムーズに移行させることがができる。

【００９９】次に、このインバータ装置１において、電
流を制限している構成について説明する。低周波インバ
ータブリッジ９の短絡制御と、高周波インバータブリッ
ジ５のデューティー比―定のスイッチング制御とを組み
合わせただけでは、インバータ回路内を流れる短絡電流
を制限することはできない。低周波インバータブリッジ
１１の短絡制御により形成される閉回路内には、回路が
形成された瞬間に、無限大の電流が流れてしまうためで
ある。

【０１００】そこで、このインバータ装置１では、高周
波インバータブリッジ５と低周波インバータブリッジ１
１との間に電流制限用のＤＣリアクトル８を設けてい
る。ＤＣリアクトル８には、ダイオードブリッジ７の作
用より整流されて直流となった短絡電流が流れ込む。そ
のため、ＤＣリアクトル８には、図７（ａ）に示すよう
に、電流が流れた瞬間では電流は流れず、時間の経過と
とともに徐々に電流が上昇する。なお、電流増加特性
（図７（ａ）における傾き）は、ＤＣリアクトル８が有
する固有の電気特性により決定される。

【０１０１】このような特性を有するＤＣリアクトル８
に対して、高周波インバータブリッジ５によって図７
（ｂ）に示すようなパルス列一定の電流供給制御を行う
と、トランス６には、図７（ｃ）のような波形を持った
電流が流れ、さらに、ダイオードブリッジ７で整流され
た結果、ＤＣリアクトル８において、その電流増加特性
は図７（ｄ）に示すようになる。つまり、閉回路に流れ
る短絡電流の電流流出期間は、高周波用インバータブリ
ッジ５をデューティー比一定のスイッチング制御するこ
とにより制御される。具体的には、短絡電流の電流流出
期間は、一定に制御されたデューティー比におけるオン
期間（図中、Ｏで示されている。）となり、したがっ
て、短絡電流は、流出する期間中、電流値が増大し、オ
ン期間Ｏの最終点において、最大電流となる。

【０１０２】このように、高周波インバータブリッジ５
をデューティー比一定でスイッチング制御することと、
ＤＣリアクトル８とを組み合わせることにより、閉回路
に流れる最大電流値を、デューティー比の長短およびＤ
Ｃリアクトルの電気特性により、制御することができ
る。

【０１０３】また、このインバータ装置１は、高周波イ
ンバータブリッジ５と低周波インバータブリッジ１１と
を備えた高周波絶縁型インバータ装置であり、高周波イ
ンバータブリッジ５と低周波インバータブリッジ１１と
の間には、ＤＣリアクトル８とコンデンサ９とからなる
フィルタ回路１０が設けられた構成となっている。その
ため、このフィルタ回路１０のＤＣリアクトル８を電流
制限用のリアクトルとして用いることができるので、電
流制限用として、新たにＤＣリアクトルを設ける必要が
なく、その分、部品点数の増加が防げる。

【０１０４】なお、電流制限部２１と短絡制限部２０と
は，ＰＷＭ変調制御部１７や折り返し制御部１９と同
様、ソフトウエアで構成することができる。

【０１０５】また、短絡制御部２０の動作において、上
述した実施の形態の説明では、低周波インバータブリッ
ジ１１を短絡する制御を、・スイッチング素子（Ｓ１，Ｓ２）をオンし、スイッチ
ング素子（Ｓ３，Ｓ４）をオフする、・スイッチング素子（Ｓ３，Ｓ４）をオンし、スイッチ
ング素子（Ｓ１，Ｓ２）をオフする、というスイッチン
グ制御のうちのいずれかを実行することで実現するとし
たが、この他、［スイッチング素子（Ｓｌ，Ｓ２）のオ
ン操作＋スイッチング素子（Ｓ３，Ｓ４）のオフ操作］
と、［スイッチング素子（Ｓ３，Ｓ４）のオン操作＋ス
イッチング素子（Ｓ１，Ｓ２）のオフ操作］とを周期的
に交互に繰り返すことで、低周波インバータブリッジ１
１を短絡制御していもよい。このようにすれば、次のよ
うな利点がある。すなわち、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ
４を構成するスイッチングトランジスタは、一回の導通
時間が長くなると、その分、素子に対する負担が可及的
に大きくなって寿命等に悪影響を与えかねない、という
特性を有している。そのため、スイッチング操作を周期
的に繰り返すという、制御を行えば、その分、各スイッ
チング素子Ｓ１〜Ｓ４に対する負担が軽減されて、その
分、寿命等に及ぼす悪影響を軽減することができる。

【０１０６】さらには、このインバータ装置１では、起
動制御（閉回路形成制御）時において、直流入力電圧Ｖ
_inが設定値Ｖ_sを下回ってしまうと、インバータ起動に
行うのに十分な太陽電池出力がまだ出力されていないと
判断して、起動制御（閉回路形成制御）を継続するよう
に構成されていた。しかしながら、この他、インバータ
起動を行うのに十分な太陽電池出力がまだ出力されてい
ないと判断すると、上述した起動制御を一旦停止して太
陽電池２とインバータ装置１とを切り離した後、ある程
度時間が経過してから、再度、同様の起動制御を行うよ
うに構成してもよい。

【０１０７】第２の実施の形態図８は、本発明の第２の実施の形態であるインバータ装
置３０を示す図である。このインバータ装置３０は太陽
電池２から出力された直流電力を商用電力系統３と同―
の位相、及び周波数５０／６０ＨＺをもつ交流電力に変
換し、商用電力系統３に供給している。

【０１０８】インバータ装置３０は、直流コンデンサ３
１と、インバータブリッジ３２と、フィルタ回路３３
と、スイッチング素子３４と、連系リレー３５と、イン
バータ出力電流検出器３６とインバータ制御回路３７と
を備えている。

【０１０９】直流コンデンサ３１は、太陽電池２から入
力される直流電力の変動を抑制している。インバータブ
リッジ３２は直流コンデンサ３１の回路後段側に設けら
れて、インバータ装置３０に入力された直流電力を交流
（５０／６０〜数百ＨＺ）に変換している。フィルタ回
路３３は、インバータブリッジ３２の出力に直列に接続
されたＤＣリアクトル３８とインバータブリッジ３２の
出力に並列に接続されたコンデンサ３９とで構成され
て、整流波形に含まれる高周波成分の除去および平滑を
行っている。スイッチング素子３４は、フィルタ回路３
３の回路後段側に設けられて、インバータブリッジ３２
の短絡操作を行っている。連系リレー３５はインバータ
ブリッジ３２の回路後段側に設けられて商用電力系統３
側との連系、および切り離しを行っている。インバータ
制御回路３７は、インバータブリッジ３２と連系リレー
３５とを制御している。インバータ制御回路３７は、ゲ
ートドライブ信号生成部４０と、ＰＷＭ変調制御部４１
と、短絡制御部４２と、電流制限部４３と、直流電圧比
較部４４とを備えている。

【０１１０】ゲートドライブ信号生成部４０は、インバ
ータブリッジ３２を構成する４つのスイッチング素子Ｑ
１〜Ｑ４のオン／オフ制御を行うパルス列信号Ｐを生成
している。ＰＷＭ変調制御部４１は、誤差増幅信号とキ
ャリア信号とからＰＷＭ変調制御を行っている。短絡制
御部４２は、スイッチング素子３４を短絡させる命令信
号Ｒ５をスイッチング素子３４に与えている。電流制限
部４３は、インバータブリッジ３２のスイッチング素子
Ｑ１〜Ｑ４をデューティー比一定で制御させる命令信号
Ｒ６をゲートドライブ信号生成部４０に与えている。直
流電圧比較部４４は、直流コンデンサ３１の両端から検
出された直流入力電圧Ｖ_inを予め定めておいた閾値Ｖ_s
と比較し、その結果、起動制御を行うか、もしくはイン
バータ定常運転を行うかを判断し、そのことを示す指令
信号Ｌ６〜Ｌ９を短絡制御部４２，電流制限部４３、Ｐ
ＷＭ変調制御部４１、および連系リレー３５に出力して
いる。

【０１１１】インバータ制御回路３７は、直流電圧比較
部４４の判断結果により、起動に関する制御と起動後の
定常運転に関する制御を行う部分とに分けられる。

【０１１２】すなわち、直流電圧比較部４４は、起動に
関する制御を行うと判断すれば、短絡制御部４２および
電流制限部４３それぞれに起動制御用の指令信号Ｌ６，
Ｌ７を送る。指令信号Ｌ６を受けた短絡制御部４２で
は、スイッチング素子３４に対して短絡を命じる命令信
号Ｒ５を生成してスイッチング素子３４に与える。一
方、指令信号Ｌ７を受けた電流制限部４３では、スイッ
チング素子Ｑ１〜Ｑ４をデューティー比―定でオン／オ
フ制御させる命令信号Ｒ６を生成して、ゲートドライブ
信号生成部４０に与える。

【０１１３】反対に、直流電圧比較部４４は、定常運転
に関する制御を行うと判断すれば、ＰＷＭ変調制御部４
１に定常運転制御用の指令信号Ｌ８を、また、連系リレ
ー３５に、指令信号Ｌ９を送る。指令信号Ｌ８を受けた
ＰＷＭ変調制御部４１では、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ
４を通常のスイッチング制御させる命令信号Ｒ７を生成
してゲートドライブ信号生成部４０に与える。また、指
令信号Ｌ９を受けた連系リレー３５は、インバータ装置
３０と商用電力系統３とを連系させる。

【０１１４】次に、インバータ装置３０の動作について
図２を参照して説明する。まず、インバータ制御回路３
７は直流コンデンサ４の両端から検出される直流入力電
圧Ｖ_inを直流電圧比較部４４で監視しておく。夜間時は
日射強度がゼロであるので直流入力電圧Ｖinもゼロとな
る。日の出直後の日射強度の太陽電池特性Ｅ１では、開
放電圧Ｖ_oc（Ｅ１）は、例えば２５０〜３００Ｖ付近と
なるが、短絡電流Ｉ_sc（Ｅ１）はほとんどゼロに近く、
そのため太陽電池出力はほとんどない。この時、太陽電
池２から見ると太陽電池２の出力側には、負荷は接続さ
れていない状態と見なせる。したがって、太陽電池２の
動作点Ａは図２に示すように、太陽電池特性曲線Ｅ１上
の開放電圧Ｖ_OC（Ｅｌ）に一致している。

【０１１５】一方、直流電圧比較部４４では、予め設定
して記憶している閾値Ｖ_Sと直流入力電圧Ｖ_inとを比較
している。そして、直流電圧比較部４４は、直流入力電
圧Ｖ_inが閾値Ｖ_Sを上回っていると判断すると、短絡制
御部４２および電流制限部４３に対して指令信号Ｌ６，
Ｌ７を出力する。

【０１１６】指令信号Ｌ６を受けた短絡制御部４２で
は、短絡を命令する命令信号Ｒ５をスイッチング素子３
４に与える。命令信号Ｒ５を受けたスイッチング素子３
４は短絡（導通）する。

【０１１７】一方、指令信号Ｌ７を受けた電流制限部４
３では、デューティー比―定のオン／オフ制御を行うこ
とを命令する命令信号Ｒ６を生成して、ゲートドライブ
信号生成部４０に与える。命令信号Ｒ６を受けたゲート
ドライブ信号生成部４０は、インバータブリッジ３２を
デューティー比―定でオン／オフ制御するパルス列信号
Ｐ５を生成し、そのパルス列信号Ｐ５をインバータブリ
ッジ３２に出力してスイッチング制御する。

【０１１８】すると、インバータ装置３０の内部におい
て、太陽電池２、インバータブリッジ３２、フィルタ回
路３３、スイッチング素子３４からなる閉回路が形成さ
れる。そして、これにより、確実な負荷であるＤＣリア
クトル３８に短絡電流が流れる。

【０１１９】このようにして、インバータ装置３０が準
備駆動され、これによって閉回路が形成され、この閉回
路に短絡電流が流れると、日の出直後の日射強度におい
ては、図２における動作点が、開放電圧Ｖ_OC上の点Ａか
ら、負荷（ＤＣリアクトル３８）が持つ負荷インピーダ
ンスで決定される負荷特性曲線α１と太陽電池特性曲線
Ｅｌとの交点Ｂへ移動することになる。

【０１２０】このようにして、インバータ装置３０を制
御して、その内部に短絡電流を流して太陽電池出力側に
負荷（ＤＣリアクトル３８）が接続された状態にする。
そして、このときの直流入力電圧Ｖ_in’を測定し、直流
電圧比較部４４において、直流入力電圧Ｖ_in’と閾値Ｖ
_Sとを再度比較する。そして、直流入力電圧Ｖ_in’が閾
値Ｖ_Sより小さい（Ｖ_in’＜Ｖ_S）場合には、直流電圧比
較部４４は太陽電池出力がインバータを起動運転するの
に十分ではないと判断して、引き続き、指令信号Ｌ６，
Ｌ７を、短絡制御部４２や電圧制限部４３に出力して、
スイッチング素子３４の短絡制御、およびインバータブ
リッジ３２のデューティー比―定制御を続行する。

【０１２１】そして、日射強度が増していき、日射強度
がＥ２になると、動作点はＢ点から太陽電池特性曲線Ｅ
２と負荷特性曲線α１との交点Ｃヘ移動し、直流入力電
圧Ｖ_in’は設定値Ｖ_Sを上回る（Ｖ_in’＞Ｖ_S）。このよ
うな状態になったことを直流電圧比較部４４が検知する
と、直流電圧比較部４４は、太陽電池出力がインバータ
装置１を起動運転するのに十分な値に達したと判断し、
短絡制御部４２および電流制限部４３に対する指令信号
Ｌ６，Ｌ７の出力を停止して、閉回路形成制御を解除す
る。そして、直流電圧比較部４４は連系リレー３５に指
令信号Ｌ９を出力して、連系リレー３５により、インバ
ータ装置１と商用電力系統３とを連系させる。さらに、
直流電圧比較部４４は、ＰＷＭ変調制御部４１に指令信
号Ｌ８を送る。指令信号Ｌ８を受けたＰＷＭ変調制御部
４１は、スイッテング素子Ｑ１〜Ｑ４をＰＷＭ変調に基
づいてオン／オフ制御させる命令信号Ｒ７を生成して、
ゲートドライブ信号生成部４０に出力する。命令信号Ｒ
７を受けたゲートドライブ信号生成部４０では、スイッ
テング素子Ｑ１〜Ｑ４をＰＷＭ変調に基づいてオン／オ
フ制御するパルス列信号Ｐ６を生成し、そのパルス列信
号Ｐ６をインバータブリッジ３２に出力することでスイ
ッチング制御する。このＰＷＭ変調は、インバータ出力
電流検出器３６が検出したインバータ出力電流Ｉ_OUTに
基づいて行われる。これにより、インバータ装置３０は
定常運転されることになる。

【０１２２】なお、このインバータ装置３０では、スイ
ッチング素子３４により、短絡制御を行う一方、インバ
ータブリッジ３２により、デューティー比一定のスイッ
チング制御を行うと説明したが、反対に、電流制限部４
３を介して、インバータブリッジ３２を短絡制御する一
方、短絡制御部４２を介して、スイッチング素子３４を
デューティー比一定のスイッチング制御を行うこともで
きる。この場合、閉回路を形成するためには、スイッチ
ング素子Ｑ１，Ｑ４を短絡させるか、それとも、スイッ
チング素子Ｑ３，Ｑ２を短絡させればよい。

【０１２３】また、このインバータ装置３０において
も、前述した第１の実施の形態のインバータ装置と同
様、閾値Ｖ_Sを複数設定し、各閾値Ｖ_Sを日射強度（太陽
電池特性曲線）の変動に応じて使い分けることで、高周
波インバータブリッジ５，および低周波インバータブリ
ッジ１１等の破損を未然に防止することも可能である。

【０１２４】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
次のような効果が得られる。

【０１２５】請求項１の効果インバータ装置を運転するための直流電源の出力が十分
にあると判断してからインバータを起動することになる
ので、インバー夕の起動は円滑になり、チャタリングと
いった不都合は発生しなくなった。

【０１２６】また、短絡により形成された閉回路に流れ
る電流は電流上昇手段の作用より徐々に上昇し、さらに
は、閉回路電流の発生期間は、短絡期間制御手段の作用
により規制される。そのため、閉回路電流の最大値は、
短絡期間制御手段で設定される短絡期間の長短により制
御できるようになり、過大な電流がインバータ装置内に
流れて、インバータ装置を構成する電子部品を破壊する
といった不都合も起きない。

【０１２７】さらには、短絡により形成された閉回路の
電圧を監視しているのであって、電流を検出していない
ため、検出器、および検出回路の構成が簡素化でき、そ
の分、コストダウンが図れた。

【０１２８】請求項２の効果既存しているインバータ制御回路の制御方法をインバー
タ起動時だけ若干変更するだけで短絡期間制御手段を構
成することができるようなって、短絡期間制御手段とし
て、別途回路を形成する必要がなくなり、その分、さら
に、コストダウンが図れた。

【０１２９】請求項３の効果デューティー比を徐々に拡大することで、スイッテング
回路等が破壊するといった不都合を起こすことなく起動
判定操作を容易にした。つまり、素子破損の防止と起動
判定動作の確実性の向上とを両立させることができた。

【０１３０】請求項４の効果デューティー比の拡大操作に対応して閾値を変動させる
ことで、インバータ起動の判定精度が向上した。

【０１３１】請求項５の効果電流上昇手段を簡単に構成することができるようにな
り、その分、コストダウンが図れた。

【０１３２】請求項６，７の効果フィルタ回路の構成部品として、インバータ装置には既
存の部品であるリアクトルを用いるので、電流上昇手段
を簡単に構成することができ、その分、コストダウンが
図れた。

【０１３３】請求項８の効果インバータ装置の構成部品として、既存しているスイッ
チング回路を用いてインバータ出力を短絡させるので、
インバータ短絡手段を簡単に構成することができ、その
分、コストダウンが図れた。

【０１３４】請求項９の効果すべて、既存のインバータ装置の部品を応用して構成し
ているので、あらたに部品を追加することなく、本発明
を構成でき、その分、構成が簡単になって、コストダウ
ンが図れた。

【０１３５】請求項１０の効果インバータ短絡手段を構成する開閉器だけを新たに設け
ればよく、それ以外は、既存のインバータ装置の部品を
応用して構成しているので、その分、構成が簡単になっ
てコストダウンが図れた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態であるインバータ装
置の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明のインバータ装置における太陽電池特性
曲線上の動作点の変化を表わした図である。

【図３】本発明のインバータ装置における太陽電池出力
を面積で表した図である。

【図４】本発明のインバータ装置における負荷特性曲線
と太陽電池特性曲線との動作点の変化を表わした図であ
る。

【図５】本発明のインバータ装置の閾値Ｖ_Sの設定の説
明に供する図である。

【図６】本発明のインバータ装置の制御動作の手順を示
すフローチャートである。

【図７】本発明のインバータ装置で実施する電流制限操
作の説明に供する図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態であるインバータ装
置の構成を示すブロック図である。

【図９】第１の従来例の構成を示すブロック図である。

【図１０】第２の従来例の構成を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

２太陽電池３商用電力系
統５高周波インバータブリッジ８ＤＣリアク
トル１１低周彼インバータブリッジ１５インバー
タ制御回路２０短絡制限部２１電流制限
部２２直流電圧比較部２２交流スイ
ッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０２Ｊ 3/38 Ｈ０２Ｊ 3/38 Ｑ (72)発明者竹林司大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】太陽電池等の直流電源の電力をスイッチ
ング回路の開閉動作により交流電力に変換し、負荷ある
いは既存の商用電力系統に供給するインバータ装置であ
って、インバータ出力の立ち上がり時、インバータ通常駆動に
先立って、インバータ出力を短絡させるインバータ短絡
手段と、インバータ出力の短絡により形成された閉回路に流れる
電流を徐々に上昇させる電流上昇手段と、インバータ出力の短絡期間を制御する短絡期間制御手段
と、前記閉回路の直流入力電圧が予め設定しておいた閾値を
上回ると、前記インバータ短絡手段による短絡動作を停
止させてインバータ通常駆動を許容する一方、前記直流
入力電圧が前記閾値を上回らないと前期短絡手段による
短絡動作を継続させる起動判定手段とを有することを特
徴とするインバータ装置。
【請求項２】請求項１記載のインバータ装置であっ
て、前記短絡期間制御手段は、規定する短絡期間に応じ
て前記スイッチング回路のデューティー比を設定すると
ともに、設定したデューティー比でもって前記スイッチ
ング回路をデューティー比一定で動作させるものである
ことを特徴とするインバータ装置。
【請求項３】請求項２記載のインバータ装置であっ
て、前記短絡期間制御手段は、前期起動判定手段により
前記閉回路の直流入力電圧が前記閾値を上回らないと判
定される毎に前記デューティー比を設定し直すととも
に、デューティー比設定の見直し毎に徐々にデューティ
ー比を拡大させるものであることを特徴とするインバー
タ装置。
【請求項４】請求項３記載のインバータ装置であっ
て，前記起動判定手段は、前記短絡期間制御手段による
デューティー比の拡大操作に対応して前記閾値を変動さ
せるものであることを特徴とするインバータ装置。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれか記載のイン
バータ装置であって、前記電流上昇手段は、前記閉回路
に接続されたリアクトルであることを特徴とするインバ
ータ装置。
【請求項６】請求項５記載のインバータ装置であっ
て、前記スイッチング回路の回路後段側に設けられてフ
ィルタ回路を構成するリアクトルにより、前記電流上昇
手段を構成するものであることを特徴とするインバータ
装置。
【請求項７】請求項６記載のインバータ装置であっ
て、前記フィルタ回路の回路後段側に、前記インバータ
短絡手段を設けることを特徴とするインバータ装置。
【請求項８】請求項１記載のインバータ装置であっ
て、前記インバータ短絡手段は、前記スイッチング回路
を短絡動作させるものであることを特徴とするインバー
タ装置。
【請求項９】請求項１記載のインバータ装置であっ
て、前記スイッチング回路は、前記直流電源の電力を高周波
電力に変換する高周波用スイッチング回路と、高周波電
力を低周波電力に変換する低周波用スイッチング回路と
を有するとともに、前記高周波用スイッチング回路と前
記低周波用スイッチング回路との間には、リアクトルと
容量とからなるフィルタ回路が設けられており、かつ、前記インバータ短絡手段は、前記低周波用スイッ
チング回路を短絡動作させるものであり、前記電流上昇手段は、前記リアクトルから構成されてお
り、前記短絡期間制御手段は、規定する短絡期間に応じて前
記高周波用スイッチング回路のデューティー比を設定す
るとともに、設定したデューティー比でもって前記高周
波用スイッチング回路をデューティー比一定で動作させ
るものであることを特徴とするインバータ装置。
【請求項１０】請求項１記載のインバータ装置であっ
て、前記スイッチング回路の回路後段側にはリアクトルと容
量とからなるフィルタ回路が設けられており、かつ、前記電流上昇手段は、前記リアクトルから構成さ
れており、前記インバータ短絡手段は、前記フィルタ回路より回路
後段側に設けられてインバータ出力を短絡させる開閉器
であり、前記短絡期間制御手段は、規定する短絡期間に応じて前
記スイッチング回路のデューティー比を設定するととも
に、設定したデューティー比でもって前記スイッチング
回路をデューティー比一定で動作させるものであること
を特徴とするインバータ装置。