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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5661818
(24)【登録日】2014年12月12日
(45)【発行日】2015年1月28日
(54)【発明の名称】混合型直流交流変換システムおよびその制御方法
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20150108BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 E
H02M7/48 T
【請求項の数】10
【全頁数】18
(21)【出願番号】特願2013-646(P2013-646)
(22)【出願日】2013年1月7日
(65)【公開番号】特開2014-39454(P2014-39454A)
(43)【公開日】2014年2月27日
【審査請求日】2013年1月7日
(31)【優先権主張番号】101129760
(32)【優先日】2012年8月16日
(33)【優先権主張国】TW
(73)【特許権者】
【識別番号】510002442
【氏名又は名称】台達電子工業股▲ふん▼有限公司
【氏名又は名称原語表記】Ｄｅｌｔａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｉｎｃ．
(74)【代理人】
【識別番号】110000671
【氏名又は名称】八田国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】顧 振 維
(72)【発明者】
【氏名】李 雷 鳴
(72)【発明者】
【氏名】黄 河
【審査官】
安池 一貴
(56)【参考文献】
【文献】
特開昭６０−０１３４７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開昭５９−０９６８７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−１１９２５７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０２Ｍ ７／４２−７／９８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１直流入力電圧を供給する第１直流電源と、
電圧値が前記第１直流入力電圧よりも大きい第２直流入力電圧を供給する第２直流電源と、
第１パワースイッチ、第２パワースイッチ、第３パワースイッチおよび第７パワースイッチを備え、前記第１パワースイッチ、前記第２パワースイッチおよび前記第３パワースイッチを直列に接続して第１経路を形成し、前記第１経路を前記第１直流電源と並列に接続し、前記第７パワースイッチ、前記第２パワースイッチおよび前記第３パワースイッチを直列に接続して第２経路を形成し、前記第２経路を前記第２直流電源と並列に接続し、前記第１直流入力電圧または前記第２直流入力電圧を交流出力電圧に変換して、負荷への電力として供給する電源変換装置と、
前記交流出力電圧および外部基準電圧が入力される比較ユニットと、
を備え、
前記交流出力電圧の絶対値が前記外部基準電圧以下である場合、前記比較ユニットは、前記第１直流入力電圧を前記交流出力電圧に変換するように、前記電源変換装置を制御する制御信号を出力し、
前記交流出力電圧の絶対値が前記外部基準電圧より大きい場合、前記比較ユニットは、前記第２直流入力電圧を前記交流出力電圧に変換するように、前記電源変換装置を制御する前記制御信号を出力する混合型直流交流変換システム。
電圧値が前記第１直流入力電圧よりも大きい第２直流入力電圧を供給する第２直流電源と、
第１パワースイッチ、第２パワースイッチ、第３パワースイッチおよび第７パワースイッチを備え、前記第１パワースイッチ、前記第２パワースイッチおよび前記第３パワースイッチを直列に接続して第１経路を形成し、前記第１経路を前記第１直流電源と並列に接続し、前記第７パワースイッチ、前記第２パワースイッチおよび前記第３パワースイッチを直列に接続して第２経路を形成し、前記第２経路を前記第２直流電源と並列に接続し、前記第１直流入力電圧または前記第２直流入力電圧を交流出力電圧に変換して、負荷への電力として供給する電源変換装置と、
前記交流出力電圧および外部基準電圧が入力される比較ユニットと、
を備え、
前記交流出力電圧の絶対値が前記外部基準電圧以下である場合、前記比較ユニットは、前記第１直流入力電圧を前記交流出力電圧に変換するように、前記電源変換装置を制御する制御信号を出力し、
前記交流出力電圧の絶対値が前記外部基準電圧より大きい場合、前記比較ユニットは、前記第２直流入力電圧を前記交流出力電圧に変換するように、前記電源変換装置を制御する前記制御信号を出力する混合型直流交流変換システム。
【請求項2】
前記電源変換装置は、
前記第１パワースイッチと並列に接続する第１ダイオードと、
前記第２パワースイッチと並列に接続する第２ダイオードと、
前記第３パワースイッチと並列に接続する第３ダイオードと、
第４パワースイッチおよび当該第４パワースイッチと並列に接続する第４ダイオードと、
第５パワースイッチおよび当該第５パワースイッチと並列に接続する第５ダイオードと、
第６パワースイッチおよび当該第６パワースイッチと並列に接続する第６ダイオードと、
前記第７パワースイッチと並列に接続する第７ダイオードと、
第８パワースイッチおよび当該第８パワースイッチと並列に接続する第８ダイオードと、
第９ダイオードと、
をさらに備え、
前記第２パワースイッチと前記第３パワースイッチの接続部を第２出力端とし、
前記第５パワースイッチを前記第４パワースイッチに直列に接続し、前記第５ダイオードの陽極と、前記第３ダイオードの陽極と、前記第１直流電源の負極と、前記第２直流電源の負極と、を接続し、
前記第６パワースイッチを前記第１ダイオードの陽極と前記第４ダイオードの陽極の間に接続し、前記第６パワースイッチと前記第４パワースイッチの接続部を第１出力端とし、前記第１出力端および前記第２出力端により前記交流出力電圧を出力し、
前記第７ダイオードの陽極を前記第６ダイオードの陰極に接続し、
前記第８ダイオードの陽極と前記第６ダイオードの陽極を接続し、前記第８ダイオードの陰極と、前記第７ダイオードの陰極と、前記第２直流電源の正極と、を接続し、
前記第９ダイオードの陰極と、前記第１ダイオードの陰極と、前記第４ダイオードの陰極と、を接続し、前記第９ダイオードの陽極を前記第１直流電源の正極に接続して、前記第１経路が前記第９ダイオードを通じて、前記第１直流電源に並列に接続する、
請求項１に記載の混合型直流交流変換システム。
前記第１パワースイッチと並列に接続する第１ダイオードと、
前記第２パワースイッチと並列に接続する第２ダイオードと、
前記第３パワースイッチと並列に接続する第３ダイオードと、
第４パワースイッチおよび当該第４パワースイッチと並列に接続する第４ダイオードと、
第５パワースイッチおよび当該第５パワースイッチと並列に接続する第５ダイオードと、
第６パワースイッチおよび当該第６パワースイッチと並列に接続する第６ダイオードと、
前記第７パワースイッチと並列に接続する第７ダイオードと、
第８パワースイッチおよび当該第８パワースイッチと並列に接続する第８ダイオードと、
第９ダイオードと、
をさらに備え、
前記第２パワースイッチと前記第３パワースイッチの接続部を第２出力端とし、
前記第５パワースイッチを前記第４パワースイッチに直列に接続し、前記第５ダイオードの陽極と、前記第３ダイオードの陽極と、前記第１直流電源の負極と、前記第２直流電源の負極と、を接続し、
前記第６パワースイッチを前記第１ダイオードの陽極と前記第４ダイオードの陽極の間に接続し、前記第６パワースイッチと前記第４パワースイッチの接続部を第１出力端とし、前記第１出力端および前記第２出力端により前記交流出力電圧を出力し、
前記第７ダイオードの陽極を前記第６ダイオードの陰極に接続し、
前記第８ダイオードの陽極と前記第６ダイオードの陽極を接続し、前記第８ダイオードの陰極と、前記第７ダイオードの陰極と、前記第２直流電源の正極と、を接続し、
前記第９ダイオードの陰極と、前記第１ダイオードの陰極と、前記第４ダイオードの陰極と、を接続し、前記第９ダイオードの陽極を前記第１直流電源の正極に接続して、前記第１経路が前記第９ダイオードを通じて、前記第１直流電源に並列に接続する、
請求項１に記載の混合型直流交流変換システム。
【請求項3】
前記第１出力端および前記第２出力端と、前記負荷との間に接続し、第１コイル、第２コイルおよびコンデンサを含むフィルタをさらに備え、
前記第２直流入力電圧は、前記第１直流入力電圧をブーストコンバータにより昇圧して生成され、
前記第１直流電源の正極と負極は、それぞれ第１バイパスコンデンサの両端に接続され、前記第１直流入力電圧の大きさを維持し、
前記第２直流電源の正極と負極は、それぞれ第２バイパスコンデンサの両端に接続され、前記第２直流入力電圧の大きさを維持する、
請求項２に記載の混合型直流交流変換システム。
前記第２直流入力電圧は、前記第１直流入力電圧をブーストコンバータにより昇圧して生成され、
前記第１直流電源の正極と負極は、それぞれ第１バイパスコンデンサの両端に接続され、前記第１直流入力電圧の大きさを維持し、
前記第２直流電源の正極と負極は、それぞれ第２バイパスコンデンサの両端に接続され、前記第２直流入力電圧の大きさを維持する、
請求項２に記載の混合型直流交流変換システム。
【請求項4】
前記交流出力電圧の絶対値が前記外部基準電圧以下であって、前記フィルタの前記第１コイルと前記第２コイルが充電動作期間である場合、前記第１直流入力電圧を前記負荷への電力として供給し、
前記交流出力電圧がプラスである場合、前記第１直流電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第１直流電源、前記第９ダイオード、前記第４パワースイッチ、前記第１コイル、前記負荷、前記第２コイル、前記第３パワースイッチの順に接続して形成され、
前記交流出力電圧がマイナスである場合、前記第１直流電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第１直流電源、前記第９ダイオード、前記第１パワースイッチ、前記第２パワースイッチ、前記第２コイル、前記負荷、前記第１コイル、前記第５パワースイッチの順に接続して形成され、
前記交流出力電圧の絶対値が前記外部基準電圧以下であって、前記フィルタの前記第１コイルと前記第２コイルが放電動作期間である場合、前記第１コイルおよび前記第２コイルの充電電圧を前記負荷への電力として供給し、
前記交流出力電圧がプラスである場合、前記第１コイルおよび前記第２コイルの充電電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第１コイル、前記負荷、前記第２コイル、前記第２ダイオード、前記第６パワースイッチの順に接続して形成され、
前記交流出力電圧がマイナスである場合、前記第１コイルおよび前記第２コイルの充電電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第１コイル、前記第６ダイオード、前記第２パワースイッチ、前記第２コイル、前記負荷の順に接続して形成される、
請求項３に記載の混合型直流交流変換システム。
前記交流出力電圧がプラスである場合、前記第１直流電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第１直流電源、前記第９ダイオード、前記第４パワースイッチ、前記第１コイル、前記負荷、前記第２コイル、前記第３パワースイッチの順に接続して形成され、
前記交流出力電圧がマイナスである場合、前記第１直流電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第１直流電源、前記第９ダイオード、前記第１パワースイッチ、前記第２パワースイッチ、前記第２コイル、前記負荷、前記第１コイル、前記第５パワースイッチの順に接続して形成され、
前記交流出力電圧の絶対値が前記外部基準電圧以下であって、前記フィルタの前記第１コイルと前記第２コイルが放電動作期間である場合、前記第１コイルおよび前記第２コイルの充電電圧を前記負荷への電力として供給し、
前記交流出力電圧がプラスである場合、前記第１コイルおよび前記第２コイルの充電電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第１コイル、前記負荷、前記第２コイル、前記第２ダイオード、前記第６パワースイッチの順に接続して形成され、
前記交流出力電圧がマイナスである場合、前記第１コイルおよび前記第２コイルの充電電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第１コイル、前記第６ダイオード、前記第２パワースイッチ、前記第２コイル、前記負荷の順に接続して形成される、
請求項３に記載の混合型直流交流変換システム。
【請求項5】
前記交流出力電圧の絶対値が前記外部基準電圧より大きくて、前記フィルタの前記第１コイルと前記第２コイルが充電動作期間である場合、前記第２直流入力電圧を前記負荷への電力として供給し、
前記交流出力電圧がプラスである場合、前記第２直流電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第２直流電源、前記第８パワースイッチ、前記第１コイル、前記負荷、前記第２コイル、前記第３パワースイッチの順に接続して形成され、
前記交流出力電圧がマイナスである場合、前記第２直流電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、第２直流電源、前記第７パワースイッチ、前記第２パワースイッチ、前記第２コイル、前記負荷、前記第１コイル、前記第５パワースイッチの順に接続して形成され、
前記交流出力電圧の絶対値が前記外部基準電圧より大きくて、前記フィルタの前記第１コイルと前記第２コイルが放電動作期間である場合、前記第１コイルおよび前記第２コイルの充電電圧を前記負荷への電力として供給し、
前記交流出力電圧がプラスである場合、前記第１コイルおよび前記第２コイルの充電電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第１コイル、前記負荷、前記第２コイル、前記第３パワースイッチ、前記第９ダイオード、前記第４パワースイッチの順に接続して形成され、
前記交流出力電圧がマイナスである場合、前記第１コイルおよび前記第２コイルの充電電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第１コイル、前記第５パワースイッチ、前記第９ダイオード、前記第１パワースイッチ、前記第２パワースイッチ、前記第２コイル、前記負荷の順に接続して形成される、
請求項３に記載の混合型直流交流変換システム。
前記交流出力電圧がプラスである場合、前記第２直流電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第２直流電源、前記第８パワースイッチ、前記第１コイル、前記負荷、前記第２コイル、前記第３パワースイッチの順に接続して形成され、
前記交流出力電圧がマイナスである場合、前記第２直流電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、第２直流電源、前記第７パワースイッチ、前記第２パワースイッチ、前記第２コイル、前記負荷、前記第１コイル、前記第５パワースイッチの順に接続して形成され、
前記交流出力電圧の絶対値が前記外部基準電圧より大きくて、前記フィルタの前記第１コイルと前記第２コイルが放電動作期間である場合、前記第１コイルおよび前記第２コイルの充電電圧を前記負荷への電力として供給し、
前記交流出力電圧がプラスである場合、前記第１コイルおよび前記第２コイルの充電電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第１コイル、前記負荷、前記第２コイル、前記第３パワースイッチ、前記第９ダイオード、前記第４パワースイッチの順に接続して形成され、
前記交流出力電圧がマイナスである場合、前記第１コイルおよび前記第２コイルの充電電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第１コイル、前記第５パワースイッチ、前記第９ダイオード、前記第１パワースイッチ、前記第２パワースイッチ、前記第２コイル、前記負荷の順に接続して形成される、
請求項３に記載の混合型直流交流変換システム。
【請求項6】
第１直流電源から第１直流入力電圧を供給し、第２直流電源から電圧値が前記第１直流入力電圧よりも大きい第２直流入力電圧を供給する第（ａ）ステップと、
第１パワースイッチ、第２パワースイッチ、第３パワースイッチおよび第７パワースイッチを備え、前記第１パワースイッチ、前記第２パワースイッチおよび前記第３パワースイッチを直列に接続して第１経路を形成し、前記第１経路を前記第１直流電源と並列に接続し、前記第７パワースイッチ、前記第２パワースイッチおよび前記第３パワースイッチを直列に接続して第２経路を形成し、前記第２経路を前記第２直流電源と並列に接続する電源変換装置により、前記第１直流入力電圧または前記第２直流入力電圧を交流出力電圧に変換する第（ｂ）ステップと、
比較ユニットに前記交流出力電圧および外部基準電圧が入力される第（ｃ）ステップと、
前記交流出力電圧の絶対値が前記外部基準電圧以下である場合、前記比較ユニットは、前記第１直流入力電圧を前記交流出力電圧に変換して、負荷への電力として供給するように、前記電源変換装置を制御する制御信号を出力する第（ｄ）ステップと、
前記交流出力電圧の絶対値が前記外部基準電圧より大きい場合、前記比較ユニットは、前記第２直流入力電圧を前記交流出力電圧に変換して、前記負荷への電力として供給するように、前記電源変換装置を制御する前記制御信号を出力する第（ｅ）ステップと、
を有する混合型直流交流変換システムの制御方法。
第１パワースイッチ、第２パワースイッチ、第３パワースイッチおよび第７パワースイッチを備え、前記第１パワースイッチ、前記第２パワースイッチおよび前記第３パワースイッチを直列に接続して第１経路を形成し、前記第１経路を前記第１直流電源と並列に接続し、前記第７パワースイッチ、前記第２パワースイッチおよび前記第３パワースイッチを直列に接続して第２経路を形成し、前記第２経路を前記第２直流電源と並列に接続する電源変換装置により、前記第１直流入力電圧または前記第２直流入力電圧を交流出力電圧に変換する第（ｂ）ステップと、
比較ユニットに前記交流出力電圧および外部基準電圧が入力される第（ｃ）ステップと、
前記交流出力電圧の絶対値が前記外部基準電圧以下である場合、前記比較ユニットは、前記第１直流入力電圧を前記交流出力電圧に変換して、負荷への電力として供給するように、前記電源変換装置を制御する制御信号を出力する第（ｄ）ステップと、
前記交流出力電圧の絶対値が前記外部基準電圧より大きい場合、前記比較ユニットは、前記第２直流入力電圧を前記交流出力電圧に変換して、前記負荷への電力として供給するように、前記電源変換装置を制御する前記制御信号を出力する第（ｅ）ステップと、
を有する混合型直流交流変換システムの制御方法。
【請求項7】
前記電源変換装置は、
前記第１パワースイッチと並列に接続する第１ダイオードと、
前記第２パワースイッチと並列に接続する第２ダイオードと、
前記第３パワースイッチと並列に接続する第３ダイオードと、
第４パワースイッチおよび当該第４パワースイッチと並列に接続する第４ダイオードと、
第５パワースイッチおよび当該第５パワースイッチと並列に接続する第５ダイオードと、
第６パワースイッチおよび当該第６パワースイッチと並列に接続する第６ダイオードと、
前記第７パワースイッチと並列に接続する第７ダイオードと、
第８パワースイッチおよび当該第８パワースイッチと並列に接続する第８ダイオードと、
第９ダイオードと、
をさらに備え、
前記第２パワースイッチと前記第３パワースイッチの接続部を第２出力端とし、
前記第５パワースイッチを前記第４パワースイッチに直列に接続し、前記第５ダイオードの陽極と、前記第３ダイオードの陽極と、前記第１直流電源の負極と、前記第２直流電源の負極と、を接続し、
前記第６パワースイッチを前記第１ダイオードの陽極と前記第４ダイオードの陽極の間に接続し、前記第６パワースイッチと前記第４パワースイッチの接続部を第１出力端とし、前記第１出力端および前記第２出力端により前記交流出力電圧を出力し、
前記第７ダイオードの陽極を前記第６ダイオードの陰極に接続し、
前記第８ダイオードの陽極と前記第６ダイオードの陽極を接続し、前記第８ダイオードの陰極と、前記第７ダイオードの陰極と、前記第２直流電源の正極と、を接続し、
前記第９ダイオードの陰極と、前記第１ダイオードの陰極と、前記第４ダイオードの陰極とを接続し、前記第９ダイオードの陽極を前記第１直流電源の正極に接続して、前記第１経路が前記第９ダイオードを通じて、前記第１直流電源に並列に接続する、
請求項６に記載の混合型直流交流変換システムの制御方法。
前記第１パワースイッチと並列に接続する第１ダイオードと、
前記第２パワースイッチと並列に接続する第２ダイオードと、
前記第３パワースイッチと並列に接続する第３ダイオードと、
第４パワースイッチおよび当該第４パワースイッチと並列に接続する第４ダイオードと、
第５パワースイッチおよび当該第５パワースイッチと並列に接続する第５ダイオードと、
第６パワースイッチおよび当該第６パワースイッチと並列に接続する第６ダイオードと、
前記第７パワースイッチと並列に接続する第７ダイオードと、
第８パワースイッチおよび当該第８パワースイッチと並列に接続する第８ダイオードと、
第９ダイオードと、
をさらに備え、
前記第２パワースイッチと前記第３パワースイッチの接続部を第２出力端とし、
前記第５パワースイッチを前記第４パワースイッチに直列に接続し、前記第５ダイオードの陽極と、前記第３ダイオードの陽極と、前記第１直流電源の負極と、前記第２直流電源の負極と、を接続し、
前記第６パワースイッチを前記第１ダイオードの陽極と前記第４ダイオードの陽極の間に接続し、前記第６パワースイッチと前記第４パワースイッチの接続部を第１出力端とし、前記第１出力端および前記第２出力端により前記交流出力電圧を出力し、
前記第７ダイオードの陽極を前記第６ダイオードの陰極に接続し、
前記第８ダイオードの陽極と前記第６ダイオードの陽極を接続し、前記第８ダイオードの陰極と、前記第７ダイオードの陰極と、前記第２直流電源の正極と、を接続し、
前記第９ダイオードの陰極と、前記第１ダイオードの陰極と、前記第４ダイオードの陰極とを接続し、前記第９ダイオードの陽極を前記第１直流電源の正極に接続して、前記第１経路が前記第９ダイオードを通じて、前記第１直流電源に並列に接続する、
請求項６に記載の混合型直流交流変換システムの制御方法。
【請求項8】
前記第１出力端および前記第２出力端と、前記負荷との間に接続し、第１コイル、第２コイルおよびコンデンサを含むフィルタをさらに備え、
前記第２直流入力電圧は、前記第１直流入力電圧をブーストコンバータにより昇圧して生成され、
前記第１直流電源の正極と負極を、それぞれ第１バイパスコンデンサの両端と接続して前記第１直流入力電圧の大きさを維持し、
前記第２直流電源の正極と負極を、それぞれ第２バイパスコンデンサの両端と接続して前記第２直流入力電圧の大きさを維持する、
請求項７に記載の混合型直流交流変換システムの制御方法。
前記第２直流入力電圧は、前記第１直流入力電圧をブーストコンバータにより昇圧して生成され、
前記第１直流電源の正極と負極を、それぞれ第１バイパスコンデンサの両端と接続して前記第１直流入力電圧の大きさを維持し、
前記第２直流電源の正極と負極を、それぞれ第２バイパスコンデンサの両端と接続して前記第２直流入力電圧の大きさを維持する、
請求項７に記載の混合型直流交流変換システムの制御方法。
【請求項9】
前記交流出力電圧の絶対値が前記外部基準電圧以下であって、前記フィルタの前記第１コイルと前記第２コイルが充電動作期間である場合、前記第１直流入力電圧を前記負荷への電力として供給し、
前記交流出力電圧がプラスである場合、前記第１直流電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第１直流電源、前記第９ダイオード、前記第４パワースイッチ、前記第１コイル、前記負荷、前記第２コイル、前記第３パワースイッチの順に接続して形成され、
前記交流出力電圧がマイナスである場合、前記第１直流電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第１直流電源、前記第９ダイオード、前記第１パワースイッチ、前記第２パワースイッチ、前記第２コイル、前記負荷、前記第１コイル、前記第５パワースイッチの順に接続して形成され、
前記交流出力電圧の絶対値が前記外部基準電圧以下であって、前記フィルタの前記第１コイルと前記第２コイルが放電動作期間である場合、前記第１コイルおよび前記第２コイルの充電電圧を前記負荷への電力として供給し、
前記交流出力電圧がプラスである場合、前記第１コイルおよび前記第２コイルの充電電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第１コイル、前記負荷、前記第２コイル、前記第２ダイオード、前記第６パワースイッチの順に接続して形成され、
前記交流出力電圧がマイナスである場合、前記第１コイルおよび前記第２コイルの充電電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第１コイル、前記第６ダイオード、前記第２パワースイッチ、前記第２コイル、前記負荷の順に接続して形成される、
請求項８に記載の混合型直流交流変換システムの制御方法。
前記交流出力電圧がプラスである場合、前記第１直流電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第１直流電源、前記第９ダイオード、前記第４パワースイッチ、前記第１コイル、前記負荷、前記第２コイル、前記第３パワースイッチの順に接続して形成され、
前記交流出力電圧がマイナスである場合、前記第１直流電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第１直流電源、前記第９ダイオード、前記第１パワースイッチ、前記第２パワースイッチ、前記第２コイル、前記負荷、前記第１コイル、前記第５パワースイッチの順に接続して形成され、
前記交流出力電圧の絶対値が前記外部基準電圧以下であって、前記フィルタの前記第１コイルと前記第２コイルが放電動作期間である場合、前記第１コイルおよび前記第２コイルの充電電圧を前記負荷への電力として供給し、
前記交流出力電圧がプラスである場合、前記第１コイルおよび前記第２コイルの充電電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第１コイル、前記負荷、前記第２コイル、前記第２ダイオード、前記第６パワースイッチの順に接続して形成され、
前記交流出力電圧がマイナスである場合、前記第１コイルおよび前記第２コイルの充電電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第１コイル、前記第６ダイオード、前記第２パワースイッチ、前記第２コイル、前記負荷の順に接続して形成される、
請求項８に記載の混合型直流交流変換システムの制御方法。
【請求項10】
前記交流出力電圧の絶対値が前記外部基準電圧より大きくて、前記フィルタの前記第１コイルと前記第２コイルが充電動作期間である場合、前記第２直流入力電圧を前記負荷への電力として供給し、
前記交流出力電圧がプラスである場合、前記第２直流電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第２直流電源、前記第８パワースイッチ、前記第１コイル、前記負荷、前記第２コイル、前記第３パワースイッチの順に接続して形成され、
前記交流出力電圧がマイナスである場合、前記第２直流電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、第２直流電源、前記第７パワースイッチ、前記第２パワースイッチ、前記第２コイル、前記負荷、前記第１コイル、前記第５パワースイッチの順に接続して形成され、
前記交流出力電圧の絶対値が前記外部基準電圧より大きくて、前記フィルタの前記第１コイルと前記第２コイルが放電動作期間である場合、前記第１コイルおよび前記第２コイルの充電電圧を前記負荷への電力として供給し、
前記交流出力電圧がプラスである場合、前記第１コイルおよび前記第２コイルの充電電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第１コイル、前記負荷、前記第２コイル、前記第３パワースイッチ、前記第９ダイオード、前記第４パワースイッチの順に接続して形成され、
前記交流出力電圧がマイナスである場合、前記第１コイルおよび前記第２コイルの充電電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第１コイル、前記第５パワースイッチ、前記第９ダイオード、前記第１パワースイッチ、前記第２パワースイッチ、前記第２コイル、前記負荷の順に接続して形成される、
請求項８に記載の混合型直流交流変換システムの制御方法。
前記交流出力電圧がプラスである場合、前記第２直流電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第２直流電源、前記第８パワースイッチ、前記第１コイル、前記負荷、前記第２コイル、前記第３パワースイッチの順に接続して形成され、
前記交流出力電圧がマイナスである場合、前記第２直流電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、第２直流電源、前記第７パワースイッチ、前記第２パワースイッチ、前記第２コイル、前記負荷、前記第１コイル、前記第５パワースイッチの順に接続して形成され、
前記交流出力電圧の絶対値が前記外部基準電圧より大きくて、前記フィルタの前記第１コイルと前記第２コイルが放電動作期間である場合、前記第１コイルおよび前記第２コイルの充電電圧を前記負荷への電力として供給し、
前記交流出力電圧がプラスである場合、前記第１コイルおよび前記第２コイルの充電電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第１コイル、前記負荷、前記第２コイル、前記第３パワースイッチ、前記第９ダイオード、前記第４パワースイッチの順に接続して形成され、
前記交流出力電圧がマイナスである場合、前記第１コイルおよび前記第２コイルの充電電圧を前記負荷への電力として供給する電流回路は、前記第１コイル、前記第５パワースイッチ、前記第９ダイオード、前記第１パワースイッチ、前記第２パワースイッチ、前記第２コイル、前記負荷の順に接続して形成される、
請求項８に記載の混合型直流交流変換システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、混合型直流交流変換システムおよびその制御方法に関し、特に異なる定格電圧を有する直流電源を電力として供給する、混合型直流交流変換システムおよびその制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
図１は、従来技術の二段構成のインバータの電気回路を示す図である。二段構成のインバータは、主に直流変換器（ＤＣ−ｔｏ−ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１０Ａ、フルーブリッジインバータ（Ｆｕｌｌ−Ｂｒｉｄｇｅ ＤＡ−ｔｏ−ＡＣ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ）２０Ａを有する。フルーブリッジインバータ２０Ａは、一個のパワースイッチおよび当該パワースイッチと並列に接続される一個のダイオード（ｄｉｏｄｅ）を一組として、計四組のパワースイッチＳ１〜Ｓ４とダイオードにより構成される。フルーブリッジインバータ２０Ａと直流変換器１０Ａは、並列に接続されている。両者の間には、さらにバイパスコンデンサＣ１が並列に接続され、電圧を一定に保っている。
【0003】
ここで、二段構成のインバータの直流変換器１０Ａは、入力される直流電圧Ｖｄｃの大きさを変換して、コンデンサ電圧Ｖｃ１を生成する。そして、フルーブリッジインバータ２０Ａは、さらにコンデンサ電圧Ｖｃ１を、振幅および周波数が調整可能な正弦波交流電圧に変換する。最後は、第１フィルタコイルＬ１、第２フィルタコイルＬ２およびフィルタコンデンサを含むフィルタ回路３０Ａにより、正弦波交流電圧にフィルタをかけてから、負荷４０Ａへの電力として供給する。
【0004】
上記のような二段構成のインバータにおいて、交流出力電圧の安定性を維持するためには、コンデンサ電圧Ｖｃ１を、必ず、最大負荷電圧の絶対値よりも大きくしならなければならない。そのため、直流変換器１０Ａは、通常、昇圧式トポロジーを採用して、負荷４０Ａの必要な電圧をリアリティに供給して、電圧安定化の効果を実現している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記のようなフルーブリッジインバータでは、パワースイッチＳ１〜Ｓ４の切替えによって生成されるスイッチング損失が、パワースイッチＳ１〜Ｓ４の両端の電圧差に正比例する。負荷４０Ａの必要な電圧を供給するため、コンデンサ電圧Ｖｃ１を最大負荷電圧の絶対値よりも大きくするという条件の下では、パワースイッチＳ１〜Ｓ４によるスイッチング損失がさらに大きくなってしまう。また、電圧安定化の効果を実現するために、直流変換器１０Ａを採用してインバータを二段に構成するトポロジーは、直流交流変換の変換効率をさらに低下させる。
【0006】
本発明は、上記従来技術の課題を解決するために鑑みてなされたものであり、異なる定格電圧を有する直流電源を電力として供給することにより、パワースイッチのスイッチング損失を減らし、直流交流変換の変換効率を向上できる直流交流変換システムおよびその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記従来技術の課題を解決するための本発明に係る混合型直流交流変換システムは、第１直流入力電圧を供給する第１直流電源と、電圧値が前記第１直流入力電圧よりも大きい第２直流入力電圧を供給する第２直流電源と、第１パワースイッチ、第２パワースイッチ、第３パワースイッチおよび第７パワースイッチを備え、前記第１パワースイッチ、前記第２パワースイッチおよび前記第３パワースイッチを直列に接続して第１経路を形成し、前記第１経路を前記第１直流電源と並列に接続し、前記第７パワースイッチ、前記第２パワースイッチおよび前記第３パワースイッチを直列に接続して第２経路を形成し、前記第２経路を前記第２直流電源と並列に接続し、前記第１直流入力電圧または前記第２直流入力電圧を交流出力電圧に変換して、負荷への電力として供給する電源変換装置と、前記交流出力電圧および外部基準電圧が入力される比較ユニットと、を備え、前記交流出力電圧の絶対値が前記外部基準電圧以下である場合、前記比較ユニットは、前記第１直流入力電圧を前記交流出力電圧に変換するように、前記電源変換装置を制御する制御信号を出力し、前記交流出力電圧の絶対値が前記外部基準電圧より大きい場合、前記比較ユニットは、前記第２直流入力電圧を前記交流出力電圧に変換するように、前記電源変換装置を制御する前記制御信号を出力する。
【0008】
上記従来技術の課題を解決するための本発明に係る混合型直流交流変換システムの制御方法は、第１直流電源から第１直流入力電圧を供給し、第２直流電源から電圧値が前記第１直流入力電圧よりも大きい第２直流入力電圧を供給する第（ａ）ステップと、第１パワースイッチ、第２パワースイッチ、第３パワースイッチおよび第７パワースイッチを備え、前記第１パワースイッチ、前記第２パワースイッチおよび前記第３パワースイッチを直列に接続して第１経路を形成し、前記第１経路を前記第１直流電源と並列に接続し、前記第７パワースイッチ、前記第２パワースイッチおよび前記第３パワースイッチを直列に接続して第２経路を形成し、前記第２経路を前記第２直流電源と並列に接続する電源変換装置により、前記第１直流入力電圧または前記第２直流入力電圧を交流出力電圧に変換する第（ｂ）ステップと、比較ユニットに前記交流出力電圧および外部基準電圧が入力される第（ｃ）ステップと、前記交流出力電圧の絶対値が前記外部基準電圧以下である場合、前記比較ユニットは、前記第１直流入力電圧を前記交流出力電圧に変換して負荷への電力として供給するように、前記電源変換装置を制御する制御信号を出力する第（ｄ）ステップと、前記交流出力電圧の絶対値が前記外部基準電圧より大きい場合、前記比較ユニットは、前記第２直流入力電圧を前記交流出力電圧に変換して前記負荷への電力として供給するように、前記電源変換装置を制御する前記制御信号を出力する第（ｅ）ステップと、を有する。
【発明の効果】
【0009】
本発明に係る直流交流変換システムおよびその制御方法によれば、ＤＡインバータ回路におけるパワースイッチのスイッチング損失を減らし、直流交流変換の変換効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】従来技術の二段構成のインバータの電気回路を示す図である。
【図2】本発明の交流出力電圧および外部基準電圧の電圧関係を示す図である。
【図3A】本発明の混合型直流交流変換システムの第１実施形態であって、第１直流入力電圧を電力として供給し、かつ交流出力電圧がプラスである場合の電気回路を示す図である。
【図3B】本発明の混合型直流交流変換システムの第１実施形態であって、第１直流入力電圧を電力として供給し、かつ交流出力電圧がマイナスである場合の電気回路を示す図である。
【図4A】本発明の混合型直流交流変換システムの第１実施形態であって、第２直流入力電圧を電力として供給し、かつ交流出力電圧がプラスである場合の電気回路を示す図である。
【図4B】本発明の混合型直流交流変換システムの第１実施形態であって、第２直流入力電圧を電力として供給し、かつ交流出力電圧がマイナスである場合の電気回路を示す図である。
【図5A】本発明の混合型直流交流変換システムの第２実施形態であって、第１直流入力電圧を電力として供給し、かつ交流出力電圧がプラスである場合の電気回路を示す図である。
【図5B】本発明の混合型直流交流変換システムの第２実施形態であって、第１直流入力電圧を電力として供給し、かつ交流出力電圧がマイナスである場合の電気回路を示す図である。
【図6A】本発明の混合型直流交流変換システムの第２実施形態であって、第２直流入力電圧を電力として供給し、かつ交流出力電圧がプラスである場合の電気回路を示す図である。
【図6B】本発明の混合型直流交流変換システムの第２実施形態であって、第２直流入力電圧を電力として供給し、かつ交流出力電圧がマイナスである場合の電気回路を示す図である。
【図7】本発明の混合型直流交流変換システムの制御フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。ただし、以下の図面および実施形態は本発明を説明するためのものであって、これにより本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【0012】
＜混合型直流交流システムの実施形態１＞図３Ａは、本発明の混合型直流交流変換システムの第１実施形態であって、第１直流入力電圧を電力として供給し、かつ交流出力電圧がプラスである場合の電気回路を示す図である。
【0013】
本実施形態の混合型直流交流変換システムは、第１直流入力電圧Ｖｄｃ１を供給する第１直流電源１０と、電圧値が第１直流入力電圧Ｖｄｃ１よりも大きい第２直流入力電圧Ｖｄｃ２を供給する第２直流電源２０と、電源変換装置３０と、比較ユニット６０と、を備える。
【0014】
第１直流電源１０の正極および負極は、それぞれ第１バイパスコンデンサＣ１の両端に接続され、第１直流入力電圧Ｖｄｃ１の大きさを維持する。
【0015】
第２直流電源２０の正極および負極は、それぞれ第２バイパスコンデンサＣ２の両端に接続され、第２直流入力電圧Ｖｄｃ２の大きさを維持する。
【0016】
電源変換装置３０は、第１直流電源１０および第２直流電源２０と並列に接続する。電源変換装置３０は、第１パワースイッチＳ１および当該第１パワースイッチＳ１と並列に接続する第１ダイオードＤ１と、第２パワースイッチＳ２および当該第２パワースイッチＳ２と並列に接続する第２ダイオードＤ２と、第３パワースイッチＳ３および当該第３パワースイッチＳ３と並列に接続する第３ダイオードＤ３と、第４パワースイッチＳ４および当該第４パワースイッチＳ４と並列に接続する第４ダイオードＤ４と、第５パワースイッチＳ５および当該第５パワースイッチＳ５と並列に接続する第５ダイオードＤ５と、第６パワースイッチＳ６および当該第６パワースイッチＳ６と並列に接続する第６ダイオードＤ６と、第７パワースイッチＳ７および当該第７パワースイッチＳ７と並列に接続する第７ダイオードＤ７と、第８パワースイッチＳ８および当該第８パワースイッチＳ８と並列に接続する第８ダイオードＤ８と、第９ダイオードＤ９と、を備える。
【0017】
図３Ａに示すように、第３パワースイッチＳ３は、第２パワースイッチＳ２に直列に接続する。さらに、第２パワースイッチＳ２は、第１パワースイッチＳ１に直列に接続して、第１経路を形成する。また、第２パワースイッチＳ２と第３パワースイッチＳ３の接続部を第２出力端Ｏ２とする。
【0018】
第５パワースイッチＳ５を第４パワースイッチＳ４に直列に接続する。第５ダイオードＤ５の陽極と、第３ダイオードＤ３の陽極と、第１直流電源１０の負極と、第２直流電源２０の負極と、を接続する。
【0019】
第６パワースイッチＳ６を第１ダイオードＤ１の陽極と第４ダイオードＤ４の陽極の間に接続し、第６パワースイッチＳ６と第４パワースイッチＳ４の接続部を第１出力端Ｏ１とする。そして、第１出力端Ｏ１および第２出力端Ｏ２により交流出力電圧Ｖｏを出力する。
【0020】
第７ダイオードＤ７の陽極を第６ダイオードＤ６の陰極に接続し、第７パワースイッチＳ７を第２パワースイッチＳ２に直列に接続し、さらに第２パワースイッチＳ２を第３パワースイッチＳ３に直列に接続して、第２経路を形成し、当該第２経路を第２直流電源２０に並列に接続する。
【0021】
第８ダイオードＤ８の陽極と第６ダイオードＤ６の陽極を接続し、第８ダイオードＤ８の陰極と、第７ダイオードＤ７の陰極と、第２直流電源２０の正極と、を接続する。
【0022】
第９ダイオードＤ９の陰極と、第１ダイオードＤ１の陰極と、第４ダイオードＤ４の陰極と、を接続し、第９ダイオードＤ９の陽極を第１直流電源１０の正極に接続して、第１経路が第９ダイオードＤ９を通じて、第１直流電源１０に並列に接続する。
【0023】
上述した電源変換装置３０の回路トポロジーにより、第１直流入力電圧Ｖｄｃ１または第２直流入力電圧Ｖｄｃ２を直流交流変換して、負荷５０への電力として供給する。
【0024】
比較ユニット６０には、交流出力電圧Ｖｏおよび外部基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。
【0025】
交流出力電圧Ｖｏの絶対値が外部基準電圧Ｖｒｅｆ以下である場合、比較ユニット６０は、第１直流入力電圧Ｖｄｃ１を交流出力電圧Ｖｏに変換して負荷５０への電力として供給するように、電源変換装置３０を制御する制御信号Ｓｃを出力する。
【0026】
交流出力電圧Ｖｏの絶対値が外部基準電圧Ｖｒｅｆより大きい場合、比較ユニット６０は、第２直流入力電圧Ｖｄｃ２を交流出力電圧Ｖｏに変換して負荷５０への電力として供給するように、電源変換装置３０を制御する制御信号Ｓｃを出力する。
【0027】
以下、図２を参照しながら、交流出力電圧Ｖｏの絶対値の大きさと外部基準電圧Ｖｒｅｆを比較して、第１直流入力電圧Ｖｄｃ１または第２直流入力電圧Ｖｄｃ２を負荷５０への電力として供給することについて、説明する。
【0028】
図２は、本発明の交流出力電圧Ｖｏと外部基準電圧Ｖｒｅｆの電圧関係を示す図である。図に示すように、電源変換装置３０から出力する交流出力電圧Ｖｏは、正弦波交流電圧である。なお、図面中の点線部分は、交流出力電圧Ｖｏの絶対値｜Ｖｏ｜の波形である。
【0029】
交流出力電圧Ｖｏの絶対値の大きさが外部基準電圧Ｖｒｅｆ以下であることは、すなわち、正の半周期では、交流出力電圧Ｖｏの値が外部基準電圧Ｖｒｅｆ以下で、負の反周期では、交流出力電圧Ｖｏの値が負の外部基準電圧Ｖｒｅｆ以上であることをいう。同様に、交流出力電圧Ｖｏの絶対値の大きさが外部基準電圧Ｖｒｅｆより大きいことは、すなわち、正の半周期では、交流出力電圧Ｖｏの値が外部基準電圧Ｖｒｅｆより大きく、負の半周期では、交流出力電圧Ｖｏの値が負の外部基準電圧Ｖｒｅｆより小さいことをいう。
【0030】
図に示すように、正、負の半周期からなる一周期において、時刻ｔｐ０〜時刻ｔｐ１、時刻ｔｐ２〜時刻ｔｎ０、時刻ｔｎ０〜時刻ｔｎ１、時刻ｔｎ２〜時刻ｔｐ０の区間では、交流出力電圧Ｖｏの値が外部基準電圧Ｖｒｅｆ以下である。一方、時刻ｔｐ１〜時刻ｔｐ２、時刻ｔｎ１〜時刻ｔｎ２の区間では、交流出力電圧Ｖｏの値が外部基準電圧Ｖｒｅｆより大きい。なお、外部基準電圧Ｖｒｅｆは実使用状況の必要に応じて、調整しながら設定することができる。
【0031】
以上のように、本実施形態の混合型直流交流交換システムは、電源変換装置３０から出力する交流出力電圧Ｖｏを外部基準電圧Ｖｒｅｆと比較する。そして、交流出力電圧Ｖｏに比べて、負荷５０の必要な負荷電圧が小さい場合、混合型直流交流変換システムは、電源変換装置３０により、比較的定格電圧の小さい第１直流入力電圧Ｖｄｃ１を交流出力電圧Ｖｏに変換する。これにより、電源変換装置３０のパワースイッチの切替えによるスイッチング損失を減らす。正、負の半周期ともに比較的高い電圧で継続に電力を供給しないため、全体の直流交流変換の変換効率を大幅に向上できる。
【0032】
本実施形態の混合型直流交流変換システムは、第１出力端Ｏ１および第２出力端Ｏ２と、負荷５０との間に接続し、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２およびコンデンサＣｏを含むフィルタ４０をさらに備える。
【0033】
図３Ａに示すように、交流出力電圧Ｖｏの絶対値が外部基準電圧Ｖｒｅｆ以下であって、フィルタ４０の第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が充電動作期間である場合、第１直流入力電圧Ｖｄｃ１を負荷５０への電力として供給する。電源変換装置３０の充電動作期間中の電流回路を、Ｌ１１回路で示す。一方、交流出力電圧Ｖｏの絶対値が外部基準電圧Ｖｒｅｆ以下であって、フィルタ４０の第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が放電動作期間である場合、第１コイルＬ１および第２コイルＬ２の充電電圧を負荷５０への電力として供給する。電源変換装置３０の放電動作期間中の電流回路を、Ｌ１２回路で示す。すなわち、交流出力電圧Ｖｏがプラスである場合、第１直流電圧Ｖｄｃ１を負荷５０への電力として供給する電流回路は、Ｌ１１回路で示したように、順番に第１直流電源１０、第９ダイオードＤ９、第４パワースイッチＳ４、第１コイルＬ１、負荷５０、第２コイルＬ２、第３パワースイッチＳ３を経由して、再び第１直流電源１０戻る。交流出力電圧Ｖｏがプラスである場合、第１コイルＬ１および第２コイルＬ２の充電電圧を負荷５０への電力として供給する電流回路は、Ｌ１２回路に示したように、順番に第１コイルＬ１、負荷５０、第２コイルＬ２、第２ダイオードＤ２、第６パワースイッチＳ６を経由して、再び第１コイルＬ１に戻る。
【0034】
図３Ｂは、本発明の混合型直流交流変換システムの第１実施形態であって、第１直流入力電圧を電力として供給し、かつ交流出力電圧がマイナスである場合の電気回路を示す図である。
【0035】
交流出力電圧Ｖｏの絶対値が外部基準電圧Ｖｒｅｆ以下であって、フィルタ４０の第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が充電動作期間である場合、第１直流入力電圧Ｖｄｃ１を負荷５０への電力として供給する。電源変換装置３０の充電動作期間中の電流回路を、Ｌ２１回路で示す。一方、交流出力電圧Ｖｏの絶対値が外部基準電圧Ｖｒｅｆ以下であって、フィルタ４０の第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が放電動作期間である場合、第１コイルＬ１および第２コイルＬ２の充電電圧を負荷５０への電力として供給する。電源変換装置３０の放電動作期間中の電流回路を、Ｌ２２回路で示す。すなわち、交流出力電圧Ｖｏがマイナスである場合、第１直流電圧Ｖｄｃ１を負荷５０への電力として供給する電流回路は、Ｌ２１回路に示したように、順番に第１直流電源１０、第９ダイオードＤ９、第１パワースイッチＳ１、第２パワースイッチＳ２、第２コイルＬ２、負荷５０、第１コイルＬ１、第５パワースイッチＳ５を経由して、再び第１直流電源１０戻る。交流出力電圧Ｖｏがマイナスである場合、第１コイルＬ１および第２コイルＬ２の充電電圧を負荷５０への電力として供給する電流回路は、Ｌ２２回路に示したように、順番に第１コイルＬ１、第６ダイオードＤ６、第２パワースイッチＳ２、第２コイルＬ２、負荷５０を経由して、再び第１コイルＬ１に戻る。
【0036】
図４Ａは、本発明の混合型直流交流変換システムの第１実施形態であって、第２直流入力電圧を電力として供給し、かつ交流出力電圧がプラスである場合の電気回路を示す図である。
【0037】
交流出力電圧Ｖｏの絶対値が外部基準電圧Ｖｒｅｆより大きくて、フィルタ４０の第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が充電動作期間である場合、第２直流入力電圧Ｖｄｃ２を負荷５０への電力として供給する。電源変換装置３０の充電動作期間中の電流回路を、Ｌ３１回路で示す。一方、交流出力電圧Ｖｏの絶対値が外部基準電圧Ｖｒｅｆより大きくて、フィルタ４０の第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が放電動作期間である場合、第１コイルＬ１および第２コイルＬ２の充電電圧を負荷５０への電力として供給する。電源変換装置３０の放電動作期間中の電流回路を、Ｌ３２回路で示す。すなわち、交流出力電圧Ｖｏがプラスである場合、第２直流電圧Ｖｄｃ２を負荷５０への電力として供給する電流回路は、Ｌ３１回路で示したように、順番に第２直流電源２０、第８パワースイッチＳ８、第１コイルＬ１、負荷５０、第２コイルＬ２、第３パワースイッチＳ３を経由して、再び第２直流電源２０戻る。交流出力電圧Ｖｏがプラスである場合、第１コイルＬ１および第２コイルＬ２の充電電圧を負荷５０への電力として供給する電流回路は、Ｌ３２回路に示したように、順番に第１コイルＬ１、負荷５０、第２コイルＬ２、第３パワースイッチＳ３、第９ダイオードＤ９、第４パワースイッチＳ４を経由して、再び第１コイルＬ１に戻る。
【0038】
図４Ｂは、本発明の混合型直流交流変換システムの第１実施形態であって、第２直流入力電圧を電力として供給し、かつ交流出力電圧がマイナスである場合の電気回路を示す図である。
【0039】
交流出力電圧Ｖｏの絶対値が外部基準電圧Ｖｒｅｆより大きく、フィルタ４０の第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が充電動作期間である場合、第２直流入力電圧Ｖｄｃ２を負荷５０への電力として供給する。電源変換装置３０の充電動作期間中の電流回路を、Ｌ４１回路で示す。一方、交流出力電圧Ｖｏの絶対値が外部基準電圧Ｖｒｅｆより大きく、フィルタ４０の第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が放電動作期間である場合、第１コイルＬ１および第２コイルＬ２の充電電圧を負荷５０への電力として供給する。電源変換装置３０の放電動作期間中の電流回路を、Ｌ４２回路で示す。すなわち、交流出力電圧Ｖｏがマイナスである場合、第２直流電圧Ｖｄｃ２を負荷５０への電力として供給する電流回路は、Ｌ４１回路に示したように、順番に第２直流電源２０、第７パワースイッチＳ７、第２パワースイッチＳ２、第２コイルＬ２、負荷５０、第１コイルＬ１、第５パワースイッチＳ５を経由して、再び第２直流電源２０戻る。交流出力電圧Ｖｏがマイナスである場合、第１コイルＬ１および第２コイルＬ２の充電電圧を負荷５０への電力として供給する電流回路は、Ｌ４２回路に示したように、順番に第１コイルＬ１、第５パワースイッチＳ５、第９ダイオードＤ９、第１パワースイッチＳ１、第２パワースイッチＳ２、第２コイルＬ２、負荷５０を経由して、再び第１コイルＬ１に戻る。
【0040】
ここで、本実施形態の混合型直流交流変換システムにおいて、第２直流入力電圧Ｖｄｃ２は、第１直流入力電圧Ｖｄｃ１をブーストコンバータ（ｂｏｏｓｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）により昇圧して生成できる。そこで、上述の二つの直流入力電圧を電力として供給するものと、同じ効果が得られる。
【0041】
＜混合型直流交流システムの実施形態２＞図５Ａは、本発明の混合型直流交流変換システムの第２実施形態であって、第１直流入力電圧を電力として供給し、かつ交流出力電圧がプラスである場合の電気回路を示す図である。図３Ａに示す実施形態との最大の差異は、図５Ａに示す実施形態において、第２直流入力電圧Ｖｄｃ２は、昇圧変換装置７０により第１直流入力電圧Ｖｄｃ１を昇圧して生成するところである。
【0042】
交流出力電圧Ｖｏの絶対値が外部基準電圧Ｖｒｅｆ以下であって、フィルタ４０の第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が充電動作期間である場合、第１直流入力電圧Ｖｄｃ１を負荷５０への電力として供給する。電源変換装置３０の充電動作期間中の電流回路を、Ｌ５１回路で示す。一方、交流出力電圧Ｖｏの絶対値が外部基準電圧Ｖｒｅｆ以下であって、フィルタ４０の第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が放電動作期間である場合、第１コイルＬ１および第２コイルＬ２の充電電圧を負荷５０への電力として供給する。電源変換装置３０の放電動作期間中の電流回路を、Ｌ５２回路で示す。すなわち、交流出力電圧Ｖｏがプラスである場合、第１直流電圧Ｖｄｃ１を負荷５０への電力として供給する電流回路は、Ｌ５１回路で示したように、順番に第１直流電源１０、第９ダイオードＤ９、第４パワースイッチＳ４、第１コイルＬ１、負荷５０、第２コイルＬ２、第３パワースイッチＳ３を経由して、再び第１直流電源１０戻る。交流出力電圧Ｖｏがプラスである場合、第１コイルＬ１および第２コイルＬ２の充電電圧を負荷５０への電力として供給する電流回路は、Ｌ５２回路に示したように、順番に第１コイルＬ１、負荷５０、第２コイルＬ２、第２ダイオードＤ２、第６パワースイッチＳ６を経由して、再び第１コイルＬ１に戻る。
【0043】
図５Ｂは、本発明の混合型直流交流変換システムの第２実施形態であって、第１直流入力電圧を電力として供給し、かつ交流出力電圧がマイナスである場合の電気回路を示す図である。図３Ｂに示す実施形態との最大の差異は、図５Ｂに示す実施形態において、第２直流入力電圧Ｖｄｃ２は、昇圧変換装置７０により第１直流入力電圧Ｖｄｃ１を昇圧して生成するところである。
【0044】
交流出力電圧Ｖｏの絶対値が外部基準電圧Ｖｒｅｆ以下であって、フィルタ４０の第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が充電動作期間である場合、第１直流入力電圧Ｖｄｃ１を負荷５０への電力として供給する。電源変換装置３０の充電動作期間中の電流回路を、Ｌ６１回路で示す。一方、交流出力電圧Ｖｏの絶対値が外部基準電圧Ｖｒｅｆ以下であって、フィルタ４０の第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が放電動作期間である場合、第１コイルＬ１および第２コイルＬ２の充電電圧を負荷５０への電力として供給する。電源変換装置３０の放電動作期間中の電流回路を、Ｌ６２回路で示す。すなわち、交流出力電圧Ｖｏがマイナスである場合、第１直流電圧Ｖｄｃ１を負荷５０への電力として供給する電流回路は、Ｌ６１回路に示したように、順番に第１直流電源１０、第９ダイオードＤ９、第１パワースイッチＳ１、第２パワースイッチＳ２、第２コイルＬ２、負荷５０、第１コイルＬ１、第５パワースイッチＳ５を経由して、再び第１直流電源１０戻る。交流出力電圧Ｖｏがマイナスである場合、第１コイルＬ１および第２コイルＬ２の充電電圧を負荷５０への電力として供給する電流回路は、Ｌ６２回路に示したように、順番に第１コイルＬ１、第６ダイオードＤ６、第２パワースイッチＳ２、第２コイルＬ２、負荷５０を経由して、再び第１コイルＬ１に戻る。
【0045】
図６Ａは、本発明の混合型直流交流変換システムの第２実施形態であって、第２直流入力電圧を電力として供給し、かつ交流出力電圧がプラスである場合の電気回路を示す図である。図４Ａに示す実施形態との最大の差異は、図６Ａに示す実施形態において、第２直流入力電圧Ｖｄｃ２は、昇圧変換装置７０により第１直流入力電圧Ｖｄｃ１を昇圧して生成するところである。
【0046】
交流出力電圧Ｖｏの絶対値が外部基準電圧Ｖｒｅｆより大きくて、フィルタ４０の第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が充電動作期間である場合、第２直流入力電圧Ｖｄｃ２を負荷５０への電力として供給する。電源変換装置３０の充電動作期間中の電流回路を、Ｌ７１回路で示す。一方、交流出力電圧Ｖｏの絶対値が外部基準電圧Ｖｒｅｆより大きくて、フィルタ４０の第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が放電動作期間である場合、第１コイルＬ１および第２コイルＬ２の充電電圧を負荷５０への電力として供給する。電源変換装置３０の放電動作期間中の電流回路を、Ｌ７２回路で示す。すなわち、交流出力電圧Ｖｏがプラスである場合、第２直流電圧Ｖｄｃ２を負荷５０への電力として供給する電流回路は、Ｌ７１回路で示したように、順番に第２直流電源２０、第８パワースイッチＳ８、第１コイルＬ１、負荷５０、第２コイルＬ２、第３パワースイッチＳ３を経由して、再び第２直流電源２０戻る。交流出力電圧Ｖｏがプラスである場合、第１コイルＬ１および第２コイルＬ２の充電電圧を負荷５０への電力として供給する電流回路は、Ｌ７２回路に示したように、順番に第１コイルＬ１、負荷５０、第２コイルＬ２、第３パワースイッチＳ３、第９ダイオードＤ９、第４パワースイッチＳ４を経由して、再び第１コイルＬ１に戻る。
【0047】
図６Ｂは、本発明の混合型直流交流変換システムの第２実施形態であって、第２直流入力電圧を電力として供給し、かつ交流出力電圧がマイナスである場合の電気回路を示す図である。図４Ｂに示す実施形態との最大の差異は、図６Ｂに示す実施形態において、第２直流入力電圧Ｖｄｃ２は、昇圧変換装置７０により第１直流入力電圧Ｖｄｃ１を昇圧して生成するところである。
【0048】
交流出力電圧Ｖｏの絶対値が外部基準電圧Ｖｒｅｆより大きく、フィルタ４０の第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が充電動作期間である場合、第２直流入力電圧Ｖｄｃ２を負荷５０への電力として供給する。電源変換装置３０の充電動作期間中の電流回路を、Ｌ８１回路で示す。一方、交流出力電圧Ｖｏの絶対値が外部基準電圧Ｖｒｅｆより大きく、フィルタ４０の第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が放電動作期間である場合、第１コイルＬ１および第２コイルＬ２の充電電圧を負荷５０への電力として供給する。電源変換装置３０の放電動作期間中の電流回路を、Ｌ８２回路で示す。すなわち、交流出力電圧Ｖｏがマイナスである場合、第２直流電圧Ｖｄｃ２を負荷５０への電力として供給する電流回路は、Ｌ８１回路に示したように、順番に第２直流電源２０、第７パワースイッチＳ７、第２パワースイッチＳ２、第２コイルＬ２、負荷５０、第１コイルＬ１、第５パワースイッチＳ５を経由して、再び第２直流電源２０戻る。交流出力電圧Ｖｏがマイナスである場合、第１コイルＬ１および第２コイルＬ２の充電電圧を負荷５０への電力として供給する電流回路は、Ｌ８２回路に示したように、順番に第１コイルＬ１、第５パワースイッチＳ５、第９ダイオードＤ９、第１パワースイッチＳ１、第２パワースイッチＳ２、第２コイルＬ２、負荷５０を経由して、再び第１コイルＬ１に戻る。
【0049】
＜混合型直流交流システムの制御方法の実施形態＞図７は、本発明の混合型直流交流変換システムの制御フローチャートである。本発明の混合型直流交流変換システムの制御方法は、以下のステップを有する。
【0050】
（ステップＳ１００）第１直流電源から第１直流入力電圧を供給し、第２直流電源から電圧値が第１直流入力電圧よりも大きい第２直流入力電圧を供給するステップＳ１００を有する。
【0051】
（ステップＳ２００）第１直流電源および第２直流電源と並列に接続する電源変換装置により、第１直流入力電圧または第２直流入力電圧を交流出力電圧に変換するステップＳ２００を有する。
【0052】
電源変換装置は、第１パワースイッチおよび当該第１パワースイッチと並列に接続する第１ダイオードと、第２パワースイッチおよび当該第２パワースイッチと並列に接続する第２ダイオードと、第３パワースイッチおよび当該第３パワースイッチと並列に接続する第３ダイオードと、第４パワースイッチおよび当該第４パワースイッチと並列に接続する第４ダイオードと、第５パワースイッチおよび当該第５パワースイッチと並列に接続する第５ダイオードと、第６パワースイッチおよび当該第６パワースイッチと並列に接続する第６ダイオードと、第７パワースイッチおよび当該第７パワースイッチと並列に接続する第７ダイオードと、第８パワースイッチおよび当該第８パワースイッチと並列に接続する第８ダイオードと、第９ダイオードと、を備える。
【0053】
第３パワースイッチは、第２パワースイッチに直列に接続する。さらに、第２パワースイッチは、第１パワースイッチに直列に接続して、第１経路を形成する。また、第２パワースイッチと第３パワースイッチの接続部を第２出力端とする。
【0054】
第５パワースイッチを第４パワースイッチに直列に接続する。第５ダイオードの陽極と、第３ダイオードの陽極と、第１直流電源の負極と、第２直流電源の負極と、を接続する。
【0055】
第６パワースイッチを第１ダイオードの陽極と第４ダイオードの陽極の間に接続し、第６パワースイッチと第４パワースイッチの接続部を第１出力端とする。そして、第１出力端および第２出力端により交流出力電圧を出力する。
【0056】
第７ダイオードの陽極を第６ダイオードの陰極に接続し、第７パワースイッチを第２パワースイッチに直列に接続し、さらに第２パワースイッチを第３パワースイッチに直列に接続して第２経路を形成し、当該第２経路を第２直流電源に並列に接続する。
【0057】
第８ダイオードの陽極と第６ダイオードの陽極を接続し、第８ダイオードの陰極と、第７ダイオードの陰極と、第２直流電源の正極と、を接続する。
【0058】
第９ダイオードの陰極と、第１ダイオードの陰極と、第４ダイオードの陰極とを接続し、第９ダイオードの陽極を第１直流電源の正極に接続して、第１経路が第９ダイオードを通じて、第１直流電源に並列に接続する。
【0059】
上述した電源変換装置の回路トポロジーにより、第１直流入力電圧または第２直流入力電圧を直流交流変換して、負荷への電力として供給する。
【0060】
本発明の混合型直流交流変換システムは、第１出力端および第２出力端と、負荷との間に接続し、第１コイル、第２コイルおよびコンデンサを含むフィルタをさらに備える。
【0061】
ここで、本発明の混合型直流交流変換システムにおいて、第２直流入力電圧は、第１直流入力電圧をブーストコンバータ（ｂｏｏｓｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）により昇圧して生成できる。そこで、上述の二つの直流入力電圧を電力として供給するものと、同じ効果が得られる。
【0062】
（ステップＳ３００）比較ユニットに交流出力電圧および外部基準電圧が入力されるステップＳ３００を有する。
【0063】
（ステップＳ４００）交流出力電圧の絶対値が外部基準電圧以下である場合、比較ユニットは、第１直流入力電圧を交流出力電圧に変換して、負荷への電力として供給するように、電源変換装置を制御する制御信号を出力するステップＳ４００を有する。
【0064】
（ステップＳ５００）交流出力電圧の絶対値が外部基準電圧より大きい場合、比較ユニットは、第２直流入力電圧を交流出力電圧に変換して、負荷への電力として供給するように、電源変換装置を制御する制御信号を出力するステップＳ５００を有する。
【0065】
本発明の混合型直流交流交換システムの制御方法は、電源変換装置から出力する交流出力電圧を外部基準電圧と比較する。そして、交流出力電圧に比べて、負荷の必要な負荷電圧が小さい場合、混合型直流交流変換システムは、電源変換装置により、比較的定格電圧の小さい第１直流入力電圧を交流出力電圧に変換する。これにより、電源変換装置のパワースイッチの切替えによるスイッチング損失を減らす。正、負の半周期ともに比較的高い電圧で継続に電力を供給しないため、全体の直流交流変換の変換効率を大幅に向上できる。
【0066】
また、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、種々の変化が可能である。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められ、本発明の技術的思想および技術的思想から変化されるあらゆる実施形態は、すべて本発明の技術的範囲に含まれる。任意の当業者が本発明に基づいて、容易に想到できる変化または改造もすべて本発明の特許請求の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0067】
１０ 第１直流電源、１０Ａ 直流変換器、
２０ 第２直流電源、
２０Ａ フルーブリッジインバータ、
３０ 電源変換装置、
３０Ａ フィルタ回路、
４０ フィルタ、
４０Ａ 負荷、
５０ 負荷、
６０ 比較ユニット、
７０ 昇圧変換装置。