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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022013462
(43)【公開日】2022-01-18
(54)【発明の名称】昇降圧インバータおよびその制御方法
(51)【国際特許分類】
H02M 7/537 20060101AFI20220111BHJP
H02M 7/48 20070101ALI20220111BHJP
【ＦＩ】
H02M7/537
H02M7/48 R
H02M7/48 E
【審査請求】有
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2020122365
(22)【出願日】2020-07-16
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2021-08-25
(31)【優先権主張番号】202010629514.9
(32)【優先日】2020-07-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(71)【出願人】
【識別番号】520137305
【氏名又は名称】安徽工業大学
【氏名又は名称原語表記】ＡＮＨＵＩ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
【住所又は居所原語表記】５９ Ｈｕｄｏｎｇ Ｒｏａｄ Ｍａａｎｓｈａｎ，Ａｎｈｕｉ ２４３０３２ Ｃｈｉｎａ
(74)【代理人】
【識別番号】100166729
【弁理士】
【氏名又は名称】武田 幸子
(72)【発明者】
【氏名】胡 雪峰
(72)【発明者】
【氏名】龍 子康
(72)【発明者】
【氏名】江 順徳
(72)【発明者】
【氏名】沈 浩
(72)【発明者】
【氏名】張 玉勃
(72)【発明者】
【氏名】姚 志壘
(72)【発明者】
【氏名】楊 雲虎
(72)【発明者】
【氏名】鄭 詩程
【テーマコード（参考）】
5H770
【Ｆターム（参考）】
5H770AA01
5H770BA11
5H770CA04
5H770CA05
5H770CA06
5H770EA01
(57)【要約】 （修正有）
【課題】入力側と出力側が共通接地され、漏れ電流がなくなりストレートスルーの問題が解決される昇降圧インバータとその制御方法を提供する。
【解決手段】昇降圧インバータは、入力電源Ｕ、トランジスタＳ１～６、コンデンサＣ１,２、インダクタＬ１～４、ダイオードＤ１～３を含む。Ｓ２の一端は、Ｕ、Ｓ１の一端に接続され、二端は、Ｄ２のカソード及びＬ２に接続され、Ｄ２のアノードはＳ３の一端に接続され、Ｓ３の一端は、Ｕの他端、Ｃ１、Ｌ１、Ｓ４の二端、Ｃ２及び出力側に接続され、Ｌ２の他端は、Ｓ４の一端、Ｄ３のアノードに接続され、Ｄ３のカソードは、Ｃ２の他端、Ｓ５の一端に接続され、Ｓ５の第２の端は、Ｌ４に接続され、Ｌ４の他端は、Ｌ３及びＳ６の一端に接続され、Ｌ３の他端は、出力側の他端に接続され、Ｓ６の二端Ｃ１の他端は、Ｄ１のアノードに接続され、Ｄ１のカソードは、Ｌ１の他端及びＳ１の二端に接続される。
【選択図】図１
【解決手段】昇降圧インバータは、入力電源Ｕ、トランジスタＳ１～６、コンデンサＣ１,２、インダクタＬ１～４、ダイオードＤ１～３を含む。Ｓ２の一端は、Ｕ、Ｓ１の一端に接続され、二端は、Ｄ２のカソード及びＬ２に接続され、Ｄ２のアノードはＳ３の一端に接続され、Ｓ３の一端は、Ｕの他端、Ｃ１、Ｌ１、Ｓ４の二端、Ｃ２及び出力側に接続され、Ｌ２の他端は、Ｓ４の一端、Ｄ３のアノードに接続され、Ｄ３のカソードは、Ｃ２の他端、Ｓ５の一端に接続され、Ｓ５の第２の端は、Ｌ４に接続され、Ｌ４の他端は、Ｌ３及びＳ６の一端に接続され、Ｌ３の他端は、出力側の他端に接続され、Ｓ６の二端Ｃ１の他端は、Ｄ１のアノードに接続され、Ｄ１のカソードは、Ｌ１の他端及びＳ１の二端に接続される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１のフィルターインダクタＬ１、第２のフィルターインダクタＬ２、第３のフィルターインダクタＬ３、第４のフィルターインダクタＬ４、第１のスイッチングトランジスタＳ１、第２のスイッチングトランジスタＳ２、第３のスイッチングトランジスタＳ３、第４のスイッチングトランジスタＳ４、第５のスイッチングトランジスタＳ５、第６のスイッチングトランジスタＳ６、第１のフィルターコンデンサＣ１、第２のフィルターコンデンサＣ２、第１のダイオードＤ１、第２のダイオードＤ２、および第３のダイオードＤ３を含み、そのうち、
第２のスイッチングトランジスタＳ２の第１の端は、入力電源Ｕｉｎの一端および第１のスイッチングトランジスタＳ１の第１の端に接続され、第２のスイッチングトランジスタＳ２の第２の端は、第２のダイオードＤ２のカソードおよび第２のフィルターインダクタＬ２の一端に接続され、
第２のダイオードＤ２のアノードは、第３のスイッチングトランジスタＳ３の第２の端に接続され、
第３のスイッチングトランジスタＳ３の第１の端は、入力電源Ｕｉｎの他端、第１のフィルターコンデンサＣ１の一端、第１のフィルターインダクタＬ１の一端、第４のスイッチングトランジスタＳ４の第２の端、第２のフィルターコンデンサＣ２の一端および出力側の一端に接続され、
第２のフィルターインダクタＬ２の他端は、第４のスイッチングトランジスタＳ４の第１の端、および第３のダイオードＤ３のアノードに接続され、
第３のダイオードＤ３のカソードは、第２のフィルターコンデンサＣ２の他端および第５のスイッチングトランジスタＳ５の第１の端に接続され、
第５のスイッチングトランジスタＳ５の第２の端は、第４のフィルターインダクタＬ４の一端に接続され、
第４のフィルターインダクタＬ４の他端は、第３のフィルターインダクタＬ３の一端および第６のスイッチングトランジスタＳ６の第１の端に接続され、第３のフィルターインダクタＬ３の他端は、出力側の他端に接続され、
第６のスイッチングトランジスタＳ６の第２の端は、第１のフィルターコンデンサＣ１の他端および第１のダイオードＤ１のアノードに接続され、
第１のダイオードＤ１のカソードは、第１のフィルターインダクタＬ１の他端および第１のスイッチングトランジスタＳ１の第２の端に接続されることを特徴とする昇降圧インバータ。
第２のスイッチングトランジスタＳ２の第１の端は、入力電源Ｕｉｎの一端および第１のスイッチングトランジスタＳ１の第１の端に接続され、第２のスイッチングトランジスタＳ２の第２の端は、第２のダイオードＤ２のカソードおよび第２のフィルターインダクタＬ２の一端に接続され、
第２のダイオードＤ２のアノードは、第３のスイッチングトランジスタＳ３の第２の端に接続され、
第３のスイッチングトランジスタＳ３の第１の端は、入力電源Ｕｉｎの他端、第１のフィルターコンデンサＣ１の一端、第１のフィルターインダクタＬ１の一端、第４のスイッチングトランジスタＳ４の第２の端、第２のフィルターコンデンサＣ２の一端および出力側の一端に接続され、
第２のフィルターインダクタＬ２の他端は、第４のスイッチングトランジスタＳ４の第１の端、および第３のダイオードＤ３のアノードに接続され、
第３のダイオードＤ３のカソードは、第２のフィルターコンデンサＣ２の他端および第５のスイッチングトランジスタＳ５の第１の端に接続され、
第５のスイッチングトランジスタＳ５の第２の端は、第４のフィルターインダクタＬ４の一端に接続され、
第４のフィルターインダクタＬ４の他端は、第３のフィルターインダクタＬ３の一端および第６のスイッチングトランジスタＳ６の第１の端に接続され、第３のフィルターインダクタＬ３の他端は、出力側の他端に接続され、
第６のスイッチングトランジスタＳ６の第２の端は、第１のフィルターコンデンサＣ１の他端および第１のダイオードＤ１のアノードに接続され、
第１のダイオードＤ１のカソードは、第１のフィルターインダクタＬ１の他端および第１のスイッチングトランジスタＳ１の第２の端に接続されることを特徴とする昇降圧インバータ。
【請求項2】
前記入力電源Ｕｉｎは、出力側と共通接地されることを特徴とする、請求項１に記載の昇降圧インバータ。
【請求項3】
前記第１のスイッチングトランジスタＳ１、第２のスイッチングトランジスタＳ２、第３のスイッチングトランジスタＳ３、第４のスイッチングトランジスタＳ４、第５のスイッチングトランジスタＳ５および第６のスイッチングトランジスタＳ６は、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴであることを特徴とする、請求項２に記載の昇降圧インバータ。
【請求項4】
前記第１のダイオードＤ１、第２のダイオードＤ２および第３のダイオードＤ３は、炭化ケイ素ダイオードまたは高速回復ダイオードであることを特徴とする、請求項３に記載の昇降圧インバータ。
【請求項5】
前記入力電源Ｕｉｎは、蓄電池、燃料電池または太陽電池を用いた直流電源であることを特徴とする、請求項４に記載の昇降圧インバータ。
【請求項6】
前記出力側は、グリッドまたは負荷であることを特徴とする、請求項５に記載の昇降圧インバータ。
【請求項7】
前記負荷の種類は、抵抗性、誘導性または容量性であることを特徴とする、請求項６に記載の昇降圧インバータ。
【請求項8】
入力電源Ｕｉｎ＞出力側電圧ｕｇと、入力電源Ｕｉｎ≦出力側電圧ｕｇとの２つのスイッチモードがあり、
入力電源Ｕｉｎ＞出力側電圧ｕｇの場合、出力側電圧ｕｇが正の半サイクルにあるとき、第１のスイッチングトランジスタＳ１、第４のスイッチングトランジスタＳ４、および第６のスイッチングトランジスタＳ６は常にオフにされ、第３のスイッチングトランジスタＳ３、および第５のスイッチングトランジスタＳ５は常にオンにされ、第２のスイッチングトランジスタＳ２は高周波で切り替えられ、
入力電源Ｕｉｎ＞出力側電圧ｕｇの場合、出力側電圧ｕｇが負の半サイクルにあるとき、第２のスイッチングトランジスタＳ２、第３のスイッチングトランジスタＳ３、第４のスイッチングトランジスタＳ４、および第５のスイッチングトランジスタＳ５は常にオフにされ、第６のスイッチングトランジスタＳ６は常にオンにされ、第１のスイッチングトランジスタＳ１は高周波で切り替えられ、
入力電源Ｕｉｎ≦出力側電圧ｕｇの場合、正の半サイクルでも負の半サイクルでも、昇降圧モードで動作し、
出力側電圧ｕｇが正の半サイクルにあるとき、第１のスイッチングトランジスタＳ１、および第６のスイッチングトランジスタＳ６は常にオフにされ、第２のスイッチングトランジスタＳ２、第３のスイッチングトランジスタＳ３、および第５のスイッチングトランジスタＳ５は常にオンにされ、第４のスイッチングトランジスタＳ４は高周波で切り替えられ、
出力側電圧ｕｇが負の半サイクルにあるとき、第２のスイッチングトランジスタＳ２、第３のスイッチングトランジスタＳ３、第４のスイッチングトランジスタＳ４、および第５のスイッチングトランジスタＳ５は常にオフにされ、第６のスイッチングトランジスタＳ６は常にオンにされ、第１のスイッチングトランジスタＳ１は高周波で切り替えられ、
正と負の半サイクルに対応する高周波スイッチはそれぞれ１つだけである、ことを特徴とする、請求項１－７のいずれか一項に記載の昇降圧インバータの制御方法。
入力電源Ｕｉｎ＞出力側電圧ｕｇの場合、出力側電圧ｕｇが正の半サイクルにあるとき、第１のスイッチングトランジスタＳ１、第４のスイッチングトランジスタＳ４、および第６のスイッチングトランジスタＳ６は常にオフにされ、第３のスイッチングトランジスタＳ３、および第５のスイッチングトランジスタＳ５は常にオンにされ、第２のスイッチングトランジスタＳ２は高周波で切り替えられ、
入力電源Ｕｉｎ＞出力側電圧ｕｇの場合、出力側電圧ｕｇが負の半サイクルにあるとき、第２のスイッチングトランジスタＳ２、第３のスイッチングトランジスタＳ３、第４のスイッチングトランジスタＳ４、および第５のスイッチングトランジスタＳ５は常にオフにされ、第６のスイッチングトランジスタＳ６は常にオンにされ、第１のスイッチングトランジスタＳ１は高周波で切り替えられ、
入力電源Ｕｉｎ≦出力側電圧ｕｇの場合、正の半サイクルでも負の半サイクルでも、昇降圧モードで動作し、
出力側電圧ｕｇが正の半サイクルにあるとき、第１のスイッチングトランジスタＳ１、および第６のスイッチングトランジスタＳ６は常にオフにされ、第２のスイッチングトランジスタＳ２、第３のスイッチングトランジスタＳ３、および第５のスイッチングトランジスタＳ５は常にオンにされ、第４のスイッチングトランジスタＳ４は高周波で切り替えられ、
出力側電圧ｕｇが負の半サイクルにあるとき、第２のスイッチングトランジスタＳ２、第３のスイッチングトランジスタＳ３、第４のスイッチングトランジスタＳ４、および第５のスイッチングトランジスタＳ５は常にオフにされ、第６のスイッチングトランジスタＳ６は常にオンにされ、第１のスイッチングトランジスタＳ１は高周波で切り替えられ、
正と負の半サイクルに対応する高周波スイッチはそれぞれ１つだけである、ことを特徴とする、請求項１－７のいずれか一項に記載の昇降圧インバータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電力変換の技術分野に関し、より具体的には、昇降圧インバータおよびその制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
環境汚染の深刻化や化石エネルギーの不足に伴い、太陽光発電、風力発電、燃料電池発電などの新エネルギー発電技術は、無公害・再生可能エネルギーなどのメリットから人々の注目を集めている。ただし、太陽光発電、風力発電や燃料電池発電からの電気出力は直流（ＤＣ）であるが、グリッド電圧は交流（ＡＣ）である。従って、系統連系インバータは、新エネルギー発電技術とグリッドとの間の主要なインターフェース回路となっている。また、太陽光発電や燃料電池発電は、外部環境からの干渉を受けやすいため、出力電圧の変動幅が広くなり、出力電圧がグリッド電圧よりも高い場合や、グリッド電圧よりも低い場合があり、その結果、インバータには昇降圧機能が求められている。
【0003】
従来の降圧ブリッジインバータではこれに対応できず、前段ＤＣ／ＤＣコンバータを必要とすることが多く、これにより、システムの制御の複雑さが増加し、システムの信頼性が低下する。従来のブリッジインバータでは、ストレートスルーの問題により、デッドタイムを設定しなければならず、かつ、従来の回路では漏れ電流が発生し、システムの安全性に一定の影響を与える。
【0004】
中国発明特許（公開番号：ＣＮ１０６８７７７２３Ａ）には、昇降圧インバータおよびその制御方法が開示されており、広い入力電圧範囲で動作でき、信頼性の高い昇降圧インバータである単段昇降圧インバータが実現される。中国発明特許（登録番号：ＣＮ１０６８４９１７７Ａ、登録日：２０１９年１月１８日）には、入力電圧範囲の広い高信頼性昇降圧インバータが単段インバータとして提案される。中国発明特許（登録番号：ＣＮ１０６８４９７２３Ａ、登録日：２０１９年８月２日）には、提案された主回路トポロジーに基づき、回路の昇圧・降圧モードでの動作を可能にする新たな制御方法が提案されている。しかしながら、上記特許で提案されているインバータでは、回路に漏れ電流が発生し、システムの安全性や効率が低下するという問題が残っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来技術における昇降圧インバータに漏れ電流が発生するという技術的課題に鑑みて、本発明は、昇降圧インバータおよびその制御方法を提供する。本発明によれば、漏れ電流をなくすことができ、システムの安全性と効率を向上させるとともに、回路の体積が小さく部品の点数が少ないため、回路のコストが削減される。
【課題を解決するための手段】
【0006】
一方で、本発明は、昇降圧インバータを提供しており、第１のフィルターインダクタＬ１、第２のフィルターインダクタＬ２、第３のフィルターインダクタＬ３、第４のフィルターインダクタＬ４、第１のスイッチングトランジスタＳ１、第２のスイッチングトランジスタＳ２、第３のスイッチングトランジスタＳ３、第４のスイッチングトランジスタＳ４、第５のスイッチングトランジスタＳ５、第６のスイッチングトランジスタＳ６、第１のフィルターコンデンサＣ１、第２のフィルターコンデンサＣ２、第１のダイオードＤ１、第２のダイオードＤ２、および第３のダイオードＤ３を含み、そのうち、
【0007】
第２のスイッチングトランジスタＳ２の第１の端は、入力電源Ｕｉｎの一端および第１のスイッチングトランジスタＳ１の第１の端に接続され、第２のスイッチングトランジスタＳ２の第２の端は、第２のダイオードＤ２のカソードおよび第２のフィルターインダクタＬ２の一端に接続され、
【0008】
第２のダイオードＤ２のアノードは、第３のスイッチングトランジスタＳ３の第２の端に接続され、
【0009】
第３のスイッチングトランジスタＳ３の第１の端は、入力電源Ｕｉｎの他端、第１のフィルターコンデンサＣ１の一端、第１のフィルターインダクタＬ１の一端、第４のスイッチングトランジスタＳ４の第２の端、第２のフィルターコンデンサＣ２の一端および出力側の一端に接続され、
【0010】
第２のフィルターインダクタＬ２の他端は、第４のスイッチングトランジスタＳ４の第１の端、および第３のダイオードＤ３のアノードに接続され、
【0011】
第３のダイオードＤ３のカソードは、第２のフィルターコンデンサＣ２の他端および第５のスイッチングトランジスタＳ５の第１の端に接続され、
【0012】
第５のスイッチングトランジスタＳ５の第２の端は、第４のフィルターインダクタＬ４の一端に接続され、
【0013】
第４のフィルターインダクタＬ４の他端は、第３のフィルターインダクタＬ３の一端および第６のスイッチングトランジスタＳ６の第１の端に接続され、第３のフィルターインダクタＬ３の他端は、出力側の他端に接続され、
【0014】
第６のスイッチングトランジスタＳ６の第２の端は、第１のフィルターコンデンサＣ１の他端および第１のダイオードＤ１のアノードに接続され、
【0015】
第１のダイオードＤ１のカソードは、第１のフィルターインダクタＬ１の他端および第１のスイッチングトランジスタＳ１の第２の端に接続される。
【0016】
本発明のさらなる改良として、前記入力電源Ｕｉｎは、出力側と共通接地される。
【0017】
本発明のさらなる改良として、前記第１のスイッチングトランジスタＳ１、第２のスイッチングトランジスタＳ２、第３のスイッチングトランジスタＳ３、第４のスイッチングトランジスタＳ４、第５のスイッチングトランジスタＳ５および第６のスイッチングトランジスタＳ６は、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴである。
【0018】
本発明のさらなる改良として、前記第１のダイオードＤ１、第２のダイオードＤ２および第３のダイオードＤ３は、炭化ケイ素ダイオードまたは高速回復ダイオードである。
【0019】
本発明のさらなる改良として、前記入力電源Ｕｉｎは、蓄電池、燃料電池または太陽電池を用いた直流電源である。
【0020】
本発明のさらなる改良として、前記出力側は、グリッドまたは負荷である。
【0021】
本発明のさらなる改良として、前記負荷の種類は、抵抗性、誘導性または容量性である。
【0022】
もう一方で、本発明はさらに、昇降圧インバータに対応する制御方法を提供しており、入力電源Ｕｉｎ＞出力側電圧ｕｇと、入力電源Ｕｉｎ≦出力側電圧ｕｇとの２つのスイッチモードに分割され、
【0023】
入力電源Ｕｉｎ＞出力側電圧ｕｇの場合、出力側電圧ｕｇが正の半サイクルにあるとき、第１のスイッチングトランジスタＳ１、第４のスイッチングトランジスタＳ４、および第６のスイッチングトランジスタＳ６は常にオフにされ、第３のスイッチングトランジスタＳ３、および第５のスイッチングトランジスタＳ５は常にオンにされ、第２のスイッチングトランジスタＳ２のスイッチは高周波で切り替えられ、
【0024】
入力電源Ｕｉｎ＞出力側電圧ｕｇの場合、出力側電圧ｕｇが負の半サイクルにあるとき、第２のスイッチングトランジスタＳ２、第３のスイッチングトランジスタＳ３、第４のスイッチングトランジスタＳ４、および第５のスイッチングトランジスタＳ５は常にオフにされ、第６のスイッチングトランジスタＳ６は常にオンにされ、第１のスイッチングトランジスタＳ１のスイッチは高周波で切り替えられ、
【0025】
入力電源Ｕｉｎ≦出力側電圧ｕｇの場合、正の半サイクルでも負の半サイクルでも、昇降圧モードで動作し、
【0026】
出力側電圧ｕｇが正の半サイクルにあるとき、第１のスイッチングトランジスタＳ１、および第６のスイッチングトランジスタＳ６は常にオフにされ、第２のスイッチングトランジスタＳ２、第３のスイッチングトランジスタＳ３、および第５のスイッチングトランジスタＳ５は常にオンにされ、第４のスイッチングトランジスタＳ４は高周波で切り替えられ、
【0027】
出力側電圧ｕｇが負の半サイクルにあるとき、第２のスイッチングトランジスタＳ２、第３のスイッチングトランジスタＳ３、第４のスイッチングトランジスタＳ４、および第５のスイッチングトランジスタＳ５は常にオフにされ、第６のスイッチングトランジスタＳ６は常にオンにされ、第１のスイッチングトランジスタＳ１は高周波で切り替えられ、
【0028】
正と負の半サイクルに対応する高周波スイッチはそれぞれ１つだけである。
【発明の効果】
【0029】
本発明によって提供される技術的解決手段は、既存の周知の技術と比較して、以下の顕著な効果を有する。
【0030】
（１）本発明に係る昇降圧インバータは、昇圧／降圧モジュールとインバータモジュールを組み合わせた従来の技術的解決手段と異なり、単段回路構造を独創的に採用し、体積が小さく、部品の点数が少なく、回路のコストが削減され、かつその入力側と出力側が共通接地されるため、漏れ電流をなくすことができる。
【0031】
（２）本発明に係る昇降圧インバータは、昇降圧を実現するとともに、インバータの機能を実現することができ、従来のブリッジインバータのパワースイッチングトランジスタによく見られるストレートスルーの問題がなく、システムの信頼性が向上し、各スイッチングトランジスタにデッドタイムを設定する必要がなく、系統連系電流の波形品質が向上する。
【0032】
（３）本発明に係る昇降圧インバータの制御方法により、昇降圧インバータは広い電圧値入力範囲で動作でき、かつ高い変換効率を有するため、様々な用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】本発明に係る昇降圧インバータの回路構造の概略図である。
【図2】本発明における昇降圧インバータの動作モード１の等価回路構造の概略図である。
【図3】本発明における昇降圧インバータの動作モード２の等価回路構造の概略図である。
【図4】本発明における昇降圧インバータの動作モード３の等価回路構造の概略図である。
【図5】本発明における昇降圧インバータの動作モード４の等価回路構造の概略図である。
【図6】本発明における昇降圧インバータの動作モード一の等価回路構造の概略図である。
【図7】本発明における昇降圧インバータの動作モード二の等価回路構造の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0034】
本発明の内容をさらに理解するために、図面および実施例を参照し、本発明について詳細に説明する。本明細書で記載される具体的な実施例は、関連する発明を説明するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではないことが理解され得る。なお、説明を容易にするために、本発明に関連する部分のみが図面に示されていることにも留意すべきである。本発明に記載される「第１」、「第２」などの用語は、本発明の技術的解決手段を説明する便宜のために提供され、特定の限定効果はなく、いずれも一般的なものであり、本発明の技術的解決手段に対する限定効果を構成しない。なお、本願の実施例と実施例における特徴は、矛盾がなければ、互いに組み合わせてもよいことに留意すべきである。以下、図面を参照して、実施例に関連して本願を詳細に説明する。
【0035】
本発明に記載の昇降圧インバータは、直流電源として入力電源Ｕｉｎを有し、この直流電源は、蓄電池、燃料電池または太陽電池であり得、使用する直流電源の選択に応じて、昇降圧インバータは、異なる環境で応用でき、それによって、異なる応用の要件を満たすことができる。その出力側は、グリッドまたは負荷であり得、出力側が負荷である場合、接続された負荷は、抵抗性、誘導性または容量性負荷であり得、異なる入力電圧要件を持つ電気設備に対して給電することができる。
【0036】
自動車の電源システムを一例として、人々の物質的な生活の向上に伴って、その需要もだんだん増えてきて、自動車の給電電源の出力は、携帯電話、パワーバンク、またはその他の電子製品を充電するためのものに過ぎず、さらに、アウトドアスポーツやキャラバンなどの市場に位置づけられるファミリーカーを給電する必要もあり、こうして、電磁調理器や電子レンジなどの家電製品を使用して車内で調理する人々の需要に応えるため、車内に交流２２０Ｖの電力を出力することが求められる。自動車では、通常、入力電源として蓄電池や太陽電池などを使用し、さらに本発明におけるインバータの昇降圧機能を利用することにより、上記の要件を満たすことができる。
【0037】
また、本発明で適用されるスイッチングトランジスタ部品およびダイオードは柔軟に選択され、異なる応用の需要を満たすために、実際の応用に存在するコスト、効率や安全性などの要因を総合的に考慮してスイッチングトランジスタの種類を決定することができる。スイッチングトランジスタ部品はＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴであり得、ＭＯＳＦＥＴを選択する場合、これらのスイッチングトランジスタの第１の端はドレインであり、第２の端はソースであり、第３の端はベースであるが、ＩＧＢＴを選択する場合、スイッチングトランジスタの第１の端はコレクタであり、第２の端はエミッタであり、第３の端はゲートである。ダイオードは、炭化ケイ素ダイオードまたは高速回復ダイオードであり得る。
【実施例0038】
図１に示すように、本実施例は、昇降圧インバータを提供しており、第１のフィルターインダクタＬ１、第２のフィルターインダクタＬ２、第３のフィルターインダクタＬ３、第４のフィルターインダクタＬ４、第１のスイッチングトランジスタＳ１、第２のスイッチングトランジスタＳ２、第３のスイッチングトランジスタＳ３、第４のスイッチングトランジスタＳ４、第５のスイッチングトランジスタＳ５、第６のスイッチングトランジスタＳ６、第１のフィルターコンデンサＣ１、第２のフィルターコンデンサＣ２、第１のダイオードＤ１、第２のダイオードＤ２、および第３のダイオードＤ３を含み、そのうち、
【0039】
第２のスイッチングトランジスタＳ２の第１の端は、入力電源Ｕｉｎの一端および第１のスイッチングトランジスタＳ１の第１の端に接続され、第２のスイッチングトランジスタＳ２の第２の端は、第２のダイオードＤ２のカソードおよび第２のフィルターインダクタＬ２の一端に接続され、
【0040】
第２のダイオードＤ２のアノードは、第３のスイッチングトランジスタＳ３の第２の端に接続され、
【0041】
第３のスイッチングトランジスタＳ３の第１の端は、入力電源Ｕｉｎの他端、第１のフィルターコンデンサＣ１の一端、第１のフィルターインダクタＬ１の一端、第４のスイッチングトランジスタＳ４の第２の端、第２のフィルターコンデンサＣ２の一端および出力側の一端に接続され、
【0042】
第２のフィルターインダクタＬ２の他端は、第４のスイッチングトランジスタＳ４の第１の端、および第３のダイオードＤ３のアノードに接続され、
【0043】
第３のダイオードＤ３のカソードは、第２のフィルターコンデンサＣ２の他端および第５のスイッチングトランジスタＳ５の第１の端に接続され、
【0044】
第５のスイッチングトランジスタＳ５の第２の端は、第４のフィルターインダクタＬ４の一端に接続され、
【0045】
第４のフィルターインダクタＬ４の他端は、第３のフィルターインダクタＬ３の一端および第６のスイッチングトランジスタＳ６の第１の端に接続され、第３のフィルターインダクタＬ３の他端は、出力側の他端に接続され、
【0046】
第６のスイッチングトランジスタＳ６の第２の端は、第１のフィルターコンデンサＣ１の他端および第１のダイオードＤ１のアノードに接続され、
【0047】
第１のダイオードＤ１のカソードは、第１のフィルターインダクタＬ１の他端および第１のスイッチングトランジスタＳ１の第２の端に接続される。
【0048】
本実施例では、入力電源Ｕｉｎが出力側と共通接地されるため、漏れ電流がなくなり、回路の安全性が確保され、インバータが配置されるシステムの安全性が向上する。
【0049】
前記入力電源Ｕｉｎが太陽電池であり、出力側がグリッドである場合、太陽電池から出力される電力をグリッドにフィードバックすることができる。
【0050】
本実施例に係る昇降圧インバータは、昇圧／降圧モジュールとインバータモジュールを組み合わせた従来の技術的解決手段と異なり、単段回路構造を独創的に採用し、体積が小さく、部品の点数が少なく、かつ部品を柔軟に選択でき、回路のコストが削減される。昇降圧を実現するとともに、インバータの機能を実現することもでき、かつ従来のブリッジインバータによく見られるストレートスルーの問題がなく、各スイッチングトランジスタにデッドタイムを設定する必要がなく、系統連系電流の波形品質が向上する。
【実施例0051】
実施例１に記載の昇降圧インバータに基づいて、本実施例は、昇降圧インバータ制御方法を提供する。
【0052】
図２および図３に示すように、入力電源Ｕｉｎ＞出力側電圧ｕｇの場合、出力側電圧ｕｇが正の半サイクルにあるとき、第１のスイッチングトランジスタＳ１、第４のスイッチングトランジスタＳ４、および第６のスイッチングトランジスタＳ６は常にオフにされ、第３のスイッチングトランジスタＳ３、および第５のスイッチングトランジスタＳ５は常にオンにされ、第２のスイッチングトランジスタＳ２は高周波で切り替えられる。グリッド電流ｉｇの大きさは、グリッド電流ｉｇとグリッド電圧ｕｇが同じ周波数で同相になるように、第２のスイッチングトランジスタＳ２のデューティ比を調整することで調整できる。
【0053】
図４および図５に示すように、入力電源Ｕｉｎ＞出力側電圧ｕｇの場合、出力側電圧ｕｇが負の半サイクルにあるとき、第２のスイッチングトランジスタＳ２、第３のスイッチングトランジスタＳ３、第４のスイッチングトランジスタＳ４、および第５のスイッチングトランジスタＳ５は常にオフにされ、第６のスイッチングトランジスタＳ６は常にオンにされ、第１のスイッチングトランジスタＳ１は高周波で切り替えられる。グリッド電流ｉｇの大きさは、グリッド電流ｉｇとグリッド電圧ｕｇが同じ周波数で同相になるように、第１のスイッチングトランジスタＳ１のデューティ比を調整することで調整できる。
【0054】
入力電源Ｕｉｎ≦出力側電圧ｕｇの場合、正の半サイクルでも負の半サイクルでも、昇降圧モードで動作し、
【0055】
図６および図７に示すように、出力側電圧ｕｇが正の半サイクルにあるとき、第１のスイッチングトランジスタＳ１、および第６のスイッチングトランジスタＳ６は常にオフにされ、第２のスイッチングトランジスタＳ２、第３のスイッチングトランジスタＳ３、および第５のスイッチングトランジスタＳ５は常にオンにされ、第４のスイッチングトランジスタＳ４は高周波で切り替えられる。グリッド電流ｉｇの大きさは、グリッド電流ｉｇとグリッド電圧ｕｇが同じ周波数で同相になるように、第４のスイッチングトランジスタＳ４のデューティ比を調整することで調整できる。
【0056】
出力側電圧ｕｇが負の半サイクルにあるとき、第２のスイッチングトランジスタＳ２、第３のスイッチングトランジスタＳ３、第４のスイッチングトランジスタＳ４、および第５のスイッチングトランジスタＳ５は常にオフにされ、第６のスイッチングトランジスタＳ６は常にオンにされ、第１のスイッチングトランジスタＳ１は高周波で切り替えられる。グリッド電流ｉｇの大きさは、グリッド電流ｉｇとグリッド電圧ｕｇが同じ周波数で同相になるように、第１のスイッチングトランジスタＳ１のデューティ比を調整することで調整できる。正と負の半サイクルに対応する高周波スイッチはそれぞれ１つだけである。
【0057】
上記制御方法により、前記昇降圧インバータは広い入力範囲で動作でき、かつ高い変換効率を有するために、様々な用途に適用できる。
【0058】
本実施例では、以下のように想定される。
【0059】
〔１〕すべてのダイオードおよびスイッチングトランジスタは、オン／オフ時間やオン状態の電圧降下を考慮せずに、理想的なデバイスであり、〔２〕すべてのインダクタとコンデンサは理想的なデバイスである。グリッド電流ｉｇは、正弦波パルス幅変調またはヒステリシス電流制御を採用でき、本実施例において、正弦波パルス幅変調が採用され、入力電圧がグリッド電圧以上または以下の場合、それぞれ４つのスイッチモードがあり、具体的な分析は次のとおりである。
【0060】
Ｕｉｎ＞ｕｇの場合
【0061】
１）スイッチモード１
【0062】
図２に示すように、第１のスイッチングトランジスタＳ１、および第４のスイッチングトランジスタＳ４はオフにされ、第６のスイッチングトランジスタＳ６はオフにされる。第２のスイッチングトランジスタＳ２、および第３のスイッチングトランジスタＳ３はオンにされ、第５のスイッチングトランジスタＳ５はオンにされる。第１のスイッチングトランジスタＳ１、および第４のスイッチングトランジスタＳ４にかかる電圧ストレスはＵｉｎであり、第２のダイオードＤ２にかかる電圧ストレスはＵｉｎであり、第１のダイオードＤ１、および第３のスイッチングトランジスタＳ３にかかる電圧ストレスは０であり、第６のスイッチングトランジスタＳ６にかかる電圧ストレスはｕｇである。
【0063】
２）スイッチモード２
【0064】
図３に示すように、第１のスイッチングトランジスタＳ１、第２のスイッチングトランジスタＳ２、第４のスイッチングトランジスタＳ４、および第６のスイッチングトランジスタＳ６はオフにされ、第３のスイッチングトランジスタＳ３、および第５のスイッチングトランジスタＳ５はオンにされる。第１のスイッチングトランジスタＳ１、および第２のスイッチングトランジスタＳ２にかかる電圧ストレスはＵｉｎであり、第４のスイッチングトランジスタＳ４、および第６のスイッチングトランジスタＳ６にかかる電圧ストレスはｕｇである。第１のダイオードＤ１にかかる電圧ストレスは０である。
【0065】
３）スイッチモード３
【0066】
図４に示すように、第２のスイッチングトランジスタＳ２、第３のスイッチングトランジスタＳ３、第４のスイッチングトランジスタＳ４、および第５のスイッチングトランジスタＳ５はオフにされ、第１のスイッチングトランジスタＳ１、および第６のスイッチングトランジスタＳ６はオンにされる。
【0067】
４）スイッチモード４
【0068】
図５に示すように、第１のスイッチングトランジスタＳ１、第２のスイッチングトランジスタＳ２、第３のスイッチングトランジスタＳ３、第４のスイッチングトランジスタＳ４、および第５のスイッチングトランジスタＳ５はオフにされ、第６のスイッチングトランジスタＳ６はオンにされる。
【0069】
Ｕｉｎ≦ｕｇの場合
【0070】
１）スイッチモード一
【0071】
図６に示すように、第１のスイッチングトランジスタＳ１、および第６のスイッチングトランジスタＳ６はオフにされ、第２のスイッチングトランジスタＳ２、第３のスイッチングトランジスタＳ３、第４のスイッチングトランジスタＳ４、および第５のスイッチングトランジスタＳ５はオンにされる。第１のスイッチングトランジスタＳ１にかかる電圧ストレスはＵｉｎであり、第１のダイオードＤ１にかかる電圧ストレスはｕｇである。
【0072】
２）スイッチモード二
【0073】
図７に示すように、第１のスイッチングトランジスタＳ１、第４のスイッチングトランジスタＳ４、および第６のスイッチングトランジスタＳ６はオフにされ、第２のスイッチングトランジスタＳ２、第３のスイッチングトランジスタＳ３、および第５のスイッチングトランジスタＳ５はオンにされる。第４のスイッチングトランジスタＳ４にかかる電圧ストレスはｕｇである。
【0074】
３）スイッチモード三
【0075】
Ｕｉｎ＞ｕｇの場合のモード３と同様である。
【0076】
４）スイッチモード四
【0077】
Ｕｉｎ＞ｕｇの場合のモード４と同様である。
【0078】
以上、本発明およびその実施形態について概略的に説明したが、これに限定されるものではなく、図示したのは本発明の実施形態の一例に過ぎず、実際の構造はこれに限定されない。従って、当業者が本発明の啓発を得て、本発明の創作的目的を逸脱することなく、創造的労力をせずに設計された当該技術的解決手段と同様の構造方法および実施例は、いずれも本発明の保護の範囲に属するものとする。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【外国語明細書】