特開 2024-165511 インバータ回路

(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】P2024165511

(43)【公開日】2024-11-28

(54)【発明の名称】インバータ回路

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20241121BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023081769

(22)【出願日】2023-05-17

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110004185

【氏名又は名称】インフォート弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(72)【発明者】

【氏名】野村 尚弘

(72)【発明者】

【氏名】秋山 直輝

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770DA03

5H770DA05

5H770DA41

5H770EA30

5H770HA02Y

5H770HA03Y

(57)【要約】

【課題】直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路の低コスト化を実現する。
【解決手段】インバータ回路は、スイッチ回路、駆動アーム数決定部、スイッチ制御回路を備える。スイッチ回路は、極性アームおよび複数の駆動アームを備える。駆動アーム数決定部は、出力電圧指令および給電先情報に基づいて、動作する駆動アームの数を決定する。スイッチ制御回路は、スイッチ回路が直流電源から印加される直流電圧を交流電圧に変換するように、駆動アーム数決定部により決定された数の駆動アームおよび極性アームを動作させると共に、複数の駆動アームのうちの他の駆動アームを停止する。各駆動アームを構成するスイッチの容量は、極性アームを構成するスイッチの容量よりも小さい。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

極性アームおよび複数の駆動アームを備えるスイッチ回路と、
前記複数の駆動アームのうちで動作する駆動アームの数を決定する駆動アーム数決定部と、
前記スイッチ回路が直流電源から印加される直流電圧を交流電圧に変換するように、前記駆動アーム数決定部により決定された数の駆動アームおよび前記極性アームを動作させるとともに、前記複数の駆動アームのうちの他の駆動アームを停止するスイッチ制御回路と、を備え、
前記極性アームは、互いに直列に接続された、前記直流電源の正極側に電気的に接続される第１のスイッチおよび前記直流電源の負極側に電気的に接続される第２のスイッチから構成され、
各駆動アームは、互いに直列に接続された、前記直流電源の正極側に電気的に接続される第３のスイッチおよび前記直流電源の負極側に電気的に接続される第４のスイッチから構成され、
前記第３のスイッチおよび前記第４のスイッチの容量は、それぞれ前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチの容量よりも小さく、
前記複数の駆動アームのうちの２以上の駆動アームを動作させるときは、前記スイッチ制御回路は、前記２以上の駆動アームの各第３のスイッチおよび前記極性アームの第２のスイッチをオン状態に駆動して第１の方向に電流を流す第１の動作状態、及び、前記２以上の駆動アームの各第４のスイッチおよび前記極性アームの第１のスイッチをオン状態に駆動して前記第１の方向と反対の第２の方向に電流を流す第２の動作状態を交互に繰り返す
ことを特徴とするインバータ回路。

【請求項2】

前記駆動アーム数決定部は、当該インバータ回路が出力する交流電圧または当該インバータ回路に接続する負荷が要求する交流電圧を表す出力電圧指令、および、想定される負荷の種別を表す給電先情報に基づいて、動作する駆動アームの数を決定する
ことを特徴とする請求項１に記載のインバータ回路。

【請求項3】

前記駆動アーム数決定部は、当該インバータ回路に接続する負荷に供給される電流に基づいて、動作する駆動アームの数を決定する
ことを特徴とする請求項１に記載のインバータ回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路に係わる。

【背景技術】

【0002】

直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路は、様々な装置または設備において広く使用されている。例えば、自動車等の車両に搭載されるインバータ回路は、車載高圧バッテリから出力される直流電圧を所定の交流電圧に変換して出力する。

【0003】

インバータ回路は、例えば、Ｈブリッジ回路を含んで構成される。Ｈブリッジ回路は、互いに並列に接続された２個のアームを備える。各アームは、互いに直列に接続された２個のスイッチ（上アームスイッチおよび下アームスイッチ）から構成される。そして、各アームのスイッチを適切なタイミングで制御することにより、直流電圧から交流電圧が生成される。なお、Ｈブリッジ回路を備えるインバータ回路は、例えば、特許文献１に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９－０３３８００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述のように、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路として、Ｈブリッジ回路を備える構成が知られている。ただし、Ｈブリッジ回路を用いて大きな出力電流を生成するためには、Ｈブリッジ回路内の各スイッチを大容量のトランジスタで構成する必要がある。ここで、一般に、大容量のトランジスタは高価である。このため、従来の技術では、大きな出力電流を生成するインバータ回路の低コスト化は困難である。

【0006】

本発明の１つの側面に係る目的は、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路の低コスト化を実現することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の１つの態様に係わるインバータ回路は、極性アームおよび複数の駆動アームを備えるスイッチ回路と、前記複数の駆動アームのうちで動作する駆動アームの数を決定する駆動アーム数決定部と、前記スイッチ回路が直流電源から印加される直流電圧を交流電圧に変換するように、前記駆動アーム数決定部により決定された数の駆動アームおよび前記極性アームを動作させるとともに、前記複数の駆動アームのうちの他の駆動アームを停止するスイッチ制御回路と、を備える。前記極性アームは、互いに直列に接続された、前記直流電源の正極側に電気的に接続される第１のスイッチおよび前記直流電源の負極側に電気的に接続される第２のスイッチから構成される。各駆動アームは、互いに直列に接続された、前記直流電源の正極側に電気的に接続される第３のスイッチおよび前記直流電源の負極側に電気的に接続される第４のスイッチから構成される。前記第３のスイッチおよび前記第４のスイッチの容量は、それぞれ前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチの容量よりも小さい。そして、前記複数の駆動アームのうちの２以上の駆動アームを動作させるときは、前記スイッチ制御回路は、前記２以上の駆動アームの各第３のスイッチおよび前記極性アームの第２のスイッチをオン状態に駆動して第１の方向に電流を流す第１の動作状態、及び、前記２以上の駆動アームの各第４のスイッチおよび前記極性アームの第１のスイッチをオン状態に駆動して前記第１の方向と反対の第２の方向に電流を流す第２の動作状態を交互に繰り返す。

【0008】

上記構成のインバータ回路において、負荷の消費電流が大きいときは、複数の駆動アームを使用して直流電圧が交流電圧に変換される。この場合、負荷電流は、複数の駆動アームに均等に分配される。よって、各駆動アームを構成する第３および第４のスイッチは、電流容量の小さい小型で安価な素子で実現できる。

【0009】

また、負荷の消費電流が小さいときは、複数の駆動アームのうちの一部の駆動アームのみを使用して直流電圧が交流電圧に変換される。この場合、すべての駆動アームを動作させるケースと比較して、駆動されるスイッチの個数が少なくなり、スイッチング損が小さくなるので、スイッチ回路の消費電力が少なくなる。

【0010】

なお、駆動アーム数決定部は、当該インバータ回路が出力する交流電圧または当該インバータ回路に接続する負荷が要求する交流電圧を表す出力電圧指令、および、想定される負荷の種別を表す給電先情報に基づいて、動作する駆動アームの数を決定してもよい。或いは、駆動アーム数決定部は、当該インバータ回路に接続する負荷に供給される電流に基づいて、動作する駆動アームの数を決定してもよい。

【発明の効果】

【0011】

上述の態様によれば、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路の低コスト化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】インバータ回路の一例を示す図である。

【図2】本発明の実施形態に係わるインバータ回路の一例を示す図である。

【図3】駆動アーム数が１のときのインバータ回路の動作例を示す図である。

【図4】駆動アーム数が２のときのインバータ回路の動作例を示す図である。

【図5】インバータ回路の動作状態および出力電圧波形の一例を示す図である。

【図6】３個の駆動アームを備えるインバータ回路の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１は、インバータ回路の一例を示す。この例では、インバータ回路５０は、Ｈブリッジ回路を備える。Ｈブリッジ回路は、図１に示すように、４個のスイッチＱ５１～Ｑ５４を備える。各スイッチＱ５１～Ｑ５４は、この例では、トランジスタにより実現される。そして、直流電源１１０から出力される直流電圧がＨブリッジ回路に印加される。

【0014】

ＡＣ負荷１２０が電力を要求するときは、Ｈブリッジ回路を構成するスイッチＱ５１～Ｑ５４は、不図示の駆動回路が生成する駆動信号により制御される。このとき、スイッチＱ５１、Ｑ５４をオン状態に保持すると共にスイッチＱ５２、Ｑ５３をオフ状態に保持すると、直流電源１１０からスイッチＱ５１、ＡＣ負荷１２０、およびスイッチＱ５４を経由して直流電源１１０に戻る電流が流れる。また、スイッチＱ５１、Ｑ５４をオフ状態に保持すると共にスイッチＱ５２、Ｑ５３をオン状態に保持すると、直流電源１１０からスイッチＱ５３、ＡＣ負荷１２０、およびスイッチＱ５２を介して直流電源１１０に戻る電流が流れる。よって、この動作を所定の周期で交互に繰り返すことにより、直流電源１１０から印加される直流電圧が交流電圧に変換される。

【0015】

ここで、各スイッチＱ５１～Ｑ５４を流れる電流の最大値は、負荷電流の最大値と実質的に同じである。このため、スイッチＱ５１～Ｑ５４の特性は、互いに実質的に同じである。具体的には、スイッチＱ５１～Ｑ５４の電流容量は互いに同じである。よって、インバータ回路５０に消費電流の大きい負荷が接続され得る場合は、各スイッチＱ５１～Ｑ５４をそれぞれ電流容量の大きいトランジスタで構成する必要がある。即ち、この場合、インバータ回路５０は、電流容量の大きいトランジスタを４つ備える必要がある。ここで、一般に、電流容量の大きいトランジスタは高価である。したがって、消費電流の大きい負荷が接続され得る場合は、Ｈブリッジ回路を備えるインバータ回路の低コスト化は困難である。

【0016】

＜実施形態＞
図２は、本発明の実施形態に係わるインバータ回路の一例を示す。この実施例では、インバータ回路１０は、スイッチ回路１１、マイコン１２、およびスイッチ制御回路１３を備える。なお、図２に示す直流電源１１０は、例えば、バッテリである。ただし、直流電源１１０は、バッテリおよびバッテリの出力電圧を所定の電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータを含んでもよい。また、直流電源１１０は、バッテリ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、およびＤＣ／ＤＣコンバータの入力側および／または出力側に設けられる中間コンデンサを含んでもよい。

【0017】

スイッチ回路１１は、複数のアームから構成される。この実施例では、スイッチ回路１１は、２個の駆動アームＤＡ１、ＤＡ２、および１個の極性アームＰＡを備える。駆動アームＤＡ１、ＤＡ２、および極性アームＰＡは、互いに並列に接続されている。

【0018】

駆動アームＤＡ１は、互いに直列に接続されるスイッチＱ１、Ｑ２から構成される。この実施例では、各スイッチＱ１、Ｑ２はトランジスタにより実現される。一例としては、各スイッチＱ１、Ｑ２は、絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ（ＩＧＢＴ）により実現される。スイッチＱ１のドレインはインバータ回路１０のＤＣ側正極端子に接続されている。すなわち、スイッチＱ１は、直流電源１１０の正極側に電気的に接続されている。スイッチＱ１のソースはスイッチＱ２のドレインに接続されている。スイッチＱ２のソースはインバータ回路１０のＤＣ側負極端子に接続されている。すなわち、スイッチＱ２は、直流電源１１０の負極側に電気的に接続されている。

【0019】

駆動アームＤ２の構成は、駆動アームＤＡ１と実質的に同じである。すなわち、駆動アームＤＡ２は、互いに直列に接続されるスイッチＱ３、Ｑ４から構成される。この実施例では、各スイッチＱ３、Ｑ４は、ＩＧＢＴ等のトランジスタにより実現される。スイッチＱ３のドレインはインバータ回路１０のＤＣ側正極端子に接続されている。すなわち、スイッチＱ３は、直流電源１１０の正極側に電気的に接続されている。スイッチＱ３のソースはスイッチＱ４のドレインに接続されている。スイッチＱ４のソースはインバータ回路１０のＤＣ側負極端子に接続されている。すなわち、スイッチＱ４は、直流電源１１０の負極側に電気的に接続されている。

【0020】

極性アームＰＡの構成も、駆動アームＤＡ１と実質的に同じである。すなわち、極性アームＰＡは、互いに直列に接続されるスイッチＱ１１、Ｑ１２から構成される。この実施例では、各スイッチＱ１１、Ｑ１２は、ＩＧＢＴ等のトランジスタにより実現される。スイッチＱ１１のドレインはインバータ回路１０のＤＣ側正極端子に接続されている。すなわち、スイッチＱ１１は、直流電源１１０の正極側に電気的に接続されている。スイッチＱ１１のソースはスイッチＱ１２のドレインに接続されている。スイッチＱ１２のソースはインバータ回路１０のＤＣ側負極端子に接続されている。すなわち、スイッチＱ１２は、直流電源１１０の負極側に電気的に接続されている。

【0021】

スイッチＱ１～Ｑ４の構成および特性は互いに実質的に同じである。また、スイッチＱ１１～Ｑ１２の構成および特性は互いに実質的に同じである。ただし、スイッチＱ１～Ｑ４の構成および特性は、スイッチＱ１１～Ｑ１２の構成および特性と異なっている。具体的には、スイッチＱ１～Ｑ４の電流容量は、スイッチＱ１１～Ｑ１２の電流容量よりも小さい。例えば、スイッチＱ１～Ｑ４の電流容量は、スイッチＱ１１～Ｑ１２の電流容量の２分の１程度でよい。なお、各スイッチＱ１～Ｑ４、Ｑ１１～Ｑ１２に対して、還流ダイオードを設けてもよい。

【0022】

駆動アームＤＡ１のＡＣ側端子Ｘ１（すなわち、スイッチＱ１とスイッチＱ２との接続点）は、インバータ回路１０のＡＣ側第１端子に接続される。同様に、駆動アームＤＡ２のＡＣ側端子Ｘ２（すなわち、スイッチＱ３とスイッチＱ４との接続点）も、インバータ回路１０のＡＣ側第１端子に接続される。なお、ＡＣ側端子Ｘ１とインバータ回路１０のＡＣ側第１端子との間、及び、ＡＣ側端子Ｘ２とインバータ回路１０のＡＣ側第１端子との間に、それぞれ、図２に示すように、電流センサＡおよびインダクタを設けてもよい。

【0023】

極性アームＰＡのＡＣ側端子Ｙ（すなわち、スイッチＱ１１とスイッチＱ１２との接続点）は、インバータ回路１０のＡＣ側第２端子に接続される。なお、インバータ回路１０は、ＡＣ側第１端子とＡＣ側第２端子との間の電圧（或いは、負荷電圧）をモニタする電圧センサＶを備えてもよい。

【0024】

インバータ回路１０のＤＣ側正極端子とＤＣ側負極端子との間に直流電源１１０が接続される。すなわち、直流電源１１０の出力電圧がインバータ回路１０のスイッチ回路１１に印加される。また、インバータ回路１０のＡＣ側第１端子とＡＣ側第２端子との間にＡＣ負荷１２０が接続される。すなわち、インバータ回路１０により生成される交流電圧がＡＣ負荷１２０に供給される。

【0025】

マイコン１２は、インバータ回路１０の動作を制御する。すなわち、マイコン１２は、スイッチ回路１１に直流電圧を交流電圧に変換させるための制御信号を生成する。このとき、マイコン１２は、ＡＣ負荷１２０が要求する交流電圧を生成するための制御信号を生成し、スイッチ制御回路１３は、その制御信号に従ってスイッチ回路１１を制御する。これにより、インバータ回路１０は、ＡＣ負荷１２０が要求する交流電圧を出力する。

【0026】

また、マイコン１２は、駆動アーム数決定部１２ａを備える。駆動アーム数決定部１２ａは、出力電圧指令および給電先情報に基づいて、駆動アームＤＡ１、ＤＡ２のうちの一方の駆動アームのみを動作させるか、双方の駆動アームを動作させるかを決定する。すなわち、駆動アーム数決定部１２ａは、複数の駆動アームのうちで動作する駆動アームの数を決定する。この実施例では、スイッチ回路１１が２個の駆動アームを備えるので、駆動アーム数決定部１２ａは、動作する駆動アームの数として、「１」または「２」を指定する。なお、駆動アーム数決定部１２ａの機能は、例えば、マイコン１２を構成するプロセッサがソフトウェアプログラムを実行することで提供される。

【0027】

出力電圧指令は、インバータ回路１０が使用される国または地域の商用電源の電圧またはＡＣ負荷１２０が要求する電圧を表す。なお、商用電源の電圧は、国または地域により異なる。例えば、日本国内では、単相交流の電圧は、１００Ｖ／２００Ｖである。また、海外では、多くの国において２２０～２４０Ｖが採用されている。したがって、出力電圧指令は、インバータ回路１０が使用される国または地域に応じて予め設定してもよい。

【0028】

給電先情報は、想定される負荷の種別を表す。例えば、インバータ回路１０が自動車等の車両に搭載されるケースでは、給電先情報は、給電先として、車内で使用される消費電力の小さい小型電気機器を想定するか、車外で使用される消費電力の大きい大型電気機器を想定するかを表す。したがって、給電先情報は、例えば、ユーザにより指定される。

【0029】

駆動アーム数決定部１２ａは、特に限定されるものではないが、例えば、以下のポリシに従って駆動アーム数（すなわち、複数の駆動アームのうちで動作する駆動アームの数）を決定する。
（１）出力電圧指令が２００Ｖ以上であるときは、駆動アーム数は２である。
（２）出力電圧指令が２００Ｖより小さい（例えば、１００Ｖ）ケースでは、給電先としてユーザが小型電気機器を選択したときには駆動アーム数は１であり、給電先としてユーザが大型電気機器を選択したときには駆動アーム数は２である。

【0030】

スイッチ制御回路１３は、駆動信号を生成するための回路および増幅器等を備え、マイコン１２により生成される制御信号に基づいてスイッチ回路１１を制御する。具体的には、スイッチ制御回路１３は、駆動信号Ｄ１～Ｄ４およびＤ１１～Ｄ１２を生成する。駆動信号Ｄ１～Ｄ４は、それぞれスイッチＱ１～Ｑ４のゲートに与えられ、駆動信号Ｄ１１～Ｄ１２は、それぞれスイッチＱ１１～Ｑ１２のゲートに与えられる。なお、各スイッチＱ１～Ｑ４およびＱ１１～Ｑ１２は、例えば、ゲートにＨレベル信号が与えられたときにオン状態を保持し、ゲートにＬレベル信号が与えられたときにオフ状態を保持するものとする。このように、スイッチ制御回路１３は、マイコン１２により生成される制御信号に基づいて、スイッチＱ１～Ｑ４およびＱ１１～Ｑ１２をオン状態またはオフ状態に制御することができる。

【0031】

ただし、スイッチ制御回路１３は、駆動アーム数決定部１２ａにより決定された駆動アームの数に応じてスイッチ回路１１を制御する。具体的には、駆動アーム数決定部１２ａが１個の駆動アームを動作させることを決定したときには、スイッチ制御回路１３は、駆動アームＤＡ１または駆動アームＤＡ２のうちのいずれか一方のみを動作させる。なお、以下の記載では、駆動アーム数決定部１２ａが１個の駆動アームを動作させることを決定したときには、スイッチ制御回路１３は、駆動アームＤＡ１を選択して動作させるものとする。

【0032】

よって、駆動アーム数が１のときは、スイッチ制御回路１３は、駆動信号Ｄ１～Ｄ２およびＤ１１～Ｄ１２を生成してスイッチＱ１～Ｑ２およびＱ１１～Ｑ１２を駆動する。このとき、スイッチ制御回路１３は、駆動アームＤＡ２を停止する。具体的には、スイッチ制御回路１３は、駆動信号Ｄ３～Ｄ４を常時Ｌレベルに設定することで、スイッチＱ３～Ｑ４を常時オフ状態に制御する。これに対して、駆動アーム数が２のときには、スイッチ制御回路１３は、駆動信号Ｄ１～Ｄ４およびＤ１１～Ｄ１２を生成してスイッチＱ１～Ｑ４およびＱ１１～Ｑ１２を駆動する。

【0033】

図３は、駆動アーム数が１のときのインバータ回路１０の動作例を示す。駆動アーム数が１のときには、スイッチ制御回路１３は、図３（ａ）に示す第１の動作状態および図３（ｂ）に示す第２の動作状態を交互に繰り返す。なお、この実施例では、駆動アーム数が１のときは、スイッチ制御回路１３は、駆動アームＤＡ１を動作させ、駆動アームＤＡ２を停止するものとする。

【0034】

第１の動作状態においては、スイッチ制御回路１３は、駆動信号Ｄ１および駆動信号Ｄ１２をＨレベルに制御すると共に、駆動信号Ｄ２および駆動信号Ｄ１１をＬレベルに制御することで、スイッチＱ１およびスイッチＱ１２を駆動する。これにより、図３（ａ）に示すように、直流電源１１０の正極端子からスイッチＱ１、ＡＣ負荷１２０、およびスイッチＱ１２を介して直流電源１１０の負極端子に流れる電流が生成される。また、第２の動作状態においては、スイッチ制御回路１３は、駆動信号Ｄ２および駆動信号Ｄ１１をＨレベルに制御すると共に、駆動信号Ｄ１および駆動信号Ｄ１２をＬレベルに制御することで、スイッチＱ２およびスイッチＱ１１を駆動する。これにより、図３（ｂ）に示すように、直流電源１１０の正極端子からスイッチＱ１１、ＡＣ負荷１２０、およびスイッチＱ２を介して直流電源１１０の負極端子に流れる電流が生成される。このとき、駆動アームＤＡ２を構成するスイッチＱ３、Ｑ４は、常時オフ状態に保持されている。

【0035】

図４は、駆動アーム数が２のときのインバータ回路１０の動作例を示す。駆動アーム数が２のときには、スイッチ制御回路１３は、図４（ａ）に示す第１の動作状態および図４（ｂ）に示す第２の動作状態を交互に繰り返す。

【0036】

第１の動作状態においては、スイッチ制御回路１３は、駆動信号Ｄ１、Ｄ３および駆動信号Ｄ１２をＨレベルに制御すると共に、駆動信号Ｄ２、Ｄ４および駆動信号Ｄ１１をＬレベルに制御することで、スイッチＱ１、Ｑ３およびスイッチＱ１２を駆動する。これにより、図４（ａ）に示すように、直流電源１１０の正極端子からスイッチＱ１およびＱ３、ＡＣ負荷１２０、およびスイッチＱ１２を介して直流電源１１０の負極端子に流れる電流が生成される。また、第２の動作状態においては、スイッチ制御回路１３は、駆動信号Ｄ２、Ｄ４および駆動信号Ｄ１１をＨレベルに制御すると共に、駆動信号Ｄ１、Ｄ３および駆動信号Ｄ１２をＬレベルに制御することで、スイッチＱ２、Ｑ４およびスイッチＱ１１を駆動する。これにより、図４（ｂ）に示すように、直流電源１１０の正極端子からスイッチＱ１１、ＡＣ負荷１２０、およびスイッチＱ２およびＱ４を介して直流電源１１０の負極端子に流れる電流が生成される。

【0037】

第１の動作状態および第２の動作状態は、駆動アーム数によらず、図５に示すように、所定の周期で交互に設定される。例えば、インバータ回路１０が５０Ｈｚの交流電圧を生成ケースでは、スイッチ制御回路１３は、２０ｍ秒ごとに１セットの第１の動作状態および第２の動作状態を設定する。

【0038】

第１の動作状態および第２の動作状態は、互いに極性の異なる電圧波形を生成する。例えば、図５に示すように、第１の動作状態は、５０Ｈｚの正弦波の正側を表す電圧波形を生成し、第２の動作状態は、その正弦波の負側を表す電圧波形を生成する。ここで、正弦波電圧は、例えば、パルス幅変調駆動信号を使用することで生成することができる。一例としては、コンパレータを用いて５０Ｈｚの正弦波信号と数ｋＨｚ～数１０ｋＨｚの三角波信号とを比較することで、正弦波電圧を生成するためのパルス幅変調駆動信号が得られる。

【0039】

このように、本発明の実施形態においては、負荷の消費電流が大きいときは、２個の駆動アームの双方を使用して直流電圧が交流電圧に変換される。この場合、図４に示すように、駆動アームＤＡ１を流れる電流および駆動アームＤＡ２を流れる電流の合計が負荷に供給される。すなわち、各スイッチＱ１～Ｑ４を流れる電流は、各スイッチＱ１１～Ｑ１２を流れる電流の約２分の１である。したがって、スイッチＱ１～Ｑ４は、スイッチＱ１１～Ｑ１２と比較して、電流容量の小さい小型で安価なトランジスタで実現できる。ここで、仮に、各スイッチＱ１～Ｑ４の価格が各スイッチＱ１１～Ｑ１２の２分の１以下であれば、本発明の実施形態に係わるインバータ回路１０の製造コストは、図１に示すＨブリッジ型のインバータ回路よりも小さくなる。

【0040】

負荷の消費電流が小さいときは、２個の駆動アームのうちの一方を使用して直流電圧が交流電圧に変換される。この場合、２個の駆動アームを動作させるケースと比較して、駆動されるスイッチの個数が少なくなり、スイッチング損が小さくなるので、スイッチ回路１１の消費電力が少なくなる。また、図１に示すＨブリッジ型のインバータ回路と比較した場合、駆動されるスイッチの個数は同じになるが、スイッチＱ１、Ｑ２は、図１に示すスイッチＱ５１、Ｑ５２よりも小型で低消費電力のトランジスタで実現できるので、インバータ回路の消費電力が小さくなる。

【0041】

＜バリエーション＞
図２に示す実施例では、インバータ回路１０は２個の駆動アームを備えるが、本発明の実施形態はこの構成に限定されるものではない。すなわち、本発明の実施形態に係わるインバータ回路は、３個以上の駆動アームを備える構成であってもよい。

【0042】

図６は、３個の駆動アームを備えるインバータ回路の一例を示す。この実施例では、スイッチ回路１１は、３個の駆動アームＤＡ１、ＤＡ２、ＤＡ３、および１個の極性アームＰＡを備える。すなわち、図６に示すスイッチ回路１１は、図２に示す構成に駆動アームＤＡ３を追加することで実現される。なお、駆動アームＤＡ１、ＤＡ２、ＤＡ３、および極性アームＰＡは、互いに並列に接続されている。

【0043】

駆動アームＤ３の構成は、駆動アームＤＡ１、ＤＡ２と実質的に同じであり、互いに直列に接続されるスイッチＱ５、Ｑ６から構成される。この実施例では、各スイッチＱ５、Ｑ６は、ＩＧＢＴ等のトランジスタにより実現される。スイッチＱ５のドレインはインバータ回路１０のＤＣ側正極端子に接続されている。スイッチＱ５のソースはスイッチＱ６のドレインに接続されている。スイッチＱ６のソースはインバータ回路１０のＤＣ側負極端子に接続されている。そして、スイッチＱ５、Ｑ６は、それぞれ、スイッチ制御回路１３が生成する駆動信号Ｄ５、Ｄ６により駆動される。

【0044】

駆動アームＤＡ３のＡＣ側端子Ｘ３（すなわち、スイッチＱ５とスイッチＱ６との接続点）は、インバータ回路１０のＡＣ側第１端子に接続される。なお、ＡＣ側端子Ｘ３とインバータ回路１０のＡＣ側第１端子との間に、電流センサＡおよびインダクタを設けてもよい。

【0045】

図６に示すインバータ回路１０においても、駆動アーム数決定部１２ａは、出力電圧指令および給電先情報に基づいて、動作する駆動アームの数を決定する。ただし、図６に示す構成では、スイッチ回路１１が３個の駆動アームを備えるので、駆動アーム数決定部１２ａは、動作する駆動アームの数として、「１」「２」または「３」を指定する。

【0046】

駆動アーム数決定部１２ａは、特に限定されるものではないが、例えば、以下のポリシに従って駆動アーム数を決定する。
（１）出力電圧指令が２００Ｖ以上であり、かつ、給電先としてユーザが大型電気機器を選択したときには、駆動アーム数は３である。
（２）出力電圧指令が２００Ｖ以上であり、かつ、給電先としてユーザが小型電気機器を選択したときには、駆動アーム数は２である。
（３）出力電圧指令が２００Ｖより小さく（例えば、１００Ｖ）、かつ、給電先としてユーザが大型電気機器を選択したときには、駆動アーム数は２である。
（４）出力電圧指令が２００Ｖより小さく、かつ、給電先としてユーザが小型電気機器を選択したときには駆動アーム数は１である。

【0047】

スイッチ制御回路１３は、駆動アーム数決定部１２ａにより決定された駆動アームの数に応じてスイッチ回路１１を制御する。具体的には、駆動アーム数が１であるときは、駆動アームＤＡ１を動作させ、駆動アームＤＡ２、ＤＡ３を停止する。この場合、スイッチ制御回路１３は、駆動信号Ｄ１、Ｄ２、Ｄ１１、Ｄ１２を用いてスイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ１１、Ｑ１２を制御する。駆動アーム数が２であるときは、駆動アームＤＡ１、Ｄ２を動作させ、駆動アームＤＡ３を停止する。この場合、スイッチ制御回路１３は、駆動信号Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ１１、Ｄ１２を用いてスイッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ１１、Ｑ１２を制御する。駆動アーム数が３であるときは、駆動アームＤＡ１～Ｄ３を動作させる。この場合、スイッチ制御回路１３は、駆動信号Ｄ１～Ｄ６、Ｄ１１、Ｄ１２を用いてスイッチＱ１～Ｑ６、Ｑ１１、Ｑ１２を制御する。

【0048】

このように、本発明の実施形態においては、負荷の消費電流が大きいときは、Ｎ個（図２では２個、図６では３個）の駆動アームを使用して直流電圧が交流電圧に変換される。この場合、駆動アームを構成する各スイッチを流れる電流は、極性アームを構成する各スイッチを流れる電流の約Ｎ分の１である。したがって、駆動アームを構成する各スイッチは、極性アームを構成するスイッチと比較して、電流容量の小さい小型で安価なトランジスタで実現できる。ここで、仮に、駆動アームを構成する各スイッチの価格が極性アームを構成する各スイッチのＮ分の１以下であれば、本発明の実施形態に係わるインバータ回路１０の製造コストは、図１に示すＨブリッジ型のインバータ回路よりも小さくなる。

【0049】

負荷の消費電流が小さいときは、Ｎ個の駆動アームのうちの一部を使用して直流電圧が交流電圧に変換される。この場合、Ｎ個の駆動アームを動作させるケースと比較して、駆動されるスイッチの個数が少なくなり、スイッチング損が小さくなるので、スイッチ回路１１の消費電力が少なくなる。

【0050】

図２または図６に示す実施例では、駆動アーム数決定部１２ａは、出力電圧指令および給電先情報に基づいて、動作する駆動アームの数を決定する。ただし、本発明の実施形態はこの構成に限定されるものではない。例えば、駆動アーム数決定部１２ａは、ＡＣ負荷１２０供給される電流に基づいて駆動アーム数を決定してもよい。この場合、ＡＣ負荷１２０供給される電流は、図２または図６に示す電流センサＡを用いてモニタされる。そして、駆動アーム数決定部１２ａは、モニタされる電流値と対応する所定の閾値とを比較することで、動作する駆動アームの数を決定する。

【0051】

図２または図６に示すスイッチ回路１１は、双方向充電器に実装されてもよい。この場合、スイッチ回路１１は、直流電源から印加される直流電圧を交流電圧に変換する用途、及び、力率を改善しながら交流電圧を直流電圧に変換して直流電源を充電する用途に使用される。

【符号の説明】

【0052】

１０ インバータ回路
１１ スイッチ回路
１２ マイコン
１２ａ 駆動アーム数決定部
１３ スイッチ制御回路
１１０ 直流電源
１２０ ＡＣ負荷

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】