Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP4410429B2 - Single phase bridge inverter - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP4410429B2 - Single phase bridge inverter - Google Patents

Single phase bridge inverter Download PDF

Info

Publication number
JP4410429B2
JP4410429B2 JP2001077727A JP2001077727A JP4410429B2 JP 4410429 B2 JP4410429 B2 JP 4410429B2 JP 2001077727 A JP2001077727 A JP 2001077727A JP 2001077727 A JP2001077727 A JP 2001077727A JP 4410429 B2 JP4410429 B2 JP 4410429B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
controllable electric
electric valves
mode
phase bridge
electric valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2001077727A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002345253A (en
Inventor
隆夫 川畑
伸介 神戸
敏 森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2001077727A priority Critical patent/JP4410429B2/en
Publication of JP2002345253A publication Critical patent/JP2002345253A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4410429B2 publication Critical patent/JP4410429B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明はトランジスタ、MOSFET、IGBT、サイリスタ、ゲートターンオフサイリスタ(GTO)、などの可制御電気弁を用いた単相ブリッジインバータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一パルスPWMの単相ブリッジインバータは、適宜必要に応じてコンバータや変圧器等と組み合わせることにより、太陽光発電用インバータシステム、燃料電池用インバータシステム、車両用補助電源などにおける高周波中間リンクdc/dcコンバータ、あるいは高周波溶接機用インバータ、高周波加熱用インバータ、無効電力制御装置などに使われる三相大容量多重インバータのユニットインバータなど、さまざまな用途に使われている。
【0003】
図12は、第1〜第4の可制御電気弁Q1、Q2、Q3、Q4により構成された、直流電力と単相交流電力との間の電力変換を行う単相ブリッジインバータであって、可制御電気弁Q1とQ3のアノードを直流電源Edの正の端子Pに接続し、可制御電気弁Q2とQ4のカソードは直流電源Edの負の端子Nに接続し、可制御電気弁Q1のカソードは可制御電気弁Q2のアノードに接続し、その接続点を交流出力端子U1とし、可制御電気弁Q3のカソードは可制御電気弁Q4のアノードに接続し、その接続点を交流出力端子U2とする。
また、各可制御電気弁Q1、Q2、Q3、Q4にはそれぞれ帰還ダイオードD1、D2、D3、D4が逆並列接続されている。
【0004】
次に制御動作、特に、各可制御電気弁のスイッチング動作について説明する。今、各可制御電気弁Q1、Q2、Q3、Q4の内、Q1とQ4とをオンとする状態をS1、Q1とQ3とをオンとする状態をS2、Q2とQ3とをオンとする状態をS3、Q2とQ4とをオンとする状態をS4とすると、図13に示すように、S1→S2→S3→S4→S1・・・の順にスイッチングするか、または、S1→S4→S3→S2→S1・・・の順にスイッチングするかの何れかの変調方法が採用される。便宜上、前者を正転モード、後者を逆転モードと呼ぶ。
【0005】
そして、正転モードのS1→S2→S3→S4→S1、逆転モードのS1→S4→S3→S2→S1のスイッチング動作が、交流出力電圧VLの1サイクルに相当する。更に、正電圧を発生するS1と負電圧を発生するS3とは、交互に半サイクル毎に現れるが、その継続時間の電気角αを変化させることによって交流出力電圧VLを制御する。
【0006】
図14は、変調方法が正転モードであって、抵抗RとリアクトルLとが直列接続された負荷の場合における、各可制御電気弁Q1〜Q4および帰還ダイオードD1〜D4に流れる電流波形を示す図である。図中、濃く塗りつぶした部分が各可制御電気弁Q1〜Q4の電流、薄く塗りつぶした部分が各帰還ダイオードD1〜D4の電流を示す。また、実線で示す矩形波は交流出力電圧VLを示す。
図14から判るように、可制御電気弁Q1、Q2は、Q3、Q4に比較してその電流負担が大きくなる。また、帰還ダイオードD1、D2は、D3、D4に比較してその電流負担は逆に小さくなる。
【0007】
当然ながら、各可制御電気弁、帰還ダイオードには同一定格のものが使用されるので、上記の結果、可制御電気弁Q1、Q2の温度上昇はQ3、Q4のそれより高くなり、また、帰還ダイオードD3、D4の温度上昇はD1、D2のそれより高くなる。
なお、上記の電流負担のアンバランスは、制御角αによって変化し、αが最大180゜になるとアンバランスはなくなる。しかし、実際の各種用途に適用されるインバータにあっては、直流電源、例えば、蓄電池や太陽電池等の電圧変動を吸収して一定の交流電圧を出力することが要請され、また、インバータの出力から最終の負荷の間に変圧器、整流器あるいはフィルタなど、負荷電流に対応した電圧降下をもたらす回路要素がある場合が多いので、出力電圧(負荷電圧)を一定に保つには、負荷電流に応じてその電圧降下を補償制御することも要請される。従って、この制御角αは通例、60゜<α<180゜の広い範囲で変動し、上記電流負担のアンバランスは避けられない。
【0008】
以上は、低周波域での動作で、可制御電気弁の損失の主成分が導通損失となる場合であるが、高周波域で動作する装置では、スイッチング損失が支配的となり、スイッチング損失が導通損失の2〜3倍に達する場合もある。そして、スイッチング損失は、スイッチングの瞬間における電流値で決まる。従って、図14の場合、可制御電気弁Q1、Q2に比較して大きな電流をターンオフしている可制御電気弁Q3、Q4の方がスイッチング損失が大きくなる。この結果、スイッチング損失が支配的な高周波域での動作では、逆に可制御電気弁Q3、Q4の温度上昇がQ1、Q2のそれより高くなる。
【0009】
図15は逆転モードで動作した場合の、各可制御電気弁Q1〜Q4および帰還ダイオードD1〜D4に流れる電流波形を示す図である。図14の正転モードの場合と電流負担のアンバランスの状況が異なっている。
即ち、この逆転モードでは、可制御電気弁Q3、Q4の電流負担が可制御電気弁Q1、Q2のそれより大きくなり、帰還ダイオードD1、D2がD3、D4より電流負担が大きくなる。
また、スイッチング損失が支配的となる高周波域では、可制御電気弁Q1、Q2の損失が可制御電気弁Q3、Q4のそれより大きくなる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
従来の単相ブリッジインバータは以上のように構成され、また、制御動作がなされるので、変調方法が正転モードか逆転モードであるか、また、動作が低周波域か高周波域であるか、負荷力率が進みか遅れか、出力電圧の幅である電気角αが如何なる値であるかなどで、可制御電気弁Q1〜Q4のどれが電力損失が大きく、どれが電力損失が少ないかの分布状態は異なるが、いずれの場合も、可制御電気弁の一部の電流負担が可制御電気弁の残りのそれより大きくなり、結果として前者の温度上昇が後者のそれより高くなる。インバータの最大出力電流は、可制御電気弁のジャンクション温度が限界温度(例えば125℃)に達したところで決まるので、例えば、低周波域で正転モードの場合、たとえ、可制御電気弁Q3、Q4側の温度には余裕があっても、可制御電気弁Q1、Q2側の温度が限界に達すると、インバータとしてそれ以上の出力電流は流せないことになる。このため、インバータの利用率が低下するという問題点があった。
【0011】
この発明は以上のような問題点を解決するためになされたもので、インバータを構成する各可制御電気弁、帰還ダイオードの電流負担が均等となり、またその温度上昇が均等となり、その利用率の向上が期待できる単相ブリッジインバータを提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項1に係る単相ブリッジインバータは、アノードが直流側正端子にそれぞれ接続された第1および第3の可制御電気弁、およびカソードが直流側負端子にそれぞれ接続された第2および第4の可制御電気弁を備え、上記第1の可制御電気弁のカソードと上記第2の可制御電気弁のアノードとを交流側端子の一方に接続し、上記第3の可制御電気弁のカソードと上記第4の可制御電気弁のアノードとを上記交流側端子の他方に接続し、上記第1ないし第4の可制御電気弁のそれぞれに帰還ダイオードを逆並列接続してなる単相ブリッジインバータにおいて、
上記各可制御電気弁の内、第1および第4の可制御電気弁をオンとする状態をS1、第1および第3の可制御電気弁をオンとする状態をS2、第2および第3の可制御電気弁をオンとする状態をS3、第2および第4の可制御電気弁をオンとする状態をS4としたとき、
S1→S2→S3→S4→S1・・・の順にスイッチングする第1のモードと、S1→S4→S3→S2→S1・・・の順にスイッチングする第2のモードとを交互に切り替えて動作させるようにしたものである。
また、請求項2に係る単相ブリッジインバータは、
S1→S2→S3→S2→S1・・・の順にスイッチングする第1のモードと、S1→S4→S3→S4→S1・・・の順にスイッチングする第2のモードとを交互に切り替えて動作させるようにしたものである。
【0013】
また、請求項3に係る単相ブリッジインバータは、第1、第2のモードの切り替えを、所定のサイクル数毎に行うものである。
【0014】
また、請求項4に係る単相ブリッジインバータは、第1、第2の可制御電気弁のいずれか一方または双方の温度と第3、第4の可制御電気弁のいずれか一方または双方の温度との差を検出し、
上記温度差の絶対値が低減するよう、上記温度差の極性に応じてモードを切り替えるものである。
また、請求項5に係る単相ブリッジインバータは、第1、第3の可制御電気弁のいずれか一方または双方の温度と第2、第4の可制御電気弁のいずれか一方または双方の温度との差を検出し、
上記温度差の絶対値が低減するよう、上記温度差の極性に応じてモードを切り替えるものである。
【0015】
また、請求項に係る単相ブリッジインバータは、検出した温度差を入力し所定の正負温度差を動作点として履歴動作するヒステリシス比較手段を備え、このヒステリシス比較手段の出力信号に基づきモードを切り替えるものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1における単相ブリッジインバータの制御方式の基本的な考え方を説明するものである。なお、単相ブリッジインバータとしての主回路構成は、従来技術で説明した図12と変わるところがないので再録はしていない。
図1(a)は、従来技術でも触れた各可制御電気弁Q1、Q2、Q3、Q4のスイッチング方式で、従来は、同図(b)に示すように、S1→S2→S3→S4→S1・・・の順にスイッチングする第1のモードとしての正転モードと、同図(c)に示すように、S1→S4→S3→S2→S1・・・の順にスイッチングする第2のモードとしての逆転モードとのいずれかを採用していたのに対し、本願発明では、同図(d)に示すように、矢印の時点で1サイクル毎にスイッチングモードを正転→逆転→正転・・・と切り替えている。これによって、各可制御電気弁Q1〜Q4の電流負担を平均的に均等化し、従って、温度上昇も均等化させるものである。
同図(e)は、切り替えを2サイクル毎に行う例を示し、後述するように、この切り替えは任意のサイクル毎に行うことができる。
【0017】
以下、図1でその基本原理を説明した、この発明の実施の形態1の制御方式を実現する具体的構成例およびその動作について詳細に説明する。図2、図3は各可制御電気弁Q1、Q2、Q3、Q4のスイッチング信号(ここでは、便宜上、このスイッチング信号にもQ1〜Q4の符号を付している)を作成する回路構成例を示す。図4は、図2、図3の各所における信号波形を示すタイミングチャートである。
【0018】
図2のオシレータOSCは一定周波数のパルスを発生しフリップフロップF1をトリガーする。フリップフロップF1は、後述する三角波SKの周波数に相当する周波数の矩形波信号F1を出力する(図4:F1)。信号F1の立ち下がり、即ち、信号F1の反転信号の立ち上がりでフリップフロップF2をトリガーし、信号F2が出力される(図4:F2)。信号F2は、インバータの出力が正電圧(スイッチング状態S1)となる(F2=1のとき)か、負電圧(S3)となる(F2=0のとき)かを区別する信号である。
また、信号F1の立ち上がりでパルス信号P1を作成する(図4:P1)。更に、信号P1とF2とからAND440によりパルス信号P2を作成する(図4:P2)。また、信号P1と信号F2の反転信号とからAND441によりパルス信号P3を作成する(図4:P3)。フリップフロップF3は、信号P2でセットし、信号P3でリセットすることにより、信号F3を出力する(図4:F3)。
【0019】
信号F3は、コンパレータCOMP出力のゼロ期間、即ち、インバータ出力のゼロ期間が、正転モードのS2とS4とに対応する信号B2(F3=1のとき)または信号B4(F3=0のとき)の何れであるかを区別するために使用する(図4:B2、B4)。
三角波発生器CGは、信号F1を入力し、信号F1が1のときに正方向に積分し、0のときに負方向に積分することで三角波SKを作成する(図4:SK)。
【0020】
インバータの電圧出力幅を制御する信号Vcと三角波SKとをコンパレータCOMPで比較し、コンパレータ出力信号COMPを得る(図4:Vc、COMP)。
信号Vcが三角波SKより大きい時、即ち、信号COMPが1の時、インバータはスイッチング状態S1またはS3となる。また、逆に、信号Vcが三角波SKより小さい時、即ち、信号COMPが0の時、インバータはスイッチング状態S2またはS4となる。
【0021】
次に、図2の回路構成部分で得られた信号F2、F3、COMPを基に、各可制御電気弁のスイッチング信号Q1、Q2、Q3、Q4を作成する要領を図3および図4により説明する。先ず、信号F2とCOMPとのAND450をとりスイッチング状態信号S1を出力する(図4:S1)。また、信号F2の反転信号と信号COMPとのAND452をとりスイッチング状態信号S3を出力する(図4:S3)。更に、信号F3と信号COMPの反転信号とのAND451をとり信号B2を出力し、信号F3とCOMPとの両反転信号のAND453をとり信号B4を出力する(図4:B2、B4)。信号B2、B4は、後述するように、正転モード動作時はそれぞれスイッチング状態信号S2、S4となり、逆転モード動作時はそれぞれスイッチング状態信号S4、S2となるものである。
【0022】
フリップフロップFR、F4は本願発明の特徴であるスイッチングモードの切り替えを担うものである。先ず、フリップフロップFRは、信号F2の立ち上がりでトリガーされ、信号F2の2倍の周期をもつスイッチングモード切り替え指令Rを出力する(図4:R)。この2倍の周期としているのは、図1(d)で説明した1サイクル毎にスイッチングモードを切り替えるためで、例えば、図1(e)のようにこの切り替え周期を長くする場合は、上述したフリップフロップの段数をその周期に合わせて増やせばよい。
フリップフロップF4は、指令Rの変化に対応しこれをスイッチング状態信号S1の立ち上がりに同期させてブール値を変化させることによりスイッチングモード切り替え信号Rを出力する(図4:R)。
【0023】
信号Rが1、その反転信号が0の時は、AND454、455およびOR458により、信号B2がスイッチング状態信号S2として出力され、また、AND456、457およびOR459により、信号B4がスイッチング状態信号S4として出力される(図4:B2、S2、B4、S4)。即ち、S1→S2→S3→S4→S1の順の正転モードの切り替えとなる。
次に、信号Rが0、その反転信号が1の時は、AND456、457およびOR459により、信号B2がスイッチング状態信号S4として出力され、また、AND454、455およびOR458により、信号B4がスイッチング状態信号S2として出力される(図4:B2、S4、B4、S2)。即ち、S1→S4→S3→S2→S1の順に逆転モードの切り替えとなる。
以上のようにして得られたスイッチング状態信号S1、S2、S3、S4からOR460、461、462、463により、各可制御電気弁のスイッチング信号Q1、Q2、Q3、Q4が得られる。
【0024】
図5は、以上のようにして作成されたスイッチング信号Q1、Q2、Q3、Q4に基づき制御動作を行った場合の各可制御電気弁Q1〜Q4および各帰還ダイオードD1〜D4に流れる電流波形を示す図である。図から判るように、1サイクル毎に正転モードと逆転モードとが切り替わり、これに伴って、各可制御電気弁Q1〜Q4の平均的な電流負担が均等になっている。各帰還ダイオードD1〜D4についても同様に電流負担が均等になっている。
従って、各素子の温度上昇も均等化されその利用率が向上し、同一素子を使用すれば従来に比較して実質的にインバータ出力の増大が可能となり、また、インバータ出力を同一とすれば、従来よりも低い定格の素子の使用が可能となり、経済性が改善される訳である。
【0025】
実施の形態2.
図6はこの発明の実施の形態2における単相ブリッジインバータの制御方式の基本的な考え方を説明するもので、ここでは、S1→S2→S3→S2→S1・・・の順にスイッチングする、S4を使用しない第1のモードとしてのモードAと、S1→S4→S3→S4→S1・・・の順にスイッチングする、S2を使用しない第2のモードとしてのモードBとを1サイクル毎に切り替える制御方式を採用している。
【0026】
これらモードA、モードBのスイッチングモードはその非対称性から従来一般に使用されていない。ここでいう非対称性とは、負荷の電位が正または負に偏るということである。
即ち、直流電源の中点の電位を基準電位0とし、負荷の仮想中性点電位、即ち上記基準電位0に対する負荷端子U1の電位VU1とU2の電位VU2との平均値、Vn=(VU1+VU2)/2を考える。これは負荷全体のコモンモード電圧である。モードAでは、出力電圧がゼロの時、常にS2が使われるので、負荷の仮想中性点電位は正に偏る。また、モードBでは、出力電圧がゼロの時、常にS4が使われるので、負荷の仮想中性点電位は負に偏る。
このように負荷の仮想中性点電位が偏ることは、負荷の種類によっては、微弱な電気分解作用による浸食で長期の間に問題を生じることもあるので、一般には好ましくないモードとされている。
しかし、各可制御電気弁、帰還ダイオードの電流負担のアンバランスは実施の形態1の場合と同様に生じる。即ち、図7はモードAでスイッチングする場合の各可制御電気弁Q1〜Q4、帰還ダイオードD1〜D4の電流負担を示すもので、可制御電気弁Q2、Q4が可制御電気弁Q1、Q3より電流負担が大きくなっている。また、帰還ダイオードについても、同様に、D2、D4がD1、D3より電流負担が大きくなっている。但し、高周波域では可制御電気弁Q1、Q3が可制御電気弁Q2、Q4より損失が大となっている。
【0027】
図8はモードBでスイッチングする場合のもので、詳細な説明は省略するが、電流負担のアンバランスの状態が図7に示すモードAの場合の逆の関係となっている。
図9は、図6(b)で示した本願発明の実施の形態2の制御方式を採用し、1サイクル毎にモードAとモードBとを切り替えてスイッチングするもので、実施の形態1の場合と同様、各可制御電気弁、帰還ダイオードの電流負担が均等化されその利用率が改善されていることが判る。
また、負荷の仮想中性点電位が正に偏るモードAと負荷の仮想中性点電位が負に偏るモードBとを交互に使うことにより、負荷の仮想中性点電位は平均的に0となり、従来の場合のような、負荷電位が偏るという問題点も解消する。
【0028】
実施の形態3.
図10、11はこの発明の実施の形態3における単相ブリッジインバータのスイッチング制御方式を示す回路構成図である。先の実施の形態1、2では、可制御電気弁の電流負担が異なるスイッチングモードを1サイクルまたは所定の複数サイクル毎に切り替えることで、各可制御電気弁の電流負担を均等化しこれによって温度上昇の均等化を図っている。これに対し、この実施の形態3では、スイッチングモードで電流負担が異なる可制御電気弁、例えば、可制御電気弁Q1とQ3の温度を検出し、その温度が均等化するようその温度差に応じてスイッチングモードを切り替えるようにしている。均等化すべき最終目標の温度差を検出しこれをフィードバックして制御するという点でより実用的な価値が高い。即ち、各可制御電気弁の電流負担が均一となっても、実際のハードウェアとしては、例えば、各可制御電気弁によって多少冷却条件が異なりそのために温度上昇にバラツキが生じ得るが、検出した温度差に応じてスイッチングモードを切り替えることで、温度上昇の均一化という目標をより確実に実現することができる訳である。
【0029】
次に具体的な制御動作について説明する。先の実施の形態1の正転モードと逆転モードを切り替える方式の場合は、可制御電気弁Q1とQ2とはほぼ同じ温度、可制御電気弁Q3とQ4とはほぼ同じ温度になるので、図10(a)に示すように、例えば、温度センサ470、471で可制御電気弁Q1とQ3との温度を検出し、減算器472で温度差ΔTを求め、これをヒステリシス比較手段としてのヒステリシスコンパレータ473に入力する。
このヒステリシスコンパレータ473は、図10(b)に示すような出力特性をもたせている。即ち、この例の場合、可制御電気弁Q1とQ3の温度差ΔTが変化し、+5℃以上になると、ヒステリシスコンパレータ473のブール値が0から1に、また、−5℃以下になると、1から0に履歴動作する。そして、このブール値の変化をパルス微分回路474、475で検出し、この2つの微分パルスのOR476出力からスイッチングモード切り替えの信号TEMPを得る。
【0030】
図11において、フリップフロップFRは、信号TEMPの立ち上がりでトリガーされ、スイッチングモード切り替え指令Rのブール値を反転させ、動作モードを切り替える。この例では、正転モードと逆転モードを切り替える。また、切り替えのタイミングは、図3で説明したと同様、スイッチング状態信号S1の立ち上がりに同期させている。他の部分については実施の形態1と同様であるので説明は省略する。
【0031】
以上のように構成されているので、例えば、図14に示した遅れ力率の正転モードで運転中、可制御電気弁Q3に対して可制御電気弁Q1の温度が上昇し、温度差ΔTが+5℃以上になると、ヒステリシスコンパレータ473の出力が0から1に変化し、その微分パルスTEMPによってフリップフロップFRが反転し、スイッチングモードが逆転モードに切り替わる。その結果、今度は図15に示した電流負担となり可制御電気弁Q3の温度が上昇する。これにより、温度差ΔTは減少し、−5℃以下になるとヒステリシスコンパレータ473の出力は1から0に変化し、再び正転モードに切り替わり可制御電気弁Q1の温度が上昇し温度差が+の方向に増加する。この動作を繰り返すことで、不安定なハンチング動作を伴うことなく、可制御電気弁Q1とQ3との温度差が±5℃の範囲に収まることになる。
【0032】
なお、図10に示す例では、可制御電気弁Q1とQ3との温度差を検出するようにしたが、互いに電流負担がほぼ等しくなる可制御電気弁Q1およびQ2の平均温度と可制御電気弁Q3およびQ4の平均温度との温度差を検出するようにしてもよい。
また、実施の形態2で説明したモードA、モードBの切り替えを行う場合は、可制御電気弁Q1とQ2との温度差、または可制御電気弁Q1およびQ3の平均温度と可制御電気弁Q2およびQ4の平均温度との温度差を検出するようにすればよい。
更に、ヒステリシスコンパレータは、同様の履歴比較動作をするソフトウェアに置き換えてもよい。また、±動作点は5℃に限られるものではなく、可制御電気弁の温度上昇の時定数や検出誤差等を加味して適当な値に設定することができる。
【0033】
以上のように、この実施の形態3では、可制御電気弁の検出温度差に応じてスイッチングモードの切り替えを行うようにしたので、各可制御電気弁の温度上昇の均等化をより確実に実現でき、可制御電気弁の利用率が一層向上する。
【0034】
以上では、図12に示す主回路構成を備えた単相ブリッジインバータを例にとって説明したが、この発明は、この単相ブリッジインバータを構成要素とし、これを複数台また、これに、更に、コンバータや変圧器等を組み合わせて構成されるdc/dcコンバータや、三相無効電力制御装置等にも全く同様に適用でき同等の効果を奏するものである。
【0035】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項1に係る単相ブリッジインバータは、アノードが直流側正端子にそれぞれ接続された第1および第3の可制御電気弁、およびカソードが直流側負端子にそれぞれ接続された第2および第4の可制御電気弁を備え、上記第1の可制御電気弁のカソードと上記第2の可制御電気弁のアノードとを交流側端子の一方に接続し、上記第3の可制御電気弁のカソードと上記第4の可制御電気弁のアノードとを上記交流側端子の他方に接続し、上記第1ないし第4の可制御電気弁のそれぞれに帰還ダイオードを逆並列接続してなる単相ブリッジインバータにおいて、
上記各可制御電気弁の内、第1および第4の可制御電気弁をオンとする状態をS1、第1および第3の可制御電気弁をオンとする状態をS2、第2および第3の可制御電気弁をオンとする状態をS3、第2および第4の可制御電気弁をオンとする状態をS4としたとき、
S1→S2→S3→S4→S1・・・の順にスイッチングする第1のモードと、S1→S4→S3→S2→S1・・・の順にスイッチングする第2のモードとを交互に切り替えて動作させるようにしたので、各可制御電気弁の平均的な電流負担が均等化され、可制御電気弁の利用率が向上する。
【0036】
また、この発明の請求項2に係る単相ブリッジインバータは、
S1→S2→S3→S2→S1・・・の順にスイッチングする第1のモードと、S1→S4→S3→S4→S1・・・の順にスイッチングする第2のモードとを交互に切り替えて動作させるようにしたので、各可制御電気弁の平均的な電流負担が均等化され、可制御電気弁の利用率が向上する。
更に、負荷の仮想中性点電位が正に偏るモードAと負荷の仮想中性点電位が負に偏るモードBとを交互に使うことにより、負荷の仮想中性点電位は平均的に0となり、負荷電位が偏るという問題点も解消する。
【0037】
また、この発明の請求項3に係る単相ブリッジインバータは、第1、第2のモードの切り替えを、所定のサイクル数毎に行うので、簡単な制御構成で、モードの切り替えが可能となる。
【0038】
また、この発明の請求項4に係る単相ブリッジインバータは、第1、第2の可制御電気弁のいずれか一方または双方の温度と第3、第4の可制御電気弁のいずれか一方または双方の温度との差を検出し、
上記温度差の絶対値が低減するよう、上記温度差の極性に応じてモードを切り替えるので、各可制御電気弁の温度上昇が確実に均一化され、可制御電気弁の利用率が一層向上する。
また、この発明の請求項5に係る単相ブリッジインバータは、第1、第3の可制御電気弁のいずれか一方または双方の温度と第2、第4の可制御電気弁のいずれか一方または双方の温度との差を検出し、
上記温度差の絶対値が低減するよう、上記温度差の極性に応じてモードを切り替えるので、各可制御電気弁の温度上昇が確実に均一化され、可制御電気弁の利用率が一層向上する。
【0039】
また、この発明の請求項に係る単相ブリッジインバータは、検出した温度差を入力し所定の正負温度差を動作点として履歴動作するヒステリシス比較手段を備え、このヒステリシス比較手段の出力信号に基づきモードを切り替えるので、温度差の変化に伴う不安定なハンチング動作を防止し、安定したモードの切り替え動作が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1における単相ブリッジインバータの制御方式の基本的な考え方を説明する図である。
【図2】 各可制御電気弁Q1〜Q4のスイッチング信号を作成する回路構成図である。
【図3】 図2に連なる回路構成図である。
【図4】 図2、図3の各所における信号波形を示すタイミングチャートである。
【図5】 モード切り替えを行った場合の各可制御電気弁Q1〜Q4、帰還ダイオードD1〜D4の電流波形を示す図である。
【図6】 この発明の実施の形態2における単相ブリッジインバータの制御方式の基本的な考え方を説明する図である。
【図7】 図6のモードAでスイッチングする場合の各可制御電気弁Q1〜Q4、帰還ダイオードD1〜D4の電流波形を示す図である。
【図8】 図6のモードBでスイッチングする場合の各可制御電気弁Q1〜Q4、帰還ダイオードD1〜D4の電流波形を示す図である。
【図9】 モード切り替えを行った場合の各可制御電気弁Q1〜Q4、帰還ダイオードD1〜D4の電流波形を示す図である。
【図10】 この発明の実施の形態3における単相ブリッジインバータのスイッチング制御方式を示す回路構成図である。
【図11】 図10に連なる回路構成図である。
【図12】 単相ブリッジインバータの主回路構成を示す図である。
【図13】 従来のスイッチングモードを説明する図である。
【図14】 図13の正転モードでスイッチングする場合の各可制御電気弁Q1〜Q4、帰還ダイオードD1〜D4の電流波形を示す図である。
【図15】 図13の逆転モードでスイッチングする場合の各可制御電気弁Q1〜Q4、帰還ダイオードD1〜D4の電流波形を示す図である。
【符号の説明】
Q1〜Q4 可制御電気弁、D1〜D4 帰還ダイオード、Ed 直流電源、
U1,U2 交流側端子、S1〜S4 スイッチング状態信号、
470,471 温度センサ、472 減算器、
473 ヒステリシスコンパレータ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a single-phase bridge inverter using a controllable electric valve such as a transistor, MOSFET, IGBT, thyristor, gate turn-off thyristor (GTO).
[0002]
[Prior art]
A single-phase PWM inverter of single pulse PWM is combined with a converter, a transformer, etc. as necessary, so that a high-frequency intermediate link dc / dc in a photovoltaic power generation inverter system, a fuel cell inverter system, a vehicle auxiliary power supply, etc. It is used in various applications such as converters, inverters for high-frequency welding machines, inverters for high-frequency heating, and unit inverters for three-phase large-capacity multiple inverters used in reactive power control devices.
[0003]
FIG. 12 is a single-phase bridge inverter configured by the first to fourth controllable electric valves Q1, Q2, Q3, and Q4 that performs power conversion between DC power and single-phase AC power. The anodes of the control electric valves Q1 and Q3 are connected to the positive terminal P of the DC power supply Ed, the cathodes of the controllable electric valves Q2 and Q4 are connected to the negative terminal N of the DC power supply Ed, and the cathode of the controllable electric valve Q1 Is connected to the anode of the controllable electric valve Q2, the connection point is the AC output terminal U1, the cathode of the controllable electric valve Q3 is connected to the anode of the controllable electric valve Q4, and the connection point is connected to the AC output terminal U2. To do.
Further, feedback diodes D1, D2, D3, D4 are connected in reverse parallel to the controllable electric valves Q1, Q2, Q3, Q4, respectively.
[0004]
Next, the control operation, particularly the switching operation of each controllable electric valve will be described. Now, among the controllable electric valves Q1, Q2, Q3, Q4, the state where Q1 and Q4 are turned on is S1, the state where Q1 and Q3 are turned on, S2, and the state where Q2 and Q3 are turned on , S3, and the state of turning on Q2 and Q4 as S4, switching is performed in the order of S1 → S2 → S3 → S4 → S1... Or S1 → S4 → S3 → as shown in FIG. Any modulation method of switching in the order of S2 → S1... Is adopted. For convenience, the former is referred to as a normal rotation mode, and the latter is referred to as a reverse rotation mode.
[0005]
A switching operation of S1 → S2 → S3 → S4 → S1 in the forward rotation mode and S1 → S4 → S3 → S2 → S1 in the reverse rotation mode corresponds to one cycle of the AC output voltage VL. Furthermore, S1 that generates a positive voltage and S3 that generates a negative voltage appear alternately every half cycle, but the AC output voltage VL is controlled by changing the electrical angle α of the duration.
[0006]
FIG. 14 shows current waveforms flowing through the controllable electric valves Q1 to Q4 and the feedback diodes D1 to D4 when the modulation method is the forward rotation mode and the load is a resistance R and a reactor L connected in series. FIG. In the figure, the darkly filled portions indicate the currents of the controllable electric valves Q1 to Q4, and the lightly filled portions indicate the currents of the feedback diodes D1 to D4. A rectangular wave indicated by a solid line indicates the AC output voltage VL.
As can be seen from FIG. 14, the controllable electric valves Q1 and Q2 have a greater current burden than Q3 and Q4. In contrast, the feedback diodes D1 and D2 have a smaller current burden than D3 and D4.
[0007]
Of course, since each controllable electric valve and feedback diode having the same rating are used, as a result of the above, the temperature rise of the controllable electric valves Q1 and Q2 is higher than that of Q3 and Q4, and the feedback The temperature rise of the diodes D3 and D4 is higher than that of D1 and D2.
Note that the unbalance of the current load changes depending on the control angle α, and the unbalance disappears when α reaches a maximum of 180 °. However, in an inverter applied to various actual applications, it is required to output a constant AC voltage by absorbing voltage fluctuations of a DC power source, for example, a storage battery or a solar battery. In many cases, there are circuit elements that cause a voltage drop corresponding to the load current, such as a transformer, rectifier, or filter, between the load and the final load. To keep the output voltage (load voltage) constant, It is also required to compensate for the voltage drop. Therefore, this control angle α usually varies in a wide range of 60 ° <α <180 °, and the current imbalance is unavoidable.
[0008]
The above is the case where the main component of the loss of the controllable electric valve is the conduction loss in the operation in the low frequency range. However, in the device operating in the high frequency range, the switching loss is dominant and the switching loss is the conduction loss. May reach 2 to 3 times. The switching loss is determined by the current value at the moment of switching. Therefore, in the case of FIG. 14, the controllable electric valves Q3 and Q4 that are turned off a larger current than the controllable electric valves Q1 and Q2 have a higher switching loss. As a result, in the operation in the high frequency region where the switching loss is dominant, the temperature rise of the controllable electric valves Q3 and Q4 is higher than that of Q1 and Q2.
[0009]
FIG. 15 is a diagram showing waveforms of currents flowing through the controllable electric valves Q1 to Q4 and the feedback diodes D1 to D4 when operated in the reverse rotation mode. 14 is different from the case of the normal rotation mode in FIG.
That is, in this reverse rotation mode, the current burden of the controllable electric valves Q3 and Q4 is larger than that of the controllable electric valves Q1 and Q2, and the current burden of the feedback diodes D1 and D2 is larger than that of D3 and D4.
Further, in the high frequency region where the switching loss is dominant, the loss of the controllable electric valves Q1 and Q2 is larger than that of the controllable electric valves Q3 and Q4.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional single-phase bridge inverter is configured as described above, and since the control operation is performed, whether the modulation method is the forward rotation mode or the reverse rotation mode, and whether the operation is the low frequency range or the high frequency range, Which of the controllable electric valves Q1 to Q4 has a large power loss and which has a small power loss, depending on whether the load power factor is advanced or delayed, or what value the electrical angle α which is the width of the output voltage is? In any case, although the distribution state is different, in some cases, the current burden of a part of the controllable electric valve is larger than that of the rest of the controllable electric valve, and as a result, the temperature rise of the former is higher than that of the latter. Since the maximum output current of the inverter is determined when the junction temperature of the controllable electric valve reaches a limit temperature (for example, 125 ° C.), for example, in the case of the forward rotation mode in the low frequency range, the controllable electric valves Q3, Q4 Even if there is a margin in the temperature on the side, when the temperature on the controllable electric valve Q1, Q2 side reaches the limit, no further output current can flow as an inverter. For this reason, there was a problem that the utilization factor of an inverter fell.
[0011]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and the current burden of each controllable electric valve and feedback diode constituting the inverter is equalized, and the temperature rise is equalized. An object is to provide a single-phase bridge inverter that can be expected to improve.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The single-phase bridge inverter according to claim 1 of the present invention includes a first and a third controllable electric valve whose anode is connected to the DC side positive terminal, respectively, and a second whose cathode is connected to the DC side negative terminal, respectively. And a fourth controllable electric valve, the cathode of the first controllable electric valve and the anode of the second controllable electric valve are connected to one of the AC side terminals, and the third controllable electric valve A valve cathode and an anode of the fourth controllable electric valve are connected to the other of the AC side terminals, and a feedback diode is connected in reverse parallel to each of the first to fourth controllable electric valves. In the phase bridge inverter,
Among the above controllable electric valves, the state in which the first and fourth controllable electric valves are turned on is S1, the state in which the first and third controllable electric valves are on is S2, the second and third When the state of turning on the controllable electric valve is set to S3, and the state of turning on the second and fourth controllable electric valves is set to S4,
The first mode that switches in the order of S1, S2, S3, S4, S1,... And the second mode that switches in the order of S1, S4, S3, S2, S1,. It is what I did.
The single-phase bridge inverter according to claim 2 is:
The first mode that switches in the order of S1, S2, S3, S2, S1, and so on, and the second mode that switches in the order of S1, S4, S3, S4, S1,. It is what I did.
[0013]
The single-phase bridge inverter according to claim 3 switches the first and second modes every predetermined number of cycles.
[0014]
  The single-phase bridge inverter according to claim 4 is:Detecting the difference between the temperature of one or both of the first and second controllable electric valves and the temperature of either or both of the third and fourth controllable electric valves;
The mode is switched according to the polarity of the temperature difference so that the absolute value of the temperature difference is reduced.
The single-phase bridge inverter according to claim 5 is:Detecting the difference between the temperature of one or both of the first and third controllable electric valves and the temperature of either or both of the second and fourth controllable electric valves;
  The mode is switched according to the polarity of the temperature difference so that the absolute value of the temperature difference is reduced.
[0015]
  Claims6The single-phase bridge inverter includes hysteresis comparison means that inputs a detected temperature difference and performs a history operation using a predetermined positive / negative temperature difference as an operating point, and switches modes based on an output signal of the hysteresis comparison means.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 explains the basic concept of a control system for a single-phase bridge inverter according to Embodiment 1 of the present invention. Note that the main circuit configuration as a single-phase bridge inverter is not re-recorded because there is no difference from FIG. 12 described in the prior art.
FIG. 1 (a) shows the switching system of each controllable electric valve Q1, Q2, Q3, Q4 mentioned in the prior art. Conventionally, as shown in FIG. 1 (b), S1 → S2 → S3 → S4 → The forward rotation mode as the first mode that switches in the order of S1... And the second mode that switches in the order of S1.fwdarw.S4.fwdarw.S3.fwdarw.S2.fwdarw.S1... As shown in FIG. In the present invention, as shown in FIG. 4D, the switching mode is changed from forward rotation to reverse rotation to forward rotation at every cycle at the time of the arrow as shown in FIG.・ It is switched. As a result, the current burden of each of the controllable electric valves Q1 to Q4 is averaged, and thus the temperature rise is also equalized.
FIG. 4E shows an example in which switching is performed every two cycles. As will be described later, this switching can be performed every arbitrary cycle.
[0017]
Hereinafter, a specific configuration example for realizing the control method according to the first embodiment of the present invention, the basic principle of which has been described with reference to FIG. 2 and 3 are circuit configuration examples for creating switching signals of the controllable electric valves Q1, Q2, Q3, and Q4 (here, for convenience, the switching signals are also denoted by reference numerals Q1 to Q4). Show. FIG. 4 is a timing chart showing signal waveforms at various points in FIGS.
[0018]
The oscillator OSC in FIG. 2 generates a pulse with a constant frequency and triggers the flip-flop F1. The flip-flop F1 outputs a rectangular wave signal F1 having a frequency corresponding to the frequency of a triangular wave SK described later (FIG. 4: F1). The flip-flop F2 is triggered by the falling edge of the signal F1, that is, the rising edge of the inverted signal of the signal F1, and the signal F2 is output (FIG. 4: F2). The signal F2 is a signal for distinguishing whether the output of the inverter is a positive voltage (switching state S1) (when F2 = 1) or a negative voltage (S3) (when F2 = 0).
Further, the pulse signal P1 is generated at the rising edge of the signal F1 (FIG. 4: P1). Further, a pulse signal P2 is created from the signals P1 and F2 by an AND 440 (FIG. 4: P2). Further, a pulse signal P3 is created by AND 441 from the signal P1 and the inverted signal of the signal F2 (FIG. 4: P3). The flip-flop F3 outputs the signal F3 by setting with the signal P2 and resetting with the signal P3 (FIG. 4: F3).
[0019]
The signal F3 is a signal B2 (when F3 = 1) or a signal B4 (when F3 = 0) corresponding to the zero period of the comparator COMP output, that is, the inverter output zero period corresponding to S2 and S4 in the forward rotation mode. It is used to distinguish which one is (FIG. 4: B2, B4).
The triangular wave generator CG receives the signal F1, integrates in the positive direction when the signal F1 is 1, and generates the triangular wave SK by integrating in the negative direction when the signal F1 is 0 (FIG. 4: SK).
[0020]
The comparator COMP compares the signal Vc for controlling the voltage output width of the inverter and the triangular wave SK to obtain the comparator output signal COMP (FIG. 4: Vc, COMP).
When the signal Vc is larger than the triangular wave SK, that is, when the signal COMP is 1, the inverter enters the switching state S1 or S3. Conversely, when the signal Vc is smaller than the triangular wave SK, that is, when the signal COMP is 0, the inverter enters the switching state S2 or S4.
[0021]
Next, the procedure for creating the switching signals Q1, Q2, Q3, Q4 of the controllable electric valves based on the signals F2, F3, COMP obtained in the circuit configuration part of FIG. 2 will be described with reference to FIGS. To do. First, an AND 450 of the signal F2 and COMP is taken and a switching state signal S1 is output (FIG. 4: S1). Further, an AND 452 of the inverted signal of the signal F2 and the signal COMP is taken and a switching state signal S3 is output (FIG. 4: S3). Further, an AND 451 of the signal F3 and the inverted signal of the signal COMP is taken and a signal B2 is outputted, and an AND 453 of both inverted signals of the signals F3 and COMP is taken and a signal B4 is outputted (FIG. 4: B2, B4). As will be described later, the signals B2 and B4 become the switching state signals S2 and S4, respectively, during the forward rotation mode operation, and become the switching state signals S4, S2, respectively, during the reverse rotation mode operation.
[0022]
The flip-flops FR and F4 are responsible for switching the switching mode, which is a feature of the present invention. First, the flip-flop FR is triggered by a rising edge of the signal F2, and a switching mode switching command R having a cycle twice that of the signal F2.*(Fig. 4: R*). This double period is for switching the switching mode for each cycle described in FIG. 1D. For example, when the switching period is increased as shown in FIG. The number of flip-flop stages may be increased in accordance with the cycle.
The flip-flop F4 has a command R*The switching mode switching signal R is output by changing the Boolean value in synchronization with the rise of the switching state signal S1 (FIG. 4: R).
[0023]
When signal R is 1 and its inverted signal is 0, AND 454, 455 and OR 458 output signal B2 as switching state signal S2, and AND 456, 457 and OR 459 output signal B4 as switching state signal S4. (FIG. 4: B2, S2, B4, S4). That is, the forward rotation mode is switched in the order of S1, S2, S3, S4, and S1.
Next, when the signal R is 0 and its inverted signal is 1, the signal B2 is output as the switching state signal S4 by the ANDs 456, 457 and OR459, and the signal B4 is switched by the ANDs 454, 455 and OR458. It is output as S2 (FIG. 4: B2, S4, B4, S2). That is, the reverse rotation mode is switched in the order of S1, S4, S3, S2, and S1.
The switching signals Q1, Q2, Q3, Q4 of each controllable electric valve are obtained from the switching state signals S1, S2, S3, S4 obtained as described above by OR 460, 461, 462, 463.
[0024]
FIG. 5 shows current waveforms flowing through the controllable electric valves Q1 to Q4 and the feedback diodes D1 to D4 when the control operation is performed based on the switching signals Q1, Q2, Q3, and Q4 created as described above. FIG. As can be seen from the figure, the forward rotation mode and the reverse rotation mode are switched every cycle, and accordingly, the average current burden of the controllable electric valves Q1 to Q4 is equalized. Similarly, the current burden is equalized for each of the feedback diodes D1 to D4.
Therefore, the temperature rise of each element is also equalized and the utilization rate is improved, and if the same element is used, it is possible to substantially increase the inverter output as compared with the conventional case, and if the inverter output is the same, An element having a lower rating than before can be used, which improves the economic efficiency.
[0025]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 explains the basic concept of the control method of the single-phase bridge inverter according to the second embodiment of the present invention. Here, switching is performed in the order of S1, S2, S3, S2, S1,. Control for switching mode A as a first mode not using S, and mode B as a second mode not using S2, which switches in order of S1 → S4 → S3 → S4 → S1. The method is adopted.
[0026]
These mode A and mode B switching modes are not generally used because of their asymmetry. Asymmetry here means that the potential of the load is biased to be positive or negative.
That is, the potential at the midpoint of the DC power supply is set to the reference potential 0, and the virtual neutral point potential of the load, that is, the average value of the potential VU1 of the load terminal U1 and the potential VU2 of U2 with respect to the reference potential 0, Think of / 2. This is the common mode voltage across the load. In mode A, when the output voltage is zero, S2 is always used, so the virtual neutral point potential of the load is biased positively. In mode B, when the output voltage is zero, S4 is always used, so the virtual neutral point potential of the load is negatively biased.
In this way, the bias of the virtual neutral point potential of the load may cause a problem over a long period of time due to erosion due to weak electrolysis depending on the type of the load. .
However, an imbalance in the current burden of each controllable electric valve and feedback diode occurs as in the case of the first embodiment. That is, FIG. 7 shows the current burden of each controllable electric valve Q1 to Q4 and the feedback diodes D1 to D4 when switching in mode A. The controllable electric valves Q2 and Q4 are controlled by the controllable electric valves Q1 and Q3. The current burden is increasing. Similarly, in the feedback diode, D2 and D4 have a larger current burden than D1 and D3. However, the loss of the controllable electric valves Q1 and Q3 is larger than that of the controllable electric valves Q2 and Q4 in the high frequency range.
[0027]
FIG. 8 shows a case where switching is performed in mode B, and a detailed description thereof is omitted, but the state of unbalance of the current burden is in the reverse relationship to that in mode A shown in FIG.
FIG. 9 employs the control method of the second embodiment of the present invention shown in FIG. 6B and switches between mode A and mode B for each cycle. In the case of the first embodiment, FIG. It can be seen that the current share of each controllable electric valve and feedback diode is equalized and the utilization rate is improved, as is the case.
Further, by alternately using the mode A in which the virtual neutral point potential of the load is biased positively and the mode B in which the virtual neutral point potential of the load is negatively biased, the virtual neutral point potential of the load becomes 0 on average. The problem that the load potential is biased as in the conventional case is also solved.
[0028]
Embodiment 3 FIG.
10 and 11 are circuit configuration diagrams showing the switching control system of the single-phase bridge inverter according to the third embodiment of the present invention. In the first and second embodiments, the switching mode in which the current load of the controllable electric valve is different is switched every cycle or every predetermined multiple cycles, thereby equalizing the current load of each controllable electric valve and thereby increasing the temperature. Is equalized. On the other hand, in the third embodiment, the temperatures of the controllable electric valves having different current loads in the switching mode, for example, the controllable electric valves Q1 and Q3 are detected and the temperature is equalized so that the temperatures are equalized. To switch the switching mode. This is more practical value in that the temperature difference of the final target to be equalized is detected and fed back to control. That is, even if the current load of each controllable electric valve becomes uniform, the actual hardware, for example, the cooling conditions differ somewhat depending on each controllable electric valve, which may cause variations in temperature rise. By switching the switching mode according to the temperature difference, the goal of uniform temperature rise can be more reliably realized.
[0029]
Next, a specific control operation will be described. In the case of the method of switching between the forward rotation mode and the reverse rotation mode of the first embodiment, the controllable electric valves Q1 and Q2 have substantially the same temperature, and the controllable electric valves Q3 and Q4 have substantially the same temperature. 10 (a), for example, the temperature sensors 470 and 471 detect the temperatures of the controllable electric valves Q1 and Q3, the subtractor 472 calculates the temperature difference ΔT, and this is used as a hysteresis comparator as a hysteresis comparison means. Input to 473.
The hysteresis comparator 473 has output characteristics as shown in FIG. In other words, in this example, when the temperature difference ΔT between the controllable electric valves Q1 and Q3 changes and becomes + 5 ° C. or higher, the Boolean value of the hysteresis comparator 473 is changed from 0 to 1, and when −5 ° C. or lower, 1 History operation from 0 to 0. The change in the Boolean value is detected by pulse differentiation circuits 474 and 475, and a switching mode switching signal TEMP is obtained from the OR476 output of the two differential pulses.
[0030]
In FIG. 11, the flip-flop FR is triggered by the rising edge of the signal TEMP, and the switching mode switching command R*Inverts the Boolean value of and switches the operation mode. In this example, the forward rotation mode and the reverse rotation mode are switched. The switching timing is synchronized with the rising edge of the switching state signal S1 as described with reference to FIG. Since other parts are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
[0031]
Since it is configured as described above, for example, during operation in the forward rotation mode of the delayed power factor shown in FIG. 14, the temperature of the controllable electric valve Q1 rises with respect to the controllable electric valve Q3, and the temperature difference ΔT Becomes + 5 ° C. or more, the output of the hysteresis comparator 473 changes from 0 to 1, the flip-flop FR is inverted by the differential pulse TEMP, and the switching mode is switched to the reverse mode. As a result, this time, the current load shown in FIG. 15 occurs and the temperature of the controllable electric valve Q3 rises. As a result, the temperature difference ΔT decreases. When the temperature difference ΔT falls below −5 ° C., the output of the hysteresis comparator 473 changes from 1 to 0, switches to the forward rotation mode again, the temperature of the controllable electric valve Q1 rises, and the temperature difference becomes + Increase in the direction. By repeating this operation, the temperature difference between the controllable electric valves Q1 and Q3 is within a range of ± 5 ° C. without an unstable hunting operation.
[0032]
In the example shown in FIG. 10, the temperature difference between the controllable electric valves Q1 and Q3 is detected, but the average temperature of the controllable electric valves Q1 and Q2 and the controllable electric valve at which the current loads are almost equal to each other. You may make it detect the temperature difference with the average temperature of Q3 and Q4.
When switching between the mode A and the mode B described in the second embodiment, the temperature difference between the controllable electric valves Q1 and Q2 or the average temperature of the controllable electric valves Q1 and Q3 and the controllable electric valve Q2 And a temperature difference from the average temperature of Q4 may be detected.
Furthermore, the hysteresis comparator may be replaced with software that performs a similar history comparison operation. The ± operating point is not limited to 5 ° C., and can be set to an appropriate value in consideration of the time constant of the temperature rise of the controllable electric valve, detection error, and the like.
[0033]
As described above, in the third embodiment, since the switching mode is switched according to the detected temperature difference of the controllable electric valve, the temperature rise of each controllable electric valve is more reliably realized. This improves the utilization rate of the controllable electric valve.
[0034]
In the above description, the single-phase bridge inverter having the main circuit configuration shown in FIG. 12 has been described as an example. However, the present invention includes the single-phase bridge inverter as a constituent element, a plurality of units, and a converter. The present invention can be applied to a dc / dc converter, a three-phase reactive power control device, and the like configured by combining a transformer, a transformer, and the like with the same effects.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, the single-phase bridge inverter according to claim 1 of the present invention includes the first and third controllable electric valves whose anodes are connected to the DC-side positive terminal, respectively, and the cathodes that are connected to the DC-side negative terminal. And a second controllable electric valve connected to the cathode of the first controllable electric valve and an anode of the second controllable electric valve to one of the AC side terminals, The controllable electric valve 3 and the anode of the fourth controllable electric valve are connected to the other of the AC side terminals, and feedback diodes are anti-parallel to each of the first to fourth controllable electric valves. In the connected single-phase bridge inverter,
Among the above controllable electric valves, S1 is a state in which the first and fourth controllable electric valves are turned on, S2 is a state in which the first and third controllable electric valves are on, S2, second and third When the state of turning on the controllable electric valve is set to S3, and the state of turning on the second and fourth controllable electric valves is set to S4,
The first mode that switches in the order of S1, S2, S3, S4, S1,... And the second mode that switches in the order of S1, S4, S3, S2, S1,. Since it did in this way, the average electric current burden of each controllable electric valve is equalized, and the utilization factor of a controllable electric valve improves.
[0036]
A single-phase bridge inverter according to claim 2 of the present invention is
The first mode that switches in the order of S1, S2, S3, S2, S1, and so on and the second mode that switches in the order of S1, S4, S3, S4, S1,. Since it did in this way, the average electric current burden of each controllable electric valve is equalized, and the utilization factor of a controllable electric valve improves.
Further, by alternately using mode A in which the virtual neutral point potential of the load is biased positively and mode B in which the virtual neutral point potential of the load is negatively biased, the virtual neutral point potential of the load becomes 0 on average. The problem of uneven load potential is also eliminated.
[0037]
In addition, since the single-phase bridge inverter according to claim 3 of the present invention switches between the first and second modes every predetermined number of cycles, the mode can be switched with a simple control configuration.
[0038]
  A single-phase bridge inverter according to claim 4 of the present invention isDetecting the difference between the temperature of one or both of the first and second controllable electric valves and the temperature of either or both of the third and fourth controllable electric valves;
Since the mode is switched according to the polarity of the temperature difference so that the absolute value of the temperature difference is reduced, the temperature rise of each controllable electric valve is surely made uniform, and the utilization rate of the controllable electric valve is further improved. .
A single-phase bridge inverter according to claim 5 of the present invention isDetecting the difference between the temperature of one or both of the first and third controllable electric valves and the temperature of either or both of the second and fourth controllable electric valves;
  Since the mode is switched according to the polarity of the temperature difference so that the absolute value of the temperature difference is reduced, the temperature rise of each controllable electric valve is surely made uniform, and the utilization rate of the controllable electric valve is further improved. .
[0039]
  Further, the claims of the present invention6The single-phase bridge inverter according to the present invention includes a hysteresis comparison unit that inputs a detected temperature difference and performs a history operation using a predetermined positive / negative temperature difference as an operating point, and switches the mode based on an output signal of the hysteresis comparison unit. Unstable hunting operation due to change is prevented, and stable mode switching operation is realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a basic concept of a control method for a single-phase bridge inverter according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 2 is a circuit configuration diagram for creating a switching signal for each controllable electric valve Q1 to Q4.
FIG. 3 is a circuit configuration diagram continuing from FIG. 2;
4 is a timing chart showing signal waveforms at various points in FIGS. 2 and 3. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing current waveforms of controllable electric valves Q1 to Q4 and feedback diodes D1 to D4 when mode switching is performed.
FIG. 6 is a diagram illustrating a basic concept of a control method for a single-phase bridge inverter according to a second embodiment of the present invention.
7 is a diagram showing current waveforms of controllable electric valves Q1 to Q4 and feedback diodes D1 to D4 when switching is performed in mode A of FIG. 6;
8 is a diagram showing current waveforms of controllable electric valves Q1 to Q4 and feedback diodes D1 to D4 when switching is performed in mode B of FIG. 6;
FIG. 9 is a diagram showing current waveforms of controllable electric valves Q1 to Q4 and feedback diodes D1 to D4 when mode switching is performed.
FIG. 10 is a circuit configuration diagram showing a switching control system of a single-phase bridge inverter according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 11 is a circuit configuration diagram continuing from FIG. 10;
FIG. 12 is a diagram showing a main circuit configuration of a single-phase bridge inverter.
FIG. 13 is a diagram illustrating a conventional switching mode.
14 is a diagram showing current waveforms of controllable electric valves Q1 to Q4 and feedback diodes D1 to D4 when switching is performed in the forward rotation mode of FIG. 13;
15 is a diagram showing current waveforms of controllable electric valves Q1 to Q4 and feedback diodes D1 to D4 when switching is performed in the reverse rotation mode of FIG. 13;
[Explanation of symbols]
Q1-Q4 controllable electric valve, D1-D4 feedback diode, Ed DC power supply,
U1, U2 AC side terminal, S1-S4 switching state signal,
470,471 temperature sensor, 472 subtractor,
473 Hysteresis comparator.

Claims (6)

アノードが直流側正端子にそれぞれ接続された第1および第3の可制御電気弁、およびカソードが直流側負端子にそれぞれ接続された第2および第4の可制御電気弁を備え、上記第1の可制御電気弁のカソードと上記第2の可制御電気弁のアノードとを交流側端子の一方に接続し、上記第3の可制御電気弁のカソードと上記第4の可制御電気弁のアノードとを上記交流側端子の他方に接続し、上記第1ないし第4の可制御電気弁のそれぞれに帰還ダイオードを逆並列接続してなる単相ブリッジインバータにおいて、
上記各可制御電気弁の内、第1および第4の可制御電気弁をオンとする状態をS1、第1および第3の可制御電気弁をオンとする状態をS2、第2および第3の可制御電気弁をオンとする状態をS3、第2および第4の可制御電気弁をオンとする状態をS4としたとき、
S1→S2→S3→S4→S1・・・の順にスイッチングする第1のモードと、S1→S4→S3→S2→S1・・・の順にスイッチングする第2のモードとを交互に切り替えて動作させるようにしたことを特徴とする単相ブリッジインバータ。
The first and third controllable electric valves whose anodes are respectively connected to the DC side positive terminals, and the second and fourth controllable electric valves whose cathodes are respectively connected to the DC side negative terminals. A cathode of the controllable electric valve and an anode of the second controllable electric valve are connected to one of the AC side terminals, and a cathode of the third controllable electric valve and an anode of the fourth controllable electric valve In a single-phase bridge inverter in which a feedback diode is connected in antiparallel to each of the first to fourth controllable electric valves,
Among the above controllable electric valves, the state in which the first and fourth controllable electric valves are turned on is S1, the state in which the first and third controllable electric valves are on is S2, the second and third When the state of turning on the controllable electric valve is set to S3, and the state of turning on the second and fourth controllable electric valves is set to S4,
The first mode that switches in the order of S1, S2, S3, S4, S1,... And the second mode that switches in the order of S1, S4, S3, S2, S1,. A single-phase bridge inverter characterized by the above.
アノードが直流側正端子にそれぞれ接続された第1および第3の可制御電気弁、およびカソードが直流側負端子にそれぞれ接続された第2および第4の可制御電気弁を備え、上記第1の可制御電気弁のカソードと上記第2の可制御電気弁のアノードとを交流側端子の一方に接続し、上記第3の可制御電気弁のカソードと上記第4の可制御電気弁のアノードとを上記交流側端子の他方に接続し、上記第1ないし第4の可制御電気弁のそれぞれに帰還ダイオードを逆並列接続してなる単相ブリッジインバータにおいて、
上記各可制御電気弁の内、第1および第4の可制御電気弁をオンとする状態をS1、第1および第3の可制御電気弁をオンとする状態をS2、第2および第3の可制御電気弁をオンとする状態をS3、第2および第4の可制御電気弁をオンとする状態をS4としたとき、
S1→S2→S3→S2→S1・・・の順にスイッチングする第1のモードと、S1→S4→S3→S4→S1・・・の順にスイッチングする第2のモードとを交互に切り替えて動作させるようにしたことを特徴とする単相ブリッジインバータ。
The first and third controllable electric valves whose anodes are respectively connected to the DC side positive terminals, and the second and fourth controllable electric valves whose cathodes are respectively connected to the DC side negative terminals. A cathode of the controllable electric valve and an anode of the second controllable electric valve are connected to one of the AC side terminals, and a cathode of the third controllable electric valve and an anode of the fourth controllable electric valve In a single-phase bridge inverter in which a feedback diode is connected in antiparallel to each of the first to fourth controllable electric valves,
Among the above controllable electric valves, the state in which the first and fourth controllable electric valves are turned on is S1, the state in which the first and third controllable electric valves are on is S2, the second and third When the state of turning on the controllable electric valve is set to S3, and the state of turning on the second and fourth controllable electric valves is set to S4,
The first mode that switches in the order of S1, S2, S3, S2, S1, and so on, and the second mode that switches in the order of S1, S4, S3, S4, S1,. A single-phase bridge inverter characterized by the above.
第1、第2のモードの切り替えを、所定のサイクル数毎に行うことを特徴とする請求項1または2に記載の単相ブリッジインバータ。  The single-phase bridge inverter according to claim 1 or 2, wherein switching between the first and second modes is performed every predetermined number of cycles. 第1、第2の可制御電気弁のいずれか一方または双方の温度と第3、第4の可制御電気弁のいずれか一方または双方の温度との差を検出し、
上記温度差の絶対値が低減するよう、上記温度差の極性に応じてモードを切り替えることを特徴とする請求項1記載の単相ブリッジインバータ。
Detecting the difference between the temperature of one or both of the first and second controllable electric valves and the temperature of either or both of the third and fourth controllable electric valves;
2. The single-phase bridge inverter according to claim 1, wherein the mode is switched according to the polarity of the temperature difference so that the absolute value of the temperature difference is reduced .
第1、第3の可制御電気弁のいずれか一方または双方の温度と第2、第4の可制御電気弁のいずれか一方または双方の温度との差を検出し、
上記温度差の絶対値が低減するよう、上記温度差の極性に応じてモードを切り替えることを特徴とする請求項2記載の単相ブリッジインバータ。
Detecting the difference between the temperature of one or both of the first and third controllable electric valves and the temperature of either or both of the second and fourth controllable electric valves;
The single-phase bridge inverter according to claim 2, wherein the mode is switched according to the polarity of the temperature difference so that the absolute value of the temperature difference is reduced .
検出した温度差を入力し所定の正負温度差を動作点として履歴動作するヒステリシス比較手段を備え、このヒステリシス比較手段の出力信号に基づきモードを切り替えることを特徴とする請求項4または5に記載の単相ブリッジインバータ。6. The hysteresis comparison means for inputting a detected temperature difference and performing a history operation using a predetermined positive / negative temperature difference as an operating point, and switching modes based on an output signal of the hysteresis comparison means. Single phase bridge inverter.
JP2001077727A 2001-03-15 2001-03-19 Single phase bridge inverter Expired - Lifetime JP4410429B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001077727A JP4410429B2 (en) 2001-03-15 2001-03-19 Single phase bridge inverter

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001073221 2001-03-15
JP2001-73221 2001-03-15
JP2001077727A JP4410429B2 (en) 2001-03-15 2001-03-19 Single phase bridge inverter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002345253A JP2002345253A (en) 2002-11-29
JP4410429B2 true JP4410429B2 (en) 2010-02-03

Family

ID=26611281

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001077727A Expired - Lifetime JP4410429B2 (en) 2001-03-15 2001-03-19 Single phase bridge inverter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4410429B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106891744B (en) * 2015-12-18 2019-11-08 比亚迪股份有限公司 Electric vehicle and its on-board charger and control method of on-board charger

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002345253A (en) 2002-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6995992B2 (en) Dual bridge matrix converter
US7310254B2 (en) AC-to-AC (frequency) converter with three switches per leg
EP4107850B1 (en) Controlling a cascaded multilevel converter
Razani et al. Enhanced hybrid modular multilevel converter with improved reliability and performance characteristics
US20230019205A1 (en) Power conversion device and motor system
Novak et al. Evaluation of carrier-based control strategies for balancing the thermal stress of a hybrid SiC ANPC converter
Teston et al. ANPC inverter with integrated secondary bidirectional DC port for ESS connection
Xu et al. Open-switch fault-tolerant operation of T-type active neutral-point-clamped converter using level-shifted PWM
JP3469918B2 (en) Uninterruptible power system
Korhonen et al. Hybrid five-level T-type inverter
AU2017424982A1 (en) Switching scheme for static synchronous compensators using cascaded H-bridge converters
JP4410429B2 (en) Single phase bridge inverter
Sebaaly et al. Fixed switching frequency model predictive based controller for sensor-less five-level Packed U-cell (PUC5) single phase inverter
Chen et al. Loss equalization strategy of 3L active neutral point clamped inverter based on optimization algorithm
US12199440B2 (en) 3-phase PV inverter with 2-phase isolated operation in the event of a network fault
Fan et al. Arm phase-shift modulation and pre-charge strategy for an enhanced Alternate Arm Converter
Li et al. An improved phase-shifted carrier-based modulation and loss distribution analysis for MMC using full bridge sub-modules
Oliveira et al. Load-sharing between two paralleled UPS systems using Model Predictive Control
Bakas et al. Hybrid alternate-common-arm converter with director thyristors—Impact of commutation time on the active-power capability
Yang et al. Individual DC voltage balancing method at zero current mode for cascaded H-bridge based static synchronous compensator
Hussein et al. Improved phase disposition pulse width modulation for a modified cascaded dual-output multilevel converter
Jamallo et al. Sensorless virtual-flux direct power control of grid connected converters under unbalanced weak grid conditions
Agarwal et al. A self-balanced five-level buck PFC EV rectifier
Lee et al. Convenient thermal modeling for loss distribution of 3-level Active NPC using newton's law
Jo et al. Influence of open switch failure on control and thermal performance of CHB converters

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060913

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060913

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090724

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090804

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090902

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20091104

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20091113

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4410429

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121120

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121120

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131120

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term