CN1525633A - 功率变换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的功率变换装置抑制交流电源电压变动且供给负载一定电压。并联连接第一～第三开关元件串联电路和电容器(30)，将交流电源和负载的一端彼此连接，并联连接电容器(32、33)，经电抗器(40)使电源的一端与第一开关元件串联电路的串联连接点连接，使电源的另一端与第二开关元件串联电路内部的串联连接点连接，经电抗器(41)使负载的另一端与第三开关元件串联电路内部的串联连接点连接，包含第二、第三开关元件串联电路的串联变换器补偿电源电压的变动部分，利用包含第一、第二开关元件串联电路的并联变换器产生的充放电动作补偿由该补偿动作产生的电容器(30)电压的变动部分。

Description

功率变换装置
技术领域
本发明涉及在用于从交流电源将稳定电压供给负载的主电路构成中具有特征的功率变换装置。
背景技术
图10是示出把交流功率暂时变换为直流功率后，重新变换为交流功率的现有的功率变换装置的电路图。
在图10，经电抗器40在交流电源1的一端连接有半导体开关元件10、11的串联电路，在这些开关元件10、11上分别反向并联连接二极管14、15。
半导体开关元件10、11由PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调节)控制而与二极管14、15一起作为整流电路而工作，边在串联连接的电容器30、31上蓄能，边进行控制、变换动作，以便使电容器30、31的电压成为规定的直流电压。
此外，在电容器30、31的串联电路上并联连接开关元件12、13的串联电路，在这些开关元件12、13上分别反向并联连接二极管16、17。在这里，通过PWM控制以开关元件12、13作为逆变器动作，从平滑化的直流电压产生稳定的任意的交流电压，把该交流电压供给负载6。
在交流电源1的两端上连接的电容器32是滤波电容器，与负载6的输入侧连接的电抗器41及电容器33构成LC滤波器。
与图10所示的现有技术的电路同样的电路记载在下述非专利文献1内。
非专利文献1：《功率电子学手册》(杂志「OHM」1999年11月别册)株式会社OHM社发行，P85。
在图10所示的现有技术，使交流电源电压暂时变换为直流电压之后，重新变换为交流电压，形成所谓的双变换器构成的电路。
图11是用于说明图10的电路动作原理的图。在图10的电路，由于通过交流电源1侧的开关元件10、11以及二极管14、15构成的变换器作为整流电路工作，所以该整流电路，如图11所示，可以看作在负载6内通过必要的全部能量的并联电流源5。
此外，通过图10的负载6侧的开关元件12、13以及二极管16、17构成的变换器作为所谓的逆变器动作，由于把规定的电压供给负载6，所以如图11所示，可以看作是负载6所必要的全部能量通过的并联电压源3。
在这里，图10的电容器30、31与整流电路的输出侧，即逆变器的输入侧连接，作为逆变器的电源起作用。
在图10所示那样的双变换器方式的功率变换装置，由于在交流电源1侧以及负载6侧的任一侧的变换器都通过供给负载6的全部能量，使各变换器产生的损耗变大。因此，存在所谓变换效率低下，运转费增加的问题。
此外，由于整流电路、逆变器也作为半电桥动作，所以约2倍的交流电源电压的电压加到元件上，所以有必要对使用的元件选择耐压高的，这也成为成本上升的原因。
因此，在本发明，通过使现有的双变换器全电桥化，改变对交流电源1以及负载6的连接方法，使负载6侧的变换器作为串联变换器动作，在交流电源1的电压变动时，串联变换器只补偿其电压变动部分。构成交流电源1侧的并联变换器只补偿该补偿所必要的能量部分那样的所谓串并联变换装置。
因此，本发明的另一解决课题是提供应当在高的变换效率下可抑制运行费用的功率变换装置。
本发明的再一解决课题是提供应当边抑制交流电源的电压变动，边可供给负载一定电压的功率变换装置。
本发明的又一解决课题是提供应当降低所使用的开关元件等电路元件的耐压从而可降低成本的功率变换装置。
本发明的解决课题是提供应当在交流电源停电时，通过使第一以及第二开关元件串联电路动作，可以继续地对负载供给能量的功率变换装置。
此外，本发明的解决课题是提供可与不变更电路构成或部件的多种交流电源电压对应的功率换装置。
发明内容
为了解决上述课题，根据发明方面1所述的发明，提供一种功率变换装置，其特征在于，具有：
将分别反向并联连接有二极管的第一和第二半导体开关元件串联连接形成的第一开关元件串联电路；
将分别反向并联连接有二极管的第三和第四半导体开关元件串联连接形成的第二开关元件串联电路；
将分别反向并联连接有二极管的第五和第六半导体开关元件串联连接形成的第三开关元件串联电路；
第一电容器；
与交流电源并联连接的第二电容器；
与负载并联连接的第三电容器；
第一电抗器；和
第二电抗器，
第一开关元件串联电路、第二开关元件串联电路、第三开关元件串联电路、和第一电容器相互并联连接，
交流电源的一端和负载的一端相互连接，
第一开关元件串联电路内部的第一和第二半导体开关元件的串联连接点经第一电抗器与交流电源的一端连接，
与此同时，第二开关元件串联电路内部的第三和第四半导体开关元件的串联连接点与交流电源的另一端连接，
第三开关元件串联电路内部的第五和第六半导体开关元件的串联连接点经第二电抗器与负载的另一端连接，
第二开关元件串联电路和第三开关元件串联电路形成串联变换器，该串联变换器补偿交流电源的电压变动部分，使供给负载的电压保持一定，
第一开关元件串联电路和第二开关元件串联电路形成并联变换器，该并联变换器利用交流电源与第一电容器之间的充放电动作补偿由于串联变换器的补偿动作产生的电压变动部分。
根据发明方面2所述的发明，在发明方面1所述的功率变换装置，其特征为，
还具备具有公共端子和第一以及第二转换接点的转换开关和主开关，在将负载的另一端和第二电抗器的一端的连接切断而使负载的另一端与上述公共端子连接的同时，使第二电抗器的一端与第二转换接点连接，
在交流电源的另一端和第二开关元件串联电路内部的串联连接点之间连接主开关的同时，使第二开关元件串联电路内部的第三和第四半导体开关元件的串联连接点与第一转换接点连接，
在任一开关元件串联电路异常时，从交流电源经上述主开关、上述转换开关的第一转换接点以及公共端子把电压供给负载，在交流电源异常时，断开上述主开关，以第一电容器作为电源，经上述转换开关的第二转换接点以及公共端子，将电压供给负载。
根据发明方面3所述的发明，在发明方面1或2所述的功率变换装置，
还包含与开关元件串联电路的两端连接的充放电装置、和与该充放电装置连接的蓄能元件，
在电源电压正常时，经上述充放电装置在上述蓄能元件上蓄积能量，在电源电压异常时，经上述充放电装置把上述蓄能元件的蓄积能量供给第一电容器。
根据发明方面4所述的发明，在发明方面1或2所述的功率变换装置，
还包含与交流电源两端连接的充电装置、与开关元件串联电路的两端连接的放电装置、和与上述充电装置以及放电装置连接的蓄能元件，
在电源电压正常时，经上述充电装置，在上述蓄能元件上蓄积能量，在电源电压异常时，经上述放电装置将上述蓄能元件蓄积的能量供给第一电容器。
根据发明方面5所述的发明，在发明方面1所述的功率变换装置，代替第二电抗器而使用带抽头第三电抗器，
即，使第三电抗器的一端与负载的另一端和第三开关元件串联电路内部的第五和第六半导体开关元件的串联连接点连接，使第三电抗器的另一端与第二开关元件串联电路内部的第三和第四半导体开关元件的串联连接点连接，同时，
使交流电源的另一端与第二开关元件串联电路内部的第三和第四半导体开关元件的串联连接点切离，与第三电抗器的抽头端子连接。
根据发明方面6所述的发明，是在发明方面2～4的发明中使用发明方面5所述的带抽头第三电抗器。
即：在根据发明方面2～4的任一项所述的功率变换装置，它是
代替第二电抗器而具有带抽头的第三电抗器，
使该第三电抗器的一端与上述转换开关的第二转换接点和第三开关元件串联电路内部的第五和第六半导体开关元件的串联连接点连接，使第三电抗器的另一端与第二开关元件串联电路内部的第三和第四半导体开关元件的串联连接点连接，同时，
使上述主开关的一端从第二开关元件串联电路内部的第三和第四半导体开关元件的串联连接点切离，与第三电抗器的抽头端子连接。
根据发明方面7所述的发明，提供一种功率变换装置，其特征在于，具有：
将分别反向并联连接有二极管的第一和第二半导体开关元件串联连接而形成的第一开关元件串联电路；
将分别反向并联连接有二极管的第三和第四半导体开关元件串联连接而形成的第二开关元件串联电路；
将分别反向并联连接有二极管的第五和第六半导体开关元件串联连接而形成的第三开关元件串联电路；
将第一电容器以及第四电容器串联连接而形成的电容器串联电路；
与交流电源并联连接的第二电容器；
与负载并联连接的第三电容器；
第一电抗器；
第二电抗器；
具有公共端子和第一及第二转换接点的转换开关；和
连接在转换开关和交流电源之间、判别交流电源电压比规定电压高还是低的电压判别电路，
第一开关元件串联电路、第二开关元件串联电路、第三开关元件串联电路、和电容器串联电路相互并联连接，
将交流电源的一端和负载的一端相互连接，
第一开关元件串联电路内部的第一和第二半导体开关元件的串联连接点经第一电抗器与交流电源的一端连接，
转换开关的公共端子与交流电源的另一端连接，
转换开关的第一转换接点与第二开关元件串联电路内部的第三和第四半导体开关元件的串联连接点连接，
转换开关的第二转换接点与电容器串联电路内部的第一及第四电容器的串联连接点连接，
第三开关元件串联电路内部的第五和第六半导体开关元件的串联连接点经第二电抗器与使负载的另一端连接，
在电压判别电路判别交流电源电压比规定电压高时，使转换开关切换到第一转换接点侧，在判别为交流电源电压比规定电压低时，使转换开关切换到第二转换接点侧，
在使转换开关切换到第一转换接点侧时，第二开关元件串联电路和第三开关无件串联电路形成串联变换器，该串联变换器补偿交流电源的电压变动部分，使供给负载的电压保持一定，或者，第一开关元件串联电路和第二开关元件串联电路形成并联变换器，该并联变换器利用交流电源与第一和第四电容器之间的充放电动作，补偿由串联变换器的补偿动作产生的第一及第四的电容器的电压变动部分，
在使转换开关切换到第二转换接点侧时，第三开关元件串联电路形成串联变换器，该串联变换器补偿交流电源的电压变动部分，使供给负载的电压保持一定，或者，第一开关元件串联电路形成并联变换器，该并联变换器利用交流电源与第一和第四电容器之间的充放电动作，补偿由串联变换器的补偿动作产生的第一及第四电容器的电压变动部分。
根据发明方面8所述的发明，在发明方面7所述的发明只变更开关的***方法，在功能动作上与发明方面7所述的发明是相同的。
附图说明
图1是示出本发明实施方式1的电路图。
图2是用于说明实施方式1的动作原理的图。
图3是示出图1的实施方式1动作的指令值的波形图。
图4是示出本发明实施方式2的电路图。
图5是示出本发明实施方式3的电路图。
图6是示出本发明实施方式4的电路图。
图7是示出本发明实施方式5的电路图。
图8是示出本发明实施方式6的电路图。
图9是示出本发明实施方式7的电路图。
图10是示出现有技术的电路图。
图11是用于说明现有技术的动作原理的图。
符号说明：1交流电源，2串联补偿电压源，4并联补偿电流源，6负载，10、11、12、13，18、19半导体开关元件，14、15、16、17，20、21二极管，30、32、33电容器，40、41电抗器，42带抽头电抗器，50转换开关，51公共端子，52、53转换接点，54主开关，60蓄能元件，61充放电装置，62充电装置，63放电装置，70电压判别电路，90转换开关，100开关，91公共端子，92、93转换接点。
具体实施方式
以下，按照附图说明本发明的实施方式。
首先，图1是示出本发明实施方式1的电路图，与发明方面1的发明相当。
在图1，分别并联连接以下电路和部件，即：反向并联连接有第一、第二二极管14、15的IGBT(绝缘栅双极晶体管)等的第一、第二半导体开关元件10、11的串联电路(称为第一开关元件串联电路)；反向并联连接有第三、第四二极管20、21的第三、第四半导体开关元件18、19的串联电路(称为第二开关元件串联电路)；反向并联连接有第五、第六二极管16、17的第五、第六半导体开关元件12、13的串联电路(称为第三开关元件串联电路)；和第一电容器(电解电容器)30。
在交流电源1上并联连接第二电容器32，在负载6上并联连接第三电容器33。
而且，交流电源1的一端与负载6一端连接，交流电源1的另一端与第三、第四开关元件18、19的串联连接点连接，交流电流1的一端经第一电抗器40与第一、第二开关元件10、11的串联连接点连接，负载6的另一端经第二电抗器41与第五、第六半导体开关元件12、13的串联连接点连接。
在上述电路构成中，把第一电容器30视为由开关元件18、19、12、13以及二极管20、21、16、17构成的变换器电源时，该变换器串联在交流电源1和负载6之间。以下称为串联变换器。
把电容器30连接在输出侧的开关元件10、11、18、19以及二极管14、15、20、21对交流电源1并联连接。以下称之为并联变换器。
其次，图2是用于说明图1的实施方式动作原理的图。
图2的并联补偿电流源4表示前述并联变换器，串联补偿电压源2表示前述串联变换器。这时，通过串联补偿电压源2产生任意的电压，由交流电源1(交流电压源)和串联补偿电压源2的2个电压源产生的电压相加而加在负载6上。其结果，假如交流电源1的电压变动，即使其电压降低的情况下，通过加上由串联补偿电压源2产生的可变电压加在负载6上补偿电源电压的变动，可以供给负载6一定的电压。
用图3进一步说明图1的串联变换器以及并联变换器的动作。
图3示出以图1的第一～第三开关元件串联电路的N点电位作基准时的各开关元件的串联支路的指令值的输出电压波形。
首先，边参照图3(a)，边说明由于交流电源1的电压比所希望的输出电压高，进行降压动作供给负载6一定电压的情况。这时，通过使开关元件18、19与电源电压同步而通断，其串联支路的输出电压成为如指令值(2)那样的矩形波。
这时，为了降低供给负载6的电压，通过构成串联变换器的开关元件12、13的通断，加以控制，以便使其串联支路的输出电压波形成指令值(3)的波形。其结果，在开关元件18、19的串联连接点和开关元件12、13的串联连接点之间输出与图3(a)的作为(指令值电压(2)-指令值电压(3))而所给的差相当的正弦波指令值相当的电压(相对于电源电压反相、振幅小的正弦波电压)。
该正弦波电压与图2的串联补偿电压源2(串联变换器)的输出电压相当，因为该电压重叠在交流电源1的电源电压上，实现降压动作，在负载6加上比电源电压低的电压。
同时，如图3(a)的指令值(1)的电压波形所示，开关元件10、11作为并联变换器，边产生与输入电压相当的对向电压，边在交流电源1和电容器30之间使电容器30进行充放电动作，以便使通过前述降压动作引起变动的电容器30的电压(图1的Vdc)保持一定。其结果，并联变换器对串联变换器送取补偿部分能量。
在由于电源电压比所希望的输出电压低而进行升压动作以便供给负载6一定电压的情况下，通过使开关元件12、13与电源电压同步而通断，其串联支路的输出电压波形成为与图3(b)的指令值(3)所示的矩形波。
而且，通过控制开关元件18、19的串联支路的输出电压波形，以便成为如图3(b)的指令值(2)的波形那样，在开关元件18、19的串联连接点和开关元件12、13的串联连接点之间，输出与图3(b)的作为(指令值电压(2)-指令值电压(3))而所给的差相当的正弦波指令值相当的电压(与电源电压同相、振幅小的正弦波电压)。
该正弦波电压也是与图2的串联补偿电压源2(串联变换器)的输出电压相当，因为该电压与交流电源1的电源电压重叠，所以实现升压动作，在负载6上加上比电源电压还高的电压。
同时，如图3(b)的指令值(1)的电压波形所示，开关元件10、11作为并联变换器边产生与输出电压相当的对向电压，边在交流电源1与电容器30之间使电容器30进行充放电动作，以便使通过上述串联变换器的升压动作变动的电容器30的电压保持一定。其结果，并联变换器对串联变换器送取补偿部分的能量。
因此，即使在降压动作、升压动作任一种情况下，供给负载6的能量只通过串联变换器，因为在并联变换器上只通过电容器30的电压补偿所用的能量，所以与现有的双变换器方式比较，可以降低并联变换器的损耗，可以达到高效率化。
此外，由于并联变换器以及串联变换器都成为全桥构成，所以与现有的半桥构成比较，可以较低地选定开关元件等的耐压，使元件低成本化成为可能。
其次，图4是示出本发明实施方式2的电路图，与发明方面2的发明相当。
与图1的实施方式1的不同点是在交流电源1侧追加主开关54，在负载6侧追加转换开关50。
即：在交流电源1的一端和开关元件18、19串联连接点之间连接主开关54。设置具有公共端子51和第一、第二转换接点52、53的转换开关50，在负载6的一端与公共端子51连接的同时，第一转换接点52与开关元件18、19的串联连接点连接，第二转换接点53与电抗器41和电容器33之间的连接点连接。
在这样的电路构成，平常时主开关54导通，转换开关50的公共端子51与第二转换接点53侧连接。这时，电路构成实质上是与图1的电路结构相同，与图1的电路结构同样通过并联变换器以及串联变换器的动作，将稳定的交流电压供给负载6。
现在考虑开关元件或二极管等电路元件产生故障时的情况。在这种情况，保持主开关54接通开，将转换开关50切换到第一转换接点52侧。据此，从交流电源1经主开关54以及转换开关50把交流功率供给负载6。
由于交流电源1的电压超过补偿范围时，通过断开主开关54，使转换开关50切换至第二转换接点53侧，可以通过开关元件10、11、12、13把电容器30的直流电压变换为交流电压，供给负载6。
用于切换主开关54或转换开关50的条件可根据电容器30的电压Vdc或电源电压的检测结果而加以判断。
由于在交流电源1的电压超过补膛范围时的串并联变换装置的补偿时间为5分钟程度，较短，所以开关元件以及冷却体可以用小型的、价低。
图5是示出本发明的实施方式3的电路图，与发明方面3的发明相当。
本实施方式是在第一～第三开关元件串联电路的P点和N点之间，经充放电装置61，并联连接蓄能元件60。
图5是在图4的构成上以添加充放电装置61以及蓄能元件60的形式示出的，也可以在图1的构成上添加这些。
在这里，充放电装置61是由半导体开关以及电抗器等磁性部件构成，可以使用电池等的蓄电池或储能轮(flywheel)等作为蓄能元件60。
在图5，在交流电源1正常时，主开关54以及转换开关50处于图示的状态下，通过与前述图1同样的串联变换器以及并联变换器的动作，把稳定的交流电压供给负载6。
另一方面，通过充放电装置61的充电动作，从交流电源1向蓄能元件60供给能量加以储存。
交流电源1异常时，例如由于停电不能向负载6供给充分的电压时，经充放电装置61使蓄能元件60的储存能量进行放电，对电容器30充电。这时由于交流电源1的异常检测方法及充放电装置61的控制方法是周知的，所以省略详述。这时，主开关54断开，转换开关50保持图示的状态。
通过上述动作，在交流电源1异常时，通过以电容器30作为电源的开关元件10、11、12、13的动作，经转换开关50可以继续向负载6供电。
另外，在图5，在开关元件等的电路元件有故障时或电源电压异常低下时，进行与图4所示情况同样的动作。
图6是示出本发明的实施方式4的电路图，与发明方面4的发明相当。
本实施方式是将图5的充放电装置61分为充电装置62和放电装置63，使充电装置62与交流电源1的两端连接的同时，在P点和N点之间连接放电装置63，这些充电装置62、放电装置63并联连接蓄能元件60。充电装置62、放电装置63、蓄能元件60也可以添加在图1的结构。
本实施方式的动作在交流电源1正常时，通过充电装置62对蓄能元件60蓄能，在交流电源1异常时，例如在停电时，用放电装置63，把蓄能元件60蓄积的能量供给电容器30。以该电容器30作为电源，使串联变换器以及并联变换器动作，继续向负载6供给所希望的电压。
充电装置62以及放电装置63由半导体开关或磁性部件的组合构成，在蓄能元件60上可使用与图5的实施方式同样的元件。
图7是示出本发明的实施方式5的电路图，与发明方面5的发明相当。
例如在图1所示的电路构成，把第二电抗器41变更为带抽头电抗器(第三电抗器)42，在使该电抗器42的负载6侧的一端与开关元件12、13的串联连接点连接的同时，使电抗器42的另一端与开关元件18、19的串联连接点连接，使交流电源1的不与负载6连接的那一侧的一端与电抗器42的抽头端子连接。
根据这样的电路构成，由于可以降低由电容器30以及由开关元件18、19，12、13等构成的串联变换器的通过电流，所以开关损耗降低，和并联变换器的损耗降低相辅相成，使进一步改善效率成为可能。
因为并联变换器的动作没有改变，省略其说明。
在这里，图7的带抽头电抗器42也可以取代图4～图6的第二电抗器41使用，这些发明与发明方面6相当。
例如，除去图4的电抗器41，使带抽头电抗器42一端与转换开关50的第二转换接点53和开关元件12、13的串联连接点连接的同时，带抽头电抗器42的另一端与开关元件18、19的串联连接点连接，使主开关54的一端从开关元件18、19的串联连接点切离，也可以与带抽头电抗器42的抽头端子连接。
此外，在上述构成上，也可以添加图5的充放电装置61以及蓄能元件60、图6的充电装置62、放电装置63以及蓄能元件60。
图8是示出本发明的实施方式6的电路图，与发明方面7的发明相当。
在图8分别并联连接以下各串联电路，即：反向并联连接有第一、第二二极管14、15的IGBT(绝缘栅双极晶体管)等的第一、第二半导体开关元件10、11的串联电路(称为第一开关元件串联电路)；反向并联连接有第三、第四二极管20、21的第三、第四半导体开关元件18、19的串联电路(称为第二开关元件串联电路)；和反向并联连接有第五、第六二极管16、17的第五、第六半导体开关元件12、13的串联电路(称为第三开关元件串联电路)；和第一电容器(电解电容器)30与第四电容器(电解电容器)31的串联电路(称为电容器串联电路)。
其次，第二电容器32与交流电源1并联连接，第三电容器33与负载6并联连接。
而且，交流电源1的一端与负载6的一端连接，此外，交流电源一端经第一电抗器40与第一、第二开关元件10、11的串联连接点连接，交流电源1的另一端与具有公共端子91和第一转换接点92、第二转换接点93)的转换开关90的公共端子90连接，第一转换接点93与第三、第四的开关元件18、19的串联连接点连接，第二转换接点92与电容器30、31的串联连接点连接，在交流电源1上连接用于判别该电压比规定值高或低的电压判别电路70。
在上述电路构成，在电压判别电路70判别交流电源1的电压比规定值高时，使转换开关90转换到第一转换接点93侧，如果除去电容器成为电容器30、31的串联电路之外，则电路构成是与图1的电路构成相同的，电路动作也相同。在电压判别电路70判别交流电源1的电压比规定值低时，使转换开关90转换到第二转换接点92侧，如果使开关元件18、19维持在断开状态，则电路构成可以看作与现有电路图10所示的现有电路相同。即：通过使转换开关90转换，在“发明应解决的课题”的部分说明的电路方式中，应当在半桥电路和全桥电路之间转换。
在这里，例如如果电压判别电路70判别交流电源电压为100V或200V，则在100V时，应选择半电桥电路，在200V时，应选择全电桥电路，在施加在开关元件上的电压在任一情况下都为相同电平时，不必要依电路不同而变更元件的耐压要求。
图9是示出实施方式7的电路图，与发明方面8的发明相当。
与图8的方式不同点在于：与在图8的方式中使用具有第一转换接点和第二转换接点2个接点的转换开关相反，在图9的方式，转换开关只包含一个接点，相应于此的电路构成也不同。在图9的情况下，电压判别电路70在判别交流电源1的电压比规定值高时，如果使开关100断开，如除去电容器成为电容器30、31的串联电路之外，则电路构成与图1相同，电路动作也成为相同。在电压判别电路70在判别交流电源1的电压比规定值低时，使开关100接通，如果维持开关元件18和19在断开状态，则电路构成看作与图10所示的现有电路同样。即：通过使转换开关100接通或断开，在“发明应解决的课题”的部分说明的电路方式，在半桥电路和全桥电路之间转换。
在这里，如果例如通过电压判别电路70判别交流电源电压为100V或200V，则在100V时，应选择半桥电路，在200V时，应选择全桥电路，在施加在开关元件上的电压在任情况下都为相同水平时，不必要依电路不同而变更元件耐压要求。
如以上所述，根据本发明，通过串联变换器以及并联变换器的动作，边抑制交流电源的电压变动，可以供给负载一定的电压，其际，降低并联变换器的损耗，与现有方式相比，也提高了变换效率，可以抑制运行费用。
通过把变换器做成全桥构成，降低开关元件等的耐压要求，减轻元件的承担任务，可降低成本。
与现有的半桥构成的变换器比较，抑制电解电容器的脉动电流，可实现其长寿命。
此外，通过添加转换开关，与100V***和200V***的交流输入电压相对应，可不变更元件耐压要求而为同一构成。因此，可以提供可靠性高、批量生产效果好的电源***。

Claims (8)

1.一种功率变换装置，其特征在于，具有：
将分别反向并联连接有二极管的第一和第二半导体开关元件串联连接形成的第一开关元件串联电路；
将分别反向并联连接有二极管的第三和第四半导体开关元件串联连接形成的第二开关元件串联电路；
将分别反向并联连接有二极管的第五和第六半导体开关元件串联连接形成的第三开关元件串联电路；
第一电容器；
与交流电源并联连接的第二电容器；
与负载并联连接的第三电容器；
第一电抗器；和
第二电抗器，
第一开关元件串联电路、第二开关元件串联电路、第三开关元件串联电路、和第一电容器相互并联连接，
交流电源的一端和负载的一端相互连接，
第一开关元件串联电路内部的第一和第二半导体开关元件的串联连接点经第一电抗器与交流电源的一端连接，
与此同时，第二开关元件串联电路内部的第三和第四半导体开关元件的串联连接点与交流电源的另一端连接，
第三开关元件串联电路内部的第五和第六半导体开关元件的串联连接点经第二电抗器与负载的另一端连接，
第二开关元件串联电路和第三开关元件串联电路形成串联变换器，该串联变换器补偿交流电源的电压变动部分，使供给负载的电压保持一定，
第一开关元件串联电路和第二开关元件串联电路形成并联变换器，该并联变换器利用交流电源与第一电容器之间的充放电动作补偿由于串联变换器的补偿动作产生的电压变动部分。
2、根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征为，
还具备具有公共端子和第一以及第二转换接点的转换开关和主开关，在将负载的另一端和第二电抗器的一端的连接切断而使负载的另一端与所述公共端子连接的同时，使第二电抗器的一端与第二转换接点连接，
在交流电源的另一端和第二开关元件串联电路内部的串联连接点之间连接主开关的同时，使第二开关元件串联电路内部的第三和第四半导体开关元件的串联连接点与第一转换接点连接，
在任一开关元件串联电路异常时，从交流电源经所述主开关、所述转换开关的第一转换接点以及公共端子把电压供给负载，在交流电源异常时，断开所述主开关，以第一电容器作为电源，经所述转换开关的第二转换接点以及公共端子，将电压供给负载。
3、根据权利要求1或2所述的功率变换装置，其特征为，
还包含与开关元件串联电路的两端连接的充放电装置、和与该充放电装置连接的蓄能元件，
在电源电压正常时，经所述充放电装置在所述蓄能元件上蓄积能量，在电源电压异常时，经所述充放电装置把所述蓄能元件的蓄积能量供给第一电容器。
4、根据权利要求1或2所述的功率变换装置，其特征为，
还包含与交流电源两端连接的充电装置、与开关元件串联电路的两端连接的放电装置、和与所述充电装置以及放电装置连接的蓄能元件，
在电源电压正常时，经所述充电装置，在所述蓄能元件上蓄积能量，在电源电压异常时，经所述放电装置将所述蓄能元件蓄积的能量供给第一电容器。
5、根据权利要求1所述的功率变换装置，其特征为，
代替第二电抗器而具有带抽头第三电抗器，
使该第三电抗器的一端与负载的另一端和第三开关元件串联电路内部的第五和第六半导体开关元件的串联连接点连接，使第三电抗器的另一端与第二开关元件串联电路内部的第三和第四半导体开关元件的串联连接点连接，同时，
使交流电源的另一端与第二开关元件串联电路内部的第三和第四半导体开关元件的串联连接点切离，与第三电抗器的抽头端子连接。
6、根据权利要求2～4任一项所述的功率变换装置，其特征为，
代替第二电抗器而具有带抽头的第三电抗器，
使该第三电抗器的一端与所述转换开关的第二转换接点和第三开关元件串联电路内部的第五和第六半导体开关元件的串联连接点连接，使第三电抗器的另一端与第二开关元件串联电路内部的第三和第四半导体开关元件的串联连接点连接，同时，
使所述主开关的一端从第二开关元件串联电路内部的第三和第四半导体开关元件的串联连接点切离，与第三电抗器的抽头端子连接。
7.一种功率变换装置，其特征在于，具有：
将分别反向并联连接有二极管的第一和第二半导体开关元件串联连接而形成的第一开关元件串联电路；
将分别反向并联连接有二极管的第三和第四半导体开关元件串联连接而形成的第二开关元件串联电路；
将分别反向并联连接有二极管的第五和第六半导体开关元件串联连接而形成的第三开关元件串联电路；
将第一电容器以及第四电容器串联连接而形成的电容器串联电路；
与交流电源并联连接的第二电容器；
与负载并联连接的第三电容器；
第一电抗器；
第二电抗器；
具有公共端子和第一及第二转换接点的转换开关；和
连接在转换开关和交流电源之间、判别交流电源电压比规定电压高还是低的电压判别电路，
第一开关元件串联电路、第二开关元件串联电路、第三开关元件串联电路、和电容器串联电路相互并联连接，
将交流电源的一端和负载的一端相互连接，
第一开关元件串联电路内部的第一和第二半导体开关元件的串联连接点经第一电抗器与交流电源的一端连接，
转换开关的公共端子与交流电源的另一端连接，
转换开关的第一转换接点与第二开关元件串联电路内部的第三和第四半导体开关元件的串联连接点连接，
转换开关的第二转换接点与电容器串联电路内部的第一及第四电容器的串联连接点连接，
第三开关元件串联电路内部的第五和第六半导体开关元件的串联连接点经第二电抗器与使负载的另一端连接，
在电压判别电路判别交流电源电压比规定电压高时，使转换开关切换到第一转换接点侧，在判别为交流电源电压比规定电压低时，使转换开关切换到第二转换接点侧，
在使转换开关切换到第一转换接点侧时，第二开关元件串联电路和第三开关无件串联电路形成串联变换器，该串联变换器补偿交流电源的电压变动部分，使供给负载的电压保持一定，或者，第一开关元件串联电路和第二开关元件串联电路形成并联变换器，该并联变换器利用交流电源与第一和第四电容器之间的充放电动作，补偿由串联变换器的补偿动作产生的第一及第四的电容器的电压变动部分，
在使转换开关切换到第二转换接点侧时，第三开关元件串联电路形成串联变换器，该串联变换器补偿交流电源的电压变动部分，使供给负载的电压保持一定，或者，第一开关元件串联电路形成并联变换器，该并联变换器利用交流电源与第一和第四电容器之间的充放电动作，补偿由串联变换器的补偿动作产生的第一及第四电容器的电压变动部分。
8.一种功率变换装置，其特征在于，具有：
将分别反向并联连接有二极管的第一和第二半导体开关元件串联连接而形成的第一开关元件串联电路；
将分别反向并联连接有二极管的第三和第四半导体开关元件串联连接而形成的第二开关元件串联电路；
将分别反向并联连接有二极管的第五和第六半导体开关元件串联连接而形成的第三开关元件串联电路；
将第一电容器以及第四电容器串联连接而形成的电容器串联电路；
与交流电源并联连接的第二电容器；
与负载并联连接的第三电容器；
第一电抗器；
第二电抗器；
开关装置；和
连接在开关装置和交流电源之间、判别交流电源电压比规定电压高还是低的电压判别电路，
第一开关元件串联电路、第二开关元件串联电路、第三开关元件串联电路、和电容器串联电路相互并联连接，
将交流电源的一端和负载的一端相互连接，
第一开关元件串联电路内部的第一和第二半导体开关元件的串联连接点经第一电抗器与交流电源的一端连接，同时，
第二开关元件串联电路内部的第三和第四半导体开关元件的串联连接点与交流电源的另一端连接，
开关装置连接在电容器串联电路内部的第一电容器和第四电容器的串联连接点与交流电源的另一端之间，
第三开关元件串联电路内部的第五和第六半导体开关元件的串联连接点经第二电抗器与负载的另一端连接，
在电压判别电路判别为交流电源电压比规定电压高时，断开开关装置，在判别为交流电源电压比规定电压低时，接通开关装置，
在开关装置断开时，第二开关元件串联电路和第三开关元件串联电路形成串联变换器，该串联变换器补偿交流电源的电压变动部分，使供给负载的电压保持一定，或者，第一开关元件串联电路和第二开关元件串联电路形成并联变换器，该并联变换器利用在交流电源与第一和第四电容器之间的充放电动作，补偿由串联变换器的补偿动作产生的第一和第四电容器的电压变动部分，
在开关装置接通时，第三开关元件串联电路形成串联变换器，该串联变换器补偿交流电源的电压变动部分，使供给负载的电压保持一定，或者，第一开关元件串联电路形成并联变换器，该并联变换器利用在交流电源与第一和第四电容器之间的充放电动作，补偿由串联变换器的补偿动作产生的第一和第四电容器的电压变动部分。
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