JPH1023766A

JPH1023766A - 電力変換装置

Info

Publication number: JPH1023766A
Application number: JP8170364A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Koshin; 博昭小新; Hiroyuki Ono; 宏之大野; Hiroaki Yuasa; 裕明湯浅; Hirotada Higashihama; 弘忠東浜; Hisami Usui; 久視臼井
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】低いコストによって高い電力変換効率の得ら
れる電力変換装置を提供すること。【解決手段】一方の対角の一方の頂点２１がリアクト
ルＬ１を介して太陽電池１の一端に、該頂点に対向する
他方の頂点２３が太陽電池１の他端にそれぞれ接続さ
れ、他方の対角の２つ頂点２２、２４のそれぞれがリア
クトルＬ２及びリアクトルＬ３の一端に接続されるスイ
ッチブリッジ部２と、リアクトルＬ２及びリアクトルＬ
３の他端にその両端が接続されるコンデンサＣ１とを備
え、スイッチブリッジ部２の一方の対角の一方の頂点２
１に一端が接続されたスイッチ素子Ｑ１、Ｑ３を商用電
源に同期し且つ互いに反転しオン、オフし他方の頂点２
３に一端が接続されたスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４をそれぞ
れ交互にオン、オフするパルス幅変調制御によって直流
を商用交流に変換してコンデンサＣ２の両端から出力す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力変換装置であ
り、特に太陽電池等の直流電源を交流電源に変換する電
力変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、太陽電池などの自家発電源の直流
出力を交流に変換し、交流電圧を出力する電力変換装置
としては、例えば図８に示す、特開平６−３３２５５４
に開示された構成のものがある。このものは、太陽電池
１から入力される電圧値の変化する直流を昇圧制御回路
９の出力によって所定の大きさに昇圧し出力する昇圧回
路部８と、その昇圧回路部８からの入力を交流に変換し
て線路に出力するインバータ主回路部２と、を備えて構
成されている。

【０００３】詳しくは、１は、直流電源としての太陽電
池であり、Ｄ５は、逆流防止ダイオードで、アノードが
太陽電池１の正極側に接続されている。Ｃ２は、電解コ
ンデンサによって形成された平滑用コンデンサで、一端
が逆流防止ダイオードＤ５のカソード、他端が太陽電池
１の負極側にそれぞれ接続されて太陽電池１からの出力
電圧を平滑し安定化している。

【０００４】昇圧回路部８は、トランジスタ等のスイッ
チ素子Ｑ０、リアクトルＬ１、ダイオードＤ０、Ｄ６を
有して構成されている。そして、平滑用コンデンサＣ２
の両端に接続され、太陽電池１からの直流電力が平滑用
コンデンサ３によって電圧が安定化されて入力される。
この昇圧回路部８は、出力端の出力電圧Ｖ２が昇圧制御
回路９によって検知されてスイッチング制御され、大き
さの変化する入力電圧を所定の電圧値に昇圧する。

【０００５】Ｃ０は、電解コンデンサによって形成され
た平滑用コンデンサで、両端がそれぞれ昇圧回路部８の
出力に接続されて昇圧のスイッチングによる高周波成分
を吸収し平滑化している。

【０００６】インバータ主回路部２は、スイッチ素子Ｑ
１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４及び各スイッチ素子のそれぞれに
通電方向と逆方向に並列接続されたダイオードＤ１、Ｄ
２、Ｄ３、Ｄ４と、ローパスフィルター用のリアクトル
Ｌ２、Ｌ３及びコンデンサＣ１とにより構成されてい
る。そして、昇圧回路部８からの出力である所定の電圧
値の直流が入力され、この直流を商用交流に電力変換し
出力する。

【０００７】ＳＷは、開閉器で、その一端がインバータ
主回路部２の一方の出力端子に、他端が、５の負荷の一
端に接続されている。また、この負荷５は、その他端が
インバータ主回路部２の他方の出力端子に接続されてい
る。４は商用電源で、負荷５の両端に接続されている。
従って、インバータ主回路部２の出力である交流電力
は、開閉器ＳＷを介して商用電力系統４に連系し負荷５
に供給される。なお、６は、インバータ制御回路で、太
陽電池１の出力電力をほぼ最大とし交流出力されるよう
に、インバータ主回路部２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、
Ｑ３、Ｑ４に対してパルス幅変調するゲート信号を生成
し制御するための制御回路である。

【０００８】上記の構成において、昇圧回路部８は、太
陽電池１からの出力電圧とインバータ主回路部２の商用
電源電圧との電位差を確保するために設けられるもの
で、１石式のチョッパ回路によって形成されている。従
って、その直流電圧の出力は、後段のインバータ主回路
部２によって、太陽電池１の出力を検知する電流センサ
ＣＴ１及び電圧センサＰＴ１と商用電力系統に向けての
出力を検知する電流センサＣＴ２及び電圧センサＰＴ２
からの検知信号がそれぞれインバータ制御回路６に入力
され演算され、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４が
安定してスイッチングされる。そして、高周波成分を含
む正弦波に変換されて出力され、リアクトルＬ２、Ｌ３
及びコンデンサＣ１によるローパスフィルターによって
この高周波成分が除去され、電力変換されて負荷５に向
けて出力される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の回路
構成において各スイッチ素子及びダイオードのスイッチ
損失あるいはオン抵抗損失は、電力変換の変換効率を大
きく左右するものである。そして、電力変換効率の向上
を目的とした損失の低下のための昇圧回路の制御方法が
考案されている。その結果、複雑な回路構成によりコス
トの高いものとなった。

【００１０】本発明は、上記事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、低いコストによって高い
電力変換効率の得られる電力変換装置を提供することに
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の電力変換装置は、直流電源から入力
される電圧値の変化する直流を所定の電圧値の交流に変
換して出力する電力変換装置であって、一方の対角の一
方の頂点が第１リアクトルを介して直流電源の一端に、
該頂点に対向する他方の頂点が前記直流電源の他端にそ
れぞれ接続され、他方の対角の２つ頂点のそれぞれが第
２リアクトル及び第３リアクトルの一端に接続されるス
イッチブリッジ部と、前記第２リアクトル及び第３リア
クトルの他端にその両端が接続されるコンデンサと、を
備え、前記スイッチブリッジ部の前記一方の対角の一方
の頂点に一端が接続されたスイッチ素子を商用電源に同
期し且つ互いに反転しオン、オフするとともに前記他方
の頂点に一端が接続されたスイッチ素子をそれぞれ交互
にオン、オフするパルス幅変調制御によって直流を商用
交流に変換して前記コンデンサの両端から出力すること
としている。これにより、直流が、一方の対角の一方の
頂点が第１リアクトルを介して直流電源の一端に、該頂
点に対向する他方の頂点が前記直流電源の他端にそれぞ
れ接続され、他方の対角の２つ頂点のそれぞれが第２リ
アクトル及び第３リアクトルの一端に接続されるスイッ
チブリッジ部の、一方の対角の一方の頂点に一端が接続
されたスイッチ素子が商用電源に同期し且つ互いに反転
しオン、オフするとともに他方の頂点に一端が接続され
たスイッチ素子のそれぞれが交互にオン、オフするパル
ス幅変調制御によって、第２リアクトル及び第３リアク
トルの他端にその両端が接続されるコンデンサの両端か
ら商用交流に変換し出力されるものとなる。

【００１２】また、請求項２記載の電力変換装置は、請
求項１記載の一方の対角の一方の頂点に一端が接続され
たスイッチ素子を、バイポーラ型素子によって形成する
こととしている。これにより、一方の対角の一方の頂点
に一端が接続されたスイッチ素子が、バイポーラ型素子
によって形成されるものとなる。

【００１３】また、請求項３記載の電力変換装置は、請
求項１又は２記載のパルス幅変調制御を、商用電源の半
周期において交流出力の電圧値の絶対値が前記直流電源
からの入力電圧より小さいときには前記他方の頂点に一
端が接続されたスイッチ素子のいずれか一方のみオン、
オフするパルス幅変調制御とし、交流出力の電圧値の絶
対値が前記直流電源からの入力電圧と大略等しいか大き
いときにはこれらのスイッチ素子のそれぞれを交互にオ
ン、オフするパルス幅変調制御としている。これによ
り、パルス幅変調制御が、商用電源の半周期の交流出力
の電圧値の絶対値が前記直流電源からの入力電圧より小
さいときの、前記他方の頂点に一端が接続されたスイッ
チ素子のいずれか一方のみオン、オフするパルス幅変調
制御と、交流出力の電圧値の絶対値が前記直流電源から
の入力電圧と大略等しいか大きいときの、これらのスイ
ッチ素子のそれぞれを交互にオン、オフするパルス幅変
調制御とによるものとなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電力変換装置の第
１の実施の形態を図１乃至図４に基づいて、第２の実施
の形態を図５乃至図７に基づいてそれぞれ説明する。

【００１５】［第１の実施の形態］図１は、第１の実施
の形態の電力変換装置の回路構成図である。図２は、図
１に示す電力変換装置の要部であるスイッチブリッジ制
御部の構成図である。図３は、図１に示す電力変換装置
の要部であるスイッチブリッジ制御部の制御フローチャ
ートである。図４は、図１に示す電力変換装置のスイッ
チブリッジ制御部の動作説明の波形図である。

【００１６】この電力変換装置は、直流電源である太陽
電池１から入力される電圧値の変化する直流を、所定の
電圧値の交流に変換して出力する電力変換装置に相当す
る系統連系インバータ装置で、第１リアクトルＬ１と、
スイッチブリッジ部２と、第２リアクトルＬ２、第３リ
アクトルＬ３及びコンデンサＣ１を有するローパスフィ
ルタ３と、スイッチブリッジ制御部６とを主要構成部と
する。

【００１７】スイッチブリッジ部２は、第１リアクトル
Ｌ１及び後述するローパスフィルタのコンデンサＣ１と
ともに使用されて、パルス幅変調制御によって、電圧値
の変化する直流を商用交流に系統連系し交流出力するた
めの電力変換を行うもので、ブリッジ接続されたスイッ
チ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４によって形成されてい
る。このスイッチブリッジ部２は、一方の対角の一方の
頂点２１が第１リアクトルＬ１を介して太陽電池１の一
端（正極）に、該頂点に対向する他方の頂点２３が太陽
電池１の他端（負極）にそれぞれ接続され、他方の対角
の２つ頂点２２、２４のそれぞれが後述するローパスフ
ィルタ３の第２リアクトルＬ２及び第３リアクトルＬ３
の一端に接続されている。スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ
３、Ｑ４のエミッタ、コレクタ間にはダイオードＤ１、
Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４が、それぞれのエミッタ側がアノード
でコレクタ側がカソードになるように接続されている。
このダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４は、スイッチ素
子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のスイッチング動作のオフし
た瞬時に、エミッタとコレクタ間に発生する逆方向の起
電力の電圧によって各スイッチ素子のコレクタ、エミッ
タ間の絶縁が破壊されるのを防止するものである。

【００１８】また、このスイッチブリッジ部２は、スイ
ッチ素子Ｑ１、Ｑ３がバイポーラ型スイッチトランジス
タ素子により、スイッチ素子Ｑ２、Ｑ４がＩＧＢＴ素子
によって構成されている。このＩＧＢＴ素子は、ＭＯＳ
ＦＥＴ素子の持つ高速応答性及び電圧駆動型の特徴と、
バイポーラ型トランジスタの低飽和電圧特性の特徴とを
有し、高い周波数によるスイッチング制御が可能でオン
抵抗の小さいパワー制御素子である。また、バイポーラ
型スイッチトランジスタは、ＩＧＢＴ素子に比べてより
低い飽和電圧特性の特徴を有し、本案における商用周波
数程度のスイッチング制御に最適なものである。

【００１９】第１リアクトルＬ１は、前記スイッチブリ
ッジ部２の各スイッチ素子の全てがスイッチング動作で
オフした瞬時において電荷を蓄積した後、所定のスイッ
チ素子がオンしたときにローパスフィルタ３に向けてこ
の電荷を出力する機能を有する。

【００２０】ローパスフィルタ３は、スイッチブリッジ
部２の各スイッチ素子のスイッチング動作により発生す
る高周波電流ノイズが配線線路に放出されるのを阻止す
るためのもので、第２リアクトルＬ２と、第３リアクト
ルＬ３と、コンデンサＣ１とを有している。そして、第
２リアクトルＬ２及び第３リアクトルＬ３の一端が前記
スイッチブリッジ部２の他方の対角の２つ頂点２２、２
４のそれぞれに、他端がコンデンサＣ１の両端にそれぞ
れ接続されている。このローパスフィルタ３は、スイッ
チブリッジ部２から高周波成分を含む交流電流を入力
し、高周波電流成分を除去して平滑化し出力する。な
お、コンデンサＣ１は、スイッチブリッジ部２のスイッ
チ素子のパルス幅変調制御による電力変換において、前
記第１リアクトルＬ１によって蓄積された電荷を受けて
蓄積し、交流電力として出力する機能も有する。

【００２１】スイッチブリッジ制御部６は、スイッチブ
リッジ部２の各スイッチ素子をパルス幅変調制御するゲ
ート信号を生成するためのもので、図２に示すように、
中央演算部６１を中心にして、記憶部６２、ＡＤ変換部
６３、出力部６４を有するワンチップマイクロコンピュ
ータによって形成されている。このスイッチブリッジ制
御部６には、太陽電池１の出力を検知する電流センサＣ
Ｔ１からの直流電流信号Ｉｉ、電圧センサＰＴ１からの
直流電圧信号Ｖｉ、商用電力系統４に向けての出力を検
知する電流センサＣＴ２からの交流電流信号Ｉｏ、電圧
センサＰＴ２からの交流電圧信号Ｖｏの各検知信号が、
ＡＤ変換部６３にそれぞれ入力される。そして、記憶部
６２に記憶された所定のプログラムにより、中央演算部
６１によって、Ｖｉ、Ｉｉ、Ｖｏ、Ｉｏの各信号がＡＤ
変換された後演算され、出力部６４からスイッチブリッ
ジ部２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のゲート
に向けて、制御パルス信号ｓＱ１、ｓＱ２、ｓＱ３、ｓ
Ｑ４を出力する。

【００２２】上記の構成による電力変換装置は、ローパ
スフィルタ３のコンデンサＣ１の両端が、適宜開閉器Ｓ
Ｗ等を介して負荷５の両端に接続され、商用電力系統４
とともに系統連系し交流電力を供給する。なお、スイッ
チブリッジ部２の前段には、従来例と同じく逆流防止ダ
イオード、平滑用コンデンサを適宜設けてもよい。

【００２３】次に、以上説明した電力変換装置によって
太陽電池１の直流電源を交流電源に変換する動作につい
て説明する。

【００２４】太陽電池１から直流電力が出力されると、
電圧センサＰＴ１からスイッチブリッジ制御部６に向け
て直流電圧信号Ｖｉが入力される。そして、直流電圧信
号Ｖｉが所定の電圧値以上になったことが検知される
と、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のゲート信号
作成処理のプログラムがスタートする。

【００２５】そして、まず、商用電力系統４からの商用
電源の交流電圧信号Ｖｏの電圧の正負が判定され、この
正負の条件によってスイッチブリッジ部２の、一方の対
角の一方の頂点２１に一端が接続されたスイッチ素子Ｑ
１、Ｑ３を商用電源に同期し且つ互いに反転しオン、オ
フする。

【００２６】次いで、交流電流信号ＩｏをＡＤ変換さ
せ、このＡＤ変換後のデータと、予め記憶されている正
弦波基準波ｆ２’の波形データとの差を演算し、出力す
べき正弦波基準波ｆ２の波形データを生成する。次い
で、この正弦波基準波ｆ２の波形データと予め記憶され
ている三角波基準波ｆ１の波形データとを比較し、スイ
ッチブリッジ部２の他方の頂点２３に一端が接続されて
いるスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４をそれぞれ交互にオン、オ
フする合計時間ｔ１を所定のプログラムに基づいて演算
する。

【００２７】次いで、例えばスイッチ素子Ｑ１の信号の
オンオフを検知し、スイッチ素子Ｑ１の信号がオンであ
ればスイッチ素子Ｑ２及びＱ４の順にそれぞれｔ１／２
の時間ずつオンし、スイッチ素子Ｑ１の信号がオフであ
ればスイッチ素子Ｑ４及びＱ２の順にそれぞれｔ１／２
の時間ずつオンする、パルス幅変調制御信号を出力す
る。

【００２８】例えば、スイッチ素子Ｑ１がオンで、スイ
ッチ素子Ｑ２がｔ１／２の時間オンすることによって、
太陽電池１、第１リアクトルＬ１、スイッチ素子Ｑ１、
スイッチ素子Ｑ２のループに電流が流れ第１リアクトル
Ｌ１に電荷が蓄積される。次いで、スイッチ素子Ｑ２を
オフするとともにスイッチ素子Ｑ４をｔ１／２の時間だ
けオンすることによって、太陽電池１と第１リアクトル
Ｌ１との電荷を加えた分の電流がスイッチ素子Ｑ１、ロ
ーパスフィルタ３、スイッチ素子Ｑ４のループに流れ
る。その結果、ローパスフィルタ３のコンデンサＣ１の
両端に充電すると同時に電力として放電される。この電
力出力のレベル調節は、前記ｔ１の時間を大きくするこ
とによって第１リアクトルＬ１に蓄積される電荷が増加
し出力電力を増加させることができ、小さくすることに
よって第１リアクトルＬ１に蓄積される電荷が減少し出
力電力を低減させることができる。すなわち、このｔ１
の時間の長さによって、リアクトルＬ１への蓄積エネル
ギーが調節でき出力電力に反映してコンデンサＣ１に供
給する電力そのものが調節でき、結果として出力電力が
調節できるのである。

【００２９】以上のように、スイッチブリッジ制御部６
は、商用電力系統４からの商用電源の交流電圧信号Ｖｏ
を入力し、直流電流信号Ｉｉ及び直流電圧信号Ｖｉと交
流電流信号Ｉｏ及び交流電圧信号Ｖｏの各検知信号によ
り、所定のプログラムに基づいて商用電源に同期すると
ともに前記の交互にオン、オフする合計時間ｔ１を演算
し、０〜大略３００Ｖまで電圧値が変化する太陽電池１
の直流電力が高効率にて交流電力に変換されるように、
スイッチブリッジ部２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ
３、Ｑ４をパルス幅変調制御する。

【００３０】そして、上記のパルス幅変調制御による交
流出力は、スイッチング動作による高周波電流成分を含
んでローパスフィルタ３のコンデンサＣ１に印加される
が、この高周波電流成分は、第２リアクトルＬ２及び第
３リアクトルＬ３によってその通過が大略阻止され、コ
ンデンサＣ１によって、前記第１リアクトルＬ１により
蓄積された電荷と前記にて阻止されない高周波電流成分
の電荷とが蓄積され、平滑化されて出力電流Ｉｏとして
出力される。この出力Ｉｏは、商用電力系統４からの供
給電流Ｉｕと合成され、負荷電流ＩＬとして負荷５に入
力されるものとなる。

【００３１】次に、以上説明した電力変換装置のスイッ
チ制御部６によるスイッチブリッジ部２のスイッチ素子
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４をパルス幅変調制御させる動作
について図３のフローチャートを参照して説明する。

【００３２】スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のゲ
ート信号作成処理のプログラムがスタートすると、ま
ず、交流電圧信号Ｖｏによって系統連系する商用電力系
統４からの商用電源電圧の正負が判定される（ステップ
１）。そして、正であればスイッチ素子Ｑ１のゲート信
号をＨｉｇｈとしてスイッチ素子Ｑ１をオンする（ステ
ップ２）とともにスイッチ素子Ｑ３のゲート信号をＬｏ
ｗとしてスイッチ素子Ｑ３をオフする（ステップ３）。
また、負であればスイッチ素子Ｑ１をオフする（ステッ
プ４）とともにスイッチ素子Ｑ３をオンする（ステップ
５）。

【００３３】次いで、交流電流信号ＩｏをＡＤ変換させ
る（ステップ６）。そして、このＡＤ変換後のデータ
と、予め記憶されている正弦波基準波ｆ２’の波形デー
タとの差を演算し正弦波基準波ｆ２の波形データを生成
する。（ステップ７）。次いで、正弦波基準波ｆ２のデ
ータと予め記憶されている三角波基準値データｆ１とを
比較し、スイッチ素子Ｑ２、Ｑ４をそれぞれ交互にオ
ン、オフする合計時間ｔ１を演算する（ステップ８）。
そして、前記ステップＳ１における判断の結果をスイッ
チ素子Ｑ１のオンオフによって参照する（ステップ
９）。そして、スイッチ素子Ｑ１がオンであればスイッ
チ素子Ｑ２をｔ１／２だけオンし（ステップ１０）、次
いでスイッチ素子Ｑ４をｔ１／２だけオンする（ステッ
プ１１）。また、スイッチ素子Ｑ１がオフであればスイ
ッチ素子Ｑ４をｔ１／２だけオンし（ステップ１２）、
次いでスイッチ素子Ｑ２をｔ１／２だけオンする（ステ
ップ１３）。

【００３４】なお、電力変換の出力レベルは、上記のプ
ログラム以外の図示しないプログラムにより、正弦波基
準波ｆ２’のデータの変更によってｔ１の時間を加減す
ることにより調節することができる。

【００３５】以上説明した電力変換装置によると、直流
が、一方の対角の一方の頂点２１が第１リアクトルＬ１
を介して太陽電池１の一端に、該頂点２１に対向する他
方の頂点２２が太陽電池１の他端にそれぞれ接続され、
他方の対角の２つ頂点２３、２４のそれぞれが第２リア
クトルＬ２及び第３リアクトルＬ３の一端に接続される
スイッチブリッジ部２の、一方の対角の一方の頂点２１
に一端が接続されたスイッチ素子Ｑ１、Ｑ３が商用電源
に同期し且つ互いに反転しオン、オフするとともに他方
の頂点２３に一端が接続されたスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４
のそれぞれが交互にオン、オフするパルス幅変調制御に
よって、第２リアクトルＬ２及び第３リアクトルＬ３の
他端にその両端が接続されるコンデンサＣ１の両端から
商用交流に変換し出力されるものとなるので、従来例
の、直流電圧の昇圧の為のスイッチ素子Ｑ０が不要とな
るとともにスイッチ損失あるいはオン抵抗損失が無くな
り、装置が低いコストによって高い電力変換効率の得ら
れるものとなる。また、一方の対角の一方の頂点２１に
一端が接続されたスイッチ素子Ｑ１、Ｑ３が、バイポー
ラ型スイッチトランジスタ素子によって形成されるもの
となるので、オン抵抗損失がより少ないものとなって電
力変換効率が更に向上する。

【００３６】［第２の実施の形態］図５は、第２の実施
の形態の電力変換装置の回路構成図である。図６は、図
５に示す電力変換装置の要部であるスイッチブリッジ制
御部の信号通過制限回路の構成図である。図７は、信号
通過制限回路の動作説明の波形図である。

【００３７】この電力変換装置は、スイッチブリッジ制
御部６の構成のみが第１の実施の形態のものと異なるも
ので、他の構成部材は第１の実施の形態のものと同一で
ある。

【００３８】このもののスイッチブリッジ制御部６は、
第１の実施の形態のものの出力部６４の出力端とスイッ
チ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のゲートとの間に、スイ
ッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のゲートに向けての制
御パルス信号ｓＱ１、ｓＱ２、ｓＱ３、ｓＱ４の通過を
制限する信号通過制限回路７を設けている。そして、こ
の信号通過制限回路７は、出力部６４の出力端に設置さ
れて、第１の実施の形態のパルス幅変調制御を、商用電
力系統４の商用電源の半周期において交流出力の電圧値
Ｖｏの絶対値が太陽電池１からの入力電圧Ｖｉより小さ
いときには前記他方の頂点２３に一端が接続されたスイ
ッチ素子Ｑ２、Ｑ４のいずれか一方のみオン、オフする
パルス幅変調制御とし、交流出力の電圧値Ｖｏの絶対値
が太陽電池１からの入力電圧Ｖｉと大略等しいか大きい
ときにはこれらのスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４のそれぞれを
交互にオン、オフするパルス幅変調制御としている。

【００３９】そして、このものにおいては、図６に示す
ように、交流電圧信号Ｖｏが非反転入力に入力され所定
の基準電圧Ｅ１を出力する基準電源７２が反転入力に入
力される比較器７１、該比較器７１の出力と制御パルス
信号ｓＱ３とが入力されるＯＲゲート７３、該ＯＲゲー
ト７３の出力と制御パルス信号ｓＱ２とが入力されるＡ
ＮＤゲート７４と、交流電圧信号Ｖｏが反転入力に入力
され前記基準電圧Ｅ１と逆極性電圧Ｅ２を出力する基準
電源７６が非反転入力に入力される比較器７５、該比較
器７５の出力と制御パルス信号ｓＱ１とが入力されるＯ
Ｒゲート７７、該ＯＲゲート７７の出力と制御パルス信
号ｓＱ４とが入力されるＡＮＤゲート７８と、によって
構成されている。そして、ＡＮＤゲート７４からスイッ
チ素子Ｑ２の制御パルス信号ｓＱ２’、ＡＮＤゲート７
８からスイッチ素子Ｑ４の制御パルス信号ｓＱ４’をそ
れぞれ出力する。また、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ３はこの
信号通過制限回路７をそのまま通過する制御パルス信号
ｓＱ１、ｓＱ３によって制御される。なお、信号通過制
限回路７は、上記のものに限定するものでなく、例えば
マイクロコンピュータを使用して構成しても良い。

【００４０】次に、以上説明した電力変換装置の信号通
過制限回路７を使用したスイッチ制御部６により、スイ
ッチブリッジ部２のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ
４をパルス幅変調制御させる動作について図７の波形図
を参照して説明する。なお、基準電源７２の基準電圧Ｅ
１及び基準電源７６の基準電圧Ｅ２は、 ■Ｅ１■＝■Ｅ２■＝Ｖｉ（直流電圧信号）に設定している。

【００４１】まず、スイッチ素子Ｑ１がオン、Ｑ３がオ
フの期間において、Ｅ１＞Ｖｏのときには、ＡＮＤゲー
ト７８からスイッチ素子Ｑ４の制御パルス信号ｓＱ４が
そのまま出力される。そして、スイッチ素子Ｑ２の制御
パルス信号ｓＱ２は、比較器７１の出力とスイッチ素子
Ｑ３の制御パルス信号ｓＱ３の出力がＬｏｗのため、Ａ
ＮＤゲート７４からは出力されない。また、Ｅ１＜Ｖｏ
のときには、比較器７１の出力がＨｉｇｈとなることに
よって、ＡＮＤゲート７４からスイッチ素子Ｑ２の制御
パルス信号ｓＱ２がそのまま出力される。また、一方、
スイッチ素子Ｑ３がオン、Ｑ１がオフの期間において、
Ｅ２＜Ｖｏのときには、ＡＮＤゲート７４からスイッチ
素子Ｑ２の制御パルス信号ｓＱ２がそのまま出力され
る。そして、スイッチ素子Ｑ４の制御パルス信号ｓＱ４
は、比較器７５の出力とスイッチ素子Ｑ１の制御パルス
信号ｓＱ１の出力がＬｏｗのため、ＡＮＤゲート７８か
らは出力されない。また、Ｅ２＞Ｖｏのときには、比較
器７５の出力がＨｉｇｈとなることによって、ＡＮＤゲ
ート７８からスイッチ素子Ｑ４の制御パルス信号ｓＱ４
がそのまま出力される。

【００４２】以上の結果、図７に示すように、第１リア
クトルＬ１にエネルギーを蓄えるためのスイッチ素子Ｑ
２、Ｑ４のスイッチング動作の期間は、各周期にて２×
ｔ２の時間減少することとなり、スイッチ素子Ｑ２、Ｑ
４で発生するスイッチ損失あるいはオン抵抗損失が更に
低減する。

【００４３】以上説明した電力変換装置によると、パル
ス幅変調制御が、商用電源の半周期の交流出力の電圧値
Ｖｏの絶対値が太陽電池１からの入力電圧Ｖｉより小さ
いときの、前記他方の頂点２３に一端が接続されたスイ
ッチ素子Ｑ２、Ｑ３のいずれか一方のみオン、オフする
パルス幅変調制御と、交流出力の電圧値Ｖｏの絶対値が
太陽電池１からの入力電圧Ｖｉと大略等しいか大きいと
きの、これらのスイッチ素子Ｑ２、Ｑ４のそれぞれを交
互にオン、オフするパルス幅変調制御とによるものとな
るので、スイッチ素子Ｑ２、Ｑ４で発生するスイッチ損
失あるいはオン抵抗損失がより少ないものとなって電力
変換効率が更に向上する。

【００４４】

【発明の効果】請求項１記載の電力変換装置は、直流
が、一方の対角の一方の頂点が第１リアクトルを介して
直流電源の一端に、該頂点に対向する他方の頂点が前記
直流電源の他端にそれぞれ接続され、他方の対角の２つ
頂点のそれぞれが第２リアクトル及び第３リアクトルの
一端に接続されるスイッチブリッジ部の、一方の対角の
一方の頂点に一端が接続されたスイッチ素子が商用電源
に同期し且つ互いに反転しオン、オフするとともに他方
の頂点に一端が接続されたスイッチ素子のそれぞれが交
互にオン、オフするパルス幅変調制御によって、第２リ
アクトル及び第３リアクトルの他端にその両端が接続さ
れるコンデンサの両端から商用交流に変換し出力される
ものとなるので、従来例の、直流電圧の昇圧の為のスイ
ッチ素子が不要となるとともにスイッチ損失あるいはオ
ン抵抗損失が無くなり、装置が低いコストによって高い
電力変換効率の得られるものとなる。

【００４５】また、請求項２記載の電力変換装置は、請
求項１記載のものの効果に加え、一方の対角の一方の頂
点に一端が接続されたスイッチ素子が、バイポーラ型素
子によって形成されるものとなるので、オン抵抗損失が
より少ないものとなって電力変換効率が更に向上する。

【００４６】また、請求項３記載の電力変換装置は、請
求項１又は２記載のものの効果に加え、パルス幅変調制
御が、商用電源の半周期の交流出力の電圧値の絶対値が
前記直流電源からの入力電圧より小さいときの、前記他
方の頂点に一端が接続されたスイッチ素子のいずれか一
方のみオン、オフするパルス幅変調制御と、交流出力の
電圧値の絶対値が前記直流電源からの入力電圧と大略等
しいか大きいときの、これらのスイッチ素子のそれぞれ
を交互にオン、オフするパルス幅変調制御とによるもの
となるので、スイッチ素子で発生するスイッチ損失ある
いはオン抵抗損失がより少ないものとなって電力変換効
率が更に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す電力変換装置
の回路構成図である。

【図２】図１に示す電力変換装置の要部であるスイッチ
ブリッジ制御部の構成図である。

【図３】図１に示す電力変換装置の要部であるスイッチ
ブリッジ制御部の制御フローチャートである。

【図４】図１に示す電力変換装置のスイッチブリッジ制
御部の動作説明の波形図である。

【図５】第２の実施の形態の電力変換装置の回路構成図
である。

【図６】図５に示す電力変換装置の要部であるスイッチ
ブリッジ制御部の信号通過制限回路の構成図である。

【図７】図５に示す電力変換装置の要部であるスイッチ
ブリッジ制御部の信号通過制限回路の動作説明の波形図
である。

【図８】従来例の回路構成図である。

【符号の説明】

１太陽電池（直流電源）２スイッチブリッジ部Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４スイッチ素子Ｌ１第１リアクトルＬ２第２リアクトルＬ３第３リアクトルＣ１コンデンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者東浜弘忠大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者臼井久視大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源から入力される電圧値の変化す
る直流を所定の電圧値の交流に変換して出力する電力変
換装置であって、一方の対角の一方の頂点が第１リアクトルを介して直流
電源の一端に、該頂点に対向する他方の頂点が前記直流
電源の他端にそれぞれ接続され、他方の対角の２つ頂点
のそれぞれが第２リアクトル及び第３リアクトルの一端
に接続されるスイッチブリッジ部と、前記第２リアクト
ル及び第３リアクトルの他端にその両端が接続されるコ
ンデンサと、を備え、前記スイッチブリッジ部の前記一
方の対角の一方の頂点に一端が接続されたスイッチ素子
を商用電源に同期し且つ互いに反転しオン、オフすると
ともに前記他方の頂点に一端が接続されたスイッチ素子
をそれぞれ交互にオン、オフするパルス幅変調制御によ
って直流を商用交流に変換して前記コンデンサの両端か
ら出力することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】前記一方の対角の一方の頂点に一端が接
続されたスイッチ素子を、バイポーラ型素子によって形
成することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】前記パルス幅変調制御を、商用電源の半
周期において交流出力の電圧値の絶対値が前記直流電源
からの入力電圧より小さいときには前記他方の頂点に一
端が接続されたスイッチ素子のいずれか一方のみオン、
オフするパルス幅変調制御とし、交流出力の電圧値の絶
対値が前記直流電源からの入力電圧と大略等しいか大き
いときにはこれらのスイッチ素子のそれぞれを交互にオ
ン、オフするパルス幅変調制御とすることを特徴とする
請求項１又は２記載の電力変換装置。