WO2016013549A1 - 送電装置 - Google Patents

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水谷　政敏
浩行 野田
夏比古 森
智哉 川合
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Ntn株式会社
水谷　政敏
浩行 野田
夏比古 森
智哉 川合
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Definitions

  • the present invention relates to a power transmission device that can be consumed in a house or the like by supplying power generated by a DC power source such as a solar power generator to a commercial power source such as a house.
  • Patent Document 1 an apparatus for transmitting power from a DC power supply such as a solar power generation apparatus to a commercial power system connected to an AC power supply in phase with the voltage of the AC power supply.
  • This device converts the magnitude of the voltage of the DC power supply to the magnitude of the voltage required to transmit power to the commercial power system, and controls the AC switch composed of a transistor bridge in synchronization with the voltage of the AC power supply. The AC current is made to flow backwards in phase with the AC power supply.
  • a DC-DC converter 51 using an insulating transformer is used to convert the voltage of the input DC power supply 50.
  • the DC-DC converter 51 has a closed state in which the current of the DC power source 50 is caused to flow to the primary side of the insulating transformer by a switching element 52 such as a transistor, and energy accumulated in the closed state is released, so that the insulating transformer Switch to the open state in which current flows to the secondary side.
  • An object of the present invention is to provide a power transmission device that is less susceptible to switching noise and stabilizes circuit operation.
  • the power transmission device of the present invention is a power transmission device that is connected between an AC wiring system 2 connected to an AC power source 3 and a DC power source 1 and transmits power from the DC power source 1 to the AC wiring system 2.
  • AC power supply voltage signal generating means 10 connected to the AC wiring system 2 and detecting the polarity and magnitude of the voltage in the AC wiring system 2 to generate an AC power supply voltage signal; In accordance with the change in polarity and magnitude of the voltage detected by the AC power supply voltage signal generation means 10, the connection between the DC power supply 1 and the AC wiring system 2 is repeatedly opened and closed, and the DC power output from the DC power supply 1.
  • Power conversion means 7 for converting the power into AC power;
  • a DC voltage converter 6 including a first insulating transformer that insulates the input side and the output side, converts the DC voltage of the DC power source 1 and applies the voltage to the power converter 7;
  • a switching element 11 for switching between a closed state in which the DC voltage of the DC power source 1 is applied to the input side of the DC voltage converter 6 and an open state in which the DC voltage is not applied;
  • Switch opening / closing signal generating means 12 for generating a switch opening / closing signal for opening / closing the switching element 11;
  • the switch opening / closing signal generating means 12 A control signal generator 14 for generating a control signal composed of a predetermined pulse signal; When the control signal is inputted, a delay signal in which the rise of the control signal is delayed is generated, and when the delay signal becomes a value corresponding to the magnitude of the voltage of the AC power supply voltage signal, the control signal is caused to fall.
  • a pulse width determination unit 15 using the control signal as the switch open / close signal; Have As the AC power source 3, for example, a commercial power source with an AC voltage of 100V is applied. As the DC power source 1, for example, a solar power generation device or a battery is applied.
  • the predetermined pulse signal is determined by the magnitude of the voltage generated by the AC power supply voltage signal generation means 10, for example, the amplitude.
  • the AC power supply voltage signal generating means 10 connected to the AC wiring system 2 detects the polarity and magnitude of the voltage in the AC power supply 3.
  • the power conversion means 7 adjusts the polarity and magnitude of the voltage to the sine wave voltage of the AC wiring system 2, so that the connection between the DC power supply 1 and the AC wiring system 2 is made according to the detected polarity and magnitude of the voltage. Repeat opening and closing.
  • the DC voltage converter 6 converts the DC voltage of the DC power source 1 and applies it to the power converter 7.
  • the DC voltage conversion unit 6 has a closed state in which the DC voltage of the DC power source 1 is applied to the input side of the first isolation transformer by the switching element 11 and the energy accumulated in this closed state is released to thereby release the first insulation. Switch to the open state in which current flows to the output side of the transformer.
  • the switch opening / closing signal generating means 12 generates a switch opening / closing signal for opening / closing the switching element 11.
  • the control signal generator 14 in the switch opening / closing signal generator 12 generates a control signal composed of a predetermined pulse signal.
  • the rise time of the control signal is determined by, for example, the frequency of the control signal (for example, about several tens of kHz to several hundreds of kHz) set sufficiently higher than the frequency of the AC power supply 3 (for example, 50 Hz or 60 Hz). .
  • the pulse width determination unit 15 receives the generated control signal and generates a delayed signal in which the rise of the control signal is delayed.
  • the delayed signal whose rising edge is delayed is a delayed signal whose rising edge of the signal is relatively gentle by relatively reducing the rate of change of the signal with respect to time.
  • After the control signal is input A signal whose output voltage gradually increases from zero over time.
  • the pulse width determining unit 15 determines that the delay signal corresponds to the magnitude of the voltage of the AC power supply voltage signal (this corresponding value is a value proportional to the magnitude of the AC power supply voltage. Then, the control signal is made to fall and the control signal is used as the switch open / close signal.
  • the pulse width determination unit 15 reduces the pulse width when the voltage of the AC power supply voltage signal is low, and increases the pulse width when the voltage of the AC power supply voltage signal is high. For example, a current having a magnitude corresponding to a high value may be reversed.
  • the delay signal is generated in this way and the switch signal is generated by comparing this delay signal with the AC power supply voltage signal, the effect of switching noise is greater than that obtained from the current signal from the voltage across the shunt resistor as in the prior art.
  • the circuit operation can be stabilized because it is difficult to receive.
  • the prior art in order to reduce the loss at the shunt resistor, it is necessary to reduce the resistance value of the shunt resistor. For this reason, the value of the primary current signal of the first isolation transformer becomes small, so that it is easily affected by the switching noise of the switching element, and the circuit operation may become unstable. . Therefore, it becomes difficult to be affected by switching noise and the circuit operation can be stabilized.
  • the pulse width determination unit 15 may include an integration circuit 16 that generates a delay signal in which the rising of the input control signal is delayed.
  • the delay signal can be generated easily and reliably by the integrating circuit, which can contribute to the stabilization of the circuit operation.
  • the integration circuit 16 may be a circuit in which a resistance element 19 and a capacitance element 20 are connected in series (CR integration circuit).
  • CR integration circuit When a voltage is applied to the input side of the CR integration circuit, electric charge is accumulated in the capacitive element 20 that is a capacitor. The electric charge accumulated in the capacitive element 20 can be released by resistance. As the electric charge accumulates in the capacitive element 20, the current flowing into the capacitive element 20 is reduced, thereby generating a delayed signal in which the rise of the control signal is delayed.
  • the switch opening / closing signal generating means 12A includes: A delay signal generation means 151 for generating a delay signal in which the rising edge of the control signal is delayed by the input of the control signal; When the delay signal generated by the delay signal generating means 151 has a value corresponding to the voltage level of the AC power supply voltage signal, the control signal is caused to fall and the control signal is used as the switch open / close signal.
  • the delay signal generator 151 preferably includes a delay signal delay unit 151b that further delays the rising edge of the delay signal according to the voltage level of the AC power supply voltage signal generated by the AC power supply voltage signal generator 10A.
  • the predetermined pulse signal is determined by the magnitude, eg, amplitude, of the voltage generated by the AC power supply voltage signal generation means 10A.
  • FIG. 12 is a diagram showing a waveform of a current flowing backward in the commercial power system.
  • the pulse width of the switch opening / closing signal near the apex 54a of the sine wave 54 is insufficient, and the waveform is distorted.
  • the time constant of the CR integration circuit may be increased to delay the rise of the pulse.
  • the discharge is also delayed, the improvement in the power factor of the apparatus could not be sufficiently handled.
  • the AC power supply voltage signal generation means 10 ⁇ / b> A connected to the AC wiring system 2 detects the polarity and magnitude of the voltage in the AC wiring system 2.
  • the power conversion means 7 adjusts the polarity and magnitude of the voltage to the sine wave voltage of the AC wiring system 2, so that the connection between the DC power supply 1 and the AC wiring system 2 is made according to the detected polarity and magnitude of the voltage. Repeat opening and closing.
  • the DC voltage converter 6 converts the DC voltage of the DC power supply 1 into a voltage and applies it to the power converter 7.
  • the DC voltage conversion unit 6 is in a closed state in which the DC voltage of the DC power source 1 is applied to the input side of the insulation transformer by the switching element 11, and the energy accumulated in this closed state is released, and a current is output to the output side of the insulation transformer.
  • the switch opening / closing signal generating means 12A generates a switch opening / closing signal for opening / closing the switching element 11.
  • the control signal generator 14 in the switch opening / closing signal generator 12A generates a control signal composed of a predetermined pulse signal.
  • the rise time of the control signal is determined by, for example, the frequency of the control signal (for example, about several tens of kHz to several hundreds of kHz) set sufficiently higher than the frequency of the AC power supply 3 (for example, 50 Hz or 60 Hz).
  • the delay signal generation unit 151 receives the generated delay signal and generates a delay signal in which the rise of the control signal is delayed.
  • the delayed signal whose rise is delayed is as described above.
  • the signal output unit 152 has a value corresponding to the magnitude of the voltage of the AC power supply voltage signal (this corresponding value is a value proportional to the magnitude of the AC power supply voltage. Then, it is determined and adjusted while observing the current waveform for reverse flow.) Then, the control signal falls and the control signal becomes the switch open / close signal.
  • the delay signal delay unit 151b in the delay signal generation unit 151 further delays the rise of the delay signal according to the magnitude of the voltage of the AC power supply voltage signal generated by the AC power supply voltage signal generation unit 10A. For example, the charging current of the capacitive element 20 of the CR integration circuit is reduced, the discharge current of the capacitive element 20 is increased, and the rise of the delay signal is delayed and the fall is accelerated. As a result, a sufficient pulse width of the switch opening / closing signal can be secured, and a sine wave current with less sine wave distortion can be flowed. Therefore, the power factor of the device can be increased.
  • the power factor of the apparatus can be improved by reducing the distortion of the current waveform while ensuring the necessary pulse width.
  • the delay signal generation means 151 may include an integration circuit 151a that generates a delay signal in which the rising of the input control signal is delayed. In this case, the delay signal can be easily and reliably generated by the integration circuit 151a.
  • the integration circuit 151a may be a circuit in which the first resistance element 19 and the capacitance element 20 are connected in series (CR integration circuit). When a voltage is applied to the input side of the CR integration circuit, electric charge is accumulated in the capacitive element 20 that is a capacitor. The charge accumulated in the capacitor element 20 can be released by the first resistance element 19. As the electric charge accumulates in the capacitive element 20, the current flowing into the capacitive element 20 is reduced, thereby generating a delayed signal in which the rise of the control signal is delayed.
  • the delay signal delay unit 151b includes a second resistance element 23 and a rectifier that make the charging current of the capacitive element 20 smaller than a first threshold and make the discharging current of the capacitive element 20 larger than a second threshold.
  • the element 24 may be included.
  • the first and second threshold values are determined based on results of experiments, simulations, and the like, for example.
  • the charging current of the capacitive element 20 becomes smaller and the rise of the control signal is delayed.
  • the discharge current of the capacitive element 20 flows through the first and second resistive elements 19 and 23, so that the capacitive element is more than when there is no second resistive element 23 and rectifying element 24.
  • the discharge current of 20 becomes large and the fall of the control signal becomes quick.
  • the power factor of the apparatus can be improved by reducing distortion of the current waveform while ensuring the necessary pulse width.
  • the AC power supply voltage signal may be generated using an AC voltage generated by being insulated from the AC power supply 3 using a second insulating transformer.
  • the second insulating transformer can insulate the primary coil from the secondary coil to prevent the primary side noise from being directly conducted to the secondary side, thereby improving safety. .
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a power transmission device according to a first embodiment of the present invention. It is a block diagram which expands and shows the principal part of the power transmission device. It is a circuit diagram which shows the principal part structure of the pulse width determination part of the power transmission device. It is a figure explaining the state which compares the magnitude
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a power transmission device according to an embodiment of the present invention. It is a block diagram which expands and shows the principal part of the power transmission device. It is a circuit diagram which shows the principal part structures, such as a delay signal production
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a power transmission device according to this embodiment.
  • This power transmission device transmits power from a DC power source 1 to an AC wiring system 2 serving as an indoor wiring.
  • This power transmission device can be consumed in a house by supplying power generated by a DC power source 1 such as a solar power generator to an AC wiring system 2 such as in a house connected to an AC commercial power source. It is.
  • the power transmission device is connected between the AC wiring system 2 connected to the AC power source 3 and the DC power source 1.
  • the AC wiring system 2 is connected to a single-phase AC power source 3 via a distribution board 4 such as a house.
  • the voltage in the wiring on the indoor side of the distribution board 4 in a house or the like actually fluctuates depending on the use state of the connected electrical equipment, but in a general home, there are some voltage fluctuations and voltage waveform fluctuations. And frequency fluctuations do not affect the operation of electrical equipment. Therefore, there is no problem even if the DC power generated by the DC power source 1 is converted into AC power by a DC voltage conversion unit, power conversion means, or the like having a simple configuration and consumed in a house.
  • the AC power source 3 for example, a commercial power source with an AC voltage of 100V is applied.
  • the DC power source 1 for example, a solar power generation panel, a battery of a solar power generation device, other batteries, or the like (for example, a battery of an electric vehicle connected to a distribution board such as a house) is applied.
  • a load facility 5 is connected to the AC wiring system 2, DC power generated by the DC power source 1 is converted into AC power by the DC voltage conversion unit 6, the power conversion means 7, and the like, and this AC power is supplied to the load facility 5.
  • the power transmission apparatus includes a DC voltage converter 6, a rectifier circuit 8, a power converter 7, an AC voltage converter 9, an AC power supply voltage signal generator 10, a switching element 11, and a switch open / close signal generator 12.
  • This power transmission device can consume the power generated by the DC power source 1 in a house or the like only by inserting the plug 22 connected to the output side of the power conversion means 7 into the outlet 21 in the AC wiring system 2.
  • the outlet 21 may be an arbitrary outlet in the AC wiring system 2.
  • the DC voltage converter 6 is an insulating flyback converter including a first insulating transformer that insulates the input side and the output side. Between the two terminals of the DC power supply 1, the primary coil 6 a of the DC voltage conversion unit 6 and the switching element 11 are connected in series.
  • the DC voltage conversion unit 6 converts, for example, the DC voltage of the DC power supply 1 into a boosted DC voltage, and applies it to the power conversion means 7 described later via the rectifier circuit 8.
  • the voltage of the electric power generated by the solar power generation device is about DC35V, but the DC voltage converter 6 boosts the DC voltage of about DC35V to about DC100V.
  • this DC voltage conversion unit 6 when the DC voltage of the DC power source 1 is applied to the primary coil 6a (input side) by the switching element 11, the current flows through the primary coil 6a and is generated.
  • the core is magnetized by the magnetic flux.
  • the switching element 11 is opened (off), the energy accumulated in the core is released, and a current flows through the secondary coil 6b (output side).
  • a reverse magnetic field is applied with a reverse magnetic field, and the switching element 11 is turned on and off as described above to generate an induced electromotive force in the third quadrant. Therefore, the secondary coil voltage can be greatly changed with respect to the change of the primary coil voltage.
  • the power conversion means 7 repeatedly opens and closes the connection between the DC power source 1 and the AC wiring system 2, and converts the DC power output from the DC power source 1 into AC power.
  • the power conversion means 7 includes a bridge 7a including a plurality of switching elements 13 and a bridge controller 7b that controls the bridge 7a. Between the connection between the bridge 7 a and the AC wiring system 2, the primary coil 9 a of the AC voltage conversion unit 9 including a second insulating transformer that insulates the input side and the output side is connected in parallel with the bridge 7 a and the AC wiring system 2.
  • the AC voltage from the AC wiring system 2 is transformed between the primary coil 9a and the secondary coil 9b of the AC voltage conversion unit 9 according to the turn ratio of the primary coil 9a and the secondary coil 9b.
  • the AC voltage output from the AC voltage conversion unit 9 is generated by being insulated from the AC power source 3 using a second insulating transformer.
  • the AC power supply voltage signal generation means 10 includes an electric circuit composed of a capacitor, an inductor, a regulator, a semiconductor element, or the like, detects the polarity and magnitude of the AC voltage transformed by the AC voltage conversion unit 9, and generates an AC power supply. Generate and output a voltage signal.
  • the bridge controller 7b performs control to repeatedly open and close the plurality of switching elements 13 in accordance with the polarity and magnitude of the voltage detected by the AC power supply voltage signal generation means 10, so that the DC power is changed to AC power in the bridge 7a.
  • the bridge control unit 7b is a LUT (Look Up Table) realized by software or hardware, a predetermined conversion function stored in a software library (Library), hardware equivalent thereto, or the like. (Hereinafter referred to as an “implementation model”), a switch signal that repeatedly opens and closes the plurality of switching elements 13 in response to the input of the polarity and magnitude of the voltage detected by the AC power supply voltage signal generation means 10 is used.
  • the circuit is composed of a circuit or a function that can be operated, and further includes an electronic circuit or an electric circuit that drives, for example, a PWM signal corresponding to the switch signal.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an enlarged main part of the power transmission device.
  • the switch opening / closing signal generating means 12 is connected between the AC power supply voltage signal generating means 10 and the switching element 11.
  • the switch open / close signal generating means 12 is a means for generating a switch open / close signal for opening and closing the switching element 11, and includes a control signal generating unit 14 and a pulse width determining unit 15.
  • the control signal generation unit 14 generates a control signal composed of a predetermined pulse signal.
  • the rise time of the control signal is determined by, for example, a frequency (for example, about several tens kHz to several hundred kHz) set higher than the frequency (for example, 50 Hz or 60 Hz) of the AC power supply 3 (FIG. 1).
  • the predetermined pulse signal is determined by the magnitude of the voltage generated by the AC power supply voltage signal generation means 10, for example, the amplitude.
  • the control signal generation unit 14 receives the input of the polarity and magnitude of the voltage detected by the AC power supply voltage signal generation means 10 using the above-described realization model, and rises the control signal.
  • the circuit includes a circuit or function that can calculate time, and further includes an electronic circuit or an electric circuit that generates and outputs a control signal including a pulse signal having the set frequency.
  • the pulse width determination unit 15 includes a delay circuit 16, a comparison unit 17, and a processing unit 18.
  • the delay circuit 16 receives the control signal and generates a delay signal in which the rise of the control signal is delayed.
  • the pulse width determination unit 15 causes the control signal to fall and sets the control signal as a switch open / close signal.
  • the pulse width determination unit 15 performs PWM control to reduce the pulse width when the voltage of the AC power supply voltage signal is low, and to increase the pulse width when the voltage of the AC power supply voltage signal is high, so that the AC power supply 3 (FIG. 1). ) Reverse the flow of the current with the voltage matching the voltage.
  • the delay circuit 16 has an integration circuit.
  • This integration circuit is constituted by, for example, a CR integration circuit in which a resistance element 19 and a capacitance element 20 are connected in series.
  • a resistance element 19 and a capacitance element 20 are connected in series.
  • the voltage Vi When the voltage Vi is applied to the input side of the CR integration circuit, electric charge is accumulated in the capacitive element 20 which is a capacitor.
  • the electric charge accumulated in the capacitive element 20 can be released by resistance. As the electric charge accumulates in the capacitive element 20, the current flowing into the capacitive element 20 is reduced, thereby generating a delayed signal in which the rise of the control signal is delayed.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a state in which the switch opening / closing signal is generated by comparing the delay signal and the voltage level of the AC power supply voltage signal by the power transmission device.
  • the rise time of the delay signal is determined by a set frequency (for example, about several tens of kHz to several hundreds of kHz).
  • the comparison unit 17 compares the delay signal generated by the delay circuit 16 with the voltage level of the AC power supply voltage signal.
  • the processing unit 18 causes the control signal to fall when the comparison unit 17 determines that the delay signal is greater than or equal to the voltage of the AC power supply voltage signal, and makes the control signal a switch open / close signal.
  • the comparison unit 17 is configured by a circuit or a function that can receive a delay signal and an AC power supply voltage signal and output a comparison result using the above-described implementation model.
  • the processing unit 18 may receive the comparison result of the comparison unit 17 and the output of the control signal generation unit 14 and output the fallen control signal using the above-described implementation model. It consists of a circuit or function.
  • the delay signal and the AC power supply voltage signal are compared to create the switch open / close signal, so that the circuit operation is less affected by switching noise than the current signal obtained from the voltage across the shunt resistor as in the past. Can be stabilized.
  • the DC power generated by the DC power source 1 can be converted into AC power by the DC voltage conversion unit 6 or the power conversion means 7 and supplied to the load facility 5 and consumed in the house. Therefore, for example, the electricity bill charged by the electric power company or the like can be reduced. Since the DC voltage conversion unit 6 and the power conversion unit 7 can be configured simply, the cost of the power transmission device can be reduced.
  • a power transmission device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the description is abbreviate
  • the AC power supply voltage signal generation means 10A in FIG. 7 includes an electric circuit composed of a capacitor, an inductor, a regulator, or a semiconductor element, and detects the polarity and magnitude of the AC voltage transformed by the AC voltage conversion unit 9.
  • a full-wave rectified AC power supply voltage signal (commercial power system voltage signal) is generated and output.
  • the bridge controller 7b performs control to repeatedly open and close the plurality of switching elements 13 in accordance with the polarity and magnitude of the voltage detected by the AC power supply voltage signal generation means 10A, so that the DC power is changed to AC power in the bridge 7a. Convert.
  • FIG. 8 is a block diagram showing an enlarged main part of the power transmission device.
  • the switch opening / closing signal generating means 12A is connected between the AC power supply voltage signal generating means 10A and the switching element 11.
  • the switch opening / closing signal generating means 12A is a means for generating a switch opening / closing signal for opening / closing the switching element 11, and has a control signal generating section 14, which corresponds to the pulse width determining section 15 in FIG. Means 151 and a signal output unit 152 are provided.
  • the control signal generation unit 14 generates a control signal composed of a predetermined pulse signal.
  • the rise time of the control signal is determined by, for example, a frequency (for example, about several tens kHz to several hundred kHz) set higher than the frequency (for example, 50 Hz or 60 Hz) of the AC power supply 3 (FIG. 7).
  • the predetermined pulse signal is determined by the magnitude of the voltage generated by the AC power supply voltage signal generation means 10, for example, the amplitude.
  • Delay signal generating means 151 generates a delay signal in which the control signal is input and the rise of the control signal is delayed.
  • the delay signal generation unit 151 includes an integration circuit 151a and a delay signal delay unit 151b.
  • the integration circuit 151a is a so-called CR integration circuit in which, for example, a first resistance element 19 and a capacitance element 20 are connected in series.
  • the voltage Vi is applied to the input side of the integrating circuit 151a, electric charge is accumulated in the capacitive element 20 that is a capacitor.
  • the current flowing into the capacitive element 20 is reduced, thereby generating a delayed signal in which the rise of the control signal is delayed.
  • the electric charge accumulated in the capacitive element 20 can be released by the first resistance element 19 and a second resistance element 23 described later.
  • the delay signal delay unit 151b further delays the rising of the delay signal according to the magnitude of the voltage of the AC power supply voltage signal generated by the AC power supply voltage signal generation means 10A.
  • the delay signal delay unit 151b includes, for example, a second resistance element 23 and a rectifying element 24 connected in series.
  • the delay signal delay unit 151b has one end connected between the first resistance element 19 and the capacitive element 20 in the integration circuit 151a, and the other end connected to the AC power supply voltage signal generation unit 10A.
  • the voltage signal (output AC voltage signal) of the AC power source from the second resistance element 23 and the rectifying element 24 to the AC power source voltage signal generating unit 10A is supplied from the AC power source voltage signal generating unit 10A to the control signal generating unit 14 (FIG. 8).
  • the AC power supply voltage signal (commercial power system voltage signal) leading to is inverted. Since the output AC voltage signal inverts the commercial power system voltage signal, the phase is shifted by 180 °. The amplitude is determined by adjustment.
  • the commercial power system voltage signal is a waveform obtained by full-wave rectifying a sine wave. Since the output AC voltage signal is inverted, the output AC voltage signal has a negative waveform obtained by full-wave rectification. Therefore, the higher the commercial power system voltage signal (positive value), the smaller the output AC voltage signal value (negative value). Therefore, the higher the commercial power system voltage signal, the larger the current drawn by the delay signal delay unit, and the delay time can be increased.
  • the signal output unit 152 causes the control signal to fall when the delay signal generated by the delay signal generation unit 151 has a value corresponding to the magnitude of the voltage of the AC power supply voltage signal.
  • the signal is a switch open / close signal.
  • the signal output unit 152 performs PWM control to reduce the pulse width when the voltage of the AC power supply voltage signal is low, and to increase the pulse width when the voltage of the AC power supply voltage signal is high, so that the AC power supply 3 (FIG. 7). ) Reverse the flow of the current with the voltage matching the voltage.
  • the signal output unit 152 includes a comparison unit 17 and a processing unit 18.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a state in which a switch opening / closing signal is generated by comparing the delay signal and the voltage level of the AC power supply voltage signal by the power transmission device.
  • the comparison unit 17 compares the delay signal generated by the delay signal delay unit 151 b with the voltage level of the AC power supply voltage signal.
  • the processing unit 18 causes the control signal to fall and use the control signal as a switch open / close signal.
  • the integration circuit 151a in the delay signal generation unit 151 generates a delay signal in which the rise of the control signal is delayed. Due to the delay signal delay unit 151b in the delay signal generation means 151, the rise of the control signal is further delayed and the fall of the control signal is accelerated. As a result, while ensuring the necessary pulse width, it is possible to reduce the distortion of the current waveform 25 and improve the power factor of the apparatus as shown in FIG.
  • the DC power generated by the DC power source 1 can be converted into AC power, supplied to the load facility 5 and consumed in the house, for example, an electricity bill charged by an electric power company or the like Can be reduced. Since the DC voltage conversion unit 6 and the power conversion unit 7 can be easily configured, for example, the cost of the power transmission device can be reduced rather than using a power conditioner.
  • the second embodiment includes the following modes that do not presuppose the presence of a switch opening / closing signal generating unit having the pulse width determination unit of the first embodiment.
  • a power transmission device connected between an AC wiring system connected to an AC power source and a DC power source, and transmits power from the DC power source to the AC wiring system, AC power supply voltage signal generating means connected to the AC wiring system and detecting the polarity and magnitude of the voltage in the AC wiring system to generate an AC power supply voltage signal; According to the change in polarity and magnitude of the voltage detected by the AC power supply voltage signal generating means, the connection between the DC power supply and the AC wiring system is repeatedly opened and closed, and the DC power output from the DC power supply is changed to AC power.
  • Power conversion means for converting;
  • a DC voltage converter that includes a first insulating transformer that insulates the input side and the output side, and converts the DC voltage of the DC power supply to apply to the power converter;
  • a switching element that switches between a closed state in which a DC voltage of the DC power supply is applied to the input side of the DC voltage converter and an open state in which the DC voltage is not applied;
  • a switch opening / closing signal generating means for generating a switch opening / closing signal for opening / closing the switching element, This switch open / close signal generating means
  • a control signal generator for generating a control signal composed of a predetermined pulse signal;
  • a delay signal generating means for generating a delay signal in which the rising edge of the control signal is delayed when the control signal is input; When the delay signal generated by the delay signal generating means has a value corresponding to the voltage level of the AC power supply voltage signal, the control signal is caused to fall so that the control signal becomes the switch open / close signal.
  • the delay signal generation unit includes a delay signal delay unit that further delays the rising edge of the delay signal according to the magnitude of the voltage of the AC power supply voltage signal generated by the AC power supply voltage signal generation unit.
  • apparatus [Aspect 2] The power transmission apparatus according to aspect 1, wherein the AC power supply voltage signal is generated using an AC voltage generated by being insulated from the AC power supply using a second insulating transformer.
  • the delay signal generation unit includes an integration circuit that generates a delay signal in which the rising of the input control signal is delayed.
  • the integration circuit includes a first resistance element and a capacitance element connected in series.
  • the delay signal delay unit is configured to reduce a charging current of the capacitive element to be smaller than a first threshold value, and to increase a discharging current of the capacitive element to be larger than a second threshold value.
  • a power transmission device having a resistance element and a rectifying element.
  • the power transmission device of the present invention can supply the power generated by the DC power source to the AC commercial power source outside the house and ask the power company to purchase it.

Landscapes

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Abstract

　スイッチングノイズの影響を受けにくくなって回路動作を安定化する送電装置を提供する。この送電装置は、交流電源に接続された交流配線系統と直流電源との間に接続され、直流電源から交流配線系統に電力を送電する。送電装置は、交流電源電圧信号生成手段(10)と、電力変換手段と、直流電圧変換部と、スイッチング素子(11)と、スイッチ開閉信号生成手段(12)とを備える。スイッチ開閉信号生成手段(12)は、パルス信号からなる制御信号を生成する制御信号生成部(14)と、前記制御信号が入力されてこの制御信号の立ち上がりが遅くなった遅延信号を生成し、この遅延信号が交流電源電圧信号の電圧の大きさに対応する値となると前記制御信号を立ち下がらせて前記制御信号をスイッチ開閉信号とするパルス幅決定部(15)とを有する。

Description

送電装置 関連出願
　本出願は、２０１４年７月２４日出願の特願２０１４－１５０７４２、および２０１４年７月２５日出願の特願２０１４－１５１６２２の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　この発明は、例えば、太陽光発電装置等の直流電源で発電した電力を、住宅等の商用電源に供給して住宅内等において消費し得る送電装置に関する。
　従来、太陽光発電装置のような直流電源から、交流電源に接続された商用電力系統に、交流電源の電圧に位相を合わせて電力を送電する装置が提案されている（特許文献１）。この装置は、直流電源の電圧の大きさを、商用電力系統に送電するために必要な電圧の大きさに変換し、交流電源の電圧に同期させてトランジスタブリッジで構成される交流スイッチを制御して、交流電源に位相を合わせて交流電流を逆潮流させる。
　このような装置では、例えば、図５に示すように、入力される直流電源５０の電圧を変換するのに絶縁トランスを使ったＤＣ－ＤＣコンバータ５１を使用する。このＤＣ－ＤＣコンバータ５１は、トランジスタ等のスイッチング素子５２により、前記絶縁トランスの１次側に直流電源５０の電流を流す閉状態と、この閉状態で蓄積されたエネルギが開放されて絶縁トランスの２次側に電流を流す開状態とに切り替える。
特許第３４７８３３８号公報
　商用電力系統５３にこの装置を接続した場合、系統の正弦波電圧に位相を合わせて電流を逆潮流させる。この装置の力率を高めるには、逆潮流させる電流波形が系統の電圧と同様の正弦波であることが好ましい。そのため、図６に示すように、系統の電圧に合わせて絶縁トランスの１次側に接続されるスイッチング素子をオンする時間幅ｔ１を変化させるＰＷＭ制御を行っている。
　このＰＷＭ制御を、装置出力側の交流電源の電圧と、前記絶縁トランスの１次側に流れる電流を使用して行うのが望ましい。絶縁トランスに流れる電流信号を得るために、図５に示すようにトランスに直列に接続されたシャント抵抗５４を使用する。このシャント抵抗５４の両端の電圧から電流信号を得ることができる。効率を考慮するとこの抵抗値はできるだけ小さくする必要があるが、その場合電流信号は小さくなる。この電流信号を使用してＰＷＭ制御を行う場合、スイッチング素子５２のスイッチングノイズの影響で回路動作が不安定になることがあった。
　この発明の目的は、スイッチングノイズの影響を受けにくくして回路動作を安定化する送電装置を提供することである。
　以下、この発明について、理解を容易にするために、便宜上実施形態の符号を参照して説明する。
　この発明の送電装置は、交流電源３に接続された交流配線系統２と直流電源１との間に接続され、前記直流電源１から前記交流配線系統２に電力を送電する送電装置であって、
　前記交流配線系統２に接続され、前記交流配線系統２における電圧の極性および大きさを検出して交流電源電圧信号を生成する交流電源電圧信号生成手段１０と、
　この交流電源電圧信号生成手段１０で検出される電圧の極性および大きさの変化に従って、前記直流電源１と前記交流配線系統２との接続の開閉を繰り返し、前記直流電源１から出力される直流電力を交流電力に変換する電力変換手段７と、
　入力側と出力側を絶縁する第１の絶縁トランスを含み、前記直流電源１の直流電圧を電圧変換して前記電力変換手段７に印加する直流電圧変換部６と、
　前記直流電源１の直流電圧を前記直流電圧変換部６の入力側に印加する閉状態と印加しない開状態とに切り替えるスイッチング素子１１と、
　このスイッチング素子１１を開閉させるスイッチ開閉信号を生成するスイッチ開閉信号生成手段１２とを備え、
　このスイッチ開閉信号生成手段１２は、
　所定のパルス信号からなる制御信号を生成する制御信号生成部１４と、
　前記制御信号が入力されてこの制御信号の立ち上がりが遅くなった遅延信号を生成し、この遅延信号が前記交流電源電圧信号の電圧の大きさに対応する値になると前記制御信号を立ち下がらせて前記制御信号を前記スイッチ開閉信号とするパルス幅決定部１５と、
を有する。
　前記交流電源３として、例えば、交流電圧１００Ｖの商用電源が適用される。
　前記直流電源１として、例えば、太陽光発電装置やバッテリ等が適用される。
　前記所定のパルス信号は、交流電源電圧信号生成手段１０で生成される電圧の大きさ、例えば振幅により定められる。
　この構成によると、交流配線系統２に接続される交流電源電圧信号生成手段１０は、交流電源３における電圧の極性および大きさを検出する。電力変換手段７は、交流配線系統２の正弦波電圧に対して電圧の極性および大きさを合わせるため、検出される電圧の極性および大きさに従って、直流電源１と交流配線系統２との接続の開閉を繰り返す。
　直流電圧変換部６は、直流電源１の直流電圧を変換して電力変換手段７に印加する。直流電圧変換部６は、スイッチング素子１１により、第１の絶縁トランスの入力側に直流電源１の直流電圧を印加する閉状態と、この閉状態で蓄積されたエネルギが開放されて第１の絶縁トランスの出力側に電流を流す開状態とに切り替える。スイッチ開閉信号生成手段１２は、スイッチング素子１１を開閉させるスイッチ開閉信号を生成する。スイッチ開閉信号生成手段１２における制御信号生成部１４は、所定のパルス信号からなる制御信号を生成する。この制御信号の立ち上がりの時間は、例えば、交流電源３の周波数（例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）よりも十分に高く設定された前記制御信号の周波数（例えば、数十ｋＨｚ～数百ｋＨｚ程度）により定められる。
　パルス幅決定部１５は、生成された前記制御信号が入力されてこの制御信号の立ち上がりが遅くなった遅延信号を生成する。この立ち上がりが遅くなった遅延信号とは、時間に対する信号の変化率を相対的に小さくすることで、信号の立ち上がりを相対的になだらかにした遅延信号のことであり、制御信号が入力された後、時間の経過に伴って出力電圧が零から徐々に増加する信号を言う。パルス幅決定部１５は、この遅延信号が交流電源電圧信号の電圧の大きさに対応する値（この対応する値は、交流電源電圧の大きさに比例する値である。比例係数は、交流電源に逆潮流させる電流波形を観察しながら決め調整する。）となると前記制御信号を立ち下がらせて前記制御信号を前記スイッチ開閉信号とする。パルス幅決定部１５は、交流電源電圧信号の電圧が低いときはパルス幅を小さくし、交流電源電圧信号の電圧が高いときはパルス幅を大きくして、交流電源３の電圧に対し、若干（例えば数Ｖ～十数Ｖ）高い値に合わせた大きさの電流を逆潮流させてもよい。
　このように遅延信号を生成し、この遅延信号と交流電源電圧信号を比較してスイッチ開閉信号をつくるため、従来のようなシャント抵抗の両端の電圧から電流信号を得るよりも、スイッチングノイズの影響を受けにくくなって回路動作を安定化することができる。従来技術では、シャント抵抗での損失を小さくするため、シャント抵抗の抵抗値を小さくする必要がある。そのため、第１の絶縁トランスの１次電流信号の値が小さくなるため、スイッチング素子のスイッチングノイズの影響を受け易くなり、回路動作が不安定になることがあったが、上記構成で解消される。よって、スイッチングノイズの影響を受けにくくなって回路動作を安定化することができる。
　前記パルス幅決定部１５は、入力された前記制御信号の立ち上がりが遅くなった遅延信号を生成する積分回路１６を有するものとしても良い。この場合、積分回路により、遅延信号を容易に且つ確実に生成することができ、回路動作の安定化に寄与することができる。前記積分回路１６は、抵抗素子１９と容量素子２０とを直列に接続したもの（ＣＲ積分回路）であっても良い。このＣＲ積分回路の入力側に電圧が印加されると、コンデンサである容量素子２０に電荷が溜まる。容量素子２０に溜まった電荷は抵抗により逃がし得る。容量素子２０に電荷が溜まるに従って、この容量素子２０に流れ込む電流が減少することで、制御信号の立ち上がりが遅くなった遅延信号を生成する。
　前記スイッチ開閉信号生成手段１２Ａは、
　前記制御信号が入力されてこの制御信号の立ち上がりが遅くなった遅延信号を生成する遅延信号生成手段１５１と、
　この遅延信号生成手段１５１で生成される遅延信号が前記交流電源電圧信号の電圧の大きさに対応する値になると、前記制御信号を立ち下がらせて前記制御信号を前記スイッチ開閉信号とする信号出力部１５２とを有し、
　前記遅延信号生成手段１５１は、前記交流電源電圧信号生成手段１０Ａが生成する交流電源電圧信号の電圧の大きさに応じて前記遅延信号の立ち上がりをさらに遅らせる遅延信号遅延化部１５１ｂを含むことが好ましい。
　前記所定のパルス信号は、交流電源電圧信号生成手段１０Ａで生成される電圧の大きさ、例えば振幅により定められる。
　図１２は、商用電力系統に逆潮流している電流の波形を示す図である。同図によると、正弦波５４の頂点付近５４ａでのスイッチ開閉信号のパルス幅が足らず、波形が歪んでしまっている。パルス幅を増やすには、例えば、ＣＲ積分回路の時定数を大きくしてパルスの立ち上がりを遅くすればよいが、放電も遅くなるため、装置の力率の改善に十分に対応できなかった。
　上述の構成によると、交流配線系統２に接続される交流電源電圧信号生成手段１０Ａは、交流配線系統２における電圧の極性および大きさを検出する。電力変換手段７は、交流配線系統２の正弦波電圧に対して電圧の極性および大きさを合わせるため、検出される電圧の極性および大きさに従って、直流電源１と交流配線系統２との接続の開閉を繰り返す。
　直流電圧変換部６は、直流電源１の直流電圧を電圧変換して電力変換手段７に印加する。直流電圧変換部６は、スイッチング素子１１により、絶縁トランスの入力側に直流電源１の直流電圧を印加する閉状態と、この閉状態で蓄積されたエネルギが開放されて絶縁トランスの出力側に電流を流す開状態とに切り替える。スイッチ開閉信号生成手段１２Ａは、スイッチング素子１１を開閉させるスイッチ開閉信号を生成する。
　スイッチ開閉信号生成手段１２Ａにおける制御信号生成部１４は、所定のパルス信号からなる制御信号を生成する。この制御信号の立ち上がりの時間は、例えば、交流電源３の周波数（例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）よりも十分に高く設定された前記制御信号の周波数（例えば、数十ｋＨｚ～数百ｋＨｚ程度）により定められる。遅延信号生成手段１５１は、生成された遅延信号が入力されてこの制御信号の立ち上がりが遅くなった遅延信号を生成する。この立ち上がりが遅くなった遅延信号は、上で述べたとおりである。
　信号出力部１５２は、この遅延信号が交流電源電圧信号の電圧の大きさに対応する値（この対応する値は、交流電源電圧の大きさに比例する値である。比例係数は、交流電源に逆潮流させる電流波形を観察しながら決定し調整する。）となると、前記制御信号を立ち下がらせて前記制御信号を前記スイッチ開閉信号とする。
　遅延信号生成手段１５１における遅延信号遅延化部１５１ｂは、交流電源電圧信号生成手段１０Ａが生成する交流電源電圧信号の電圧の大きさに応じて前記遅延信号の立ち上がりをさらに遅らせる。例えば、ＣＲ積分回路の容量素子２０の充電電流を小さくし、前記容量素子２０の放電電流を大きくして、遅延信号の立ち上がりを遅く立ち下がりを早くする。これにより、十分なスイッチ開閉信号のパルス幅を確保できるようになり、正弦波の歪みの少ない正弦波電流を流すことができる。そのため、装置の力率を高めることができる。
　よって、本構成では、必要なパルス幅を確保しつつ、電流波形の歪みを低減して装置の力率の改善を図ることができる。
　前記遅延信号生成手段１５１は、入力された制御信号の立ち上がりが遅くなった遅延信号を生成する積分回路１５１ａを有するものとしても良い。この場合、積分回路１５１ａにより、遅延信号を容易に且つ確実に生成することができる。前記積分回路１５１ａは、第１の抵抗素子１９と容量素子２０とを直列に接続したもの（ＣＲ積分回路）であっても良い。このＣＲ積分回路の入力側に電圧が印加されると、コンデンサである容量素子２０に電荷が溜まる。容量素子２０に溜まった電荷は第１の抵抗素子１９により逃がし得る。容量素子２０に電荷が溜まるに従って、この容量素子２０に流れ込む電流が減少することで、制御信号の立ち上がりが遅くなった遅延信号を生成する。
　前記遅延信号遅延化部１５１ｂは、前記容量素子２０の充電電流を第１の閾値よりも小さくし、前記容量素子２０の放電電流を第２の閾値よりも大きくする第２の抵抗素子２３および整流素子２４を有するものとしても良い。前記第１，第２の閾値は、例えば、実験やシミュレーション等の結果によりそれぞれ定められる。
　この場合、制御信号の立ち上がりでは、例えば、第１の抵抗素子１９を流れる容量素子２０の充電電流の一部が、第２の抵抗素子２３に流れることで、第２の抵抗素子２３および整流素子２４が無い場合よりも、容量素子２０の充電電流が小さくなり制御信号の立ち上がりが遅くなる。制御信号の立ち下がりでは、例えば、容量素子２０の放電電流が第１および第２の抵抗素子１９，２３に流れることで、第２の抵抗素子２３および整流素子２４が無い場合よりも、容量素子２０の放電電流が大きくなり制御信号の立ち下がりが速くなる。その結果、必要なパルス幅を確保しつつ、電流波形の歪みを低減して装置の力率の改善を図ることができる。
　前記交流電源電圧信号は、第２の絶縁トランスを用いて前記交流電源３と絶縁して発生させた交流電圧を使用し、生成されるものとしても良い。この場合、第２の絶縁トランスにより、１次コイルと２次コイル間を絶縁し、１次側のノイズが２次側へ直接伝導するのを防止することができ、安全性を高めることもできる。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、この発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、この発明に含まれる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の第１実施形態に係る送電装置の回路図である。 同送電装置の要部を拡大して示すブロック図である。 同送電装置のパルス幅決定部の要部構成を示す回路図である。 同送電装置により、遅延信号と交流電源電圧信号の電圧の大きさとを比較してスイッチ開閉信号を生成する状態を説明する図である。 従来の送電装置の回路図である。 同送電装置により、商用電源電圧信号と絶縁トランスの１次側電流信号を比較して、スイッチング素子のスイッチ開閉信号のパルス幅を決める状態を説明する図である。 この発明の実施形態に係る送電装置の回路図である。 同送電装置の要部を拡大して示すブロック図である。 同送電装置における遅延信号生成手段等の要部構成を示す回路図である。 同送電装置により、遅延信号と交流電源電圧信号の電圧の大きさとを比較してスイッチ開閉信号を生成する状態を説明する図である。 同送電装置により、正弦波電流の電流波形の歪みを低減した状態を示す図である。 従来の商用電力系統に逆潮流している電流の波形を示す図である。
　この発明の第１実施形態に係る送電装置を図１ないし図４と共に説明する。図１は、この実施形態に係る送電装置の回路図である。この送電装置は、直流電源１から屋内配線となる交流配線系統２に電力を送電する。この送電装置は、例えば、太陽光発電装置等の直流電源１で発電した電力を、交流の商用電源に接続された住宅内等の交流配線系統２に供給して住宅内等において消費し得るものである。
　送電装置は、交流電源３に接続された交流配線系統２と直流電源１との間に接続される。交流配線系統２は、例えば、住宅等の分電盤４を介して単相の交流電源３に接続される。住宅等の分電盤４よりも屋内側の配線における電圧は、接続された電機機器の使用状態に応じて電圧が実際は変動しているが、一般の家庭では多少の電圧変動、電圧波形の変動や周波数変動は電気機器の動作に影響しない。そのため、直流電源１で発電した直流電力を、簡易な構成の直流電圧変換部や電力変換手段等で交流電力に変換し、住宅内で消費するようにしても支障が生じない。
　交流電源３として、例えば、交流電圧１００Ｖの商用電源が適用される。直流電源１として、例えば、太陽光発電パネル、太陽光発電装置のバッテリやその他のバッテリ等（例えば、住宅等の分電盤に接続された電気自動車のバッテリ）が適用される。交流配線系統２に負荷設備５が接続され、直流電源１で発電した直流電力が直流電圧変換部６や電力変換手段７等で交流電力に変換され、この交流電力が負荷設備５に供給される。送電装置は、直流電圧変換部６と、整流回路８と、電力変換手段７と、交流電圧変換部９と、交流電源電圧信号生成手段１０と、スイッチング素子１１と、スイッチ開閉信号生成手段１２と、プラグ２２とを備える。この送電装置は、電力変換手段７の出力側に接続されたプラグ２２を交流配線系統２にあるコンセント２１に挿込むだけで、直流電源１で発電した電力を住宅内等において消費し得る。前記コンセント２１は、交流配線系統２にある任意のコンセントで良い。
　直流電圧変換部６は、この例では、入力側と出力側を絶縁する第１の絶縁トランスを含む絶縁型フライバックコンバータである。直流電源１の２つの端子間に、直流電圧変換部６の１次コイル６ａとスイッチング素子１１が直列接続される。直流電圧変換部６は、例えば、直流電源１の直流電圧を昇圧させた直流電圧に変換して、整流回路８を介して後述の電力変換手段７に印加する。太陽光発電装置で発電した電力の電圧はＤＣ３５Ｖ程度であるが、直流電圧変換部６は、このＤＣ３５Ｖ程度の直流電圧をＤＣ１００Ｖ程度に昇圧する。
　この直流電圧変換部６において、スイッチング素子１１により、直流電源１の直流電圧を１次コイル６ａ（入力側）に印加する閉状態（オン）にすると、１次コイル６ａに電流が流れ、発生する磁束によりコアが磁化される。スイッチング素子１１を開状態（オフ）にすると、コアに蓄積されたエネルギが開放されて、２次コイル６ｂ（出力側）に電流が流れる。この直流電圧変換部６では、逆磁コイルで逆方向の磁界を掛けておいて、前記のようにスイッチング素子１１をオンオフ制御することで、第三象限内の誘導起電力を発生させる。そのため、１次コイル電圧の変化に対して２次コイル電圧を大きく変化させ得る。
　電力変換手段７は、直流電源１と交流配線系統２との間の接続の開閉を繰り返し、直流電源１から出力される直流電力を交流電力に変換する。この電力変換手段７は、複数のスイッチング素子１３を含むブリッジ７ａと、このブリッジ７ａを制御するブリッジ制御部７ｂとを有する。ブリッジ７ａと交流配線系統２との接続間に、入力側と出力側を絶縁する第２の絶縁トランスを含む交流電圧変換部９の一次コイル９ａがブリッジ７ａおよび交流配線系統２と並列に接続される。
　交流電圧変換部９の１次コイル９ａと２次コイル９ｂ間において、１次コイル９ａと２次コイル９ｂの巻数比に応じて交流配線系統２からの交流電圧が変圧される。この交流電圧変換部９で出力される交流電圧は、第２の絶縁トランスを用いて交流電源３と絶縁して生成される。交流電源電圧信号生成手段１０は、キャパシタ、インダクタ、レギュレータまたは半導体素子などで構成される電気回路を備え、交流電圧変換部９で変圧された交流電圧の極性および大きさを検出して、交流電源電圧信号を生成し出力する。ブリッジ制御部７ｂは、交流電源電圧信号生成手段１０で検出される電圧の極性および大きさに従って、前記複数のスイッチング素子１３の開閉を繰り返す制御を行うことで、ブリッジ７ａにおいて直流電力を交流電力に変換する。ブリッジ制御部７ｂは、具体的には、ソフトウエアやハードウエアで実現されたＬＵＴ（Look Up Table）、またはソフトウエアのライブラリ（Library）に収められた所定の変換関数やそれに等価のハードウエア等（以下、「具現化モデル」という。）を用いて、交流電源電圧信号生成手段１０で検出される電圧の極性および大きさの入力を受けて、複数のスイッチング素子１３の開閉を繰り返すスイッチ信号を演算しうる回路または関数で構成されており、さらに上記スイッチ信号に対応した例えばＰＷＭ信号を駆動する電子回路または電気回路を備えている。
　図２は、この送電装置の要部を拡大して示すブロック図である。スイッチ開閉信号生成手段１２は、交流電源電圧信号生成手段１０とスイッチング素子１１との間に接続される。このスイッチ開閉信号生成手段１２は、スイッチング素子１１を開閉させるスイッチ開閉信号を生成する手段であって、制御信号生成部１４と、パルス幅決定部１５とを有する。制御信号生成部１４は、所定のパルス信号からなる制御信号を生成する。この制御信号の立ち上がりの時間は、例えば、交流電源３（図１）の周波数（例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）よりも高く設定された周波数（例えば、数十ｋＨｚ～数百ｋＨｚ程度）により定められる。前記所定のパルス信号は、交流電源電圧信号生成手段１０で生成される電圧の大きさ、例えば振幅により定められる。制御信号生成部１４は、具体的には、上記具現化モデルを用いて、交流電源電圧信号生成手段１０で検出される電圧の極性および大きさ等の入力を受けて、上記制御信号の立ち上がりの時間を演算しうる回路または関数で構成されており、さらに上記設定された周波数のパルス信号からなる制御信号を生成し出力する電子回路または電気回路を備えている。
　パルス幅決定部１５は、遅延回路１６と、比較部１７と、処理部１８とを有する。遅延回路１６は、前記制御信号が入力されてこの制御信号の立ち上がりが遅くなった遅延信号を生成する。パルス幅決定部１５は、遅延回路１６で生成される遅延信号が交流電源電圧信号の電圧の大きさに対応する値となると、制御信号を立ち下がらせて前記制御信号をスイッチ開閉信号とする。パルス幅決定部１５は、交流電源電圧信号の電圧が低いときはパルス幅を小さくし、交流電源電圧信号の電圧が高いときはパルス幅を大きくするＰＷＭ制御を行って、交流電源３（図１）の電圧に合わせた大きさの電流を逆潮流させる。
　図３に示すように、遅延回路１６は、積分回路を有する。この積分回路は、例えば抵抗素子１９と容量素子２０とを直列に接続したＣＲ積分回路により構成される。このＣＲ積分回路の入力側に電圧Ｖｉが印加されると、コンデンサである容量素子２０に電荷が溜まる。容量素子２０に溜まった電荷は抵抗により逃がし得る。容量素子２０に電荷が溜まるに従って、この容量素子２０に流れ込む電流が減少することで、制御信号の立ち上がりが遅くなった遅延信号を生成する。
　図４は、送電装置により、遅延信号と交流電源電圧信号の電圧の大きさとを比較してスイッチ開閉信号を生成する状態を説明する図である。図２および図４に示すように、遅延信号の立ち上がりの時間は、設定された周波数（例えば、数十ｋＨｚ～数百ｋＨｚ程度）により定められる。比較部１７は、前記遅延回路１６で生成した遅延信号と交流電源電圧信号の電圧の大きさとを比較する。処理部１８は、比較部１７で交流電源電圧信号の電圧よりも遅延信号が大きいまたは等しいと判断されたとき前記制御信号を立ち下がらせて前記制御信号をスイッチ開閉信号とする。比較部１７は、具体的には、上記具現化モデルを用いて、遅延信号および交流電源電圧信号の入力を受けて、比較結果を出力しうる回路または関数で構成されている。処理部１８は、具体的には、上記具現化モデルを用いて、比較部１７の比較結果と制御信号生成部１４の出力との入力を受けて、立ち下がらせた前記制御信号を出力しうる回路または関数で構成されている。
　このように遅延信号と交流電源電圧信号を比較してスイッチ開閉信号をつくるため、従来のようなシャント抵抗の両端の電圧から電流信号を得るよりも、スイッチングノイズの影響を受けにくくなって回路動作を安定化することができる。図１に示すように、直流電源１で発電した直流電力を、直流電圧変換部６や電力変換手段７等で交流電力に変換し、負荷設備５に供給して住宅内で消費することができるため、例えば、電力会社等から請求される電気料金を低減することができる。前記直流電圧変換部６や電力変換手段７等を簡易な構成にすることができるため、送電装置のコスト低減を図ることができる。
　この発明の第２実施形態に係る送電装置を図７ないし図１１と共に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号の構成は、第１実施形態と同様であるので、特に断りが無い限り、その説明を省略する。
　図７の交流電源電圧信号生成手段１０Ａは、キャパシタ、インダクタ、レギュレータまたは半導体素子などで構成される電気回路を備え、交流電圧変換部９で変圧された交流電圧の極性および大きさを検出して、全波整流された交流電源電圧信号（商用電力系統電圧信号）を生成し出力する。ブリッジ制御部７ｂは、交流電源電圧信号生成手段１０Ａで検出される電圧の極性および大きさに従って、前記複数のスイッチング素子１３の開閉を繰り返す制御を行うことで、ブリッジ７ａにおいて直流電力を交流電力に変換する。
　図８は、この送電装置の要部を拡大して示すブロック図である。スイッチ開閉信号生成手段１２Ａは、交流電源電圧信号生成手段１０Ａとスイッチング素子１１との間に接続される。このスイッチ開閉信号生成手段１２Ａは、スイッチング素子１１を開閉させるスイッチ開閉信号を生成する手段であって、制御信号生成部１４を有し、図２のパルス幅決定部１５に相当する、遅延信号生成手段１５１と、信号出力部１５２とを有する。制御信号生成部１４は、所定のパルス信号からなる制御信号を生成する。この制御信号の立ち上がりの時間は、例えば、交流電源３（図７）の周波数（例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）よりも高く設定された周波数（例えば、数十ｋＨｚ～数百ｋＨｚ程度）により定められる。前記所定のパルス信号は、交流電源電圧信号生成手段１０で生成される電圧の大きさ、例えば振幅により定められる。
　遅延信号生成手段１５１は、前記制御信号が入力されてこの制御信号の立ち上がりが遅くなった遅延信号を生成する。遅延信号生成手段１５１は、積分回路１５１ａと、遅延信号遅延化部１５１ｂとを有する。図９に示すように、積分回路１５１ａは、例えば第１の抵抗素子１９と容量素子２０とを直列に接続したいわゆるＣＲ積分回路である。この積分回路１５１ａの入力側に電圧Ｖｉが印加されると、コンデンサである容量素子２０に電荷が溜まる。容量素子２０に電荷が溜まるに従って、この容量素子２０に流れ込む電流が減少することで、制御信号の立ち上がりが遅くなった遅延信号を生成する。容量素子２０に溜まった電荷は、第１の抵抗素子１９および後述の第２の抵抗素子２３により逃がし得る。
　遅延信号遅延化部１５１ｂは、交流電源電圧信号生成手段１０Ａが生成する交流電源電圧信号の電圧の大きさに応じて前記遅延信号の立ち上がりをさらに遅らせる。この遅延信号遅延化部１５１ｂは、例えば直列接続された第２の抵抗素子２３および整流素子２４を有する。この遅延信号遅延化部１５１ｂは、積分回路１５１ａにおける第１の抵抗素子１９と容量素子２０との間にその一端が接続され、交流電源電圧信号生成手段１０Ａに他端が接続される。第２の抵抗素子２３および整流素子２４から交流電源電圧信号生成手段１０Ａに至る交流電源の電圧信号（出力交流電圧信号）は、交流電源電圧信号生成手段１０Ａから制御信号生成部１４（図８）に至る交流電源電圧信号（商用電力系統電圧信号）を反転したものである。なお、出力交流電圧信号は商用電力系統電圧信号を反転させるので、位相は180°ずれている。振幅は、調整して決める。商用電力系統電圧信号は正弦波を全波整流した波形である。出力交流電圧信号は、これを反転させるので、出力交流電圧信号は全波整流した負側の波形になる。したがって商用電力系統電圧信号が高い（値は正）ほど、出力交流電圧信号の値は小さく（値は負）なる。そのため、商用電力系統電圧信号が高いほど遅延信号遅延化部が引き込む電流が大きくなり、遅延時間を大きくすることができる。
　前記制御信号の立ち上がりでは、第１の抵抗素子１９を流れる容量素子２０の充電電流の一部が、第２の抵抗素子２３に流れることで、第２の抵抗素子２３および整流素子２４が無い場合よりも、容量素子２０の充電電流が小さくなり制御信号の立ち上がりが遅くなる。前記制御信号の立ち下がりでは、容量素子２０の放電電流が第１および第２の抵抗素子１９，２３に流れることで、第２の抵抗素子２３および整流素子２４が無い場合よりも、容量素子２０の放電電流が大きくなり制御信号の立ち下がりが速くなる。
　図８に示すように、信号出力部１５２は、遅延信号生成手段１５１で生成される遅延信号が交流電源電圧信号の電圧の大きさに対応する値となると、制御信号を立ち下がらせて前記制御信号をスイッチ開閉信号とする。この信号出力部１５２は、交流電源電圧信号の電圧が低いときはパルス幅を小さくし、交流電源電圧信号の電圧が高いときはパルス幅を大きくするＰＷＭ制御を行って、交流電源３（図７）の電圧に合わせた大きさの電流を逆潮流させる。
　信号出力部１５２は、比較部１７と、処理部１８とを有する。図１０は、この送電装置により、遅延信号と交流電源電圧信号の電圧の大きさとを比較してスイッチ開閉信号を生成する状態を説明する図である。図８および図１０に示すように、比較部１７は、遅延信号遅延化部１５１ｂで生成した遅延信号と、交流電源電圧信号の電圧の大きさとを比較する。処理部１８は、比較部１７で交流電源電圧信号の電圧よりも遅延信号が大きいまたは等しいと判断されたとき、制御信号を立ち下がらせて前記制御信号をスイッチ開閉信号とする。
　以上説明した送電装置によれば、遅延信号生成手段１５１における積分回路１５１ａは、制御信号の立ち上がりが遅くなった遅延信号を生成する。遅延信号生成手段１５１における遅延信号遅延化部１５１ｂにより、前記制御信号の立ち上がりがさらに遅くなり、前記制御信号の立ち下がりが速くなる。その結果、必要なパルス幅を確保しつつ、図１１に示すように電流波形２５の歪みを低減して装置の力率の改善を図ることができる。
　図７に示すように、直流電源１で発電した直流電力を交流電力に変換し、負荷設備５に供給して住宅内で消費することができるため、例えば、電力会社等から請求される電気料金を低減することができる。前記直流電圧変換部６や電力変換手段７等を簡易に構成にすることができるため、例えば、パワーコンディショナを用いるよりも、送電装置のコスト低減を図ることができる。
　第２実施形態は、第１実施形態のパルス幅決定部を有するスイッチ開閉信号生成手段の存在を前提としない以下の態様も含む。
［態様１］
　交流電源に接続された交流配線系統と直流電源との間に接続され、前記直流電源から前記交流配線系統に電力を送電する送電装置であって、
　前記交流配線系統に接続され、前記交流配線系統における電圧の極性および大きさを検出して交流電源電圧信号を生成する交流電源電圧信号生成手段と、
　この交流電源電圧信号生成手段で検出される電圧の極性および大きさの変化に従って、前記直流電源と前記交流配線系統との接続の開閉を繰り返し、前記直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と、
　入力側と出力側を絶縁する第１の絶縁トランスを含み、前記直流電源の直流電圧を電圧変換して前記電力変換手段に印加する直流電圧変換部と、
　前記直流電源の直流電圧を前記直流電圧変換部の入力側に印加する閉状態と印加しない開状態とに切り替えるスイッチング素子と、
　このスイッチング素子を開閉させるスイッチ開閉信号を生成するスイッチ開閉信号生成手段とを備え、
　このスイッチ開閉信号生成手段は、
　所定のパルス信号からなる制御信号を生成する制御信号生成部と、
　前記制御信号が入力されてこの制御信号の立ち上がりが遅くなった遅延信号を生成する遅延信号生成手段と、
　この遅延信号生成手段で生成される遅延信号が前記交流電源電圧信号の電圧の大きさに対応する値となると、前記制御信号を立ち下がらせて前記制御信号を前記スイッチ開閉信号とするパルス幅決定手段とを有し、
　前記遅延信号生成手段は、前記交流電源電圧信号生成手段が生成する交流電源電圧信号の電圧の大きさに応じて前記遅延信号の立ち上がりをさらに遅らせる遅延信号遅延化部を含むことを特徴とする送電装置。
［態様２］
　態様１記載の送電装置において、前記交流電源電圧信号は、第２の絶縁トランスを用いて前記交流電源と絶縁して発生させた交流電圧を使用し、生成される送電装置。
［態様３］
　態様１または態様２記載の送電装置において、前記遅延信号生成手段は、入力された制御信号の立ち上がりが遅くなった遅延信号を生成する積分回路を有する送電装置。
［態様４］
　態様３記載の送電装置において、前記積分回路は、第１の抵抗素子と容量素子とを直列に接続したものである送電装置。
［態様５］
　態様４記載の送電装置において、前記遅延信号遅延化部は、前記容量素子の充電電流を第１の閾値よりも小さくし、前記容量素子の放電電流を第２の閾値よりも大きくする第２の抵抗素子および整流素子を有する送電装置。
　この発明の送電装置は、法令上で問題がなければ、直流電源で発電した電力を住宅外の交流商用電源に供給して電力会社等に買取りを求めることも可能である。
　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内のものと解釈される。
１…直流電源
２…交流配線系統
３…交流電源
６…直流電圧変換部
７…電力変換手段
１０、１０Ａ…交流電源電圧信号生成手段
１１…スイッチング素子
１２、１２Ａ…スイッチ開閉信号生成手段
１４…制御信号生成部
１５…パルス幅決定部
１５１…遅延信号生成手段
１５１ａ…積分回路
１５１ｂ…遅延信号遅延化部
１５２…信号出力部
１６…遅延回路
１９…抵抗素子（第１の抵抗素子）
２０…容量素子
２３…第２の抵抗素子
２４…整流素子

Claims (8)

  1. 　交流電源に接続された交流配線系統と直流電源との間に接続され、前記直流電源から前記交流配線系統に電力を送電する送電装置であって、
    　前記交流配線系統に接続され、前記交流配線系統における電圧の極性および大きさを検出して交流電源電圧信号を生成する交流電源電圧信号生成手段と、
    　この交流電源電圧信号生成手段で検出される電圧の極性および大きさの変化に従って、前記直流電源と前記交流配線系統との接続の開閉を繰り返し、前記直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と、
    　入力側と出力側を絶縁する第１の絶縁トランスを含み、前記直流電源の直流電圧を電圧変換して前記電力変換手段に印加する直流電圧変換部と、
    　前記直流電源の直流電圧を前記直流電圧変換部の入力側に印加する閉状態と印加しない開状態とに切り替えるスイッチング素子と、
    　このスイッチング素子を開閉させるスイッチ開閉信号を生成するスイッチ開閉信号生成手段とを備え、
    　このスイッチ開閉信号生成手段は、
    　所定のパルス信号からなる制御信号を生成する制御信号生成部と、
    　前記制御信号が入力されてこの制御信号の立ち上がりが遅くなった遅延信号を生成し、この遅延信号が前記交流電源電圧信号の電圧の大きさに対応する値になると前記制御信号を立ち下がらせて前記制御信号を前記スイッチ開閉信号とするパルス幅決定部と、
    を有する送電装置。
  2. 　請求項１に記載の送電装置において、前記パルス幅決定部は、入力された前記制御信号の立ち上がりが遅くなった遅延信号を生成する積分回路を有する送電装置。
  3. 　請求項２に記載の送電装置において、前記積分回路は、抵抗素子と容量素子とを直列に接続したものである送電装置。
  4. 　請求項１に記載の送電装置において、
    　前記スイッチ開閉信号生成手段は、
    　前記制御信号が入力されてこの制御信号の立ち上がりが遅くなった遅延信号を生成する遅延信号生成手段と、
    　この遅延信号生成手段で生成される遅延信号が前記交流電源電圧信号の電圧の大きさに対応する値になると、前記制御信号を立ち下がらせて前記制御信号を前記スイッチ開閉信号とする信号出力部とを有し、
    　前記遅延信号生成手段は、前記交流電源電圧信号生成手段が生成する交流電源電圧信号の電圧の大きさに応じて前記遅延信号の立ち上がりをさらに遅らせる遅延信号遅延化部を含む送電装置。
  5. 　請求項４に記載の送電装置において、前記遅延信号生成手段は、入力された制御信号の立ち上がりが遅くなった遅延信号を生成する積分回路を有する送電装置。
  6. 　請求項５に記載の送電装置において、前記積分回路は、第１の抵抗素子と容量素子とを直列に接続したものである送電装置。
  7. 　請求項６に記載の送電装置において、前記遅延信号遅延化部は、前記容量素子の充電電流を第１の閾値よりも小さくし、前記容量素子の放電電流を第２の閾値よりも大きくする第２の抵抗素子および整流素子を有する送電装置。
  8. 　請求項１～７のいずれか一項に記載の送電装置において、前記交流電源電圧信号は、第２の絶縁トランスを用いて前記交流電源と絶縁して発生させた交流電圧を使用し、生成される送電装置。
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