(57)【要約】【課題】  低電圧が入力線間に供給された場合でも、入力線間の短絡を回避する通常導電的な半導体スイッチを構成するインバータを提供することである。【解決手段】  インバータは、２つの入力線と、入力線の間に接続されかつ２つ通常導電性のゲート制御半導体素子を備えた少なくとも１つのハーフブリッジと、インバータの動作時に半導体スイッチのゲートに制御電圧を供給する制御器と、入力線の間の非導電性の状態にインバータブリッジを保持するために、インバータの非動作の状態で、半導体スイッチのゲートに予備の制御電圧を供給するための直流電圧源とを備えている。直流電圧源は、入力線の間で、更なる通常導電性のゲート制御スイッチを直列に接続され、かつ、貯蔵ユニットが予備の制御電圧を供給するために十分に充電された場合、スイッチが非導電性になる更なる半導体スイッチのゲートに接続された電気充電のための貯蔵ユニットを充電する充電ユニットを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータの動作中に一定の極性の電圧が供給される２つの入力線と、
入力線の間に接続され、かつ、少なくとも１つのハーフブリッジを備えたインバータブリッジと、
インバータの動作状態で、インバータブリッジのゲート制御半導体スイッチのゲートに、制御電圧を供給する制御器と、
入力線の間でインバータブリッジを非導電性の状態に保持するために、インバータの非動作時に、インバータブリッジの半導体スイッチの少なくともいくつかのゲートに、予備の制御電圧を供給するための直流電圧源とを備え、
半導体スイッチのゲートに制御電圧が供給されない場合に、入力線間で全てのインバータブリッジが導電性であるように、いずれのハーフブリッジも２つの通常導電性のゲート制御半導体スイッチ備え、かつ、前記直流電源は、電気充電のための貯蔵部と、入力側と出力側とを備えた充電ユニットとを備えるインバータにおいて、
充電ユニットの入力側を流れる直流電流は、充電ユニットの出力側を流れる直流電流を生じさせ、
入力側で充電ユニットは、ゲートに制御電圧が供給されない場合、導電性である更なる通常導電性のゲート制御半導体スイッチを入力線の間に直列して接続され、
出力側で充電ユニットは、貯蔵ユニットに接続され、かつ、この貯蔵ユニットが予備の制御電圧を供給するために十分に充電された場合、更なる通常導電性のゲート制御半導体スイッチが非導電性になるように、前記貯蔵ユニットが、更なる導電性のゲート制御半導体スイッチのゲートに接続されていることを特徴とするインバータ。
【請求項２】
請求項１に記載のインバータにおいて、
直流電圧源の素子は、入力線に間で、インバータブリッジの通常導電性のゲート制御半導体スイッチと直列に接続されていないことを特徴とするインバータ。
【請求項３】
請求項１に記載のインバータにおいて、
インバータの動作時に、連続的な電流が流れる直流電圧源の素子は、入力線の間で、インバータブリッジと並列に接続されていないことを特徴とするインバータ。
【請求項４】
請求項１に記載のインバータにおいて、
貯蔵ユニットは、コンデンサ及び蓄電池からなる貯蔵部の中から選択されることを特徴とするインバータ。
【請求項５】
請求項１に記載のインバータにおいて、
インバータブリッジの少なくともいくつかの通常導電性のゲート制御半導体スイッチの複数のために、１つの貯蔵ユニットは予備の制御電圧を提供することを特徴とするインバータ。
【請求項６】
請求項１に記載のインバータにおいて、
インバータブリッジの少なくともいくつかの通常導電性のゲート制御半導体スイッチの全てのために、１つの貯蔵ユニットは予備の制御電圧を提供することを特徴とするインバータ。
【請求項７】
請求項１に記載のインバータにおいて、
インバータブリッジの通常導電性のゲート制御半導体スイッチの全てのために、１つの貯蔵ユニットは、予備の制御電圧を提供することを特徴とするインバータ。
【請求項８】
請求項１に記載のインバータにおいて、
電気充電のための貯蔵ユニットと、インバータブリッジの通常導電性のゲート制御半導体スイッチのゲートとの間に接続されている少なくとも１つの更なる通常導電性のゲート制御半導体スイッチを備え、
制御器は、インバータの動作状態で少なくとも１つの更なる通常導電性のゲート制御半導体スイッチのゲートに制御電圧を供給することを特徴とするインバータ。
【請求項９】
請求項１に記載のインバータにおいて、
インバータブリッジの少なくともいくつかの通常導電性のゲート制御半導体スイッチは、インバータハーフブリッジにつき、少なくとも１つの通常導電性のゲート制御半導体スイッチを備え、
インバータハーフブリッジにつき、少なくとも１つの通常導電性のゲート制御半導体スイッチの全ては、同じ２つの入力線に接続されていることを特徴とするインバータ。
【請求項１０】
請求項１に記載のインバータにおいて、
２つの入力線は、一定の極性の電圧を供給する外部直流電源に接続されていること、かつ、インバータブリッジは交流電源網に電力を供給することを特徴とするインバータ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のインバータにおいて、
外部直流電源は、太陽光発電機を含むことを特徴とするインバータ。
【請求項１２】
インバータの動作時に、一定の極性の電圧が供給される２つの入力線と、
入力線の間に接続され、かつ、少なくとも１つのハーフブリッジを備えたインバータブリッジと、
インバータの動作状態で、インバータブリッジのゲート制御半導体スイッチのゲートに、制御電圧を供給する制御器と、
入力線の間でインバータブリッジを非導電性の状態に保持するために、インバータの非動作時に、インバータブリッジの半導体スイッチの少なくともいくつかのゲートに、予備の制御電圧を供給するための直流電圧源とを備え、
半導体スイッチのゲートに制御電圧が供給されない場合に、入力線間で全てのインバータブリッジが導電性であるように、いずれのハーフブリッジも２つの通常導電性のゲート制御半導体スイッチ備え、かつ、前記直流電源は、電気充電のための貯蔵部と、入力側と出力側とを備えた充電ユニットとを備えるインバータにおいて、
充電ユニットの入力側を流れる直流電流は、充電ユニットの出力側を流れる直流電流を生じさせ、
入力側で充電ユニットは、ゲートに制御電圧が供給されない場合、導電性である更なる通常導電性のゲート制御半導体スイッチを入力線の間に直列して接続され、
出力側で充電ユニットは、少なくとも１つの貯蔵ユニットに接続され、かつ、この貯蔵ユニットが予備の制御電圧を供給するために十分に充電された場合、更なる通常導電性のゲート制御半導体スイッチが非導電性になるように、前記貯蔵ユニットが、更なる導電性のゲート制御半導体スイッチのゲートに接続されており、
インバータブリッジの複数の少なくともいくつかの通常導電性のゲート制御半導体スイッチのための予備の制御電圧を、少なくとも１つの貯蔵ユニットが供給し、かつ、
少なくとも１つの更なる通常導電性のゲート制御半導体スイッチは、貯蔵ユニットと、インバータブリッジの通常導電性のゲート制御半導体素子の少なくともいくつかのゲートとの間に接続され、
制御器は、インバータの動作時に、少なくとも１つの更なる通常導電性のゲート制御半導体スイッチのゲートに制御電圧を供給することを特徴とするインバータ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のインバータにおいて、
２つの入力線が、一定の極性の電圧を供給する太陽光発電機に接続され、かつ、
インバータブリッジは、交流電力網に電力を供給することを特徴とするインバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、「導電性の電気回路」という名称で、かつ、２００８年１２月２３日に出願された対応する欧州特許出願番号ＥＰ０８１７２７００．０の優先権を主張している。
【０００２】
本発明は、固定極性の電圧、特に直流電圧を交流電圧に変換するためのインバータブリッジを備えたインバータに関する。さらに言えば、本発明は、直流電圧源から交流電力網に、電気エネルギーを供給するためのインバータに関する。もうさらに言えば、直流源は、太陽電池発電機であってもよい。
【背景技術】
【０００３】
本発明によるインバータは、電気エネルギーを交流電力網に供給するため以外の装置のために使用されもする。例えば、電気交流モータを制御するために、可変の周波数の出力交流電圧を供給することも可能である。
【０００４】
さらに、本発明によるインバータは、単相交流電圧か、特に３相交流電圧の複数相交流電圧かのいずれかを出力可能である。次に、ある特定のインバータが、単相又は３相のインバータとして記載されている場合、この記述は、対応する複数相又は単相のインバータに及ぶとも読まれるべきである。
【０００５】
さらに、本発明によるインバータと、例えば、入力側の昇圧コンバータのような、さらなる電気又は電子ユニットとの組み合わせも可能であり、有用である。本発明は、そのようなインバータの構成に関する。
【０００６】
独国特許第１０２００４０３０９１２号明細書は、２つの入力線の間に、Ｈ形状のインバータブリッジを備えたインバータが開示されている。そのインバータブリッジは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）構造のゲート制御半導体スイッチを備えている。これらのＭＯＳＦＥＴは、通常、非導電性である。すなわち、ゲートに供給される制御電圧がなしでは、それらはソートとドレインの間で非導電性である。そのような半導体スイッチは、「通常オフ型」の半導体スイッチとして記述されもしている。半導体スイッチのこの機能のために、全部のインバータブリッジは、半導体スイッチのゲートに、制御電圧が存在しない限り、非導電性である。結果として、制御器が作動していない場合に、インバータ入力線の間とインバータの出力線の間の短絡を避けることができる。例えば、太陽光発電機は、出力電圧を蓄積するが、インバータの制御器を駆動するのに充分な電圧にまだなっていない夜及び特に朝に、太陽光発電機から交流電力網に、電気エネルギーを供給するための公知のインバータを用いて、動作している制御器がない場合が起きる。
【０００７】
インバータの特性は、使用されるゲート制御半導体スイッチの電気的な特性に強く依存する効果因子によって決定される。シリコン炭素（SiC）半導体スイッチは、この効果因子に関して特有の利点があることが、一般的に知られている。低オームのスイッチング抵抗に加えて、シリコン炭素半導体スイッチは、特に高電圧を遮断可能であるという利点もある。さらに、シリコン炭素半導体スイッチは、６００℃の高温度で正確に機能する。しかしながら、あまり高価でないシリコン炭素半導体スイッチは、ＪＦＥＴ（接合型電界効果トランジスタ）が、主に利用可能である。ＭＯＳＦＥＴと対比して、ＪＦＥＴは、制御電圧がゲートに存在しない場合、通常、ソースとドレインの間が導電的である。つまり、ＪＦＥＴは、「通常オン型」の半導体スイッチである。しかしながら、制御電圧が存在していない場合、通常の導電半導体スイッチは、その使用により短絡が起きるとして制約がある。この制約は、特に、インバータの使用に適用される。
【０００８】
通常導電的であるＪＦＥＴを補完するために、ＪＦＥＴのゲートとソースの間に接続され、かつ、ＪＦＥＴを間接的に制御するために、制御電圧によって制御されているＭＯＳＦＥＴを用いたいわゆるカスコード回路に、ＪＦＥＴを組み合わせることが知られている。しかしながら、カスコード回路は、効率が低下し、かつ、１つのＪＦＥＴ当たり１つの追加のＭＯＳＦＥＴを備えている。
【０００９】
米国特許出願公開第２００８/０１７４１８４号明細書には、通常オン型のＪＦＥＴパワーエレクトロニクススイッチを制御するための装置が開示されている。この制御装置は、ＪＦＥＴスイッチのゲートを駆動するために、メイン電源によって電力供給されるゲート制御回路を備えている。この制御装置は、更に、正極がＪＦＥＴのソースに接続され、かつ、負極がＪＦＥＴのゲートに接続された補助電源を備えている。この制御装置は、２つの状態にスイッチ可能である保護スイッチ装置と、スイッチ装置を制御するための補助回路と、正極がＪＦＥＴスイッチのソースに接続され、かつ、負極がＪＦＥＴスイッチのゲートに接続されている補助電源とを備え、ゲート制御回路をスイッチ装置の２つの位置の１つにバイパスしている。スイッチ装置は、電磁スイッチ又は電気スイッチである。補助電源は、制御装置に電力を供給する電圧によって、ダイオードを介して貯えらるコンデンサであってもよい。
【００１０】
国際公開第０２/５０８９７号パンフレットには、制御入力がトリガー装置に接続されている少なくとも１つのパワー半導体を備え、かつ、出力側でトリガー装置の端子に接続されかつ入力側で供給電圧が供給される装置に接続されている電源を備えた電子電力回路が開示されている。自動導電性パワー半導体が、電子電力回路の電力損失とスイッチング損失を経済的に減少するためのパワー半導体として供給されている。１つの実施例では、電子電力回路は、複数の入力線を備えたインバータである。それらの入力線の間に、コンデンサがダイオードと直列に接続されている。このコンデンサ上の電圧は、電力供給するために用いられている。ダイオードは、入力線の間に供給された入力電圧が落ちた場合に、コンデンサ上に蓄えられた電圧がコンデンサに維持されることを保証している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】独国特許第１０２００４０３０９１２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８/０１７４１８４号明細書
【特許文献３】国際公開第０２/５０８９７号パンフレット
【特許文献４】米国特許第７４１１８０２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
それでもなお、低電圧が入力線間に供給された場合でも、入力線間の短絡を回避する通常導電的な半導体スイッチを構成するインバータが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
１つの観点では、本発明は、インバータの動作中に一定の極性の電圧が供給される２つの入力線と、入力線の間に接続され、かつ、少なくとも１つのハーフブリッジを備えたインバータブリッジと、インバータの動作状態で、インバータブリッジのゲート制御半導体スイッチのゲートに、制御電圧を供給する制御器と、入力線の間でインバータブリッジを非導電性の状態に保持するために、インバータの非動作時に、インバータブリッジの半導体スイッチの少なくともいくつかのゲートに、予備の制御電圧を供給するための直流電圧源とを備え、半導体スイッチのゲートに制御電圧が供給されない場合に、入力線間で全てのインバータブリッジが導電性であるように、いずれのハーフブリッジも２つの通常導電性のゲート制御半導体スイッチ備え、前記直流電源は、電気充電のための貯蔵部と、入力側と出力側とを備えた充電ユニットとを備えるインバータに関する。このインバータでは、充電ユニットの入力側を流れる直流電流は、充電ユニットの出力側を流れる直流電流を生じさせ、入力側で充電ユニットは、ゲートに制御電圧が供給されない場合、導電性である更なる通常導電性のゲート制御半導体スイッチを入力線の間に直列して接続され、出力側で充電ユニットは、貯蔵ユニットに接続され、かつ、この貯蔵ユニットが予備の制御電圧を供給するために十分に充電された場合、更なる通常導電性のゲート制御半導体スイッチが非導電性になるように、前記貯蔵ユニットが、更なる導電性のゲート制御半導体スイッチのゲートに接続されている。
【００１４】
もう１つの観点では、本発明は、インバータの動作時に、一定の極性の電圧が供給される２つの入力線と、入力線の間に接続され、かつ、少なくとも１つのハーフブリッジを備えたインバータブリッジと、インバータの動作状態で、インバータブリッジのゲート制御半導体スイッチのゲートに、制御電圧を供給する制御器と、入力線の間でインバータブリッジを非導電性の状態に保持するために、インバータの非動作時に、インバータブリッジの半導体スイッチの少なくともいくつかのゲートに、予備の制御電圧を供給するための直流電圧源とを備え、半導体スイッチのゲートに制御電圧が供給されない場合に、入力線間で全てのインバータブリッジが導電性であるように、いずれのハーフブリッジも２つの通常導電性のゲート制御半導体スイッチ備え、かつ、前記直流電源は、電気充電のための貯蔵部と、入力側と出力側とを備えた充電ユニットとを備えるインバータに関する。このインバータでは、充電ユニットの入力側を流れる直流電流は、充電ユニットの出力側を流れる直流電流を生じさせ、入力側で充電ユニットは、ゲートに制御電圧が供給されない場合、導電性である更なる通常導電性のゲート制御半導体スイッチを入力線の間に直列して接続され、出力側で充電ユニットは、少なくとも１つの貯蔵ユニットに接続され、かつ、この貯蔵ユニットが予備の制御電圧を供給するために十分に充電された場合、更なる通常導電性のゲート制御半導体スイッチが非導電性になるように、前記貯蔵ユニットが、更なる導電性のゲート制御半導体スイッチのゲートに接続されており、インバータブリッジの複数の少なくともいくつかの通常導電性のゲート制御半導体スイッチのための予備の制御電圧を、少なくとも１つの貯蔵ユニットが供給し、かつ、少なくとも１つの更なる通常導電性のゲート制御半導体スイッチは、貯蔵ユニットと、インバータブリッジの通常導電性のゲート制御半導体素子の少なくともいくつかのゲートとの間に接続され、制御器は、インバータの動作時に、少なくとも１つの更なる通常導電性のゲート制御半導体スイッチのゲートに制御電圧を供給している。
【００１５】
本発明の他の特徴や利点は、次の図面や詳細な記述から、当業者に明確になるだろう。すべてのそのような追加の特徴や利点は、請求項によって定義されるように、本発明の範囲内に含まれることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本発明は、次の図面を参照して好ましく理解することが可能である。図の要素は、大きさを測る必要は必ずしもなく、その代わりに、本発明の原理を明確に図示して配置されていることに注目すべきである。
【図１】インバータの１実施例の原理を示した回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
インバータで、通常導電性の半導体スイッチは、カスコードを形成するために、通常非導電性の半導体スイッチを直列に接続されていない。その代わりに、インバータの制御器が、半導体スイッチのゲートに制御電圧を直接供給するように、インバータ制御回路が通常伝導電性の半導体スイッチを制御している。制御器が壊れた場合でも、入力線間での短絡を回避するために、予備電圧源が供給され、それから、スイッチをオフするために、通常導電性の半導体スイッチの少なくともいくつかのゲートに、予備の制御電圧を供給している。通常導電性の半導体スイッチに、補助制御電圧を供給するためには、ほとんど電圧を必要としないため、補助電圧源は、非常に単純にすることができる。このように、通常導電性の半導体スイッチの欠点は、単純な追加の直流電圧、つまり、すくないコストで、補うことができる。さらに、それぞれの通常導電性の半導体スイッチのために分離した補助電圧源を必要としない。その代わりに、１つのそのような追加補助電圧源が、制御器が落ちた場合に、補助制御電圧を、複数の半導体スイッチに供給可能である。
【００１８】
インバータの追加の補助電圧源は、通常導電性の半導体スイッチのいくつかの特有の効果を補うために、入力線の間のインバータブリッジの半導体スイッチを直列に部分的に接続する必要はない。このような半導体スイッチを直列に一部接続された部分は、インバータの効率因子を減少させるだろう。
【００１９】
２つ入力線の間に接続され、かつ、電流がインバータの運転中に流れるインバータの一部を備える必要がない。このような連続的な電流は、連続的な損失、及び、インバータの効率因子の減少を招くことをも意味しているだろう。
【００２０】
インバータの補助の電圧源は、例えば、蓄電池又はコンデンサのような、充電ユニットによって負荷されている電荷のための貯蔵ユニットを備えている。蓄電池またはコンデンサを充電することは、電力を消費するが、限られた時間のみである。さらに、適切なサイズの蓄電池又はコンデンサを用いれば、充電のため貯蔵ユニットに費やされる全体の電気エネルギーは、小さく保つことが可能である。
【００２１】
特に、補助の電圧源は、更なる通常導電性のゲート制御半導体スイッチを直列に入力線の間に接続されている充電ユニットを備えている。充電のため貯蔵ユニットを充電している充電ユニットは、例えば、商標「Solardrive」の下で、パナソニックから市販されている光電池ＭＯＳＦＥＴドライバを備えている。電流が入力側に流れる場合、充電ユニットは、出力側の充電のための貯蔵ユニットを充電している。補助制御電圧として供給される充電のための貯蔵ユニットの電圧は、更なる通常導電性の半導体スイッチのゲートに供給されもするため、充電のための貯蔵ユニットが補助制御電圧を供給するために十分な充電されるやいなや、充電ユニットの入力側を通る電流が遮断される。これは、少ない全体量の電流だけ充電ユニットを流れることを意味している。他方で、この少ない量の電流は、朝に入力線に接続された太陽光発電機を用いた場合のような、小さな電圧がインバータの入力線に供給された時には、既に充電ユニットを流れている。加えて、例えば、ＪＦＥＴのような、通常導電性の半導体スイッチが、容易に遮断するため、充電ユニットの入力側と直列に接続した半導体スイッチによって、後にインバータの入力線に供給される高電圧に対して保護されている。
【００２２】
更なる通常導電性のゲート制御半導体スイッチは、予備の電圧源と、インバータのインバータブリッジの通常導電性の半導体スイッチのゲートとの間に接続されている。インバータの制御器が稼動している間、予備の制御電圧を、インバータブリッジの半導体スイッチのゲートから遮断するために、更なる通常導電性のスイッチに制御電圧を供給している。仮に制御器が故障した場合や、制御器が稼動していない間、この更なる通常導電性の半導体スイッチのゲートに供給される制御電圧は存在しない。従って、この通常導電性の半導体スイッチは、導電性であり、かつ、予備の制御電圧をインバータブリッジの接続された半導体スイッチのゲートに予備の制御電圧を通電している。このように、インバータブリッジの半導体スイッチを制御する場合、予備の制御電圧を無効にする制御器を必要としない。同様に、インバータブリッジの複数の半導体スイッチに、予備の制御電圧を供給するために、１つのみの予備の電圧源がインバータで必要とされている場合、予備の制御電圧が必要とされない間、複数の半導体素子から予備の制御電圧を遮断するために、１つの更なる通常導電性の半導体スイッチで十分である。しかしながら、更なる通常導電性の半導体スイッチと単一の半導体スイッチとの間のさまざまな半導体スイッチのゲートに、予備の制御電圧を供給するために電線が枝分かれする場合、これらの電線の枝分かれを介して、単一の半導体スイッチのゲートに制御器によって供給される制御電圧の混同を避けるため、これらの枝分かれにダイオードが備えられる。
【００２３】
通常、インバータの入力線に供給される電圧は、直流電圧である。
【００２４】
インバータで、予備の制御電圧が、インバータブリッジのすべての半導体スイッチのゲートに供給されないことが必要である。適切な方法で選択されたインバータブリッジの半導体スイッチのいくつかに、予備の制御電圧が供給された場合、インバータの入力線の間の短絡が既に生じている。１つのこのような適切な選択は、インバータのハーフブリッジにつき１つの通常導電性の半導体スイッチを含んでおり、この場合、すべての選択された半導体スイッチはインバータの同一の入力線に接続されている。
【００２５】
インバータの出力部の間の短絡をいつも回避するために、インバータブリッジの更なる半導体スイッチに予備の制御電圧を供給すること、又は、追加の安全スイッチを備えることが追加的に必要となる。インバータの出力部の間の短絡を回避することは、例えば、これらの出力部に接続されている公共電力網で必要である。
【００２６】
出力部が公共電力網に接続されているような、交流電圧がインバータの稼動中に連続的に出力部で存在する場合、この交流電圧は、充電ユニットによって通常充電されているインバータの電気充電のための貯蔵部を充電するため、又は、バックアップ手段として電気充電のための更なる貯蔵部を充電するために用いられる。
【００２７】
インバータの通常導電性の半導体スイッチは、SiC半導体材料からなる。半導体スイッチは、電界効果トランジスタであっても良く、特に、それらは、ＪＦＥＴである。
【００２８】
インバータブリッジを介して、入力線から導かれる電流の変化に関わらず、入力線の間の電圧を平滑するために、インバータは、入力線の間に接続されたバッファコンデンサを備えている。
【００２９】
追加的に、インバータのインバータブリッジは、インバータのハーフブリッジの中性点の間に接続されたすくなくとも１つのインダクタンスを備えてもよい。このようなインダクタンスは、例えば、参考文献で記載されている米国特許第７４１１８０２号明細書から公知である。
【００３０】
インバータは、直流電圧によって供給された電力を交流電力網に供給するために、特に適している。直流電源は、電池、蓄電池、燃料電池、燃料電池スタック、又は、そのようなものである。しかしながら、１つの特別の直流電源は、太陽電池発電機である。充電ユニットが、入力側に供給される非常に小さな電圧で電気充電のための貯蔵ユニットを充電する場合に、短絡電流がインバータブリッジを流れたとしても、インバータは、充電ユニットが電気充電のための貯蔵ユニットを充電するという特有の効果も備えている。電気充電のための貯蔵ユニットが、充電ユニットによって十分に充電されてすぐ、インバータブリッジを流れる短絡電流を防止するため、及び、例えば、インバータの制御器に電力供給するために十分な入力線の間の電圧を増加することを許容するために、予備の電圧が、インバータブリッジの半導体スイッチに与えられる。
【００３１】
インバータは、当業者に知られている様々な環境や位置に実装されている。Ｈ４、Ｈ５、Heric、3-Level、5-Level、及び、Gonzalesとして知られている位置を含むが、それらに限定されない。
【００３２】
図面により詳細に記載されているように、図１は、直流電源１８から電気エネルギーを交流電力網に供給するために、例えば、太陽電池発電機のような外部直流電圧源１８によって供給される、入力線３及び４の間の直流電圧を交流電圧に変換するインバータ１の電気回路を図示している。電力網１７が単相交流電源網で示される場合、インバータ１は、２つのインバータハーフブリッジ１５を備えたインバータブリッジ１６を有している。いずれのハーフブリッジ１５は、入力線３に接続されている一方の半導体スイッチ２と、入力線４に接続されている他方の半導体スイッチ２との２つの通常導電性のゲート制御半導体スイッチを備えている。両方のインバータハーフブリッジ１５の中性点２７は、交流電力網１７と、インダクタンス２１、及び、中性点の２７の１つと電力網１７の間に直列に接続されているメインスイッチ３１を備えている。バッファコンデンサ１９は、インバータブリッジ１６の入力側に、入力線３及び４の間に備えられている。入力線４は、ここでは、アース３２に接続されている。インバータブリッジ１６の半導体スイッチ２は、個々の制御電圧７をすべての半導体スイッチ２のゲート６に供給する制御器５によって制御されている。図１は、制御器５と、入力線４に接続されている半導体スイッチ２のゲート６との間の信号線３３及び３４を示しているが、このような制御線は、制御器５と、入力線３に接続されている半導体スイッチ２のゲート６との間にも存在している。さらに、制御器５からメインスイッチ３１に備えられたリレーとして構成される制御線３５がある。更なる制御線３６は、制御器５から通常導電性のゲート制御半導体８のゲート９に伸びている。制御器５は、入力線３及び４の間の電圧によって電力供給されている。インバータ１の通常動作時、メインスイッチ３１が閉じて、半導体スイッチ２を制御しており、この半導体スイッチ２は、少なくとも交流電力網１７の周波数と同じ周波数でスイッチングされているが、インバータブリッジ１６を流れる電流を形成するために更に高くするとよい。制御器５が、入力線３又は４の間の十分な電圧で、まだ電力供給されていない場合、又は、制御器６が故障している場合、制御器５は、制御電圧７を半導体スイッチ２のゲート６にまだ供給されていない、または、もう供給されない。それにもかかわらず、入力線３及び４の間のインバータブリッジ１６を介しての短絡を回避するために、予備のＤＣ電圧源１１が、予備の制御信号１２を通常導電性の半導体スイッチ２の少なくともいくつかに供給している。図１によると、それらの少なくともいくつかの半導体スイッチ２は、入力線４に接続されている。予備の直流電圧源１１は、充電ユニット２３によって充電される電気充電のための貯蔵ユニットとして、コンデンサ１３を備えている。ここでは、充電ユニット２３は、例えば、パナソニックの登録商標「Solardrive」のような太陽光電池ドライバであり、この太陽光電池ドライバの入力側２２は、入力線３及び４の間で、通常導電性の半導体スイッチ２４と直列に接続されている。充電ユニット２３の入力側２２を流れる電流は、コンデンサ１３の一方の側を充電する充電ユニット２３の出力側２８に流れる電流を生じさせて��る。他方の側で、コンデンサ１３は、入力線４と接続されている。コンデンサ１１上の電圧は、予備の制御電圧１２であり、かつ、半導体スイッチ２４のゲート２５に供給されもしている。それゆえ、予備の制御電圧１２は、コンデンサ１３が十分に充電されった場合に、半導体スイッチ２４はターンオフ（スイッチがオフ）され、充電ユニット２３の入力側２２を流れる電流が止められる。このように、充電ユニットによる持続的な電力損失はない。予備の電圧１２は、通常導電的な半導体スイッチ８を介して入力線４に接続された半導体スイッチ２に供給される。予備の制御電圧は、２つの半導体スイッチ２に実際供給されるが、図示されているように、予備の電圧源１１は、電気充電のための１つの貯蔵ユニットと１つの半導体スイッチ８を備えている。予備の制御電圧１２がかかる線２６は、半導体スイッチ２のゲート６に向かって分岐する。制御器５によって、制御線３３及び３４を介してゲート６に供給される個々の制御電圧７の混同を避けるために、線２６の分岐にダイオード２０が備えられている。制御器５が、半導体スイッチ８をオフ状態にスイッチングする制御電圧１０をゲート６に供給することがなければ、通常導電性の半導体スイッチ８は、予備の制御電圧１２を半導体スイッチ２のゲート６に通電する。この制御電圧１０は、制御器１０が働いている場合、すなわち、予備の制御電圧１２が必要とされない場合にのみ供給される。
【００３３】
外部直流電圧源１８が、太陽光発電機の場合、入力線３及び４の間の電圧は、朝に、太陽光発電機１８の出力電圧が増加するため、緩やかに上昇する。しかし、この出力電圧は、通常導電性のスイッチ２のため、インバータブリッジ１６によって短絡する。それにもかかわらず、小さな電流が通常導電性のスイッチ２４及び充電ユニット２３の入力側２２を流れる。入力側２２を流れるこの小さな電流は、充電ユニット２３の出力側２８を流れ、予備の直流電圧１２を供給するまで、コンデンサ１３を充電する電流を生じさせるのに十分である。予備の直流電圧１２が、コンデンサ１１を介して存在してすぐ、半導体スイッチ２４のゲート２５でも存在し、充電ユニット２３の入力側２２を流れる電流を止まるオフ状態に、半導体スイッチ２４をスイッチングする。さらに、予備の制御電圧１２は、半導体８とダイオード２０を介して、入力線４に接続されている半導体スイッチ２のゲートに供給される。それゆえ、スイッチ２は、オフ状態にスイッチングされる。結果として、太陽光発電機１８の出力電圧は、インバータブリッジ１６を介して、もはや短絡されず、かつ、制御器５に電力供給するために十分なレベルに上昇する。制御器５に電力供給されてすぐ、インバータブリッジ１６のスイッチ２を制御し始める。さらに、制御電圧１０をゲート９に提供することによって、スイッチ８をオフ状態にスイッチングし、かつ、交流電力網１７にインバータブリッジ１６を接続させるために、メインスイッチ３１を閉じる。
【００３４】
制御器が機能しなくなり、制御電圧７及び１０をもはや供給しない場合、予備の制御電圧１２は、半導体スイッチ２のゲート６に再び供給され、かつ、インバータブリッジを介して入力線３及び４の間の短絡を回避する。予備の制御電圧１２が、インバータブリッジ１６の全てのスイッチ２に供給される場合、ハーフブリッジ１５の中性点の間の短絡さえ回避され、一方で、メインスイッチ３１がオフ状態にスイッチングされていない場合、交流電力網１７が短絡する。
【００３５】
本発明の精神や原理から本質的に逸脱することなく、多くの変更や修正を、本発明の実施例にすることが可能である。そのような全ての変更や修正は、次の請求項によって定義されているように、本発明の範囲内に含まれることを意図している。
【図１】
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【外国語明細書】
2010154739000001.pdf