(57)【要約】【課題】従来のものよりも効率の良いインバータ動作が可能な電力変換装置を提供すること、および、高コスト化を招くことなく、従来のものよりも効率の良いインバータ動作およびコンバータ動作の両方の動作が可能な電力変換装置を提供すること。【解決手段】電力変換装置１Ａは、第１端子６ａおよび第２端子６ｂからなる直流側端子対から入力された直流電圧Ｖｄｃを所望の交流電圧Ｖａｃに変換して第３端子７ａおよび第４端子７ｂからなる交流側端子対から出力するものであり、制御部５Ａが、チョッパ部２のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ５をオン／オフ制御して、チョッパ部２にインバータ降圧チョッパ動作、インバータ昇圧チョッパ動作およびインバータ反転昇降圧チョッパ動作を含む複数のインバータ動作のいずれかを選択的に行わせることを特徴とする。【選択図】図１
2014236535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端子および第２端子からなる直流側端子対から入力された直流電圧を所望の交流電圧に変換して第３端子および第４端子からなる交流側端子対から出力する電力変換装置において、
コイル、コンデンサおよび第１ないし第５スイッチング素子を有するチョッパ部と、
前記直流側端子対の端子間の電圧値を検知する直流電圧検知部と、
前記交流側端子対の端子間の電圧値を検知する交流電圧検知部と、
前記直流電圧検知部および前記交流電圧検知部によって検知された電圧値に基づいて、前記交流電圧の電圧値が前記交流電圧検知部によって検知された電圧値となるように前記第１ないし第５のスイッチング素子をオン／オフ制御する制御部と
を備え、
前記第３端子と第４端子との間に前記第１および第２スイッチング素子からなる直列回路、並びに前記第３および第４スイッチング素子からなる直列回路が接続され、
前記第１および第２スイッチング素子の接続部位と前記第３および第４スイッチング素子の接続部位とが前記コイルにより接続され、
前記第３および第４スイッチング素子の接続部位と前記第１端子との間に前記第５スイッチング素子が接続され、
前記第１端子と第２端子との間に前記コンデンサが接続され、
前記第２端子と第４端子とが直接接続され、
前記制御部は、前記第１ないし第５スイッチング素子をオン／オフ制御して、前記チョッパ部にインバータ降圧チョッパ動作、インバータ昇圧チョッパ動作およびインバータ反転昇降圧チョッパ動作を含む複数のインバータ動作のいずれかを選択的に行わせることで、前記直流電圧を所望の前記交流電圧に変換する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記交流電圧検知部によって検知された電圧値が正であり、かつ前記直流電圧検知部によって検知された電圧値よりも小さい場合に前記インバータ降圧チョッパ動作を選択し、
前記直流電圧検知部によって検知された電圧値が正であり、かつ前記交流電圧検知部によって検知された電圧値よりも小さい場合に前記インバータ昇圧チョッパ動作を選択し、
前記交流電圧検知部によって検知された電圧値が負であり、かつ前記直流電圧検知部によって検知された電圧値が正である場合に前記インバータ反転昇降圧チョッパ動作を選択する
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記インバータ降圧チョッパ動作においては、前記第１スイッチング素子がオン状態、前記第２および第３スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ前記第４スイッチング素子と前記第５スイッチング素子とが交互にオン／オフ制御され、
前記インバータ昇圧チョッパ動作においては、前記第５スイッチング素子がオン状態、前記第３および第４スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子とが交互にオン／オフ制御され、
前記インバータ反転昇降圧チョッパ動作においては、前記第２スイッチング素子がオン状態、前記第１および第４スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ前記第３スイッチング素子と前記第５スイッチング素子とが交互にオン／オフ制御される
ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御部が、前記第１ないし第５スイッチング素子をオン／オフ制御して、前記チョッパ部にコンバータ昇降圧チョッパ動作およびコンバータ反転昇降圧チョッパ動作を含む複数のコンバータ動作のいずれかを選択的に行わせることで、前記交流側端子対から入力された交流電圧を所望の目標電圧値を有する直流電圧に変換して前記直流側端子対から出力することもできる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記目標電圧値が正に設定された場合には、前記交流電圧検知部によって検知された電圧値が正のときに前記コンバータ昇降圧チョッパ動作を選択し、前記交流電圧検知部によって検知された電圧値が負のときに前記コンバータ反転昇降圧チョッパ動作を選択する
ことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記コンバータ昇降圧チョッパ動作においては、前記第３スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ前記第１および第４スイッチング素子と前記第２および第５スイッチング素子とが交互にオン／オフ制御され、
前記コンバータ反転昇降圧チョッパ動作においては、前記第２スイッチング素子がオン状態、前記第１および第４スイッチング素子がオフ状態とされ、かつ前記第３スイッチング素子と前記第５スイッチング素子とが交互にオン／オフ制御される
ことを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電圧を所望の交流電圧に変換するインバータ動作を行う電力変換装置、および該インバータ動作と交流電圧を所望の直流電圧に変換するコンバータ動作とを行う電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力変換装置として、例えば特許文献１には図１０に示す電力変換装置１０が開示されている。同図に示すように、電力変換装置１０は、太陽電池Ｅが出力する直流電圧Ｖｄｃを所望の交流電圧Ｖａｃ（一例として系統電圧）に変換するインバータ動作を行うものであって、スイッチング素子ＳＷ、コイルＬ１、ダイオードＤおよびコンデンサＣ３からなるチョッパ回路１１と、フルブリッジ接続された４つのスイッチング素子からなるブリッジ回路１２と、フィルタ回路１３と、チョッパ回路１１およびブリッジ回路１２を制御する制御部１４とを備えている。
【０００３】
また、従来の別の電力変換装置として、例えば特許文献２には図１１に示す電力変換装置２０が開示されている。同図に示すように、電力変換装置２０は、交流電圧Ｖａｃを所望の直流電圧Ｖｄｃに変換するコンバータ動作を行うものであって、主に５つのスイッチング素子ＳＷ６〜ＳＷ１０およびコイルＬ２からなるチョッパ部２１と、交流電圧Ｖａｃおよび直流電圧Ｖｄｃの電圧値をそれぞれ検知する検知部２２、２３と、チョッパ部２１を制御する制御部２４とを備えている。電力変換装置２０では、制御部２４がチョッパ部２１に昇降圧チョッパ動作および反転昇降圧チョッパ動作のいずれかを選択的に行わせることにより、交流電圧Ｖａｃが所望の直流電圧Ｖｄｃに変換される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１０４９６号公報
【特許文献２】特開２０１３−１３１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、太陽光発電システム等においては、インバータ動作およびコンバータ動作のいずれか一方だけでなく、インバータ動作およびコンバータ動作の両方の動作を行うことができる電力変換装置のニーズが高まってきている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の電力変換装置１０は、回路構成上、コンバータ動作を行うことができない。このため、電力変換装置１０を利用して両方の動作を行うことができる電力変換装置を実現するためには、コンバータ動作可能な回路を電力変換装置１０に並列に設ける必要があり、装置の高コスト化が避けられない。また、電力変換装置１０によるインバータ動作は、チョッパ回路１１によるＤＣ／ＤＣ変換およびブリッジ回路１２によるＤＣ／ＡＣ変換の２回の変換を含んでいるので、効率が悪いという問題があった。
【０００７】
一方、特許文献２の電力変換装置２０によるコンバータ動作は、一回のＡＣ／ＤＣ変換で交流電圧Ｖａｃを直流電圧Ｖｄｃに変換することができるので効率が良い。しかしながら、電力変換装置２０はコンバータとして利用されることが想定されておらず、特許文献２には、電力変換装置２０のコンバータ動作について何も開示されていない。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、従来のものよりも効率の良いインバータ動作が可能な電力変換装置を提供すること、および、高コスト化を招くことなく、従来のものよりも効率の良いインバータ動作およびコンバータ動作の両方の動作が可能な電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の第１発明に係る電力変換装置は、第１端子および第２端子からなる直流側端子対から入力された直流電圧を所望の交流電圧に変換して第３端子および第４端子からなる交流側端子対から出力する電力変換装置において、コイル、コンデンサおよび第１ないし第５スイッチング素子を有するチョッパ部と、直流側端子対の端子間の電圧値を検知する直流電圧検知部と、交流側端子対の端子間の電圧値を検知する交流電圧検知部と、直流電圧検知部および交流電圧検知部によって検知された電圧値に基づいて、交流電圧の電圧値が交流電圧検知部によって検知された電圧値となるように第１ないし第５のスイッチング素子をオン／オフ制御する制御部とを備え、第３端子と第４端子との間に第１および第２スイッチング素子からなる直列回路、並びに第３および第４スイッチング素子からなる直列回路が接続され、第１および第２スイッチング素子の接続部位と第３および第４スイッチング素子の接続部位とがコイルにより接続され、第３および第４スイッチング素子の接続部位と第１端子との間に第５スイッチング素子が接続され、第１端子と第２端子との間にコンデンサが接続され、第２端子と第４端子とが直接接続され、制御部は、第１ないし第５スイッチング素子をオン／オフ制御して、チョッパ部にインバータ降圧チョッパ動作、インバータ昇圧チョッパ動作およびインバータ反転昇降圧チョッパ動作を含む複数のインバータ動作のいずれかを選択的に行わせることで、直流電圧を所望の交流電圧に変換することを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、特許文献１の電力変換装置１０のように連続的に行われる２回の変換によってではなく、チョッパ部における１回の変換、すなわち、インバータ降圧チョッパ動作、インバータ昇圧チョッパ動作およびインバータ反転昇降圧チョッパ動作のいずれかによって直流電圧Ｖｄｃを交流電圧Ｖａｃに変換するので、効率が悪化するのを防ぐことができる。
【００１１】
上記第１発明に係る電力変換装置の制御部は、例えば、（Ａ）交流電圧検知部によって検知された電圧値が正であり、かつ直流電圧検知部によって検知された電圧値よりも小さい場合にインバータ降圧チョッパ動作を選択し、（Ｂ）直流電圧検知部によって検知された電圧値が正であり、かつ交流電圧検知部によって検知された電圧値よりも小さい場合にインバータ昇圧チョッパ動作を選択し、（Ｃ）交流電圧検知部によって検知された電圧値が負であり、かつ直流電圧検知部によって検知された電圧値が正である場合にインバータ反転昇降圧チョッパ動作を選択するよう構成することができる。
【００１２】
この場合、制御部は、（Ａ）インバータ降圧チョッパ動作においては、第１スイッチング素子をオン状態、第２および第３スイッチング素子をオフ状態とし、かつ第４スイッチング素子と第５スイッチング素子とを交互にオン／オフ制御し、（Ｂ）インバータ昇圧チョッパ動作においては、第５スイッチング素子をオン状態、第３および第４スイッチング素子をオフ状態とし、かつ第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とを交互にオン／オフ制御し、（Ｃ）インバータ反転昇降圧チョッパ動作においては、第２スイッチング素子をオン状態、第１および第４スイッチング素子をオフ状態とし、かつ第３スイッチング素子と第５スイッチング素子とを交互にオン／オフ制御すればよい。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、本発明の第２発明に係る電力変換装置は、上記第１の電力変換装置において、制御部が、第１ないし第５スイッチング素子をオン／オフ制御して、チョッパ部にコンバータ昇降圧チョッパ動作およびコンバータ反転昇降圧チョッパ動作を含む複数のコンバータ動作のいずれかを選択的に行わせることで、交流側端子対から入力された交流電圧を所望の目標電圧値を有する直流電圧に変換して直流側端子対から出力することもできることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、制御部による制御を変更するだけでチョッパ部にコンバータ昇降圧チョッパ動作およびコンバータ反転昇降圧チョッパ動作を含む複数のコンバータ動作のいずれかを選択的に行わせることができ、コンバータ動作可能な回路を別途設けなくてもよいので、高コスト化を招くことなく、インバータ動作およびコンバータ動作の両方の動作が可能な電力変換装置を実現することができる。
【００１５】
上記第２発明に係る電力変換装置の制御部は、例えば、目標電圧値が正に設定された場合には、（Ａ）交流電圧検知部によって検知された電圧値が正のときにコンバータ昇降圧チョッパ動作を選択し、（Ｂ）交流電圧検知部によって検知された電圧値が負のときにコンバータ反転昇降圧チョッパ動作を選択するよう構成することができる。
【００１６】
この場合、制御部は、（Ａ）コンバータ昇降圧チョッパ動作においては、第３スイッチング素子をオフ状態とし、かつ第１および第４スイッチング素子と第２および第５スイッチング素子とを交互にオン／オフ制御し、（Ｂ）コンバータ反転昇降圧チョッパ動作においては、第２スイッチング素子をオン状態、第１および第４スイッチング素子をオフ状態とし、かつ第３スイッチング素子と第５スイッチング素子とを交互にオン／オフ制御すればよい。
【発明の効果】
【００１７】
上記第１発明によれば、従来のものよりも効率の良いインバータ動作が可能な電力変換装置を提供することができる。また、上記第２発明によれば、高コスト化を招くことなく、従来のものよりも効率の良いインバータ動作およびコンバータ動作の両方の動作が可能な電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１に係る電力変換装置の概略構成図である。
【図２】実施例１に係る電力変換装置における３つのインバータ動作の選択条件を示す図である。
【図３】インバータ降圧チョッパ動作が選択されたときの実施例１に係る電力変換装置の等価回路図である。
【図４】インバータ昇圧チョッパ動作が選択されたときの実施例１に係る電力変換装置の等価回路図である。
【図５】インバータ反転昇降圧チョッパ動作が選択された場合の実施例１に係る電力変換装置の等価回路図である。
【図６】本発明の実施例２に係る電力変換装置の概略構成図である。
【図７】実施例２に係る電力変換装置における２つのコンバータ動作の選択条件を示す図である。
【図８】コンバータ昇降圧チョッパ動作が選択されたときの実施例２に係る電力変換装置の等価回路図である。
【図９】コンバータ反転昇降圧チョッパ動作が選択されたときの実施例２に係る電力変換装置の等価回路図である。
【図１０】従来の電力変換装置の概略構成図である。
【図１１】従来の電力変換装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る電力変換装置の実施例について説明する。
【００２０】
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１に係る電力変換装置１Ａの概略構成図である。同図に示すように、電力変換装置１Ａは、直流側端子対を構成する第１端子６ａおよび第２端子６ｂから入力された直流電圧Ｖｄｃを所望の交流電圧Ｖａｃに変換し、交流側端子対を構成する第３端子７ａおよび第４端子７ｂから該交流電圧Ｖａｃを出力するものであって、複数のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ５を有するチョッパ部２と、第１端子６ａおよび第２端子６ｂの間の電圧値を検知する直流電圧検知部３と、第３端子７ａおよび第４端子７ｂの間の電圧値を検知する交流電圧検知部４と、直流電圧検知部３および交流電圧検知部４が検知した電圧値に基づいて、交流電圧Ｖａｃの電圧値が交流電圧検知部４によって検知された電圧値となるようにチョッパ部２を制御する制御部５Ａとを備えている。
【００２１】
直流側端子対（第１端子６ａ、第２端子６ｂ）は、例えば、直流電圧Ｖｄｃを出力する蓄電池に接続される。より詳しくは、第１端子６ａは蓄電池の正極に接続され、第２端子６ｂは蓄電池の負極に接続される。本実施例では、蓄電池から出力される直流電圧Ｖｄｃの電圧値を直流電圧検知部３が検知する。
【００２２】
一方、交流側端子対（第３端子７ａ、第４端子７ｂ）は、例えば、商用系統に接続される。本実施例では、交流電圧検知部４が系統電圧の電圧値を検知し、検知した電圧値に等しい電圧値を有する交流電圧Ｖａｃをチョッパ部２が出力する。つまり、電力変換装置１Ａは、系統電圧に追従した交流電圧Ｖａｃを出力する。そして、追従の結果、交流電圧Ｖａｃの電圧値は系統電圧の電圧値に等しくなる。
【００２３】
チョッパ部２は、第３端子７ａにそれぞれ一端が接続された第１スイッチング素子ＳＷ１および第３スイッチング素子ＳＷ３と、第１スイッチング素子ＳＷ１の他端にそれぞれ一端が接続された第２スイッチング素子ＳＷ２およびコイルＬと、第３スイッチング素子ＳＷ３およびコイルＬの他端にそれぞれ一端が接続された第４スイッチング素子ＳＷ４および第５スイッチング素子ＳＷ５と、第５スイッチング素子ＳＷ５の他端に一端が接続されたコンデンサＣ１とを有する。第２スイッチング素子ＳＷ２、第４スイッチング素子ＳＷ４およびコンデンサＣ１の他端はそれぞれ第４端子７ｂおよび第２端子６ｂに接続され、第５スイッチング素子ＳＷ５の他端は第１端子６ａに接続されている。各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ５は、制御部５Ａによりオン／オフ制御される。
【００２４】
図２に示すように、本実施例では、直流電圧検知部３が検知した電圧値（＝直流電圧Ｖｄｃの電圧値）と交流電圧検知部４が検知した電圧値（＝交流電圧Ｖａｃの電圧値）とに応じて、制御部５Ａが、チョッパ部２が行うべきインバータ動作を３つのインバータ動作の中から選択する。
【００２５】
具体的には、電力変換装置１Ａのチョッパ部２は、（Ａ）交流電圧Ｖａｃの電圧値が正であり、かつ直流電圧Ｖｄｃの電圧値よりも小さい場合、つまり、“０＜Ｖａｃの電圧値＜Ｖｄｃの電圧値”の関係が成立する場合にインバータ降圧チョッパ動作を選択し、（Ｂ）直流電圧Ｖｄｃが交流電圧Ｖａｃの電圧値よりも小さい場合、つまり、“Ｖｄｃの電圧値＜Ｖａｃの電圧値”の関係が成立する場合にインバータ昇圧チョッパ動作を選択し、さらに、（Ｃ）交流電圧Ｖａｃの電圧値が負である場合、つまり、“Ｖａｃの電圧値＜０”の関係が成立する場合にインバータ反転昇降圧チョッパ動作を選択する。電力変換装置１Ａは、（Ａ）〜（Ｃ）の各動作を順次選択することにより、交流電圧Ｖａｃを商用電圧に追従させる。
【００２６】
なお、選択条件の境界においては、当該境界によって隔てられた２つのインバータ動作のいずれを選択してもよい。例えば、“Ｖｄｃの電圧値＝Ｖａｃの電圧値”の関係が成立する場合は、（Ａ）のインバータ降圧チョッパ動作を選択してもよいし、（Ｂ）のインバータ昇圧チョッパ動作を選択してもよい。但し、“Ｖｄｃの電圧値＝Ｖａｃの電圧値”の関係が成立する場合に（Ａ）のインバータ降圧チョッパ動作を選択すると、デューティα＝１で動作することになるため、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ５のオン抵抗等の抵抗成分の多寡によっては所望の交流電圧Ｖａｃの出力が困難となる。よって、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ５のオン抵抗等の抵抗成分を考慮すると、“Ｖｄｃの電圧値＝Ｖａｃの電圧値”の関係が成立する場合は、（Ｂ）のインバータ昇圧チョッパ動作を選択することが好ましい。
【００２７】
（Ａ）インバータ降圧チョッパ動作
チョッパ部２の３つのインバータ動作のうち、まず、インバータ降圧チョッパ動作について説明する。本動作においては、第１スイッチング素子ＳＷ１が常にオン状態とされるとともに、第２スイッチング素子ＳＷ２および第３スイッチング素子ＳＷ３が常にオフ状態とされる。したがって、本動作中の電力変換装置１Ａは、図３に示す簡素な等価回路で表現される。
【００２８】
また、本動作においては、第４スイッチング素子ＳＷ４と第５スイッチング素子ＳＷ５とが交互にオン／オフ制御される。すなわち、第４スイッチング素子ＳＷ４がオン状態からオフ状態に切り替わると、同期的に第５スイッチング素子ＳＷ５がオフ状態からオン状態に切り替わる。第５スイッチング素子ＳＷ５がオン状態とされると、コイルＬにエネルギーが蓄えられる。一方、第４スイッチング素子ＳＷ４がオン状態とされると、コイルＬに蓄えられていたエネルギーが放出される。
【００２９】
１スイッチング周期Ｔにおける第５スイッチング素子ＳＷ５のオン時間をＴｏｎとすると、好適な第５スイッチング素子ＳＷ５のデューティα（＝Ｔｏｎ／Ｔ）は次式で求めることができる。
α＝Ｖａｃの電圧値／Ｖｄｃの電圧値
【００３０】
インバータ降圧チョッパ動作によれば、入力電圧Ｖｄｃを降圧して所望の電圧値を有する交流電圧Ｖａｃを得ることができる。
【００３１】
（Ｂ）インバータ昇圧チョッパ動作
インバータ昇圧チョッパ動作においては、第５スイッチング素子ＳＷ５が常にオン状態とされるとともに、第３スイッチング素子ＳＷ３および第４スイッチング素子ＳＷ４が常にオフ状態とされる。したがって、本動作中の電力変換装置１Ａは、図４に示す簡素な等価回路で表現される。
【００３２】
また、本動作においては、第１スイッチング素子ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＷ２とが交互にオン／オフ制御される。すなわち、第１スイッチング素子ＳＷ１がオン状態からオフ状態に切り替わると、同期的に第２スイッチング素子ＳＷ２がオフ状態からオン状態に切り替わる。第２スイッチング素子ＳＷ２がオン状態とされると、コイルＬにエネルギーが蓄えられる。一方、第１スイッチング素子ＳＷ１がオン状態とされると、コイルＬに蓄えられていたエネルギーが放出される。
【００３３】
１スイッチング周期Ｔにおける第２スイッチング素子ＳＷ２のオン時間をＴｏｎとすると、好適な第２スイッチング素子ＳＷ２のデューティα（＝Ｔｏｎ／Ｔ）は次式で求めることができる。
α＝１−Ｖｄｃの電圧値／Ｖａｃの電圧値
【００３４】
インバータ昇圧チョッパ動作によれば、入力電圧Ｖｄｃを昇圧して所望の電圧値を有する交流電圧Ｖａｃを得ることができる。
【００３５】
（Ｃ）インバータ反転昇降圧チョッパ動作
インバータ反転昇降圧チョッパ動作においては、第２スイッチング素子ＳＷ２が常にオン状態とされるとともに、第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４が常にオフ状態とされる。したがって、本動作中の電力変換装置１Ａは、図５に示す簡素な等価回路で表現される。
【００３６】
また、本動作においては、第３スイッチング素子ＳＷ３と第５スイッチング素子ＳＷ５とが交互にオン／オフ制御される。すなわち、第３スイッチング素子ＳＷ３がオン状態からオフ状態に切り替わると、同期的に第５スイッチング素子ＳＷ５がオフ状態からオン状態に切り替わる。第５スイッチング素子ＳＷ５がオン状態とされると、コイルＬにエネルギーが蓄えられる。一方、第３スイッチング素子ＳＷ３がオン状態とされると、コイルＬに蓄えられていたエネルギーが放出される。
【００３７】
１スイッチング周期Ｔにおける第５スイッチング素子ＳＷ５のオン時間をＴｏｎとすると、第５スイッチング素子ＳＷ５のデューティα（＝Ｔｏｎ／Ｔ）は次式で求めることができる。
α＝｜Ｖａｃの電圧値｜／（Ｖｄｃの電圧値＋｜Ｖａｃの電圧値｜）
【００３８】
インバータ反転昇降圧チョッパ動作によれば、入力電圧Ｖｄｃを正負反転および昇降圧して所望の電圧値を有する交流電圧Ｖａｃを得ることができる。
【００３９】
このように、実施例１に係る電力変換装置１Ａでは、特許文献１の電力変換装置１０のように連続的に行われる２回の変換によってではなく、チョッパ部２における１回の変換、すなわち、（Ａ）インバータ降圧チョッパ動作、（Ｂ）インバータ昇圧チョッパ動作および（Ｃ）インバータ反転昇降圧チョッパ動作のいずれかによって直流電圧Ｖｄｃが交流電圧Ｖａｃに変換される。したがって、電力変換装置１Ａによれば、２回の変換のそれぞれが効率を悪化させることによる装置全体の効率の悪化を防ぐことができる。
【００４０】
［実施例２］
図６は、本発明の実施例２に係る電力変換装置１Ｂの概略構成図である。電力変換装置１Ｂは、直流側端子対を構成する第１端子６ａおよび第２端子６ｂから入力された直流電圧Ｖｄｃを所望の交流電圧Ｖａｃに変換し、交流側端子対を構成する第３端子７ａおよび第４端子７ｂから該交流電圧Ｖａｃを出力するインバータ動作だけでなく、交流側端子対から入力された交流電圧Ｖａｃを所望の目標電圧値Ｖｔを有する直流電圧Ｖｄｃに変換し、直流側端子対から該直流電圧Ｖｄｃを出力するコンバータ動作も可能となっている。
【００４１】
交流側端子対（第３端子７ａ、第４端子７ｂ）は、例えば、商用系統に接続される。本実施例では、交流電圧検知部４が商用系統における交流電圧Ｖａｃ（系統電圧）の電圧値を検知する。
【００４２】
一方、直流側端子対（第１端子６ａ、第２端子６ｂ）は、例えば、目標電圧値Ｖｔを有する直流電圧によって充電されるべき蓄電池に接続される。より詳しくは、第１端子６ａは蓄電池の正極に接続され、第２端子６ｂは蓄電池の負極に接続される。本実施例では、直流電圧検知部３が直流電圧Ｖｄｃの電圧値を検知し、検知した電圧値が目標電圧値Ｖｔとなるように制御部５Ｂがチョッパ部２を制御する。そして、この制御の結果、直流電圧Ｖｄｃの電圧値は目標電圧値Ｖｔに等しくなる。
【００４３】
図６に示すように、電力変換装置１Ｂは、制御部５Ａの代わりに制御部５Ｂを備えている点、および動作決定部８をさらに備えている点において電力変換装置１Ａと構成上相違している。
【００４４】
動作決定部８は、外部からの指令があったか否か、および電力変換装置１Ｂのおかれている状況が特定の状況になったか否か等に基づいて、電力変換装置１Ｂをインバータとして動作させるのかコンバータとして動作させるのかを決定し、その結果を制御部５Ｂに出力する。
【００４５】
電力変換装置１Ｂをインバータとして動作させることが決定した場合、制御部５Ｂは、実施例１と同様、チョッパ部２にインバータ動作を行わせる。一方、電力変換装置１Ｂをコンバータとして動作させることが決定した場合、制御部５Ｂは、直流電圧Ｖｄｃの電圧値が目標電圧値Ｖｔとなるようにチョッパ部２にコンバータ動作を行わせる。
【００４６】
図７に示すように、本実施例では、交流電圧Ｖａｃの電圧値と目標電圧値Ｖｔとに応じて、制御部５Ｂが、チョッパ部２が行うべきコンバータ動作を２つのコンバータ動作の中から選択する。なお、本実施例では、目標電圧値Ｖｔは常に正である。
【００４７】
具体的には、電力変換装置１Ｂのチョッパ部２は、（Ａ）交流電圧Ｖａｃの電圧値が正の場合、つまり、“０＜Ｖａｃの電圧値”の関係が成立する場合にコンバータ昇降圧チョッパ動作を選択し、（Ｂ）交流電圧Ｖａｃの電圧値が負の場合、つまり、“Ｖａｃの電圧値＜０”の関係が成立する場合にコンバータ反転昇降圧チョッパ動作を選択する。なお、図７は、上記コンバータ動作により直流電圧Ｖｄｃの電圧値が目標電圧値Ｖｔとなった状態を示している。
【００４８】
（Ａ）コンバータ昇降圧チョッパ動作
チョッパ部２の２つのコンバータ動作のうち、まず、コンバータ昇降圧チョッパ動作について説明する。本動作においては、第３スイッチング素子ＳＷ３が常にオフ状態とされる。したがって、本動作中の電力変換装置１Ｂは、図８に示す簡素な等価回路で表現される。
【００４９】
また、本動作においては、第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４と第２スイッチング素子ＳＷ２および第５スイッチング素子ＳＷ５とが交互にオン／オフ制御される。すなわち、第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４がオン状態からオフ状態に切り替わると、同期的に第２スイッチング素子ＳＷ２および第５スイッチング素子ＳＷ５がオフ状態からオン状態に切り替わる。第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４がオン状態とされると、コイルＬにエネルギーが蓄えられる。一方、第２スイッチング素子ＳＷ２および第５スイッチング素子ＳＷ５がオン状態とされると、コイルＬに蓄えられていたエネルギーが放出される。
【００５０】
１スイッチング周期Ｔにおける第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４のオン時間をＴｏｎとすると、好適な第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４のデューティα（＝Ｔｏｎ／Ｔ）は次式で求めることができる。
α＝Ｖｄｃの電圧値／（Ｖｄｃの電圧値＋Ｖａｃの電圧値）
【００５１】
コンバータ昇降圧チョッパ動作によれば、交流電圧Ｖａｃを昇降圧することにより電圧値が目標電圧値Ｖｔである直流電圧Ｖｄｃを得ることができる。
【００５２】
（Ｂ）コンバータ反転昇降圧チョッパ動作
コンバータ反転昇降圧チョッパ動作においては、第２スイッチング素子ＳＷ２が常にオン状態とされるとともに、第１スイッチング素子ＳＷ１および第４スイッチング素子ＳＷ４が常にオフ状態とされる。したがって、本動作中の電力変換装置１Ｂは、図９に示す簡素な等価回路で表現される。
【００５３】
また、本動作においては、第３スイッチング素子ＳＷ３と第５スイッチング素子ＳＷ５とが交互にオン／オフ制御される。すなわち、第３スイッチング素子ＳＷ３がオン状態からオフ状態に切り替わると、同期的に第５スイッチング素子ＳＷ５がオフ状態からオン状態に切り替わる。第３スイッチング素子ＳＷ３がオン状態とされると、コイルＬにエネルギーが蓄えられる。一方、第５スイッチング素子ＳＷ５がオン状態とされると、コイルＬに蓄えられていたエネルギーが放出される。
【００５４】
１スイッチング周期Ｔにおける第３スイッチング素子ＳＷ３のオン時間をＴｏｎとすると、好適な第３スイッチング素子ＳＷ３のデューティα（＝Ｔｏｎ／Ｔ）は次式で求めることができる。
α＝Ｖｄｃの電圧値／（Ｖｄｃの電圧値＋｜Ｖａｃの電圧値｜）
【００５５】
コンバータ反転昇降圧チョッパ動作によれば、交流電圧Ｖａｃを反転および昇降圧することにより電圧値が目標電圧値Ｖｔである直流電圧Ｖｄｃを得ることができる。
【００５６】
このように、実施例２に係る電力変換装置１Ｂによれば、制御を変更するだけでチョッパ部２にコンバータ昇降圧チョッパ動作およびコンバータ反転昇降圧チョッパ動作を含む複数のコンバータ動作のいずれかを選択的に行わせることができ、コンバータ動作可能な回路を別途設けなくてもよいので、高コスト化を招くことなく、インバータ動作およびコンバータ動作の両方の動作が可能な電力変換装置を実現することができる。
【００５７】
また、実施例２に係る電力変換装置１Ｂによれば、実施例１に係る電力変換装置１Ａと同様、インバータ動作における効率の悪化を防ぐこともできる。
【００５８】
以上、本発明に係る電力変換装置の実施例について説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、目標電圧値Ｖｔとして正負の両極が存在する場合、以下のようにコンバータ動作を実行することができる。すなわち、目標電圧値Ｖｔが正の場合には、実施例２に示すように「コンバータ昇降圧チョッパ動作」をコンバータ第１昇降圧チョッパ動作として実行するとともに、「コンバータ反転昇降圧チョッパ動作」をコンバータ第１反転昇降圧チョッパ動作として実行する一方、目標電圧値Ｖｔが負の場合には、“０＜Ｖａｃの電圧値”の関係が成立する場合に、コンバータ第２反転昇降圧チョッパ動作として特許文献２に示す「第２反転昇降圧チョッパ動作」を選択し、“Ｖａｃの電圧値＜０”の関係が成立する場合に、コンバータ第２昇降圧チョッパ動作として特許文献２に示す「第２昇降圧チョッパ動作」を選択することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１Ａ、１Ｂ    電力変換装置
２    チョッパ部
３    直流電圧検知部
４    交流電圧検知部
５Ａ、５Ｂ    制御部
６ａ    第１端子
６ｂ    第２端子
７ａ    第３端子
７ｂ    第４端子
８    動作決定部
【図１】
2014236535.tif 000003
【図２】
2014236535.tif 000004
【図３】
2014236535.tif 000005
【図４】
2014236535.tif 000006
【図５】
2014236535.tif 000007
【図６】
2014236535.tif 000008
【図７】
2014236535.tif 000009
【図８】
2014236535.tif 000010
【図９】
2014236535.tif 000011
【図１０】
2014236535.tif 000012
【図１１】
2014236535.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月11日(2013.6.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
一方、特許文献２の電力変換装置２０によるコンバータ動作は、一回のＡＣ／ＤＣ変換で交流電圧Ｖａｃを直流電圧Ｖｄｃに変換することができるので効率が良い。しかしながら、電力変換装置２０はインバータとして利用されることが想定されておらず、特許文献２には、電力変換装置２０のインバータ動作について何も開示されていない。