(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、上アームとしての第１の半導体スイッチ（Ｓ１）および下アームとしての第３の半導体スイッチ（Ｓ３）を直列接続したアームと、上アームとしての第２の半導体スイッチ（Ｓ２）および下アームとしての第４の半導体スイッチ（Ｓ４）を直列接続したアームとを並列接続して構成された半導体ブリッジ回路（Ｓ１〜Ｓ４）を出力側に有する
インバータにおいて、
当該のインバータの正の半波の出力期間に前記第３の半導体スイッチ（Ｓ３）が閉じられると、当該のインバータの負側の直流入力端子（−）と、前記第１の半導体スイッチ（Ｓ１）および前記第３の半導体スイッチ（Ｓ３）の接続点（ニュートラルアウトプットコンダクタ）とが接続されることにより、ＳＥＰＩＫコンバータが構成され、
当該のインバータの負の半波の出力期間に前記第４の半導体スイッチ（Ｓ４）が閉じられると、当該のインバータの負側の直流入力端子（−）と、前記第２の半導体スイッチ（Ｓ２）および前記第４の半導体スイッチ（Ｓ４）の接続点（ニュートラルアウトプットコンダクタ）とが接続されることにより、ＣＵＫコンバータが構成される
ことを特徴とするインバータ。
【請求項２】
上アームとしての第１の半導体スイッチ（Ｓ１）および下アームとしての第３の半導体スイッチ（Ｓ３）を直列接続したアームと、上アームとしての第２の半導体スイッチ（Ｓ２）および下アームとしての第４の半導体スイッチ（Ｓ４）を直列接続したアームとを並列接続して構成された半導体ブリッジ回路（Ｓ１〜Ｓ４）と、
第１のチョーク（Ｌ１）の一端を第５の半導体スイッチ（Ｓ５）の一端に直列接続した回路と、
第１のコンデンサ（Ｃｃ）の一端を第１のダイオード（Ｄ１）のアノードである一端に直列接続した回路と、
第２のチョーク（Ｌ２）と
を有したインバータにおいて、
ここで、前記半導体ブリッジ回路の前記第１の半導体スイッチ（Ｓ１）および前記第２の半導体スイッチ（Ｓ２）の接続点は、当該のインバータの交流電圧出力側（ＵＯＵＴ）の第１の端子（Ｌ）に接続され、
前記半導体ブリッジ回路の前記第３の半導体スイッチ（Ｓ３）および前記第４の半導体スイッチ（Ｓ４）の接続点は、当該のインバータの交流電圧出力側（ＵＯＵＴ）の第２の端子（Ｎ）に接続され、
前記第１のチョーク（Ｌ１）の他端は当該のインバータの正側の直流入力端子（＋）に接続され、
前記第５の半導体スイッチ（Ｓ５）の他端は当該のインバータの負側の直流入力端子（−）に接続され、
前記第１のコンデンサ（Ｃｃ）の他端は前記第１のチョーク（Ｌ１）および前記第５の半導体スイッチ（Ｓ５）の接続点に接続され、
前記第２のチョーク（Ｌ２）の一端は前記第１のコンデンサ（Ｃｃ）の一端に接続され、前記第２のチョーク（Ｌ２）の他端は前記第１の半導体スイッチ（Ｓ１）および前記第３の半導体スイッチ（Ｓ３）の接続点に接続され、
前記第１のダイオードのカソードである他端は前記第２の半導体スイッチ（Ｓ２）および前記第４の半導体スイッチ（Ｓ４）の接続点に接続され、
前記第２の端子（Ｎ）は当該のインバータの負側の直流入力端子（−）に接続される
ことを特徴とするインバータ。
【請求項３】
当該のインバータは、
正の半波の出力期間に、前記第２の半導体スイッチ（Ｓ２）と前記第３の半導体スイッチ（Ｓ３）とを閉じ続け、かつ、前記第５の半導体スイッチ（Ｓ５）を断続的に開閉することによって、ＳＥＰＩＫコンバータとして動作し、
負の半波の出力期間に、前記第１の半導体スイッチ（Ｓ１）と前記第４の半導体スイッチ（Ｓ４）とを閉じ続け、かつ、前記第５の半導体スイッチ（Ｓ５）を断続的に開閉することによって、ＣＵＫコンバータとして動作する、
請求項２記載のインバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子制御されるインバータの駆動方法およびこの方法に適するインバータに関する。
【０００２】
電子制御されるインバータは例えばUS-Z.:C.M.Penalver, "Microprocessor Control of DC/AC Static Converters", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.IE-32, No.3, Aug.1985の186頁〜191頁から公知である。こうしたインバータは例えばソーラーシステムにおいて使用され、ソーラーセルによって形成された直流電流を変換して汎用されている交流電源で使用できるようにする。このようにしてはじめて太陽エネルギの制限のない利用が保証される。
【０００３】
インバータにも種々のものがあり、基本タイプだけでもアップコンバータ、ダウンコンバータ、専用目的のダウンコンバータなどがある。例として刊行物EDN, 17.Oct.2002, "Slave converters power auxiliary outputs", Sanjaya Maniktalaにはこれらの基本タイプのインバータの種々の組み合わせが挙げられている。
【０００４】
本発明の基礎とする課題は、従来技術から周知のインバータを改善することである。
【０００５】
この課題は、冒頭に言及した方法において、インバータを、出力交流電圧の正の半波ではＳＥＰＩＫコンバータの形態にしたがって動作するように駆動し、出力交流電圧の負の半波ではＣＵＫコンバータの形態にしたがって動作するように駆動することにより解決される。
【０００６】
本発明ではＳＥＰＩＫコンバータの機能とＣＵＫコンバータの機能とを組み合わせることにより、特に損失の小さいインバータが得られる。これにより高い効率が達成され、ソーラーシステムでの使用に特に適する。
【０００７】
有利には、インバータは第１〜第４の半導体スイッチから成る半導体ブリッジ回路を有しており、その第１の出力側はインバータの交流電圧出力側の第１の端子に接続されており、その第２の出力側はインバータの交流電圧出力側の第２の端子に接続されている。インバータはさらに第１のチョークを有しており、その１次側は直流電圧源の正極に接続されており、その２次側は第５の半導体スイッチを介して直流電圧源の負極に接続されている。第１のチョークと第５の半導体スイッチとのあいだの接続点は第１のコンデンサを介して第２のチョークの第１の端子および第１のダイオードのアノードに接続されている。第２のチョークの第２の端子は半導体ブリッジ回路の第１の入力側に接続されており、第１のダイオードのカソードは半導体ブリッジ回路の第２の入力側に接続されている。直流電圧源の負極は交流電圧出力側の第２の端子に接続されている。
【０００８】
さらに有利には、マイクロコントローラにより、出力交流電圧の正の半波では第２の半導体スイッチおよび第３の半導体スイッチが持続的にオンにされ、第１の半導体スイッチおよび第４の半導体スイッチが持続的にオフにされ、第５の半導体スイッチがパルス状に切り替えられる。出力交流電圧の負の半波では第１の半導体スイッチおよび第４の半導体スイッチが持続的にオンにされ、第２の半導体スイッチおよび第３の半導体スイッチが持続的にオフにされ、第５の半導体スイッチがパルス状に切り替えられる。
【０００９】
有利には、半導体スイッチの制御のために相応にプログラミングされたマイクロコントローラが設けられている。
【００１０】
本発明を図に則して詳細に説明する。図１にはインバータの回路図が示されている。図２にはｎチャネル阻止層を有するＭＯＳＦＥＴを使用したインバータの回路図が示されている。図３，図４には出力交流電圧の正の半波におけるインバータの電流および切替状態が示されている。図５，図６には出力交流電圧の負の半波におけるインバータの電流および切替状態が示されている。図７には半導体スイッチに対する制御信号の時間特性が示されている。
【００１１】
図示されているインバータは第１〜第４の半導体スイッチＳ１〜Ｓ４から成る半導体ブリッジ回路を有している。第１の半導体スイッチＳ１および第２の半導体スイッチＳ２の接続点である半導体ブリッジ回路の第１の出力側はインバータの交流電圧出力側ＵＯＵＴの第１の端子に接続されている。第３の半導体スイッチＳ３および第４の半導体スイッチＳ４の接続点である半導体ブリッジ回路の第２の出力側はインバータの交流電圧出力側ＵＯＵＴの第２の端子に接続されている。さらにインバータには第１のチョークＬ１が設けられており、その１次側は直流電圧源ＵＩＮの正極に接続されており、その２次側は第５の半導体スイッチＳ５を介して直流電圧源ＵＩＮの負極に接続されている。第１のチョークＬ１と第５の半導体スイッチＳ５とのあいだの接続点は第１のコンデンサＣＣを介して第２のチョークＬ２の第１の端子とダイオードＤ１のアノードとに接続されている。第２のチョークＬ２の第２の端子は第１の半導体スイッチＳ１および第３の半導体スイッチＳ３の接続点である半導体ブリッジ回路の第１の入力側に接続されている。
【００１２】
第１のチョークＬ１および第２のチョークＬ２は共通のコアを有する。
【００１３】
ダイオードＤ１のカソードは第２の半導体スイッチＳ２および第４の半導体スイッチＳ４の接続点である半導体ブリッジ回路の第２の入力側に接続されている。また直流電圧源ＵＩＮの負極は交流電圧出力側ＵＯＵＴの第２の端子に接続されている。
【００１４】
ｎチャネル阻止層を有するＭＯＳＦＥＴを半導体スイッチＳ１〜Ｓ５として使用する場合、図２に点線で示されているダイオードの向きに注意しなければならない。
【００１５】
図２の実施例では第２のダイオードＤ２を用いているが、その機能を相応の半導体スイッチの駆動によって実現してもよい。
【００１６】
図示されていないマイクロコントローラにより半導体スイッチが駆動される。
【００１７】
ここで本発明によれば、出力交流電圧の正の半波では第２の半導体スイッチＳ２および第３の半導体スイッチＳ３が持続的にオンにされ、第１の半導体スイッチＳ１および第４の半導体スイッチＳ４が持続的にオフにされ、第５の半導体スイッチＳ５がパルス状に切り替えられる。
【００１８】
出力交流電圧の負の半波では第１の半導体スイッチＳ１および第４の半導体スイッチＳ４が持続的にオンにされ、第２の半導体スイッチＳ２および第３の半導体スイッチＳ３が持続的にオフにされ、第５の半導体スイッチＳ５がパルス状に切り替えられる。
【００１９】
図３には、出力電圧の正の半波においてインバータが直流電圧源ＵＩＮから収容する電気エネルギのステータスが示されている。このとき第５の半導体スイッチＳ５は閉じ、直流電圧源ＵＩＮの正極から第１のチョークＬ１および第５の半導体スイッチＳ５を介した電流路が閉成される。これによりコンデンサＣＣに蓄積されたエネルギが第５の半導体スイッチＳ５および第３の半導体スイッチＳ３を介して第２のチョークＬ２へ流れ、第２の電流路が強制的に生じる。
【００２０】
このステータスでチョークＬ１にエネルギが蓄積され、このエネルギは、図４に示されているように、第５の半導体スイッチＳ５を開いた後、ダイオードＤ１および半導体ブリッジ回路を介して交流電圧出力側ＵＯＵＴと第１のコンデンサＣＣとへ送出される。
【００２１】
第２のチョークＬ２に蓄積されたエネルギは、第５の半導体スイッチＳ５を開いた後、半導体ダイオードＤ１および半導体ブリッジ回路を介して交流電圧出力側ＵＯＵＴへ送出される。
【００２２】
ここから生じる電流路は、一方では直流電圧源ＵＩＮの正極から第１のチョークＬ１，第１のコンデンサＣＣ，ダイオードＤ１および第２の半導体スイッチＳ２を介して交流電圧源の交流電圧出力側ＵＯＵＴから直流電圧源ＵＩＮの負極へ至り、他方では第２のチョークＬ２，ダイオードＤ１，第２の半導体スイッチＳ２，出力交流電圧源ＵＯＵＴから第３の半導体スイッチＳ３を介して第２のチョークＬ２へ戻っている。
【００２３】
図５，図６に則して出力交流電圧の負の半波における切替状態を説明する。図７からわかるように、当該の負の時間においては第５の半導体スイッチＳ５がパルス状に切り替えられ、第１の半導体スイッチＳ１および第４の半導体スイッチＳ４が持続的にオンにされ、第２の半導体スイッチＳ２および第３の半導体スイッチＳ３が持続的にオフにされる。これにより本発明では、出力交流電圧の負の半波においてはいわゆるＣＵＫコンバータの機能が実現される。
【００２４】
図５には第５の半導体スイッチＳ５が閉じた場合の回路動作が示されている。このとき、直流電圧源ＵＩＮの正極から第１のチョークＬ１および第５の半導体スイッチＳ５を介して直流電圧源ＵＩＮの負極へ至る第１の電流路と、第２のチョークＬ２，第１のコンデンサＣＣ，第５の半導体スイッチＳ５を介し、出力交流電圧ＵＯＵＴを経て第１の半導体スイッチＳ１へ至る第２の電流路とが形成される。
【００２５】
次の切替過程では、図６に示されているように、第５の半導体スイッチＳ５が開かれる。
【００２６】
ここから生じる電流路は、一方では直流電圧源ＵＩＮの正極から第１のチョークＬ１，第１のコンデンサＣＣ，ダイオードＤ１および第４の半導体スイッチＳ４を介して直流電圧源ＵＩＮの負極へ至り、他方では第２のチョークＬ２，ダイオードＤ１，第４の半導体スイッチＳ４を介し、出力交流電圧源ＵＯＵＴを経て第１の半導体スイッチＳ１へ戻っている。
【００２７】
図７には半導体スイッチＳ１〜Ｓ５に対する制御信号の特性が示されている。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】インバータの回路図である。
【図２】ｎチャネル阻止層を有するＭＯＳＦＥＴを使用したインバータの回路図である。
【図３】出力交流電圧の正の半波におけるインバータの電流および切替状態を示す図である。
【図４】出力交流電圧の正の半波におけるインバータの電流および切替状態を示す図である。
【図５】出力交流電圧の負の半波におけるインバータの電流および切替状態を示す図である。
【図６】出力交流電圧の負の半波におけるインバータの電流および切替状態を示す図である。
【図７】半導体スイッチに対する制御信号の時間特性図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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