JPH11235024A - Inverter device - Google Patents
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- JPH11235024A JPH11235024A JP10044572A JP4457298A JPH11235024A JP H11235024 A JPH11235024 A JP H11235024A JP 10044572 A JP10044572 A JP 10044572A JP 4457298 A JP4457298 A JP 4457298A JP H11235024 A JPH11235024 A JP H11235024A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は直流電力を交流電力
に変換するインバータ装置の構成に関する。詳しくはイ
ンバータ回路とその前段に設ける入出力間絶縁用のＤＣ
−ＤＣコンバータ回路からなるインバータ装置の構成に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inverter for converting DC power into AC power. For details, an inverter circuit and a DC for input / output insulation provided in the preceding stage
The present invention relates to a configuration of an inverter device including a DC converter circuit.
【０００２】[0002]
【従来の技術】インバータ装置の入出力間に絶縁機能を
求められる例をまず説明する。電話局では電話回線に使
われる直流４８Ｖの電源を流用して、この直流をインバ
ータ装置で交流電力に変換して使われる。直流の４８Ｖ
電源は正極を接地しているので、交流の負荷側で給電線
の１端が接地されても支障がでないようにインバータ装
置内部に入出力間を絶縁する機能の付与が条件づけられ
ている。2. Description of the Related Art An example in which an insulating function is required between the input and output of an inverter device will be described first. At the telephone office, a 48 V DC power supply used for telephone lines is diverted, and this DC is converted into AC power by an inverter device for use. 48V DC
Since the power supply is grounded at the positive electrode, it is required to provide a function to insulate the input and output inside the inverter device so as not to cause a problem even if one end of the power supply line is grounded on the AC load side.
【０００３】他の例として需要が急速に伸びている太陽
電池システムを説明する。図３は太陽電池システムから
商用電力系統へ送電（売電）している構成を示したもの
である。太陽電池パネル１１からの直流電力はインバー
タ装置１２のインバータ回路１３で交流電力に変換され
て商用電力系統１４に供給される。太陽電池パネル１１
は多数の太陽電池を直並列に接続したものである。太陽
電池パネル１１は太陽光を受けこれを電気エネルギーに
変換する。太陽光はエネルギー密度が低いため、例えば
１ｋＷの電力を得るのに必要な太陽電池パネル１１の受
光面は約１０ｍ2 と大きなものとなる。太陽電池パネル
１１は建造物上に配置されることが多い。建造物は一般
に接地されていて大地と同電位にある。従って、大きな
面積を持つ太陽電池パネル１１と接地された建造物は電
気的には１種のコンデンサを構成していることになる。As another example, a solar cell system whose demand is rapidly increasing will be described. FIG. 3 shows a configuration in which power is transmitted (sold) from the solar cell system to the commercial power system. DC power from the solar cell panel 11 is converted into AC power by the inverter circuit 13 of the inverter device 12 and supplied to the commercial power system 14. Solar panel 11
Is a number of solar cells connected in series and parallel. The solar panel 11 receives sunlight and converts it into electric energy. Since sunlight has a low energy density, the light receiving surface of the solar cell panel 11 required to obtain, for example, 1 kW of electric power is as large as about 10 m 2 . The solar cell panel 11 is often arranged on a building. Buildings are generally grounded and at the same potential as the ground. Therefore, the building grounded to the solar cell panel 11 having a large area electrically constitutes one kind of capacitor.
【０００４】何らかの原因で太陽電池パネル１１と大地
間に交流の電位差が生じるとコンデンサを通じて図の点
線のように交流の漏洩電流が流れる。太陽電池で発電さ
れる電気エネルギーが数１０ｋＷ，数１００ｋＷと大き
くなると太陽電池パネル１１と大地間の等価コンデンサ
容量も大きくなり、これにともない太陽電地パネル１１
からの漏洩電流は無視できない大きさになる。漏洩電流
はこれを監視している漏電継電器を動作させ電力系統を
遮断させる原因となる。結果として商用電力で稼働して
いた電気機器類を停止させることになる。When an AC potential difference occurs between the solar cell panel 11 and the ground for some reason, an AC leakage current flows through the capacitor as shown by a dotted line in the figure. When the electric energy generated by the solar cell increases to several tens of kW or several hundreds of kW, the equivalent capacitor capacity between the solar cell panel 11 and the ground also increases.
The leakage current from the power supply cannot be ignored. Leakage current causes the leakage relay that monitors this to operate and shuts down the power system. As a result, the electric devices that have been operating with the commercial power are stopped.
【０００５】次に太陽電池パネルと大地間に生じる交流
の電位差について説明する。一般に三相交流の商用電力
系統１４では人体や機器類の保安を確保するために三相
の給電線のうち、１相、図３の例ではＳ相を接地してい
る。インバータ回路１３の入力の直流部とＳ相の交流出
力との間にはＳ相の交流電圧、周波数に対応した電位差
を生じる。これが太陽電地パネル１１のコンデンサを介
して流れる漏洩電流の発生源である。このような太陽電
池パネル１１から大地への漏洩対策として従来は商用電
力系統１４と太陽電池パネル１１との間に絶縁トランス
を設けて、太陽電池パネル１１が交流電圧で振られるの
を阻止している。漏洩電流の流れるパスを切り離す方法
を図４で説明する。Next, an AC potential difference generated between the solar cell panel and the ground will be described. In general, in the three-phase alternating current commercial power system 14, one phase of the three-phase power supply line, in the example of FIG. 3, the S phase is grounded in order to ensure the security of the human body and equipment. A potential difference corresponding to the S-phase AC voltage and frequency is generated between the input DC part of the inverter circuit 13 and the S-phase AC output. This is the source of the leakage current flowing through the capacitor of the solar power panel 11. Conventionally, as a countermeasure against such leakage from the solar cell panel 11 to the ground, an insulating transformer is provided between the commercial power system 14 and the solar cell panel 11 to prevent the solar cell panel 11 from being shaken by an AC voltage. I have. A method of separating a path through which a leakage current flows will be described with reference to FIG.
【０００６】図４は商用周波数のトランスを使ってイン
バータで変換した三相交流電力を絶縁して商用電力系統
に送っている。商用電力系統１４に売電しないで負荷に
直接給電することも行われている。この絶縁用のトラン
ス１５は商用周波数（５０または６０Ｈｚ）で使うため
に大きくて重い部品になり、太陽電池システムをコンパ
クトに構成しようとするときに支障となる。FIG. 4 uses a commercial frequency transformer to insulate three-phase AC power converted by an inverter and send it to a commercial power system. In some cases, power is directly supplied to a load without selling power to the commercial power system 14. The insulating transformer 15 is a large and heavy component for use at the commercial frequency (50 or 60 Hz), which is an obstacle to a compact solar cell system.
【０００７】図５では、図４の商用周波数用のトランス
の代替えとして小形で軽量の高周波絶縁トランスをもつ
ＤＣ−ＤＣコンバータ回路１６をインバータ装置１２の
入力の直流回路部に設けている。インバータ装置１２の
直流部がＳ相の交流電圧によって振られてもＤＣ−ＤＣ
コンバータ回路１６の入力部の電位が変化しないので太
陽電池パネル１１から対大地へ漏洩電流が流れることは
ない。In FIG. 5, a DC-DC converter circuit 16 having a small and lightweight high-frequency insulating transformer is provided in the input DC circuit section of the inverter device 12 as an alternative to the commercial frequency transformer of FIG. Even if the DC section of the inverter device 12 is swung by the S-phase AC voltage, DC-DC
Since the potential of the input portion of the converter circuit 16 does not change, no leakage current flows from the solar cell panel 11 to the ground.
【０００８】次に図５で使われているＤＣ−ＤＣコンバ
ータ回路の絶縁について図６を使って説明する。Ｈｉｎ
ｖは半導体スイッチＱｘ１〜Ｑｘ４で構成したブリッジ
インバータであり直流入力電圧Ｅｉｎを高周波の交流電
圧に変換してトランスＴの１次巻線ｎ１に与える。２次
巻線ｎ２に誘起した交流電圧をダイオード整流回路Ｈｒ
ｅｃで直流に変換してリアクタＬｘとコンデンサＣ２の
フィルタで平滑し出力の直流出力電圧Ｅｏｕｔを得る。
このＤＣ−ＤＣコンバータ回路１３では高周波の交流を
介在させることによって挿入するトランスＴの小形化，
軽量化を図っている。Next, the insulation of the DC-DC converter circuit used in FIG. 5 will be described with reference to FIG. Hin
v is a bridge inverter composed of semiconductor switches Qx1 to Qx4, converts the DC input voltage Ein into a high-frequency AC voltage, and supplies the high-frequency AC voltage to the primary winding n1 of the transformer T. The AC voltage induced in the secondary winding n2 is converted to a diode rectifier circuit Hr.
The current is converted into a direct current by ec and smoothed by a filter of the reactor Lx and the capacitor C2 to obtain a direct current output voltage Eout.
In the DC-DC converter circuit 13, the transformer T to be inserted can be downsized by interposing a high-frequency alternating current,
The weight is reduced.
【０００９】このＤＣ−ＤＣコンバータ回路はまた、図
示されていない制御装置からの制御信号による半導体ス
イッチＱｘ１〜Ｑｘ４の制御によって直流出力電圧Ｅｏ
ｕｔの電圧レベルの制御もおこなう。入力側にあるコン
デンサＣ１は外部の電源からの配電線のインダクタンス
分の影響を緩和きせるために挿入したものである。配電
線のインダクタンスが回路動作に影響しなければ必要と
するものではない。This DC-DC converter circuit also controls the semiconductor switches Qx1 to Qx4 by a control signal from a control device (not shown) to control the DC output voltage Eo.
It also controls the voltage level of ut. The capacitor C1 on the input side is inserted in order to reduce the influence of the inductance of the distribution line from the external power supply. It is not required if the inductance of the distribution line does not affect the circuit operation.
【００１０】この従来例に使われている高周波トランス
Ｔは大電流（大容量）用になると巻線径が太くなるため
１次と２次巻線間の磁気的な結合を密にする事が困難に
なる。１次と２次の巻線比が１から大きくずれるとこの
結合はさらに粗になる。結合が密にならないのは漏洩イ
ンダクタンスが大きくなるためである。高周波回路であ
るため、漏洩インダクタンスによる電圧降下が無視でき
ないほど大きくなり電圧制御を難しくする。また漏洩イ
ンダクタンス分に蓄えられた電磁エネルギーを有効に使
えないため電力変換効率を低下させてしまう。このため
大容量の電源には使えず、一般に１ｋＷ以下の小容量の
装置に使われる。The high-frequency transformer T used in this conventional example has a large winding diameter when used for a large current (large capacity), so that the magnetic coupling between the primary and secondary windings must be tight. It becomes difficult. If the primary and secondary turns ratios deviate significantly from one, the coupling becomes even coarser. The reason why the coupling is not dense is that the leakage inductance increases. Since it is a high-frequency circuit, the voltage drop due to the leakage inductance becomes so large that it cannot be ignored, making voltage control difficult. Further, since the electromagnetic energy stored in the leakage inductance cannot be used effectively, the power conversion efficiency is reduced. Therefore, it cannot be used for a large-capacity power supply, and is generally used for a small-capacity device of 1 kW or less.
【００１１】一般に入出力間の絶縁の手段としては、１
ｋＶＡ以上の容量ではやむなく、大きくかつ重くなる商
用周波数のトランスを採用し、１ｋＶＡ以下の小容量の
装置に限って高周波トランスが使われている。また、高
周波トランスを使用したＤＣ−ＤＣコンバータ回路はそ
の出力の電力を入力側に返還することができない。太陽
電池システムにおいて直流入力に太陽電池と蓄電池を接
続するような場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路が電力の
向きを逆向きにできないため、インバータ装置で蓄電池
の充電ができず、蓄電池の充電装置が別に必要となっ
た。なお、図６の半導体スイッチとしては図示のバイポ
ーラ・トランジスタの他にパワー・ＭＯＳＦＥＴやＩＧ
ＢＴも使われている。Generally, the means for insulating input and output is as follows.
Transformers having a commercial frequency which is inevitably large and heavy with a capacity of kVA or more are employed, and high-frequency transformers are used only for small-capacity devices of 1 kVA or less. Further, a DC-DC converter circuit using a high-frequency transformer cannot return the output power to the input side. In the case of connecting a solar battery and a storage battery to a DC input in a solar battery system, the DC-DC converter circuit cannot reverse the direction of power, so the storage battery cannot be charged by the inverter device, and the storage battery charging device is separately provided. Needed. The semiconductor switch shown in FIG. 6 includes a power MOSFET and an IG in addition to the bipolar transistor shown in FIG.
BT is also used.
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来のインバータ装置における前段のＤＣ−ＤＣコンバ
ータ回路は高周波トランスを使用している。大電流用の
高周波トランスを使用すると電圧制御が難しくなり、電
力変換効率も低下する。As described above,
The DC-DC converter circuit at the preceding stage in the conventional inverter device uses a high-frequency transformer. When a high-frequency transformer for a large current is used, voltage control becomes difficult, and power conversion efficiency also decreases.
【００１３】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、インバータ装置の前段に設置して使うＤＣ−
ＤＣコンバータ回路用で、入・出力間を絶縁でき、かつ
小形で軽量であって制御性低下のない双方向に電力を変
換できる大容量でも実用性のある絶縁手段を有するイン
バータ装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above points, and has been made in consideration of a DC-DC power supply used in a stage preceding an inverter device.
Provided is an inverter device for a DC converter circuit, having a large-capacity and practical insulation means that can insulate between input and output, and is small and lightweight and can convert electric power in two directions without deteriorating controllability. With the goal.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】インバータ装置に実装し
て使用するＤＣ−ＤＣコンバータ回路用のトランスの入
・出力間の粗結合がもたらす問題を解消するために，共
通の巻線を使う。また巻線を一つしか使わないことによ
って失われる入・出力間の絶縁の問題を解消するため、
また電力を双方向に変換するために、半導体素子を共通
巻線の入力側、出力側にそれぞれ直列に挿入して、この
半導体を入力側、出力側それぞれ交互に導通、不導通と
することによって解決する。In order to solve the problem caused by the loose coupling between the input and output of a transformer for a DC-DC converter circuit mounted and used in an inverter device, a common winding is used. Also, to solve the problem of insulation between input and output that is lost by using only one winding,
Also, in order to convert power bidirectionally, semiconductor elements are inserted in series on the input side and output side of the common winding, and this semiconductor is alternately turned on and off on the input side and output side, respectively. Solve.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】前述の目的を達成するため、本発
明は、直流電圧を受電しこれを交流電圧に変換して給電
するインバータ装置において、インバータ回路１の入力
側にＤＣ−ＤＣコンバータ回路２を設け、このＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ回路２の構成を、入力する直流入力電圧Ｅ
ｉｎと並列に接続されるコンデンサＣ１と、前記直流入
力電圧Ｅｉｎを正極側および負極側をそれぞれ半導体ス
イッチ回路と直列に接続したリアクタＬの回路で受け、
正極および負極をそれぞれ半導体スイッチ回路と直列接
続したコンデンサＣ２の回路を前記リアクタＬと並列に
接続してなり、前記半導体スイッチ回路は半導体スイッ
チＱ１〜４とこれに逆並列に接続されたダイオードＤ１
〜４よりなり、前記コンデンサＣ２の直流出力電圧Ｅｏ
ｕｔをインバータ回路１の入力とすることを特徴とする
インバータ装置を主旨とする。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In order to achieve the above-mentioned object, the present invention relates to an inverter apparatus for receiving a DC voltage, converting the DC voltage into an AC voltage, and supplying the power to the DC voltage. 2 and the DC-D
The configuration of the C converter circuit 2 is changed according to the DC input voltage E
a capacitor C1 connected in parallel with the in. and a DC input voltage Ein received by a circuit of a reactor L having a positive electrode side and a negative electrode side connected in series with a semiconductor switch circuit, respectively.
A circuit of a capacitor C2 having a positive electrode and a negative electrode connected in series with a semiconductor switch circuit, respectively, is connected in parallel with the reactor L. The semiconductor switch circuit includes semiconductor switches Q1 to Q4 and a diode D1 connected in anti-parallel thereto.
To DC output voltage Eo of the capacitor C2.
The gist of the present invention is an inverter device characterized in that ut is an input of the inverter circuit 1.
【００１６】[0016]
【実施例】図１は本発明のインバータ装置に実装して使
われるＤＣ−ＤＣコンバータ部の実施例である。まず、
入力の直流電力をインバータ側に供給する場合である。
直流電源、例えば太陽電池パネルから受けた直流入力電
圧Ｅｉｎを受ける。半導体スイッチ対Ｑ１−Ｑ２を同時
にオンーオフ動作させる。半導体スイッチ対Ｑ１−Ｑ２
をオンさせてリアクタＬに図示の極性で電圧を印加する
とｉ１の電流が増加する。これにともない、リアクタＬ
に蓄えられる電磁エネルギが増加する。蓄えられるエネ
ルギーの大きさは１／２×（インダクタンス）×（電
流）2 である。FIG. 1 shows an embodiment of a DC-DC converter section used by being mounted on an inverter device of the present invention. First,
This is a case where input DC power is supplied to the inverter side.
It receives a DC input voltage Ein received from a DC power supply, for example, a solar cell panel. The semiconductor switch pair Q1-Q2 is simultaneously turned on and off. Semiconductor switch pair Q1-Q2
Is turned on to apply a voltage to the reactor L with the polarity shown, the current i1 increases. Along with this, reactor L
The electromagnetic energy stored in the memory increases. The magnitude of the stored energy is ×× (inductance) × (current) 2 .
【００１７】この半導体対Ｑ１−Ｑ２がオンしている期
間にはリアクタＬには図示の極性の電圧が誘起されてい
て、ダイオード対Ｄ３−Ｄ４には逆方向の電圧が加わる
ことになり、通電を阻止されコンデンサ側にはリアクタ
Ｌから電流は流れない。半導体スイッチ対Ｑ１−Ｑ２を
オフさせるとエネルギー保存則に則りリアクタＬには図
示とは逆の極性の電圧が誘起してダイオード対Ｄ３−Ｄ
４が通電してｉ２の電流が流れ、リアクタＬに蓄えられ
た電磁エネルギーをコンデンサＣ２およびインバータ側
に放出する。コンデンサＣ２の直流出力電圧Ｅｏｕｔが
ＤＣ−ＤＣコンバータ回路２の直流出力となる。このよ
うに半導体スイッチ対Ｑ１ーＱ２のオン、オフによって
入力の直流電力がインバータ回路１側入力に供給され
る。During the period in which the semiconductor pair Q1-Q2 is on, a voltage having the illustrated polarity is induced in the reactor L, and a reverse voltage is applied to the diode pair D3-D4. And no current flows from the reactor L to the capacitor side. When the semiconductor switch pair Q1-Q2 is turned off, a voltage having a polarity opposite to that shown in FIG.
4, the current i2 flows, and the electromagnetic energy stored in the reactor L is discharged to the capacitor C2 and the inverter side. The DC output voltage Eout of the capacitor C2 becomes the DC output of the DC-DC converter circuit 2. In this manner, the input DC power is supplied to the input of the inverter circuit 1 by turning on and off the semiconductor switch pair Q1-Q2.
【００１８】直流出力電圧Ｅｏｕｔは、半導体スイッチ
対Ｑ１−Ｑ２のオン、オフのデューティ比ｘ１を変えて
制御する。半導体スイッチ対Ｑ１−Ｑ２のスイッチング
・デューティ比ｘ１＝オン期間／（オン期間＋オフ期
間）を変化させると直流出力電圧Ｅｏｕｔは次のように
電圧ゼロから直流入力電圧Ｅｉｎより高いレベルまで変
えられる。 Ｅｏｕｔ＝ｘ１／（１−ｘ１）・Ｅｉｎ （０≦ｘ１＜１） （１） 例えば、ｘ１＝０．５の場合にはＥｏｕｔ＝Ｅｉｎとな
る。式（１）の関係は流れる電流には影響されない。こ
の制御に必要な信号は制御装置（図１には図示されてい
ない）から与えられる。The DC output voltage Eout is controlled by changing the on / off duty ratio x1 of the semiconductor switch pair Q1-Q2. By changing the switching duty ratio x1 of the semiconductor switch pair Q1-Q2 = ON period / (ON period + OFF period), the DC output voltage Eout can be changed from zero voltage to a level higher than the DC input voltage Ein as follows. Eout = x1 / (1−x1) · Ein (0 ≦ x1 <1) (1) For example, when x1 = 0.5, Eout = Ein. The relationship in equation (1) is not affected by the flowing current. The signals required for this control are provided by a control device (not shown in FIG. 1).
【００１９】次に、インバータ回路側コンデンサ電圧の
上昇を抑えるためＤＣ−ＤＣコンバータ回路の出力側の
エネルギをＤＣ−ＤＣコンバータ回路の入力側にもどす
場合、また，蓄電池を充電させるため交流側からインバ
ータ回路を通して変換された電力をＤＣ−ＤＣコンバー
タ回路の入力側に供給する場合である。まずインバータ
回路１の入力側電圧となる直流出力電圧Ｅｏｕｔを受け
る。半導体スイッチ対Ｑ３−Ｑ４を同時にオンーオフ動
作させる。半導体スイッチ対Ｑ３−Ｑ４をオンさせてリ
アクタＬに図示とは逆の極性で電圧を印加するとｉ４の
電流が増加する。これにともない、リアクタＬに蓄えら
れる電磁エネルギが増加する。Next, when the energy on the output side of the DC-DC converter circuit is returned to the input side of the DC-DC converter circuit in order to suppress the rise in the capacitor voltage on the inverter circuit side, the inverter is switched from the AC side to charge the storage battery. This is a case where the power converted through the circuit is supplied to the input side of the DC-DC converter circuit. First, it receives a DC output voltage Eout which is an input side voltage of the inverter circuit 1. The semiconductor switch pair Q3-Q4 is simultaneously turned on and off. When the semiconductor switch pair Q3-Q4 is turned on and a voltage is applied to the reactor L with a polarity opposite to that shown in the figure, the current i4 increases. Accordingly, the electromagnetic energy stored in reactor L increases.
【００２０】蓄えられるエネルギーの大きさは１／２×
（インダクタンス）×（電流）2 である。この半導体対
Ｑ３−Ｑ４がオンしている期間にはリアクタＬには図示
とは逆の極性の電圧が誘起されていて、ダイオード対Ｄ
１−Ｄ２には逆方向の電圧が加わることになり、通電を
阻止されコンデンサ側にはリアクタＬから電流は流れな
い。半導体スイッチ対Ｑ３−Ｑ４をオフさせるとエネル
ギー保存則に則りリアクタＬには図示の極性の電圧が誘
起してダイオード対Ｄ１−Ｄ２が通電してｉ３の電流が
流れ、リアクタＬに蓄えられた電磁エネルギーをコンデ
ンサＣ１に放出する。このようにインバータ回路１入力
側のエネルギがＤＣ−ＤＣコンバータ回路２の入力側に
もどされる。また、充電器として使用する場合はコンデ
ンサＣ１の直流入力電圧Ｅｉｎが蓄電池充電電圧とな
る。このように半導体スイッチ対Ｑ３−Ｑ４のオン、オ
フによってインバータ入力側の直流電力がＤＣ−ＤＣコ
ンバータ回路２の入力側に返還される。The magnitude of the stored energy is ××
(Inductance) x (Current) 2 During the period when the semiconductor pair Q3-Q4 is on, a voltage having a polarity opposite to that shown in FIG.
A voltage in the reverse direction is applied to 1-D2, the conduction is blocked, and no current flows from the reactor L to the capacitor side. When the semiconductor switch pair Q3-Q4 is turned off, a voltage having the illustrated polarity is induced in the reactor L in accordance with the law of conservation of energy, and the diode pair D1-D2 is energized to flow a current i3. Release energy to capacitor C1. Thus, the energy on the input side of the inverter circuit 1 is returned to the input side of the DC-DC converter circuit 2. When used as a charger, the DC input voltage Ein of the capacitor C1 becomes the storage battery charging voltage. In this manner, the DC power on the inverter input side is returned to the input side of the DC-DC converter circuit 2 by turning on and off the semiconductor switch pair Q3-Q4.
【００２１】ＤＣ−ＤＣコンバータ回路２の直流入力電
圧Ｅｉｎは半導体スイッチ対Ｑ３−Ｑ４のオンとオフの
デューティ比ｘ２を変えて制御する。半導体スイッチ対
Ｑ３−Ｑ４のスイッチング・デューティ比ｘ２＝オン期
間／（オン期間＋オフ期間）を変化させるとＤＣ−ＤＣ
コンバータ回路２の直流入力電圧Ｅｉｎは次のように電
圧ゼロからＤＣ−ＤＣコンバータ回路２の直流出力電圧
Ｅｏｕｔより高いレベルまで変えられる。 Ｅｉｎ＝ｘ２／（１−ｘ２）・Ｅｏｕｔ （０≦ｘ２＜１） （２） この制御に必要な信号は制御装置（図１には明示されて
いない）から与えられる。ここで半導体スイッチ対Ｑ１
−Ｑ２，Ｑ３−Ｑ４のオン期間は重ならないように制御
する。このように半導体スイッチ対Ｑ１−Ｑ２またはＱ
３−Ｑ４がオンしている期間にはダイオード対Ｄ３−Ｄ
４またはＤ１−Ｄ２によって入力と出力の間は切り離さ
れている。つまり絶縁されている。The DC input voltage Ein of the DC-DC converter circuit 2 is controlled by changing the ON / OFF duty ratio x2 of the semiconductor switch pair Q3-Q4. When the switching duty ratio x2 of the semiconductor switch pair Q3-Q4 = on period / (on period + off period) is changed, DC-DC
The DC input voltage Ein of the converter circuit 2 is changed from zero voltage to a level higher than the DC output voltage Eout of the DC-DC converter circuit 2 as follows. Ein = x2 / (1−x2) · Eout (0 ≦ x2 <1) (2) A signal necessary for this control is given from a control device (not explicitly shown in FIG. 1). Here, the semiconductor switch pair Q1
Control is performed so that the ON periods of -Q2, Q3-Q4 do not overlap. Thus, the semiconductor switch pair Q1-Q2 or Q
While the 3-Q4 is on, the diode pair D3-D
4 or D1-D2 separates the input and output. That is, it is insulated.
【００２２】一方、ダイオード対Ｄ３−Ｄ４またはＤ１
−Ｄ２が通電している期間には半導体スイッチ対Ｑ１−
Ｑ２またはＱ３−Ｑ４がオフになっていて、この期間も
入力と出力側は切り離されている。つまり絶縁されてい
る。半導体スイッチ対Ｑ１−Ｑ２とダイオード対Ｄ３−
Ｄ４または半導体スイッチ対Ｑ３−Ｑ４とダイオード対
Ｄ１−Ｄ２がそれぞれ通電する期間は同時には存在しな
いので常に入力と出力側は絶縁された状態が保たれる。On the other hand, a diode pair D3-D4 or D1
-D2 is energized while the semiconductor switch pair Q1-
Q2 or Q3-Q4 is off, and the input and output sides are also disconnected during this period. That is, it is insulated. Semiconductor switch pair Q1-Q2 and diode pair D3-
D4 or the pair of semiconductor switches Q3-Q4 and the pair of diodes D1-D2 are not simultaneously energized, so that the input and output sides are always kept insulated.
【００２３】図２は本発明の第２の実施例である。図１
の実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ回路２の入力側すなわ
ち、太陽電池パネル１１側の両電極間にコンデンサＣ１
ａ，Ｃ１ｂの直列回路を接続し、中点をインバータ装置
出力の接地されている相と結んでいる。すなわち太陽電
池パネル１１の直流電圧の両極をそれぞれコンデンサＣ
１ａ，Ｃ１ｂを介して接地する。これによりインバータ
回路１の入力側、つまりＤＣ−ＤＣコンバータ回路２の
出力側が大地に対して電位差をもっても、太陽電池パネ
１１自体は大地に対して交流的な電位差を生じなくな
る。この接続法をとれば太陽電池パネル１１の電極の直
流的な電位は大地に対してそれぞれ＋Ｅｉｎ／２と−Ｅ
ｉｎ／２になる。交流的な電位差がなくなるので漏洩電
流は流れない。FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. FIG.
Of the input side of the DC-DC converter circuit 2 of the embodiment of FIG.
The series circuits a and C1b are connected, and the middle point is connected to the grounded phase of the output of the inverter device. That is, the two poles of the DC voltage of the solar cell panel 11
1a, ground via C1b. Thus, even if the input side of the inverter circuit 1, that is, the output side of the DC-DC converter circuit 2 has a potential difference with respect to the ground, the solar cell panel 11 itself does not generate an AC potential difference with respect to the ground. According to this connection method, the DC potential of the electrode of the solar cell panel 11 is + Ein / 2 and -E
in / 2. No leakage current flows because the AC potential difference disappears.
【００２４】コンデンサＣ１ａ、Ｃ１ｂの中点をつくら
ずに電極のいずれか一方を接地してもよい。この場合は
非接地極の直流電位がＥｉｎとなり中点をつくった場合
より高くなるのでＥｉｎが高電圧の場合には絶縁耐圧の
制約がでてくる。第１および第２の実施例において半導
体スイッチ対Ｑ１−Ｑ２，Ｑ３−Ｑ４のオン、オフの繰
り返し周波数を高くする、たとえば２０ｋＨｚとすれば
リアクタＬは小形になり、軽くもなる。第１および第２
の実施例において半導体スイッチＱとしてはバイポーラ
・トランジスタを例示したが、これに限らず，パワー・
ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴも使えることは言うまでもな
い。One of the electrodes may be grounded without forming a middle point between the capacitors C1a and C1b. In this case, the DC potential of the non-grounded electrode becomes Ein, which is higher than when the middle point is formed. Therefore, when Ein is a high voltage, the dielectric strength is restricted. In the first and second embodiments, if the ON / OFF repetition frequency of the semiconductor switch pair Q1-Q2, Q3-Q4 is increased, for example, to 20 kHz, the reactor L becomes small and light. First and second
Although the bipolar transistor is exemplified as the semiconductor switch Q in the embodiment of the present invention, the semiconductor switch Q is not limited to this.
It goes without saying that MOSFETs and IGBTs can also be used.
【００２５】[0025]
【発明の効果】本発明のインバータ装置で使用するＤＣ
−ＤＣコンバータ回路では半導体素子によって入・出力
間の絶縁ができるのでリアクタＬとして図６のような複
数巻線を必要とせず、巻線が１つであることから従来例
のような巻線間の粗結合がもたらす欠陥がなくなり，制
御性，効率がよくなる。また、大容量のリアクタＬでも
実用に供することができる。本発明のインバータ装置で
使用するＤＣ−ＤＣコンバータ回路はその出力の電力を
入力に返還することができ、太陽電池システムで蓄電池
を接続するシステムにおいて，別途充電装置を必要とせ
ずインバータ装置で蓄電池を充電でき、装置の小型化が
できる。半導体スイッチ対のスイッチング周波数を容易
に高められるのでリアクタＬの小形化が図れる。これら
により、本発明を太陽電池システムや接地された直流電
源を入力とするインバータ装置に適用すると装置の制御
性改善、小形化、軽量化、効率向上等に大きく寄与す
る。特に大容量の装置に適用すると顕著な効果がある。
本発明では図６の平滑リアクタＬｘに相当する部品をリ
アクタＬとして設ければよく、トランスＴに相当する部
品を必要としない。これはコストダウンの効果をもたら
す。ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の入力の中点を接地する
ことにより太陽電池パネルの対大地間の電位差を小さく
抑えられるので太陽電池パネルに求められる絶縁強度を
低く抑えられる。The DC used in the inverter device of the present invention
-In the DC converter circuit, since the input and output can be insulated by the semiconductor element, the reactor L does not require a plurality of windings as shown in FIG. The defect caused by the loose coupling of the metal is eliminated, and the controllability and efficiency are improved. Further, even a large-capacity reactor L can be put to practical use. The DC-DC converter circuit used in the inverter device of the present invention can return the output power to the input. In a system for connecting a storage battery in a solar cell system, the storage device can be stored in the inverter device without requiring a separate charging device. It can be charged and the device can be downsized. Since the switching frequency of the semiconductor switch pair can be easily increased, the size of the reactor L can be reduced. Thus, when the present invention is applied to a solar cell system or an inverter device that receives a grounded DC power supply, it greatly contributes to improvement in controllability, size reduction, weight reduction, efficiency improvement, and the like of the device. Particularly when applied to a large-capacity device, there is a remarkable effect.
In the present invention, a component corresponding to the smoothing reactor Lx in FIG. 6 may be provided as the reactor L, and a component corresponding to the transformer T is not required. This has the effect of reducing costs. By grounding the midpoint of the input of the DC-DC converter circuit, the potential difference between the solar cell panel and the ground can be kept small, so that the insulation strength required for the solar cell panel can be kept low.
【図１】本発明の一実施例におけるインバータ装置の回
路構成を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a circuit configuration of an inverter device according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の他の実施例におけるインバータ装置の
回路構成を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing a circuit configuration of an inverter device according to another embodiment of the present invention.
【図３】従来例における太陽電池パネルから商用電力系
統への送電システムの構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a power transmission system from a solar cell panel to a commercial power system in a conventional example.
【図４】絶縁トランスを用いた従来例における太陽電池
パネルから商用電力系統への送電システムの構成図であ
る。FIG. 4 is a configuration diagram of a power transmission system from a solar cell panel to a commercial power system in a conventional example using an insulating transformer.
【図５】ＤＣ−ＤＣコンバータを用いた従来例における
太陽電池パネルから商用電力系統への送電システムの構
成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a power transmission system from a solar cell panel to a commercial power system in a conventional example using a DC-DC converter.
【図６】従来のインバータ装置におけるＤＣ−ＤＣコン
バータ回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a DC-DC converter in a conventional inverter device.
１ インバータ回路 ２ ＤＣ−ＤＣコンバータ回路 １１ 太陽電池パネル １２ インバータ装置 １３ インバータ回路 １４ 商用電力系統 １５ トランス １６ ＤＣ−ＤＣコンバータ回路 Ｃ１，２ コンデンサ Ｃ１ａ，ｂ コンデンサ Ｄ１〜４ ダイオード Ｅｉｎ 直流入力電圧 Ｅｏｕｔ 直流出力電圧 Ｈｒｅｃ ダイオード整流回路 Ｈｉｎｖ ブリッジインバータ Ｌ リアクタ Ｌｘ リアクタ Ｑ１〜４ 半導体スイッチ Ｑｘ１〜ｘ４ 半導体スイッチ Ｔ 高周波トランス DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inverter circuit 2 DC-DC converter circuit 11 Solar cell panel 12 Inverter device 13 Inverter circuit 14 Commercial power system 15 Transformer 16 DC-DC converter circuit C1, Capacitor C1a, b Capacitor D1-4 Diode Ein DC input voltage Eout DC output Voltage Hrec Diode rectifier circuit Hinv Bridge inverter L Reactor Lx Reactor Q1-4 Semiconductor switch Qx1-x4 Semiconductor switch T High frequency transformer
Claims (1)
して給電するインバータ装置において、 インバータ回路（１）の入力側にＤＣ−ＤＣコンバータ
回路（２）を設け、 このＤＣ−ＤＣコンバータ回路（２）の構成を、 入力する直流入力電圧（Ｅｉｎ）と並列に接続されるコ
ンデンサ（Ｃ１）と、 前記直流入力電圧（Ｅｉｎ）を正極側および負極側をそ
れぞれ半導体スイッチ回路と直列に接続したリアクタ
（Ｌ）の回路で受け、 正極および負極をそれぞれ半導体スイッチ回路と直列接
続したコンデンサ（Ｃ２）の回路を前記リアクタ（Ｌ）
と並列に接続してなり、 前記半導体スイッチ回路は半導体スイッチ（Ｑ１〜４）
とこれに逆並列に接続されたダイオード（Ｄ１〜４）よ
りなり、 前記コンデンサ（Ｃ２）の直流出力電圧（Ｅｏｕｔ）を
インバータ回路（１）の入力とすることを特徴とするイ
ンバータ装置。1. An inverter device for receiving a DC voltage, converting the DC voltage into an AC voltage, and supplying power to the DC-DC converter circuit, wherein a DC-DC converter circuit (2) is provided on the input side of the inverter circuit (1). In the configuration of (2), a capacitor (C1) connected in parallel with the input DC input voltage (Ein), and a positive electrode side and a negative electrode side of the DC input voltage (Ein) are connected in series with the semiconductor switch circuit, respectively. The circuit of the reactor (L) receives the circuit of the capacitor (C2) in which the positive electrode and the negative electrode are respectively connected in series with the semiconductor switch circuit.
And the semiconductor switch circuit is a semiconductor switch (Q1-4)
And a diode (D1 to D4) connected in anti-parallel with the DC output voltage (Eout) of the capacitor (C2) as an input of the inverter circuit (1).
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