[发明专利]功率转换装置

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及一种使用半导体开关器件的功率转换装置。

2.背景技术描述

例如，图8所示的结构被称为此类功率转换装置。

图8所示的功率转换装置具有单相交流电源101、用于将交流电源101的交流输出功率转换为直流功率的整流器102、用于平滑从整流器102的正极侧线Lp和负极侧线Ln输出的直流功率的平滑电容器103、以及连接在正极侧线Lp和负极侧线Ln之间的直流负载104。

整流器102被构造成串联电路107和108并联地连接在正极侧线Lp和负极侧线Ln之间。在每个串联电路107、108中，作为整流器件的二极管105a、105b以及例如作为半导体开关器件的MOSFET 106a、106b串联地连接。在此，因为每个MOSFET 106a、106b在内部具有体二极管，MOSFET106a、106b无关于其栅极电压对于反向电流始终导通。

对应于每个串联电路107、108中的二极管105a、105b和MOSFET106a、106b之间的连接点的每个交流输入点Pia、Pib通过电感器109a、109b连接到交流电源101。

此外，作为噪声滤波器的接地电容器110a和110b的串联电路连接在电源线La和Lb之间，该电源线分别将电感器109a和109b连接到交流电源101的输出侧。接地电容器110a和110b之间的连接点连接至地电位G。

图8所示的功率转换装置具有可使输入到整流器102的交流电源101的交流输入电流Iin(I输入)形成正弦波形的功能，该正弦波的相位等于交流输入电压Vin(V输入)而直流输出电压Ed保持在高于交流输入电压Vin峰值的期望值。

下面将描述用于实现这种功能的操作。

例如，假设交流输入电压Vin为正。在此情况下，当MOSFET 106a开启时，电流在从交流电源101经由电源线La、电感器109a、MOSFET 106a、MOSFET 106b、电感器109b以及电源线Lb返回至交流电源101的路径中流动。因此，向电感器109a和109b各施加交流电源101的电压的一半，从而增大交流输入电流Iin。

当MOSFET 106a在该状态下关断时，电流在从交流电源101经由电源线La、电感器109a、二极管105a、平滑电容器103、MOSFET 106b、电感器109b以及电源线Lb返回至交流电源101的路径中流动。此时，向电感器109a和109b各施加直流输出电压Ed与交流输入电压Vin之间的差分电压的一半。由于电路的操作，直流输出电压Ed被保持高于交流输入电压Vin的峰值，因此交流输入电流Iin减小。

相应地，当控制MOSFET 106a的开启时间和关断时间之比(即占空比)时，能够理想地控制交流输入电流Iin的波形和大小。因此，交流输入电流Iin能够形成为正弦波形(这里不考虑纹波成分)。此外，当根据负载功率控制交流输入电流Iin的振幅时，直流输出电压Ed可保持期望值。

当交流输入电压Vin为负时，由MOSFET 106b的开启—关断操作来执行相似操作。在此，当交流输入电压Vin为正时，MOSFET 106b无关于其栅极信号反向导通(MOSFET 106a执行开启—关断操作)；并且当交流输入电压Vin为负时，MOSFET 106a无关于其栅极信号反向导通(MOSFET106b执行开启—关断操作)。

通常，在执行开关的功率转换装置中，由于每次开关所提供的电位波动，因此产生噪声。由作为噪声滤波器的接地电容器110a和110b来防止噪声流向外部。在此，当交流输入电压Vin的中性点电位对应于地电位G时，每个接地电容器110a、110b的电压是Vin/2。图9示出每个点的相对于地电位G的由于开关的电位变化。在MOSFET 106a和106b开启的时刻，在接地电容器110a和110b相对端的U点和V点短路，且如在先描述，电感器109a和109b相对端的电压VL1和VL2由VL1＝VL2＝Vin/2来表示。在此，U点电位为+Vin/2，V点电位为-Vin/2，因此每个交流输入点Pia、Pib的电位为0V。MOSFET 106a和106b导通，因此交流输入点Pia、Pib的电位也等于平滑电容器103的负极侧点N的电位。因此，N点的电位为0V。平滑电容器103的正极侧点P的电位等于N点电位与直流输出电压Ed之和。因此，P点电位等于直流输出电压Ed。