JP2002095241A - イミタンス変換回路及びこれを使用したコンバータ - Google Patents
イミタンス変換回路及びこれを使用したコンバータInfo
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- JP2002095241A JP2002095241A JP2000279332A JP2000279332A JP2002095241A JP 2002095241 A JP2002095241 A JP 2002095241A JP 2000279332 A JP2000279332 A JP 2000279332A JP 2000279332 A JP2000279332 A JP 2000279332A JP 2002095241 A JP2002095241 A JP 2002095241A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】インバータ損失の低減を可能としたイミタンス
変換回路を提供する。 【解決手段】送電端子１と受電端子２を両端に有するイ
ミタンス変換回路において、コイルＬ2の両端にπ型に
コンデンサＣ、Ｃを夫れ夫れ接続し、さらに上記コイル
Ｌ2の両端に直列に夫れ夫れコイルＬ1、Ｌ1を接続し、
基本波成分と３次高調波成分をイミタンス変換する構成
とした。
変換回路を提供する。 【解決手段】送電端子１と受電端子２を両端に有するイ
ミタンス変換回路において、コイルＬ2の両端にπ型に
コンデンサＣ、Ｃを夫れ夫れ接続し、さらに上記コイル
Ｌ2の両端に直列に夫れ夫れコイルＬ1、Ｌ1を接続し、
基本波成分と３次高調波成分をイミタンス変換する構成
とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、イミタンス変換
回路及びこれを組み込んだコンバータに関するものであ
る。
回路及びこれを組み込んだコンバータに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術及びこの発明の背景】近年、イミタンス変
換（インピーダンス・アドミタンス変換の略称）特性を
持つ電力変換回路の検討が進められている。イミタンス
変換特性とは、入力側（送電端）から見たインピーダン
スが出力側（受電端）のアドミタンスに比例する変換特
性であり、送電端に接続された電圧源は受電端において
は電流源に、また電流源が電圧源に容易に変換可能であ
る特性をいう。イミタンス変換回路には、λ／４長分布
定数線路と集中定数回路がある。λ／４長分布定数線路
については、次のことが知られている。
換（インピーダンス・アドミタンス変換の略称）特性を
持つ電力変換回路の検討が進められている。イミタンス
変換特性とは、入力側（送電端）から見たインピーダン
スが出力側（受電端）のアドミタンスに比例する変換特
性であり、送電端に接続された電圧源は受電端において
は電流源に、また電流源が電圧源に容易に変換可能であ
る特性をいう。イミタンス変換回路には、λ／４長分布
定数線路と集中定数回路がある。λ／４長分布定数線路
については、次のことが知られている。
【０００３】線路長ｘをλ／４としたときの分布定数線
路における送電端と受電端の電圧と電流をそれぞれ
Ｖ1、Ｖ2、Ｉ1、Ｉ2とすれば、その関係は次式のように
なる。
路における送電端と受電端の電圧と電流をそれぞれ
Ｖ1、Ｖ2、Ｉ1、Ｉ2とすれば、その関係は次式のように
なる。
【０００４】
【式１】
【０００５】（１）式から、送電端の電圧Ｖ1は受電端
の電流Ｉ2に、送電端の電流Ｉ1は受電端の電圧Ｖ2にそ
れぞれ変換されることが分かる。（１）式を（２）式の
ように変形すると
の電流Ｉ2に、送電端の電流Ｉ1は受電端の電圧Ｖ2にそ
れぞれ変換されることが分かる。（１）式を（２）式の
ように変形すると
【０００６】
【式２】
【０００７】となり、入力インピーダンスＺ1が負荷の
アドミタンスＹ2に比例することが分かる。
アドミタンスＹ2に比例することが分かる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
にはそれぞれ欠点があり、電力変換装置への応用が制限
されてきた。λ／４長分布定数線路は、λ／４波長条件
を満たす基本波周波数とその奇数次調波のイミタンス変
換特性が得られるが、線路長が非常に長くなることであ
り、集中定数回路は基本波成分以外のイミタンス変換特
性が得られないことである。
にはそれぞれ欠点があり、電力変換装置への応用が制限
されてきた。λ／４長分布定数線路は、λ／４波長条件
を満たす基本波周波数とその奇数次調波のイミタンス変
換特性が得られるが、線路長が非常に長くなることであ
り、集中定数回路は基本波成分以外のイミタンス変換特
性が得られないことである。
【０００９】この発明はこれらの点に鑑みて発明された
もので、インバータ損失の低減を可能としたイミタンス
変換回路及びこれを組み込んだコンバータを提供するこ
とを目的としたものである。
もので、インバータ損失の低減を可能としたイミタンス
変換回路及びこれを組み込んだコンバータを提供するこ
とを目的としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明は、送電端子と
受電端子を両端に有するイミタンス変換回路において、
コイルの両端にπ型にコンデンサを夫れ夫れ接続し、さ
らに上記コイルの両端に直列に夫れ夫れコイルを接続し
た構成とし、基本波成分と３次高調波成分をイミタンス
変換するイミタンス変換回路とした。また、このイミタ
ンス変換回路を組み込んでＤＣ／ＤＣコンバータ及びＤ
Ｃ／ＡＣコンバータを構成した。
受電端子を両端に有するイミタンス変換回路において、
コイルの両端にπ型にコンデンサを夫れ夫れ接続し、さ
らに上記コイルの両端に直列に夫れ夫れコイルを接続し
た構成とし、基本波成分と３次高調波成分をイミタンス
変換するイミタンス変換回路とした。また、このイミタ
ンス変換回路を組み込んでＤＣ／ＤＣコンバータ及びＤ
Ｃ／ＡＣコンバータを構成した。
【００１１】
【実施の形態】以下この発明の実施の形態例を図に基づ
いて説明する。図１はこの発明のイミタンス変換回路で
あるπＬＣ回路である。送電端子１と受電端子２を両端
に有するコイルＬ2の両端にπ型にコンデンサＣを接続
し、さらに上記コイルＬ2の両端に直列に夫れ夫れコイ
ルＬ1、コイルＬ1を接続した構成である。なお、上記コ
イルＬ1、Ｌ2、コンデンサＣの各値は任意である。この
回路は基本波成分と３次高調波成分のイミタンス変換特
性を有し、送電端に方形波電圧を印加すると受電端電流
はλ／４長分布定数線路と類似した波形が得られる。ま
た、２個のコイルＬ1、１個のコイルＬ2及び２個のコン
デンサＣから成るわずか５つの素子で構成されるために
装置の小形、軽量化も実現し、従来のイミタンス変換回
路の欠点を補うことが可能である。
いて説明する。図１はこの発明のイミタンス変換回路で
あるπＬＣ回路である。送電端子１と受電端子２を両端
に有するコイルＬ2の両端にπ型にコンデンサＣを接続
し、さらに上記コイルＬ2の両端に直列に夫れ夫れコイ
ルＬ1、コイルＬ1を接続した構成である。なお、上記コ
イルＬ1、Ｌ2、コンデンサＣの各値は任意である。この
回路は基本波成分と３次高調波成分のイミタンス変換特
性を有し、送電端に方形波電圧を印加すると受電端電流
はλ／４長分布定数線路と類似した波形が得られる。ま
た、２個のコイルＬ1、１個のコイルＬ2及び２個のコン
デンサＣから成るわずか５つの素子で構成されるために
装置の小形、軽量化も実現し、従来のイミタンス変換回
路の欠点を補うことが可能である。
【００１２】この発明のイミタンス変換回路の動作を確
認するため、図２に示す回路を作成して動作を確認し
た。電圧形インバータのスイッチング周波数を２０〔ｋ
Ｈｚ〕としたときのπＬＣ回路の回路定数を表１に示
す。電圧形インバータの出力電圧は、πＬＣ回路のイミ
タンス変換特性により、受電端では電流源に変換され
る。
認するため、図２に示す回路を作成して動作を確認し
た。電圧形インバータのスイッチング周波数を２０〔ｋ
Ｈｚ〕としたときのπＬＣ回路の回路定数を表１に示
す。電圧形インバータの出力電圧は、πＬＣ回路のイミ
タンス変換特性により、受電端では電流源に変換され
る。
【００１３】
【表１】
【００１４】図３にπＬＣ回路の入力電圧（Ｖ1）と出
力電流（Ｉ2）波形の実験結果を示す。図３-(a)のよう
な矩形波電圧を印加したとき、πＬＣ回路の出力電流波
形は基本波成分と３次高調波成分の効果により図３-(b)
のような台形波状の波形が得られる。また、図３-(a)と
図３-(c)に示すように、基本波成分と３次高調波成分の
振幅の比を一定に保てば、図３-(b)と図３-(d)に示す振
幅の異なる相似波形が得られる。負荷抵抗の大きさを変
えても出力電流の振幅に変化がないことから受電端で電
流源に変換できることも確認できた。
力電流（Ｉ2）波形の実験結果を示す。図３-(a)のよう
な矩形波電圧を印加したとき、πＬＣ回路の出力電流波
形は基本波成分と３次高調波成分の効果により図３-(b)
のような台形波状の波形が得られる。また、図３-(a)と
図３-(c)に示すように、基本波成分と３次高調波成分の
振幅の比を一定に保てば、図３-(b)と図３-(d)に示す振
幅の異なる相似波形が得られる。負荷抵抗の大きさを変
えても出力電流の振幅に変化がないことから受電端で電
流源に変換できることも確認できた。
【００１５】この発明のπＬＣ回路は様々な電力変換装
置への応用が期待されるが、電流形電力変換装置への応
用例を以下に示す。これまで低圧大電流直流電源は、様
々な方式が提案されてきたが、変換効率の向上や装置の
小形化等の点で今なお課題が残されている。そこで、低
圧大電流電源に適したＤＣ／ＤＣコンバータの回路構成
を図４に示す。この回路は電圧形インバータ部、πＬＣ
回路部、整流回路部で構成される。負荷に供給される電
流振幅は、πＬＣ回路の入力インピーダンス（Ｚ1）と
インバータ出力電圧（Ｖ1）により決定される。即ち、
降圧トランスを使用せずに、Ｚ1の大きさを設定するだ
けで送電端側を高圧小電流、受電端側を低圧大電流とす
ることが可能となる。シュミレーション結果を図５に示
す。３次高調波成分を考慮したπＬＣ回路の出力波形に
より、リプルの少ない直流出力が得られ、平滑コンデン
サの小容量化に伴う装置の小形化も期待できる。
置への応用が期待されるが、電流形電力変換装置への応
用例を以下に示す。これまで低圧大電流直流電源は、様
々な方式が提案されてきたが、変換効率の向上や装置の
小形化等の点で今なお課題が残されている。そこで、低
圧大電流電源に適したＤＣ／ＤＣコンバータの回路構成
を図４に示す。この回路は電圧形インバータ部、πＬＣ
回路部、整流回路部で構成される。負荷に供給される電
流振幅は、πＬＣ回路の入力インピーダンス（Ｚ1）と
インバータ出力電圧（Ｖ1）により決定される。即ち、
降圧トランスを使用せずに、Ｚ1の大きさを設定するだ
けで送電端側を高圧小電流、受電端側を低圧大電流とす
ることが可能となる。シュミレーション結果を図５に示
す。３次高調波成分を考慮したπＬＣ回路の出力波形に
より、リプルの少ない直流出力が得られ、平滑コンデン
サの小容量化に伴う装置の小形化も期待できる。
【００１６】一般に系統連系インバータは系統に正弦波
電流を電流源により供給する方が電流波形の制御性に優
れている。電圧源を電流源に容易に変換できるイミタン
ス変換回路の応用は、すでに行われており、安定な系統
連系が可能なことが立証されているが、装置の小形化や
高効率化及び非絶縁化の観点にたった応用例はない。
電流を電流源により供給する方が電流波形の制御性に優
れている。電圧源を電流源に容易に変換できるイミタン
ス変換回路の応用は、すでに行われており、安定な系統
連系が可能なことが立証されているが、装置の小形化や
高効率化及び非絶縁化の観点にたった応用例はない。
【００１７】この様な観点にたった応用例として、ＤＣ
／ＡＣコンバータを図６に示す。この回路は高周波ＰＷ
Ｍインバータ部、πＬＣ回路部、商用周波数で動作する
低周波インバータ（サイクロコンバータ）部、ローパス
フィルタ部からなる。πＬＣ回路のイミタンス変換特性
により低周波インバータ部では電流源と見なせるので系
統の状態に依らず安定した電力が供給できる。シュミレ
ーション結果を図７に示す。また、センタタップ付リア
クトルと双方向スイッチにより非絶縁で商用周波数交流
を発生できるため、装置の小形化と高効率化も期待でき
る。
／ＡＣコンバータを図６に示す。この回路は高周波ＰＷ
Ｍインバータ部、πＬＣ回路部、商用周波数で動作する
低周波インバータ（サイクロコンバータ）部、ローパス
フィルタ部からなる。πＬＣ回路のイミタンス変換特性
により低周波インバータ部では電流源と見なせるので系
統の状態に依らず安定した電力が供給できる。シュミレ
ーション結果を図７に示す。また、センタタップ付リア
クトルと双方向スイッチにより非絶縁で商用周波数交流
を発生できるため、装置の小形化と高効率化も期待でき
る。
【００１８】
【発明の効果】この発明は、基本波成分と３次高調波成
分を考慮した集中定数形イミタンス変換回路としてπＬ
Ｃ回路を提供したものである。この回路は、基本波成分
と３次高調波を考慮することで、同じ出力容量に対して
出力電圧及び電流のピーク値が抑制されるため、従来の
イミタンス変換回路の欠点を補い、インバータ損失の低
減を可能にし、装置の小形化と高効率化を意図した低圧
大電流電源に適したＤＣ／ＤＣコンバータへの応用、系
統連系インバータに適したＤＣ／ＡＣコンバータ等、様
々な電力変換回路への応用を可能としたものである。
分を考慮した集中定数形イミタンス変換回路としてπＬ
Ｃ回路を提供したものである。この回路は、基本波成分
と３次高調波を考慮することで、同じ出力容量に対して
出力電圧及び電流のピーク値が抑制されるため、従来の
イミタンス変換回路の欠点を補い、インバータ損失の低
減を可能にし、装置の小形化と高効率化を意図した低圧
大電流電源に適したＤＣ／ＤＣコンバータへの応用、系
統連系インバータに適したＤＣ／ＡＣコンバータ等、様
々な電力変換回路への応用を可能としたものである。
【図１】この発明のイミタンス変換回路の回路構成図で
ある。
ある。
【図２】この発明のイミタンス変換回路を用いた実験回
路構成図である。
路構成図である。
【図３】この発明のイミタンス変換回路を用いた図２の
実験回路の入力電圧と出力電流波形のグラフ図である。
実験回路の入力電圧と出力電流波形のグラフ図である。
【図４】この発明のイミタンス変換回路を用いたＤＣ／
ＤＣコンバータ回路構成図である。
ＤＣコンバータ回路構成図である。
【図５】図４のＤＣ／ＤＣコンバータのシュミレーショ
ン波形のグラフ図である。
ン波形のグラフ図である。
【図６】この発明のイミタンス変換回路を用いたＤＣ／
ＡＣコンバータ回路構成図である。
ＡＣコンバータ回路構成図である。
【図７】図６のＤＣ／ＡＣコンバータのシュミレーショ
ン波形のグラフ図である。
ン波形のグラフ図である。
１ 送電端 ２ 受電端 Ｌ1，Ｌ2 コイル Ｃ コンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｍ 7/5387 Ｈ０２Ｍ 7/5387 Ｚ (72)発明者 大口 英樹 神奈川県横浜市青葉区黒須田17−30 (72)発明者 玉手 道雄 東京都あきるの市瀬戸岡226−１ (72)発明者 下田屋 亮 神奈川県茅ヶ崎市松風台13−30 (72)発明者 高木 宏之 東京都港区芝浦４丁目８番33号 株式会社 関電工内 (72)発明者 伊藤 美知夫 東京都港区芝浦４丁目８番33号 株式会社 関電工内 Ｆターム(参考） 5H007 CA02 CB02 CB05 5H730 BB11 BB57 DD04 EE03 5H740 BA12 BB05 BB07 BB08 BC06 JA23 NN02 5H750 BA06 CC07 CC14 CC16 DD05
Claims (3)
- 【請求項１】 送電端子と受電端子を両端に有するイミ
タンス変換回路において、コイルの両端にπ型にコンデ
ンサを夫れ夫れ接続し、さらに上記コイルの両端に直列
に夫れ夫れコイルを接続した構成とし、基本波成分と３
次高調波成分をイミタンス変換することを特徴とする、
イミタンス変換回路。 - 【請求項２】上記イミタンス変換回路を組み込んで構成
したことを特徴とする、ＤＣ／ＤＣコンバータ。 - 【請求項３】上記イミタンス変換回路を組み込んで構成
したことを特徴とする、ＤＣ／ＡＣコンバータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000279332A JP3391773B2 (ja) | 2000-09-14 | 2000-09-14 | イミタンス変換回路及びこれを使用したコンバータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000279332A JP3391773B2 (ja) | 2000-09-14 | 2000-09-14 | イミタンス変換回路及びこれを使用したコンバータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002095241A true JP2002095241A (ja) | 2002-03-29 |
| JP3391773B2 JP3391773B2 (ja) | 2003-03-31 |
Family
ID=18764348
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000279332A Expired - Fee Related JP3391773B2 (ja) | 2000-09-14 | 2000-09-14 | イミタンス変換回路及びこれを使用したコンバータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3391773B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015029744A1 (ja) * | 2013-08-29 | 2015-03-05 | 住友電気工業株式会社 | 変圧装置 |
| WO2015029720A1 (ja) * | 2013-08-29 | 2015-03-05 | 住友電気工業株式会社 | 変圧装置 |
| CN104467446A (zh) * | 2013-09-12 | 2015-03-25 | 住友电气工业株式会社 | 变压装置 |
| JP2017532943A (ja) * | 2014-10-20 | 2017-11-02 | モーメンタム ダイナミックス コーポレーション | 内在的力率補正の方法および装置 |
| US10116197B2 (en) | 2014-11-05 | 2018-10-30 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Transformer without magnetic coupling, electromagnetic induction or mutual inductance |
| US10122288B2 (en) | 2014-11-05 | 2018-11-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Transformer composed of a front stage circuit and a rear stage circuit |
| US10665091B2 (en) | 2017-06-29 | 2020-05-26 | Yazaki Corporation | Information setting device and electronic appliance |
-
2000
- 2000-09-14 JP JP2000279332A patent/JP3391773B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9712069B2 (en) | 2013-08-29 | 2017-07-18 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Distributed-constant type transformer for voltage conversion |
| WO2015029720A1 (ja) * | 2013-08-29 | 2015-03-05 | 住友電気工業株式会社 | 変圧装置 |
| JP2015050776A (ja) * | 2013-08-29 | 2015-03-16 | 住友電気工業株式会社 | 変圧装置 |
| CN104426381A (zh) * | 2013-08-29 | 2015-03-18 | 住友电气工业株式会社 | 变压器 |
| WO2015029744A1 (ja) * | 2013-08-29 | 2015-03-05 | 住友電気工業株式会社 | 変圧装置 |
| US10320305B2 (en) | 2013-08-29 | 2019-06-11 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Transformer |
| TWI610530B (zh) * | 2013-08-29 | 2018-01-01 | 住友電氣工業股份有限公司 | 變壓裝置 |
| CN104467446A (zh) * | 2013-09-12 | 2015-03-25 | 住友电气工业株式会社 | 变压装置 |
| EP3046243A4 (en) * | 2013-09-12 | 2017-05-17 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Transformer |
| US20160181937A1 (en) * | 2013-09-12 | 2016-06-23 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Transformer |
| KR20160057379A (ko) * | 2013-09-12 | 2016-05-23 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | 변압 장치 |
| US10693387B2 (en) | 2013-09-12 | 2020-06-23 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Transformer |
| KR102258463B1 (ko) | 2013-09-12 | 2021-06-01 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | 변압 장치 |
| JP2017532943A (ja) * | 2014-10-20 | 2017-11-02 | モーメンタム ダイナミックス コーポレーション | 内在的力率補正の方法および装置 |
| US10116197B2 (en) | 2014-11-05 | 2018-10-30 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Transformer without magnetic coupling, electromagnetic induction or mutual inductance |
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| US10665091B2 (en) | 2017-06-29 | 2020-05-26 | Yazaki Corporation | Information setting device and electronic appliance |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3391773B2 (ja) | 2003-03-31 |
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