JP2009171639A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に係り、詳しくは交流を直流に変換する機能を備えた電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device, and more particularly to a power conversion device having a function of converting alternating current into direct current.
従来、無停電電源装置として、図7に示すように、外部の商用交流電源51より交流が一次側に入力され、二次側に負荷52と双方向インバータ53とが接続された電源トランス54を備え、双方向インバータ53にバッテリ55が接続された構成のものがある(例えば、特許文献1参照。)。電源トランス54は、通常時は、商用交流を電源として負荷52に交流を供給するとともに、双方向インバータ53を介してバッテリ55を充電する。停電時は、バッテリ55から双方向インバータ53を介して電源トランス54に交流が供給され、負荷52に電力が供給される。双方向インバータ53は、高周波成分を遮断するローパスフィルタ53aと、4個のスイッチング素子Q1,Q2,Q3,Q4からなるブリッジ回路とで構成されている。スイッチング素子としてFETが使用されている。双方向インバータ53が充電器として動作する場合は、スイッチング素子Q1,Q2をオフ状態に設定し、制御部56でスイッチング素子Q3,Q4をスイッチングすることにより、図7に示す電流経路a,bに電流が流れてバッテリ55を充電する。なお、図7の1点鎖線で示す電流経路aは、電源トランス54からの交流電圧の方向がプラスの場合を示し、図7の2点鎖線で示す電流経路bは、電源トランス54からの交流電圧の方向がマイナスの場合を示している。
Conventionally, as an uninterruptible power supply, as shown in FIG. 7, a
また、低燃費や排気ガス削減のため、始動時や低速域ではモータで駆動輪を駆動し、中高速域ではエンジンで駆動輪を駆動する所謂ハイブリッド車が実用化されている。しかし、近年、さらなる環境負荷低減のために、家庭用電源(系統電源)でバッテリを充電可能な所謂プラグイン・ハイブリッド車が考えられている。例えば、深夜電力でバッテリを充電してモータによる電気自動車モードで走行できる距離を長くした場合、ガソリン等に対して電気を用いる比率が高まるため、一般的なハイブリッド車に比べて二酸化炭素の排出量削減や大気汚染防止への効果が期待できる。また、系統電源は個々に発電するより発電コストが低く、料金の安い深夜電力を利用して充電すれば、燃料代も低減可能となる。この場合も、バッテリを充電するためと、バッテリに充電された電力を交流電流としてモータに供給するためとに双方向インバータを備えている。
従来の双方向インバータにおいては、交流入力を直流に変換する場合、インバータの上アームを構成するスイッチング素子Q1,Q2はオフ状態に保持され、下アームのスイッチング素子Q3,Q4のみが動作する。そのため、4個のスイッチング素子のうちの2個に電流が流れる時間が多くなり、発熱が大きくなって損失が増える。そのため、冷却能力の高い冷却手段、例えば、空冷であれば大型のファンが必要になり、装置も大型化するという問題がある。 In the conventional bidirectional inverter, when AC input is converted to DC, the switching elements Q1 and Q2 constituting the upper arm of the inverter are held in the off state, and only the lower arm switching elements Q3 and Q4 operate. For this reason, the time during which current flows through two of the four switching elements increases, heat generation increases, and loss increases. Therefore, there is a problem that a cooling means having a high cooling capacity, for example, a large fan is required for air cooling, and the apparatus is also increased in size.
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は交流を直流に変換する機能を備えた電力変換装置において、スイッチング素子の発熱量を抑制して、発熱による損失を抑制するとともに、同じ電力を供給する際に、従来に比較して冷却機能の低い冷却手段を使用することができる電力変換装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to suppress a heat generation amount of a switching element and a loss due to heat generation in a power conversion device having a function of converting alternating current into direct current. In addition, an object of the present invention is to provide a power conversion device that can use a cooling means having a cooling function lower than that in the conventional case when supplying the same power.
前記の目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、交流電源に接続されて前記交流電源から入力される交流を直流に変換する変換部を備えた電力変換装置である。そして、第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子の直列回路と、第3スイッチング素子及び第4スイッチング素子の直列回路とが並列に接続されるとともに、各スイッチング素子と逆並列にダイオードがそれぞれ接続されたブリッジ回路を備えている。前記ブリッジ回路の前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との接続点及び前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子との接続点にそれぞれコイルを介して接続された入力端子を備えている。また、前記ブリッジ回路の前記第1スイッチング素子と前記第3スイッチング素子との接続点にアノードが前記接続点側となるダイオードを介して接続された第1の出力端子と、前記第2スイッチング素子と前記第4スイッチング素子との接続点に接続された第2の出力端子とを備えている。さらに、前記交流電源から入力される交流を直流に変換する際に、前記第1スイッチング素子及び第4スイッチング素子を同時にスイッチングさせる期間と、前記第2スイッチング素子及び第3スイッチング素子を同時にスイッチングさせる期間とが交互になるように前記各スイッチング素子を制御する制御手段を備えている。ここで、各スイッチング素子に逆並列に接続された各ダイオードは、独立した部品に限らず、スイッチング素子の寄生ダイオードであってもよい。
In order to achieve the above object, an invention according to
各スイッチング素子がスイッチングされる際にコイルに蓄えられたエネルギーが出力されることにより、ブリッジ回路は昇圧コンバータとして機能する。第1スイッチング素子及び第3スイッチング素子がオフ状態に保持されて、第2スイッチング素子と第4スイッチング素子とがスイッチングされる構成では、一つのスイッチング素子に電流が流れる状態でスイッチングを繰り返すことになり、スイッチング素子の発熱が大きくなる。そして、発熱を抑制するために大きな冷却能力を有する冷却手段が必要になり装置が大型化する。しかし、この発明では、第1スイッチング素子及び第4スイッチング素子が同時にスイッチングする状態と、第2スイッチング素子及び第3スイッチング素子が同時にスイッチングする状態とが繰り返される。そして、2つのスイッチング素子のオン状態における電流経路が分岐されて、一つのスイッチング素子に流れる電流の大きさが小さくなり、スイッチング素子の発熱が抑制される。したがって、同じ電力を供給する際に、従来に比較して冷却能力の小さな冷却手段で冷却が可能となり、装置の小型化を図ることができる。 The bridge circuit functions as a boost converter by outputting the energy stored in the coil when each switching element is switched. In the configuration in which the first switching element and the third switching element are held in the OFF state and the second switching element and the fourth switching element are switched, the switching is repeated with a current flowing through one switching element. The heating of the switching element increases. And in order to suppress heat_generation | fever, the cooling means which has a big cooling capacity is needed, and an apparatus enlarges. However, in this invention, the state in which the first switching element and the fourth switching element are simultaneously switched and the state in which the second switching element and the third switching element are simultaneously switched are repeated. And the current path in the ON state of the two switching elements is branched, the magnitude of the current flowing through one switching element is reduced, and the heat generation of the switching elements is suppressed. Therefore, when the same electric power is supplied, the cooling can be performed by a cooling means having a cooling capacity smaller than that in the conventional case, and the apparatus can be downsized.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第1の出力端子に接続された前記ダイオードと逆並列に第5スイッチング素子が接続され、前記制御手段は、前記出力端子が直流電源に接続された状態で、前記変換部を構成する各スイッチング素子を前記直流電源から供給される直流を交流に変換して前記入力端子へ出力するように制御する。この発明では、電流変換装置を双方向インバータとして使用することができ、双方向インバータにおいて小型化を図ることができる。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a fifth switching element is connected in antiparallel with the diode connected to the first output terminal, and the control means includes the output terminal. Are connected to a DC power source, each switching element constituting the conversion unit is controlled to convert the DC supplied from the DC power source into an AC and output it to the input terminal. In the present invention, the current converter can be used as a bidirectional inverter, and the bidirectional inverter can be miniaturized.
本発明によれば、交流を直流に変換する機能を備えた電力変換装置において、スイッチング素子の発熱を抑制して、発熱による損失を抑制するとともに、同じ電力を供給する際に、従来に比較して冷却機能の低い冷却手段を使用することができる。 According to the present invention, in a power conversion device having a function of converting alternating current into direct current, heat generation of the switching element is suppressed, loss due to heat generation is suppressed, and when the same electric power is supplied, the power conversion device is compared with the conventional case. Thus, a cooling means having a low cooling function can be used.
(第1の実施形態)
以下、本発明を具体化した第1の実施形態を図1〜図5にしたがって説明する。
図1に示すように、電力変換装置11は、交流電源12に接続されて交流電源12から入力される交流を直流に変換する変換部13、即ちインバータを備えている。この実施形態では交流電源12として、系統電源が使用される。変換部13は、第1スイッチング素子S1及び第2スイッチング素子S2の直列回路と、第3スイッチング素子S3及び第4スイッチング素子S4の直列回路とが並列に接続されてブリッジ回路が構成されている。各スイッチング素子S1〜S4にはダイオードD1〜D4がそれぞれ逆並列に接続されている。この実施形態では、各スイッチング素子S1〜S4として絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ(IGBT)が使用され、各スイッチング素子S1〜S4のコレクタとエミッタ間には、ダイオードD1〜D4が逆並列に接続されている。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the
第1スイッチング素子S1のエミッタと第2スイッチング素子S2のコレクタとの接続点は、コイル14aを介して入力端子15aに接続されている。第3スイッチング素子S3のエミッタと第4スイッチング素子S4のコレクタとの接続点は、コイル14bを介して入力端子15bに接続されている。
A connection point between the emitter of the first switching element S1 and the collector of the second switching element S2 is connected to the
第1スイッチング素子S1のコレクタと第3スイッチング素子S3のコレクタとの接続点は、ダイオードD5を介して第1の出力端子16aに接続されている。ダイオードD5は、アノードが第1スイッチング素子S1と第3スイッチング素子S3との接続点側となるように接続されている。第2スイッチング素子S2のエミッタと第4スイッチング素子のエミッタとの接続点は、第2の出力端子16bに接続されている。両出力端子16a,16bは、バッテリEを充電する充電器17に接続されている。
A connection point between the collector of the first switching element S1 and the collector of the third switching element S3 is connected to the
各スイッチング素子S1〜S4を制御する制御手段としての制御装置18は、各スイッチング素子S1〜S4のゲートに制御信号を出力する。制御装置18は、図示しないマイクロコンピュータ(マイコン)を備え、マイコンのメモリに記憶されたプログラムメモリに基づいて、各スイッチング素子S1〜S4を制御する。制御装置18は、バッテリEの充電時、交流電流の位相を交流電圧の位相と同位相になるようにスイッチング素子S1〜S4を制御する。
The
制御装置18は、交流電源12から入力される交流を直流に変換する際に、第1スイッチング素子S1及び第4スイッチング素子S4を同時にスイッチングさせる期間T1と、第2スイッチング素子S2及び第3スイッチング素子S3を同時にスイッチングさせる期間T2とが交互になるように各スイッチング素子S1〜S4を制御する。
The
次に前記のように構成された電力変換装置11の作用を説明する。
交流電源12である系統電源から入力される交流電圧をバッテリEが充電可能な直流電圧に変換する場合、即ち、系統電源でバッテリEを充電する場合は、各スイッチング素子S1〜S4が、制御装置18からの制御信号により、供給された交流電圧を直流電圧に変換するようにスイッチング制御され、変換された直流電圧が充電器17に供給される。その際、各スイッチング素子S1〜S4は、2つのコイル14a,14bを昇圧回路のコイルとして機能するように制御されるとともに、供給された交流電流の位相が交流電圧の位相と同じになるように制御される。
Next, the operation of the
When converting the AC voltage input from the system power source which is the
具体的には、図2(a)に示すように、第2スイッチング素子S2及び第3スイッチング素子S3が同時にスイッチングされる期間T2と、第1スイッチング素子S1及び第4スイッチング素子S4が同時にスイッチングされる期間T1とが、所定周期(系統電源の周波数に対応した周期)で繰り返されるように制御される。 Specifically, as shown in FIG. 2A, the period T2 in which the second switching element S2 and the third switching element S3 are simultaneously switched, and the first switching element S1 and the fourth switching element S4 are simultaneously switched. The period T1 is controlled so as to be repeated at a predetermined cycle (a cycle corresponding to the frequency of the system power supply).
交流電源12から入力される電流の向きが、図3(a)に示すように、交流電源12からコイル14bを通って変換部13に向かい、コイル14aを通って交流電源12に戻る状態のときには、第1及び第4スイッチング素子S1,S4がオフ状態に維持され、第2及び第3スイッチング素子S2,S3が同時にスイッチングされる。そして、第2及び第3スイッチング素子S2,S3がオンになると、交流電源12から供給される電流は、コイル14b→第2スイッチング素子S2→ダイオードD4→コイル14a→となる経路と、コイル14b→ダイオードD1→第3スイッチング素子S3→コイル14a→となる経路とに流れ、コイル14a,14bに電気エネルギーが蓄積される。その状態から、第2及び第3スイッチング素子S2,S3がオフになると、コイル14a,14bに蓄積されたエネルギーが加えられた状態で、図3(b)に示すように、コイル14b→ダイオードD1→充電器17→ダイオードD4→コイル14a→となるように電流が流れる。
When the direction of the current input from the
一方、従来技術のように第1、第3及び第4スイッチング素子S1,S3,S4がオフ状態に維持され、第2スイッチング素子S2のみスイッチングされる場合は、図3(c)に示すように、電流経路は一つになる。即ち、第2スイッチング素子S2がオンになると、交流電源12から供給される電流は、コイル14b→第2スイッチング素子S2→ダイオードD4→コイル14a→となる経路で流れ、コイル14a,14bに電気エネルギーが蓄積される。その状態から、第2スイッチング素子S2がオフになると、コイル14a,14bに蓄積されたエネルギーが加えられた状態で、図3(d)に示すように、コイル14b→ダイオードD1→充電器17→ダイオードD4→コイル14a→となるように電流が流れる。
On the other hand, when the first, third, and fourth switching elements S1, S3, and S4 are maintained in the OFF state and only the second switching element S2 is switched as in the prior art, as shown in FIG. The current path becomes one. That is, when the second switching element S2 is turned on, the current supplied from the
また、交流電源12から入力される電流の向きが、図4(a)に示すように、交流電源12からコイル14aを通って変換部13に向かい、コイル14bを通って交流電源12に戻る状態のときには、第2及び第3スイッチング素子S2,S3がオフ状態に維持され、第1及び第4スイッチング素子S1,S4が同時にスイッチングされる。そして、第1及び第4スイッチング素子S1,S4がオンになると、交流電源12から供給される電流は、コイル14a→ダイオードD3→第1スイッチング素子S1→コイル14b→となる経路と、コイル14a→第4スイッチング素子S4→ダイオードD2→コイル14b→となる経路とに流れ、コイル14a,14bに電気エネルギーが蓄積される。その状態から、第1及び第4スイッチング素子S1,S4がオフすると、コイル14a,14bに蓄積されたエネルギーが加えられた状態で、図4(b)に示すように、コイル14a→ダイオードD3→充電器17→ダイオードD2→コイル14b→となるように電流が流れる。
Further, as shown in FIG. 4A, the direction of the current input from the
一方、従来技術のように第1、第2及び第3スイッチング素子S1,S2,S3がオフ状態に維持され、第4スイッチング素子S4のみスイッチングされる場合は、図5(a)に示すように、電流経路は一つになる。即ち、第4スイッチング素子S4がオンになると、交流電源12から供給される電流は、コイル14a→第4スイッチング素子S4→ダイオードD2→コイル14b→となる経路で流れ、コイル14a,14bに電気エネルギーが蓄積される。その状態から、スイッチング素子S4がオフになると、コイル14a,14bに蓄積されたエネルギーが加えられた状態で、図5(b)に示すように、コイル14a→ダイオードD3→充電器17→ダイオードD2→コイル14b→となるように電流が流れる。
On the other hand, when the first, second, and third switching elements S1, S2, and S3 are maintained in the OFF state and only the fourth switching element S4 is switched as in the prior art, as shown in FIG. The current path becomes one. That is, when the fourth switching element S4 is turned on, the current supplied from the
即ち、従来技術では、図2(b)に示すように、交流電源12から入力される交流電流の1周期の半分の期間T2に第2スイッチング素子S2がオン、オフ制御され、残りの半分の期間T1に第4スイッチング素子S4がオン、オフ制御され、電流はそれぞれ一つのスイッチング素子のみを流れる。一方、この実施形態では、図2(a)に示すように、交流電源12から入力される交流電流の1周期の半分の期間T2に第2及び第3スイッチング素子S2,S3が同時にオン、オフ制御され、残りの半分の期間T1に第1及び第4スイッチング素子S1,S4が同時にオン、オフ制御される。即ち、この実施形態では、各スイッチング素子S1〜S4のスイッチング時間は同じでも、電流経路が2経路に分岐され、各スイッチング素子S1〜S4に流れる電流が小さく(ほぼ半分に)なる。その結果、変換部13全体としての発熱が抑制される。
That is, in the prior art, as shown in FIG. 2B, the second switching element S2 is controlled to be turned on / off during a period T2 that is half of one cycle of the alternating current input from the alternating
また、第2及び第3スイッチング素子S2,S3がオン時には、ダイオードD1とダイオードD4とが並列の状態で、充電器17側からダイオードD5、ダイオードD1およびダイオードD4の寄生容量を充電するように電流が流れる。即ち、ダイオードD1とダイオードD5とが二直列の状態およびダイオードD4とダイオードD5とが二直列の状態でその寄生容量が充電されることになり、ダイオードD5が存在しない場合に比較して、充電時間が短縮されるとともに第2及び第3スイッチング素子S2,S3のオン損失が低減する。また、第1及び第4スイッチング素子S1,S4のオン時には、ダイオードD2とダイオードD3とが並列の状態で、充電器17側からダイオードD5、ダイオードD2およびダイオードD3の寄生容量を充電するように電流が流れる。即ち、ダイオードD2とダイオードD5とが二直列の状態およびダイオードD3とダイオードD5とが二直列の状態でその寄生容量が充電されることになり、前記と同様にダイオードD5が存在しない場合に比較して、充電時間が短縮されるとともに第1及び第4スイッチング素子S1,S4のオン損失が低減する。
Further, when the second and third switching elements S2 and S3 are turned on, the current is charged so as to charge the parasitic capacitances of the diode D5, the diode D1, and the diode D4 from the
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
(1)電力変換装置11は、第1スイッチング素子S1及び第2スイッチング素子S2の直列回路と、第3スイッチング素子S3及び第4スイッチング素子S4の直列回路とが並列に接続されるとともに、各スイッチング素子S1〜S4と逆並列にダイオードD1〜D4がそれぞれ接続された変換部13を備えている。そして、第1スイッチング素子S1と第2スイッチング素子S2との接続点及び第3スイッチング素子S3と第4スイッチング素子S4との接続点に、入力端子15a,15bがコイル14a,14bを介してそれぞれ接続されている。交流電源12から入力される交流を直流に変換する際に、第1スイッチング素子S1及び第4スイッチング素子S4を同時にスイッチングさせる期間T1と、第2スイッチング素子S2及び第3スイッチング素子S3を同時にスイッチングさせる期間T2とが交互になるように各スイッチング素子S1〜S4を制御する制御装置18が設けられている。したがって、各スイッチング素子S1〜S4のオン状態において電流経路が2経路になり、オン状態の各スイッチング素子S1〜S4に流れる電流が小さくなって発熱が抑制され、同じ電力を供給する際に、従来に比較して冷却能力の小さな冷却手段で冷却が可能となり、装置の小型化を図ることができる。また、特定のスイッチング素子のみがオン状態になる構成に比較して、オン状態になるスイッチング素子の寿命が長くなり、装置の寿命も長くなる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In the
(2)電力変換装置11は、第1スイッチング素子S1と第3スイッチング素子S3との接続点にアノードが前記接続点側となるダイオードD5を介して第1の出力端子16aが接続され、第2スイッチング素子S2と第4スイッチング素子S4との接続点に第2の出力端子16bが接続されている。そのため、第2及び第3スイッチング素子S2,S3のオン時には、ダイオードD1とダイオードD5とが二直列の状態およびダイオードD4とダイオードD5とが二直列の状態で充電器17側からダイオードD1,D4,D5の寄生容量を充電するように電流が流れる。また、第1及び第4スイッチング素子S1,S4のオン時には、ダイオードD2とダイオードD5とが二直列の状態およびダイオードD3とダイオードD5とが二直列の状態で充電器17側からダイオードD2,D3,D5の寄生容量を充電するように電流が流れる。したがって、ダイオードD5が存在しない場合に比較して、スイッチング素子S1〜S4のオン時に、ダイオードD1,D2,D3,D4,D5の寄生容量の充電時間が短縮されてリカバリー時間が短縮され、スイッチング素子S1〜S4のオン損失が低減する。
(2) In the
(3)各スイッチング素子S1〜S4として、絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ(IGBT)が使用されている。したがって、各スイッチング素子S1〜S4に流れる電流が大きな場合(例えば、100A以上)でも、スイッチング素子S1〜S4の耐久性が向上する。 (3) As each of the switching elements S1 to S4, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) is used. Therefore, even when the current flowing through each of the switching elements S1 to S4 is large (for example, 100 A or more), the durability of the switching elements S1 to S4 is improved.
(第2の実施形態)
次に本発明をプラグイン・ハイブリッド車の双方向インバータに具体化した実施形態を図6に従って説明する。なお、第1の実施形態と同じ部分は同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, an embodiment in which the present invention is embodied in a bidirectional inverter of a plug-in hybrid vehicle will be described with reference to FIG. In addition, the same part as 1st Embodiment attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits detailed description.
コイル14aと入力端子15aとの接続点及びコイル14bと入力端子15bとの接続点の間にはコンデンサ20が接続されている。コイル14a,14b及びコンデンサ20により平滑フィルタが構成されている。コイル14a,14bは系統電源用接続部21に接続されている。系統電源用接続部21は、系統電源のコンセントに接続可能なプラグ22及び家電製品のプラグを接続可能なアダプタとしてのコンセント23を備えている。プラグ22及びコンセント23は、スイッチ24,25を介して入力端子15a,15bに接続されている。スイッチ24,25はそれぞれリレーのc接点で構成されており、リレーのオン状態でスイッチ24,25はプラグ22を変換部13と通電可能な状態に保持され、リレーのオフ状態でコンセント23を変換部13と通電可能な状態に保持されるように構成されている。
A
直流電源としてのバッテリEと変換部13との間に絶縁伝達部26が接続されている。絶縁伝達部26は、図示しないトランス及びトランスの一次側及び二次側に接続された図示しないHブリッジ回路を備えている。そして、絶縁伝達部26は、Hブリッジ回路の各スイッチング素子が制御装置18によって制御され、バッテリEの直流を家電製品の使用電圧の直流に変換して変換部13に供給する機能と、系統電源から供給されて変換部13で直流に変換された電流をバッテリEに充電する機能を果たすようになっている。
An
ダイオードD5と逆並列に第5スイッチング素子S5が接続されている。第5スイッチング素子S5としてIGBTが使用されている。第5スイッチング素子S5は、制御装置18により制御される。そして、変換部13がバッテリEから絶縁伝達部26を介して供給される直流を交流に変換して、コンセント23に出力する場合は、オン状態に保持され、変換部13が系統電源から供給される交流を直流に変換して絶縁伝達部26へ出力する場合は、オフ状態に保持されるように制御される。
A fifth switching element S5 is connected in antiparallel with the diode D5. An IGBT is used as the fifth switching element S5. The fifth switching element S5 is controlled by the
この実施形態においては、プラグ22から系統電源を変換部13に供給してバッテリEを充電する場合は、前記第1の実施形態と同様にして、各スイッチング素子S1〜S4が制御される。
In this embodiment, when the system power is supplied from the
一方、バッテリEを電源としてコンセント23に接続された電気製品を駆動する場合は、バッテリEを電源として変換部13に出力端子16a,16bから直流が供給される。そして、各スイッチング素子S1〜S4は、出力端子16a,16bから変換部13に供給される直流を交流に変換して、コンセント23から所定電圧、所定周波数(例えば、100V、60Hz)の交流電圧が得られるように、制御装置18からの制御信号によってスイッチング制御される。具体的には、スイッチング素子S1,S4とスイッチング素子S2,S3が交互にオン、オフ制御される。
On the other hand, when an electric product connected to the
したがって、この実施形態では、双方向インバータを備えた電力変換装置において、バッテリEの充電時に各スイッチング素子S1〜S4の発熱が抑制され、同じ電力を供給する際に、従来に比較して冷却能力の小さな冷却手段で冷却が可能となり、装置の小型化を図ることができる。 Therefore, in this embodiment, in the power converter provided with the bidirectional inverter, when the battery E is charged, the heat generation of each of the switching elements S1 to S4 is suppressed. Cooling is possible with a small cooling means, and the apparatus can be miniaturized.
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 変換部13を構成する各スイッチング素子S1〜S4及び第5スイッチング素子S5は、IGBTに限らず、例えばMOSEFTやパワーバイポーラトランジスタを使用してもよい。MOSFETは寄生ダイオードを有するため、スイッチング素子として寄生ダイオードを有しないIGBTを使用した場合と異なり、ダイオードを接続する手間が不要になり、構成も簡単になる。
The embodiment is not limited to the above, and may be embodied as follows, for example.
O Each switching element S1-S4 and 5th switching element S5 which comprise the
○ 交流電源12は、系統電源に限らず、発電機で発電された交流を供給する構成であってもよい。例えば、ハイブリッド車では、走行用モータとしてモータジェネレータが使用され、モータジェネレータが発電機として機能した場合に発電された電力をバッテリEに充電する構成になっている。したがって、ハイブリッド車の場合、変換部13の入力端子15a,15bに対して、モータジェネレータを、スイッチを介して電気的に接続可能に構成してもよい。
The
○ 変換部13が双方向インバータとして機能せず、交流を直流に変換する動作のみ行う場合、変換部13は充電器17に接続される構成に限らず、直流で動作する電気機器に直接接続される構成や、コネクタを介して接続される構成としてもよい。
○ When the
以下の技術的思想(発明)は前記実施形態から把握できる。
(1)請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記各スイッチング素子としてMOSFETが使用され、各スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードはMOSFETの寄生ダイオードで構成されている。
The following technical idea (invention) can be understood from the embodiment.
(1) In the invention described in
(2)請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記各スイッチング素子として絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタが使用されている。
(3)第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子の直列回路と、第3スイッチング素子及び第4スイッチング素子の直列回路とが並列に接続されるとともに、各スイッチング素子と逆並列にダイオードがそれぞれ接続されたブリッジ回路を備えた双方向インバータにおけるスイッチング素子の制御方法であって、
交流電源から入力される交流を直流に変換する際に、直流出力の逆方向への流れがダイオードで抑制された状態で、前記第1スイッチング素子及び第4スイッチング素子を同時にスイッチングさせる期間と、前記第2スイッチング素子及び第3スイッチング素子を同時にスイッチングさせる期間とが交互になるように前記各スイッチング素子を制御するスイッチング素子の制御方法。
(2) In the invention according to
(3) A series circuit of the first switching element and the second switching element and a series circuit of the third switching element and the fourth switching element are connected in parallel, and a diode is connected in antiparallel to each switching element. A switching element control method in a bidirectional inverter provided with a bridge circuit,
When the alternating current input from the alternating current power source is converted into direct current, a period in which the first switching element and the fourth switching element are simultaneously switched in a state in which the reverse flow of the direct current output is suppressed by the diode; The switching element control method of controlling each said switching element so that the period which switches a 2nd switching element and a 3rd switching element simultaneously may alternate.
D1,D2,D3,D4,D5…ダイオード、S1…第1スイッチング素子、S2…第2スイッチング素子、S3…第3スイッチング素子、S4…第4スイッチング素子、S5…第5スイッチング素子、T1,T2…期間、11…電力変換装置、12…交流電源、13…変換部、14a,14b…コイル、15a,15b…入力端子、16a…第1の出力端子、16b…第2の出力端子、18…制御手段としての制御装置。 D1, D2, D3, D4, D5 ... diode, S1 ... first switching element, S2 ... second switching element, S3 ... third switching element, S4 ... fourth switching element, S5 ... fifth switching element, T1, T2 ... Period, 11 ... Power converter, 12 ... AC power supply, 13 ... Conversion unit, 14a, 14b ... Coil, 15a, 15b ... Input terminal, 16a ... First output terminal, 16b ... Second output terminal, 18 ... A control device as a control means.
Claims (2)
第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子の直列回路と、第3スイッチング素子及び第4スイッチング素子の直列回路とが並列に接続されるとともに、各スイッチング素子と逆並列にダイオードがそれぞれ接続されたブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路の前記第1スイッチング素子と前記第2スイッチング素子との接続点及び前記第3スイッチング素子と前記第4スイッチング素子との接続点にそれぞれコイルを介して接続された入力端子と、
前記ブリッジ回路の前記第1スイッチング素子と前記第3スイッチング素子との接続点にアノードが前記接続点側となるダイオードを介して接続された第1の出力端子と、
前記第2スイッチング素子と前記第4スイッチング素子との接続点に接続された第2の出力端子と、
前記交流電源から入力される交流を直流に変換する際に、前記第1スイッチング素子及び第4スイッチング素子を同時にスイッチングさせる期間と、前記第2スイッチング素子及び第3スイッチング素子を同時にスイッチングさせる期間とが交互になるように前記各スイッチング素子を制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device including a conversion unit that is connected to an AC power source and converts AC input from the AC power source into DC,
A bridge circuit in which a series circuit of a first switching element and a second switching element and a series circuit of a third switching element and a fourth switching element are connected in parallel, and a diode is connected in antiparallel to each switching element. When,
An input terminal connected via a coil to a connection point between the first switching element and the second switching element and a connection point between the third switching element and the fourth switching element of the bridge circuit;
A first output terminal having an anode connected to a connection point between the first switching element and the third switching element of the bridge circuit via a diode on the connection point side;
A second output terminal connected to a connection point between the second switching element and the fourth switching element;
When the alternating current input from the alternating current power source is converted into direct current, a period for simultaneously switching the first switching element and the fourth switching element and a period for simultaneously switching the second switching element and the third switching element are provided. And a control means for controlling each of the switching elements so as to alternate with each other.
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JP2008003468A JP2009171639A (en) | 2008-01-10 | 2008-01-10 | Power conversion device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2008
- 2008-01-10 JP JP2008003468A patent/JP2009171639A/en active Pending
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