JP2010011555A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明では、リカバリ電流を抑制して損失及びノイズを低減させた電力変換装置を提供することを目的とする。
【解決手段】第三半導体スイッチQ3と第四半導体スイッチQ4との間にコイルを直列に挿入し、コイルと第三半導体スイッチQ3との間と第二直流端子12とを第二経路第二ダイオードD8で接続し、コイルと第四半導体スイッチQ4との間と第一直流端子11とを第二経路第一ダイオードD7で接続することとした。スイッチS4がオンする時に付随ダイオードD3には電流が流れずに高速ダイオードの第二経路第一ダイオードD7に流れている。また、スイッチ3がオンする時に付随ダイオードD4には電流が流れずに高速ダイオードの第二経路第二ダイオードD8に流れている。このため、リカバリの影響は小さく損失も小さい。
【選択図】図6
【解決手段】第三半導体スイッチQ3と第四半導体スイッチQ4との間にコイルを直列に挿入し、コイルと第三半導体スイッチQ3との間と第二直流端子12とを第二経路第二ダイオードD8で接続し、コイルと第四半導体スイッチQ4との間と第一直流端子11とを第二経路第一ダイオードD7で接続することとした。スイッチS4がオンする時に付随ダイオードD3には電流が流れずに高速ダイオードの第二経路第一ダイオードD7に流れている。また、スイッチ3がオンする時に付随ダイオードD4には電流が流れずに高速ダイオードの第二経路第二ダイオードD8に流れている。このため、リカバリの影響は小さく損失も小さい。
【選択図】図6
Description
本発明は、直流回路と交流回路との間で電力変換を行う電力変換装置に関する。
バッテリに接続され、バッテリの充電時、外部の電源から入力される交流電力を直流電力に変換してバッテリに出力すると共に、交流電力出力時、バッテリから得られる直流電力を交流電力に変換し外部の負荷に出力する双方向DC/ACインバータが知られている(例えば、特許文献1を参照。)。
図1に、直流回路と交流回路との間を双方向に電力変換を行う従来のインバータの構成例を示す。図1のインバータは、第一直流端子11と第二直流端子12との間を並列に接続される第一経路Pas1と第二経路Pas2と備える。第一経路Pas1は、第一直流端子11から第二直流端子12に向けて、カソードが第一直流端子11方向に向く付随ダイオードD1とスイッチS1とがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第一半導体スイッチQ1と、カソードが第一直流端子11方向に向く付随ダイオードD2とスイッチS2とがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第二半導体スイッチQ2と、が順に直列に接続され、第一半導体スイッチQ1と第二半導体スイッチQ2との間に第一交流端子21へ接続される第一接続点P1がある。第二経路Pas2は、第一直流端子11から第二直流端子12に向けて、カソードが第一直流端子11方向に向く付随ダイオードD3とスイッチS3とがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第三半導体スイッチQ3と、カソードが第一直流端子11方向に向く付随ダイオードD4とスイッチS4とがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第四半導体スイッチQ4と、が順に直列に接続され、第三半導体スイッチQ3と第四半導体スイッチQ4との間に第二交流端子22へ接続される第二接続点P2がある。図1のインバータは、第一接続点P1と第一交流端子21との間にチョークコイルL1及び第二接続点P2と第二交流端子22との間にチョークコイルL2をさらに備える。第一半導体スイッチQ1から第四半導体スイッチQ4は、一般的に寄生容量を持つことから、図1では、この寄生容量を考慮して、この寄生容量分を容量C3からC6で記載している。
図1のインバータは次のように動作する。
(交流から直流へ電力変換)
第一交流端子21の電位が高い場合、第二半導体スイッチQ2のオンで、付随ダイオードD4を介して、チョークコイルL1、チョークコイルL2にエネルギーを蓄積し、第二半導体スイッチQ2のオフで電流は、チョークコイルL1、付随ダイオードD1、第一直流端子11、第二直流端子12、付随ダイオードD4、チョークコイルL2、第二交流端子22の順で流れ、チョークコイルL1、チョークコイルL2に蓄積されたエネルギーが直流側に放出される。第二交流端子22の電位が高い場合、第四半導体スイッチQ4のオンで、付随ダイオードD2を介して、チョークコイルL1、チョークコイルL2にエネルギーを蓄積し、第四半導体スイッチQ4のオフで電流は、チョークコイルL2、付随ダイオードD3、第一直流端子11、第二直流端子12、付随ダイオードD2、チョークコイルL1、第一交流端子21の順で流れ、チョークコイルL1、チョークコイルL2に蓄積されたエネルギーが直流側に放出される。従って、第一直流端子11を正極とし、第二直流端子12を負極とした直流電力を得ることができる。
第一交流端子21の電位が高い場合、第二半導体スイッチQ2のオンで、付随ダイオードD4を介して、チョークコイルL1、チョークコイルL2にエネルギーを蓄積し、第二半導体スイッチQ2のオフで電流は、チョークコイルL1、付随ダイオードD1、第一直流端子11、第二直流端子12、付随ダイオードD4、チョークコイルL2、第二交流端子22の順で流れ、チョークコイルL1、チョークコイルL2に蓄積されたエネルギーが直流側に放出される。第二交流端子22の電位が高い場合、第四半導体スイッチQ4のオンで、付随ダイオードD2を介して、チョークコイルL1、チョークコイルL2にエネルギーを蓄積し、第四半導体スイッチQ4のオフで電流は、チョークコイルL2、付随ダイオードD3、第一直流端子11、第二直流端子12、付随ダイオードD2、チョークコイルL1、第一交流端子21の順で流れ、チョークコイルL1、チョークコイルL2に蓄積されたエネルギーが直流側に放出される。従って、第一直流端子11を正極とし、第二直流端子12を負極とした直流電力を得ることができる。
(直流から交流へ電力変換)
直流から交流へ電力変換する場合を図2から図5で説明する。直流側は、第一直流端子11が正極であり、第二直流端子12が負極である。交流側の電圧は、初め第二交流端子22の電位を高くし、その後、第一交流端子21の電位を高くするものとする。なお、以降の図面において、図面上部に第一半導体スイッチQ1から第四半導体スイッチQ4の状態を表示している。「P」はオン状態、「N」はオフ状態を示す。
直流から交流へ電力変換する場合を図2から図5で説明する。直流側は、第一直流端子11が正極であり、第二直流端子12が負極である。交流側の電圧は、初め第二交流端子22の電位を高くし、その後、第一交流端子21の電位を高くするものとする。なお、以降の図面において、図面上部に第一半導体スイッチQ1から第四半導体スイッチQ4の状態を表示している。「P」はオン状態、「N」はオフ状態を示す。
図2は、チョークコイルL1及びチョークコイルL2のエネルギーが消滅し、第一交流端子21の電位が高くなった場合の電流の流れを示した図である。循環電流は、容量C1、スイッチS1、チョークコイルL1、容量C2(負荷)、チョークコイルL2、スイッチS4、容量C1のループで流れ、直流側容量C1から交流側容量C2(負荷)にエネルギーを送っている。図2の状態で、第一交流端子21の電位が高くなり、交流側には今までとは逆向きの電流が流れる。
図3は、第四半導体スイッチQ4をオフとしたときの電流の流れを示した図である。チョークコイルL1、容量C2(負荷)、チョークコイルL2を流れた電流は、第二接続点P2で、容量C6、容量C1、スイッチS1、チョークコイルL1のループと容量C5、スイッチS1、チョークコイルL1のループとに分離される。それぞれのループの電流量はそれぞれ容量C5と容量C6との容量比に応じて定まる。図3の状態では、容量C5が放電し、容量C6が充電される。
図4は、図3で容量C5の放電が完了し、容量C6の充電が完了した後の電流を示した図である。循環電流は、チョークコイルL1、容量C2(負荷)、チョークコイルL2、付随ダイオードD3、スイッチS1、チョークコイルL1のループで流れる。
図5は、スイッチ4をオンにしたときの電流を示した図である。循環電流は、チョークコイルL1、容量C2(負荷)、チョークコイルL2、スイッチS4、容量C1、スイッチS1、チョークコイルL1のループで流れるとともに、付随ダイオードD3のリカバリによる電流が容量C1、付随ダイオードD3、スイッチS4、容量C1のループで流れて損失となる。以後第一交流端子21と第二交流端子22の正負切替わりまで、図2から図5が繰り返される。
図1のインバータの第一半導体スイッチQ1、第二半導体スイッチQ2、第三半導体スイッチQ3、第四半導体スイッチQ4の動作の関係を図29に示す。第一半導体スイッチQ1及び第二半導体スイッチQ2の動作では図29(a)のような低周波で駆動される。例えば、低周波の周波数は50〜60Hzである。また、第三半導体スイッチQ3及び第四半導体スイッチQ4の動作では図29(b)のような高周波で駆動される。例えば、高周波の周波数は20〜30kHzである。図29(c)は図29(b)の高周波信号における1周期分の各半導体スイッチの動作を示す。「N」はオフ状態、「P」がオン状態である。
以上説明したように、図1のインバータは直流回路と三相交流回路との間で双方向に電力変換することができる。
特開2007−110857号公報
しかし、ダイオードには電流導通状態で逆方向バイアスが印加されると、所定時間逆方向に電流が流れてしまうリカバリという現象が存在する。特に、半導体スイッチに使用されるFETに寄生する寄生ダイオードは、デイスクリートタイプのダイオードに比べてリカバリ時間が長い。寄生ダイオードのリカバリ現象は、図5においてリカバリ電流を発生させる。すなわち、スイッチS4をオンとしたときに、容量C1、付随ダイオードD3、第四半導体スイッチQ4、容量C1のリカバリ電流が流れる。図5において、リカバリ電流を一点鎖線で示している。リカバリ現象は、リカバリ電流が交流電力に寄与しないため損失を発生させることになる。さらに、リカバリ現象が完了する時急峻にリカバリ電流が遮断されるので、第三半導体スイッチQ3にサージ電圧が加わりノイズ発生の原因にもなる。なお、本明細書では、主にFETに寄生する寄生ダイオードを付随ダイオードと記載して説明しているが、半導体スイッチは、その他の内部に寄生ダイオードを有する半導体素子や、半導体素子に外付で並列にダイオードを接続したものであってもよい。
そこで、本発明では、リカバリ電流を損失及びノイズを低減させた電力変換装置を提供することを目的とする。
第三半導体スイッチと第四半導体スイッチとの間にコイルを直列に挿入し、コイルと第三半導体スイッチとの間と第二直流端子とをダイオードで接続し、コイルと第四半導体スイッチとの間と第一直流端子とをダイオードで接続することとした。
具体的に、本発明に係る電力変換装置は、第一直流端子から第二直流端子に向けて、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第一半導体スイッチと、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第二半導体スイッチと、が順に直列に接続され、前記第一半導体スイッチと前記第二半導体スイッチとの間に第一交流端子へ接続される第一接続点がある第一経路、
前記第一経路と並列になるように前記第一直流端子から前記第二直流端子に向けて、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第三半導体スイッチと、第二経路第一コイルと、第二経路第二コイルと、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第四半導体スイッチと、が順に直列に接続され、前記第二経路第一コイルと前記第二経路第二コイルとの間に第二交流端子へ接続される第二接続点がある第二経路、
前記第一直流端子側をカソードとして、前記第四半導体スイッチと前記第二経路第二コイルとの間と前記第一直流端子とを接続する第二経路第一ダイオード、
前記第二直流端子側をアノードとして、前記第三半導体スイッチと前記第二経路第一コイルとの間と前記第二直流端子とを接続する第二経路第二ダイオード、
前記第一接続点と前記第一交流端子との間あるいは前記第二接続点と前記第二交流端子との間の少なくとも一方に接続されるチョークコイル、及び
前記第一半導体スイッチ、前記第二半導体スイッチ、前記第三半導体スイッチ及び前記第四半導体スイッチのスイッチング動作を制御する制御回路
を備える電力変換装置であって、
直流から交流へ電力変換する場合に、前記制御回路は、
前記第一直流端子、前記第一半導体スイッチ、前記第一接続点、前記第一交流端子、前記第二交流端子、前記第二経路第二コイル、前記第四半導体スイッチ、前記第二直流端子の経路で循環電流が流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第一交流端子及び前記第二交流端子へ電力を供給しているときに前記第四半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第三半導体スイッチを迂回して前記第二経路第一ダイオード、前記第一半導体スイッチ、前記第一接続点、前記第一交流端子、前記第二交流端子、前記第二経路第二コイルの経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第四半導体スイッチをオンとすること、及び、
前記第一直流端子、前記第三半導体スイッチ、前記第二経路第一コイル、前記第二交流端子、前記第一交流端子、前記第一接続点、前記第二半導体スイッチ、前記第二直流端子の経路で循環電流が流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第一交流端子及び前記第二交流端子へ電力を供給しているときに前記第三半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第四半導体スイッチを迂回して前記第二経路第二ダイオード、前記第二経路第一コイル、前記第二交流端子、前記第一交流端子、前記第一接続点、前記第二半導体スイッチの経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第三半導体スイッチをオンとすること、
を特徴とする。
前記第一経路と並列になるように前記第一直流端子から前記第二直流端子に向けて、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第三半導体スイッチと、第二経路第一コイルと、第二経路第二コイルと、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第四半導体スイッチと、が順に直列に接続され、前記第二経路第一コイルと前記第二経路第二コイルとの間に第二交流端子へ接続される第二接続点がある第二経路、
前記第一直流端子側をカソードとして、前記第四半導体スイッチと前記第二経路第二コイルとの間と前記第一直流端子とを接続する第二経路第一ダイオード、
前記第二直流端子側をアノードとして、前記第三半導体スイッチと前記第二経路第一コイルとの間と前記第二直流端子とを接続する第二経路第二ダイオード、
前記第一接続点と前記第一交流端子との間あるいは前記第二接続点と前記第二交流端子との間の少なくとも一方に接続されるチョークコイル、及び
前記第一半導体スイッチ、前記第二半導体スイッチ、前記第三半導体スイッチ及び前記第四半導体スイッチのスイッチング動作を制御する制御回路
を備える電力変換装置であって、
直流から交流へ電力変換する場合に、前記制御回路は、
前記第一直流端子、前記第一半導体スイッチ、前記第一接続点、前記第一交流端子、前記第二交流端子、前記第二経路第二コイル、前記第四半導体スイッチ、前記第二直流端子の経路で循環電流が流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第一交流端子及び前記第二交流端子へ電力を供給しているときに前記第四半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第三半導体スイッチを迂回して前記第二経路第一ダイオード、前記第一半導体スイッチ、前記第一接続点、前記第一交流端子、前記第二交流端子、前記第二経路第二コイルの経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第四半導体スイッチをオンとすること、及び、
前記第一直流端子、前記第三半導体スイッチ、前記第二経路第一コイル、前記第二交流端子、前記第一交流端子、前記第一接続点、前記第二半導体スイッチ、前記第二直流端子の経路で循環電流が流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第一交流端子及び前記第二交流端子へ電力を供給しているときに前記第三半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第四半導体スイッチを迂回して前記第二経路第二ダイオード、前記第二経路第一コイル、前記第二交流端子、前記第一交流端子、前記第一接続点、前記第二半導体スイッチの経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第三半導体スイッチをオンとすること、
を特徴とする。
第二経路第一コイル、第二経路第二コイル、第二経路第一ダイオード及び第二経路第二ダイオードにより、第三半導体スイッチ及び第四半導体スイッチの付随ダイオードに電流が流れていない状態で第四半導体スイッチ及び第三半導体スイッチのスイッチを動作させることができる。従って、本発明は、付随ダイオードのリカバリ現象を回避でき、リカバリ電流による損失及びノイズを低減させた電力変換装置を提供することができる。
なお、第一経路と第二経路を入れ替えても同様の効果が得られる。具体的には、第一直流端子から第二直流端子に向けて、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第一半導体スイッチと、第一経路第一コイルと、第一経路第二コイルと、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第二半導体スイッチと、が順に直列に接続され、前記第一経路第一コイルと前記第一経路第二コイルとの間に第一交流端子へ接続される第一接続点がある第一経路、
前記第一経路と並列になるように前記第一直流端子から前記第二直流端子に向けて、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第三半導体スイッチと、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第四半導体スイッチと、が順に直列に接続され、前記第三半導体スイッチと前記第四半導体スイッチとの間に第二交流端子へ接続される第二接続点がある第二経路、
前記第一直流端子側をカソードとして、前記第二半導体スイッチと前記第一接続点との間と前記第一直流端子とを接続する第一経路第一ダイオード、
前記第二直流端子側をアノードとして、前記第一半導体スイッチと前記第一接続点との間と前記第二直流端子とを接続する第一経路第二ダイオード、
前記第一接続点と前記第一交流端子との間あるいは前記第二接続点と前記第二交流端子との間の少なくとも一方に接続されるチョークコイル、及び
前記第一半導体スイッチ、前記第二半導体スイッチ、前記第三半導体スイッチ及び前記第四半導体スイッチのスイッチング動作を制御する制御回路
を備える電力変換装置であって、
直流から交流へ電力変換する場合に、前記制御回路は、
前記第一直流端子、前記第一半導体スイッチ、前記第一経路第一コイル、前記第一交流端子、前記第二交流端子、前記第二接続点、前記第四半導体スイッチ、前記第二直流端子の経路で循環電流が流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第一交流端子及び前記第二交流端子へ電力を供給しているときに前記第一半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第二半導体スイッチを迂回して前記第一経路第二ダイオード、前記第一経路第一コイル、前記第一交流端子、前記第二交流端子、前記第二接続点、前記第四半導体スイッチの経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第一半導体スイッチをオンとすること、及び、
前記第一直流端子、前記第三半導体スイッチ、前記第二接続点、前記第二交流端子、前記第一交流端子、前記第一経路第二コイル、前記第二半導体スイッチ、前記第二直流端子の経路で循環電流が流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第一交流端子及び前記第二交流端子へ電力を供給しているときに前記第二半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第一半導体スイッチを迂回して前記第一経路第一ダイオード、前記第三半導体スイッチ、前記第二接続点、前記第二交流端子、前記第一交流端子、前記第一経路第二コイルの経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第二半導体スイッチをオンとすること、
を特徴とする電力変換装置でもよい。
前記第一経路と並列になるように前記第一直流端子から前記第二直流端子に向けて、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第三半導体スイッチと、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第四半導体スイッチと、が順に直列に接続され、前記第三半導体スイッチと前記第四半導体スイッチとの間に第二交流端子へ接続される第二接続点がある第二経路、
前記第一直流端子側をカソードとして、前記第二半導体スイッチと前記第一接続点との間と前記第一直流端子とを接続する第一経路第一ダイオード、
前記第二直流端子側をアノードとして、前記第一半導体スイッチと前記第一接続点との間と前記第二直流端子とを接続する第一経路第二ダイオード、
前記第一接続点と前記第一交流端子との間あるいは前記第二接続点と前記第二交流端子との間の少なくとも一方に接続されるチョークコイル、及び
前記第一半導体スイッチ、前記第二半導体スイッチ、前記第三半導体スイッチ及び前記第四半導体スイッチのスイッチング動作を制御する制御回路
を備える電力変換装置であって、
直流から交流へ電力変換する場合に、前記制御回路は、
前記第一直流端子、前記第一半導体スイッチ、前記第一経路第一コイル、前記第一交流端子、前記第二交流端子、前記第二接続点、前記第四半導体スイッチ、前記第二直流端子の経路で循環電流が流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第一交流端子及び前記第二交流端子へ電力を供給しているときに前記第一半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第二半導体スイッチを迂回して前記第一経路第二ダイオード、前記第一経路第一コイル、前記第一交流端子、前記第二交流端子、前記第二接続点、前記第四半導体スイッチの経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第一半導体スイッチをオンとすること、及び、
前記第一直流端子、前記第三半導体スイッチ、前記第二接続点、前記第二交流端子、前記第一交流端子、前記第一経路第二コイル、前記第二半導体スイッチ、前記第二直流端子の経路で循環電流が流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第一交流端子及び前記第二交流端子へ電力を供給しているときに前記第二半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第一半導体スイッチを迂回して前記第一経路第一ダイオード、前記第三半導体スイッチ、前記第二接続点、前記第二交流端子、前記第一交流端子、前記第一経路第二コイルの経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第二半導体スイッチをオンとすること、
を特徴とする電力変換装置でもよい。
第一経路第一コイル、第一経路第二コイル、第一経路第一ダイオード及び第一経路第二ダイオードにより、第一半導体スイッチ及び第二半導体スイッチの付随ダイオードに電流が流れていない状態で第二半導体スイッチ及び第一半導体スイッチのスイッチを動作させることができる。この電力変換装置も付随ダイオードのリカバリ現象を回避でき、リカバリ電流による損失及びノイズを低減させた電力変換装置を提供することができる。
本発明に係る電力変換装置の前記第二経路第一コイルと前記第二経路第二コイルとが共通のコアで磁気結合していることが好ましい。第二経路第一コイル及び第二経路第二コイルを小型化でき、電力変換装置を小型化することができる。
第一経路と第二経路を入れ替えた電力変換装置の場合は、前記第一経路第一コイルと前記第一経路第二コイルとが共通のコアで磁気結合していることが好ましい。第一経路第一コイル及び第一経路第二コイルを小型化でき、電力変換装置を小型化することができる。
本発明に係る電力変換装置は、第一直流端子から第二直流端子に向けて、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第一半導体スイッチと、第一経路コイルと、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第二半導体スイッチと、が順に直列に接続され、前記第一半導体スイッチと前記第一経路コイルとの間に第一交流端子へ接続される第一接続点がある第一経路、
前記第一経路と並列になるように前記第一直流端子から前記第二直流端子に向けて、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第三半導体スイッチと、第二経路コイルと、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第四半導体スイッチと、が順に直列に接続され、前記第二経路コイルと前記第四半導体スイッチとの間に第二交流端子へ接続される第二接続点がある第二経路、
前記第一直流端子側をカソードとして、前記第二半導体スイッチと前記第一経路コイルとの間と前記第一直流端子とを接続する第一経路ダイオード、
前記第二直流端子側をアノードとして、前記第三半導体スイッチと前記第二経路コイルとの間と前記第二直流端子とを接続する第二経路ダイオード、
前記第一接続点と前記第一交流端子との間及び前記第二接続点と前記第二交流端子との間に接続されるチョークコイル、
前記第一半導体スイッチ、前記第二半導体スイッチ、前記第三半導体スイッチ及び前記第四半導体スイッチのスイッチング動作を制御する制御回路、並びに、
前記第一直流端子と前記第二直流端子との間で直列接続された2つの容量間の電位を出力する第三交流端子、
を備える電力変換装置であって、
直流から交流へ電力変換する場合に、前記制御回路は、
循環電流が、前記第一直流端子、前記第三半導体スイッチ、前記第二経路コイル、前記第二交流端子、前記第三交流端子の経路で流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第二交流端子及び前記第三交流端子へ電力を供給しているときに前記第三半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第四半導体スイッチを迂回して前記第二経路ダイオード、前記第二経路コイル、前記第二交流端子、前記第三交流端子、前記第二直流端子の経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第三半導体スイッチをオンとすること、及び、
循環電流が、前記第二直流端子、前記第三交流端子、前記第一交流端子、前記第一経路コイル、前記第二半導体スイッチの経路で流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第三交流端子及び前記第一交流端子へ電力を供給しているときに前記第二半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第一半導体スイッチを迂回して前記第一経路ダイオード、前記第一直流端子、前記第三交流端子、前記第一交流端子、前記第一経路コイルの経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第二半導体スイッチをオンとすること、でもよい。
前記第一経路と並列になるように前記第一直流端子から前記第二直流端子に向けて、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第三半導体スイッチと、第二経路コイルと、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第四半導体スイッチと、が順に直列に接続され、前記第二経路コイルと前記第四半導体スイッチとの間に第二交流端子へ接続される第二接続点がある第二経路、
前記第一直流端子側をカソードとして、前記第二半導体スイッチと前記第一経路コイルとの間と前記第一直流端子とを接続する第一経路ダイオード、
前記第二直流端子側をアノードとして、前記第三半導体スイッチと前記第二経路コイルとの間と前記第二直流端子とを接続する第二経路ダイオード、
前記第一接続点と前記第一交流端子との間及び前記第二接続点と前記第二交流端子との間に接続されるチョークコイル、
前記第一半導体スイッチ、前記第二半導体スイッチ、前記第三半導体スイッチ及び前記第四半導体スイッチのスイッチング動作を制御する制御回路、並びに、
前記第一直流端子と前記第二直流端子との間で直列接続された2つの容量間の電位を出力する第三交流端子、
を備える電力変換装置であって、
直流から交流へ電力変換する場合に、前記制御回路は、
循環電流が、前記第一直流端子、前記第三半導体スイッチ、前記第二経路コイル、前記第二交流端子、前記第三交流端子の経路で流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第二交流端子及び前記第三交流端子へ電力を供給しているときに前記第三半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第四半導体スイッチを迂回して前記第二経路ダイオード、前記第二経路コイル、前記第二交流端子、前記第三交流端子、前記第二直流端子の経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第三半導体スイッチをオンとすること、及び、
循環電流が、前記第二直流端子、前記第三交流端子、前記第一交流端子、前記第一経路コイル、前記第二半導体スイッチの経路で流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第三交流端子及び前記第一交流端子へ電力を供給しているときに前記第二半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第一半導体スイッチを迂回して前記第一経路ダイオード、前記第一直流端子、前記第三交流端子、前記第一交流端子、前記第一経路コイルの経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第二半導体スイッチをオンとすること、でもよい。
本発明では、半導体スイッチに付随するダイオードのリカバリ現象を回避でき、リカバリ電流による損失及びノイズを低減させた電力変換装置を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
(第一の実施形態)
図6に、本実施形態の電力変換装置の概略構成図を示す。本実施形態の電力変換装置は、第一直流端子11と第二直流端子12との間を第一経路Pas1と第二経路Pas2とで並列に接続する。
図6に、本実施形態の電力変換装置の概略構成図を示す。本実施形態の電力変換装置は、第一直流端子11と第二直流端子12との間を第一経路Pas1と第二経路Pas2とで並列に接続する。
第一経路Pas1は、第一直流端子11から第二直流端子12に向けて、カソードが第一直流端子11方向に向く付随ダイオードD1とスイッチS1とがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第一半導体スイッチQ1と、カソードが第一直流端子11方向に向く付随ダイオードD2とスイッチS2とがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第二半導体スイッチQ2と、が順に直列に接続され、第一半導体スイッチQ1と第二半導体スイッチQ2との間に第一交流端子21へ接続される第一接続点P1がある。本実施形態の電力変換装置の第一経路Pas1には、第一半導体スイッチQ1と第一接続点P1との間に第一経路第一コイルL31と、第二半導体スイッチQ2と第一接続点P1との間に第一経路第二コイルL32と、がさらに接続されている。本実施形態の電力変換装置では、第一経路第一コイルL31と第一経路第二コイルL32とが共通のコアで磁気結合しているが、共通のコアで磁気結合していなくても同様に動作する。
第二経路Pas2は、第一経路Pas1と並列になるように第一直流端子11から第二直流端子12に向けて、カソードが第一直流端子11方向に向く付随ダイオードD3とスイッチS3とがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第三半導体スイッチQ3と、第二経路第一コイルL41と、第二経路第二コイルL42と、カソードが第一直流端子11方向に向く付随ダイオードD4とスイッチS4とがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第四半導体スイッチQ4と、が順に直列に接続され、第二経路第一コイルL41と第二経路第二コイルL42との間に第二交流端子22へ接続される第二接続点P2がある。本実施形態の電力変換装置では、第二経路第一コイルL41と第二経路第二コイルL42とが共通のコアで磁気結合しているが、共通のコアで磁気結合していなくても同様に動作する。
本実施形態の電力変換装置は、第一直流端子11側をカソードとして、第二半導体スイッチQ2と第一経路第二コイルL32との間と第一直流端子11とを接続する第一経路第一ダイオードD5、及び、第二直流端子12側をアノードとして、第一半導体スイッチQ1と第一経路第一コイルL31との間と第二直流端子12とを接続する第一経路第二ダイオードD6、を備える。
本実施形態の電力変換装置は、第一直流端子11側をカソードとして、第四半導体スイッチQ4と第二経路第二コイルL42との間と第一直流端子11とを接続する第二経路第一ダイオードD7、及び、第二直流端子12側をアノードとして、第三半導体スイッチQ3と第二経路第一コイルL41との間と第二直流端子12とを接続する第二経路第二ダイオードD8、を備える。
本実施形態の電力変換装置は、第一接続点P1と第一交流端子21との間にチョークコイルL1、及び、第二接続点P2と第二交流端子22との間にチョークコイルL2を備える。チョークコイルL1及びチョークコイルL2はいずれか一方でもよい。チョークコイルL1及びチョークコイルL2は高周波を平滑化するフィルタ機能を有する。
さらに、本実施形態の電力変換装置は、第一半導体スイッチQ1、第二半導体スイッチQ2、第三半導体スイッチQ3及び第四半導体スイッチQ4のスイッチング動作を制御する制御回路を備える。この制御回路は図示していない。
第一半導体スイッチQ1、第二半導体スイッチQ2、第三半導体スイッチQ3及び第四半導体スイッチQ4は、例えば、電界効果トランジスタ(FET)とすることができる。いずれのFETも第一直流端子11側をドレインとして接続する。付随ダイオードD1、付随ダイオードD2、付随ダイオードD3及び付随ダイオードD4は第一半導体スイッチQ1、第二半導体スイッチQ2、第三半導体スイッチQ3及び第四半導体スイッチQ4に存在する寄生ダイオードを利用することができる。また、第一半導体スイッチQ1、第二半導体スイッチQ2、第三半導体スイッチQ3及び第四半導体スイッチQ4は、寄生出力容量を有する。これらの寄生出力容量をそれぞれ容量C3、容量C4、容量C5及び容量C6で示している。なお、半導体スイッチは、その他の内部に寄生ダイオードを有する半導体素子や、半導体素子に外付で並列にダイオードを接続したものであってもよい。
第一経路第一ダイオードD5、第一経路第二ダイオードD6、第二経路第一ダイオードD7及び第二経路第二ダイオードD8は、付随ダイオードD1、付随ダイオードD2、付随ダイオードD3及び付随ダイオードD4よりも高速にリカバリが完了する高速ダイオードである。例えば、SiCダイオードやショットキーダイオードである。
第一直流端子11と第二直流端子12との間に接続された容量C1は、高周波雑音除去(ローパスフィルタ)機能を持つ。また、容量C1は、第一直流端子11及び第二直流端子12に接続される直流回路の容量を利用してもよい。
第一交流端子21と第二交流端子22との間に接続された容量C2は、高周波を平滑化するフィルタ(ローパスフィルタ)機能を持つ。また、容量C2は、第一交流端子21及び第二交流端子22に接続される交流回路の容量を利用してもよい。
本実施形態の電力変換装置は、制御回路が第一半導体スイッチQ1、第二半導体スイッチQ2、第三半導体スイッチQ3及び第四半導体スイッチQ4のスイッチング動作を制御している。制御回路は、直流から交流へ電力変換する場合に、以下のようにスイッチング動作を制御する。
第一直流端子11が第二直流端子12より電位が高く、第一交流端子21が第二交流端子22より電位が高い場合に、制御回路は、第一直流端子11、第一半導体スイッチQ1、第一経路第一コイルL31、第一交流端子21、第二交流端子22、第二経路第二コイルL42、第四半導体スイッチQ4、第二直流端子12の経路で循環電流が流れ、第一直流端子11及び第二直流端子12から第一交流端子21及び第二交流端子22へ電力を供給しているときに第四半導体スイッチQ4をオフとし、循環電流が第三半導体スイッチQ3を迂回して第二経路第一ダイオードD7、第一半導体スイッチQ1、第一経路第一コイルL31、第一交流端子21、第二交流端子22、第二経路第二コイルL42の経路で流れているときに再度第四半導体スイッチQ4をオンとする。
また、制御回路は、第一直流端子11、第一半導体スイッチQ1、第一経路第一コイルL31、第一交流端子21、第二交流端子22、第二経路第二コイルL42、第四半導体スイッチQ4、第二直流端子12の経路で循環電流が流れ、第一直流端子11及び第二直流端子12から第一交流端子21及び第二交流端子22へ電力を供給しているときに第一半導体スイッチQ1をオフとし、循環電流が第二半導体スイッチQ2を迂回して第一経路第二ダイオードD6、第一経路第一コイルL31、第一交流端子21、第二交流端子22、第二経路第二コイルL42、第四半導体スイッチQ4の経路で流れているときに再度第一半導体スイッチQ1をオンとしてもよい。
第一直流端子11が第二直流端子12より電位が高く、第一交流端子21が第二交流端子22より電位が低い場合に、制御回路は、第一直流端子11、第三半導体スイッチQ3、第二経路第一コイルL41、第二交流端子22、第一交流端子21、第一経路第二コイルL32、第二半導体スイッチQ2、第二直流端子12の経路で循環電流が流れ、第一直流端子11及び第二直流端子12から第一交流端子21及び第二交流端子22へ電力を供給しているときに第三半導体スイッチQ3をオフとし、循環電流が第四半導体スイッチQ4を迂回して第二経路第二ダイオードD8、第二経路第一コイルL41、第二交流端子22、第一交流端子21、第一経路第二コイルL32、第二半導体スイッチQ2の経路で流れているときに再度第三半導体スイッチQ3をオンとする。
また、制御回路は、第一直流端子11、第三半導体スイッチQ3、第二経路第一コイルL41、第二交流端子22、第一交流端子21、第一経路第二コイルL32、第二半導体スイッチQ2、第二直流端子12の経路で循環電流が流れ、第一直流端子11及び第二直流端子12から第一交流端子21及び第二交流端子22へ電力を供給しているときに第二半導体スイッチQ2をオフとし、循環電流が第一半導体スイッチQ1を迂回して第一経路第一ダイオードD5、第三半導体スイッチQ3、第二経路第一コイルL41、第二交流端子22、第一交流端子21、第一経路第二コイルL32の経路で流れているときに再度第二半導体スイッチQ2をオンとしてもよい。
すなわち、制御回路は、第二経路第一コイルL41及び第二経路第二コイルL42に蓄えられたエネルギーを利用して、電流を第二経路第一ダイオードD7及び第二経路第二ダイオードD8に回避させ、付随ダイオードD3及び付随ダイオードD4に電流が流れていない状態でスイッチS3及びスイッチS4の高周波スイッチング動作を行うように制御する。同様に、第一経路第一コイルL31及び第一経路第二コイルL32に蓄えられたエネルギーを利用して、付随ダイオードD1及び付随ダイオードD2に電流が流れていない状態でスイッチS1及びスイッチS2の高周波スイッチング動作を行うように制御する。
図6の電力変換装置は次のように動作する。
(交流から直流への電力変換)
図1のインバータで説明した電力変換と同様である。
図1のインバータで説明した電力変換と同様である。
(直流から交流へ電力変換)
直流から交流へ電力変換する場合を図7から図19で説明する。直流側は、第一直流端子11が正極であり、第二直流端子12が負極である。交流側の電圧は、初め第二交流端子22の電位を高くし、その後、第一交流端子21の電位を高くするものとする。
直流から交流へ電力変換する場合を図7から図19で説明する。直流側は、第一直流端子11が正極であり、第二直流端子12が負極である。交流側の電圧は、初め第二交流端子22の電位を高くし、その後、第一交流端子21の電位を高くするものとする。
図7は、交流電圧の正負が切替わる直前で第二交流端子22の電位が高い場合の電流の流れを示した図である。この場合、第二半導体スイッチQ2及び第三半導体スイッチQ3がオン状態である。循環電流は、容量C1、スイッチS3、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2、容量C2(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、スイッチS2、容量C1のループで流れている。
図8は、第二交流端子22から第一交流端子21の電位が高くなるモード切替わり時で、スイッチS2及びスイッチS3をオフ状態にした直後の電流を示した図である。循環電流は3つのループで流れる。すなわち、チョークコイルL2、容量C2(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、容量C4、容量C6、第二経路第二コイルL42、チョークコイルL2のループ、チョークコイルL2、容量C2(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、容量C4、容量C1、容量C5、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2のループ、及び、チョークコイルL2、容量C2(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第一コイルL31、容量C3、容量C5、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2のループである。図8の状態では、容量C5及び容量C4が充電され、容量C3及び容量C6が放電する。
図9は、図8において、容量C5及び容量C4の充電が完了した後の電流を示した図である。この場合、チョークコイルL1及びチョークコイルL2のエネルギーにより、循環電流は、チョークコイルL2、容量C2(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、第一経路第一ダイオードD5、容量C1のループと、チョークコイルL2、容量C2(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第一コイルL31、容量C3、容量C1のループとで流れる。また、容量C1からは、容量C1、第二経路第二ダイオードD8、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2のループと、容量C1、容量C6、第二経路第二コイルL42、チョークコイルL2のループとで流れる。
図10は、図9において、さらに容量C3及び容量C6の放電が完了した後の電流を示した図である。この場合、チョークコイルL1及びチョークコイルL2のエネルギーにより、循環電流は、チョークコイルL2、容量C2(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、第一経路第一ダイオードD5、容量C1のループと、チョークコイルL2、容量C2(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第一コイルL31、付随ダイオードD1、容量C1とで流れる。また容量C1からは、容量C1、第二経路第二ダイオードD8、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2のループと、容量C1、付随ダイオードD4、第二経路第二コイルL42、チョークコイルL2のループとで流れる。第一経路第一コイルL31と第一経路第二コイルL32は第一経路第一ダイオードD5及び付随ダイオードD1の導通により短絡されている。また、第二経路第一コイルL41と第二経路第二コイルL42は第二経路第二ダイオード8及び付随ダイオードD4の導通により短絡されている。チョークコイルL1及びチョークコイルL2に流れる循環電流の減少で、付随ダイオードD1及び付随ダイオードD4に流れる電流がゼロになるまで続く。
図11は、図10で付随ダイオードD1及び付随ダイオードD4の電流がゼロになった後の電流を示す。循環電流は、チョークコイルL2、容量C2(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、第一経路第一ダイオードD5、容量C1、第二経路第二ダイオードD8、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2のループで流れ、この経路で流れる循環電流がゼロになるまで続く。
[前半の半周期の説明]
図12は、図11での循環電流がゼロになり、スイッチS1及びスイッチS4をオンさせた以後の電流を示す。交流電圧の向きが切替わり、循環電流は、第一直流端子11及び第二直流端子12に接続されるバッテリなどの直流回路から電流が供給される。循環電流は、チョークコイルL1、容量C2(負荷)、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、スイッチS4、容量C1、スイッチS1、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1のループで流れる。図12の状態でモードが切替わり、第一交流端子21の電位が高くなり、交流側に逆向きの電流が流れる。
図12は、図11での循環電流がゼロになり、スイッチS1及びスイッチS4をオンさせた以後の電流を示す。交流電圧の向きが切替わり、循環電流は、第一直流端子11及び第二直流端子12に接続されるバッテリなどの直流回路から電流が供給される。循環電流は、チョークコイルL1、容量C2(負荷)、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、スイッチS4、容量C1、スイッチS1、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1のループで流れる。図12の状態でモードが切替わり、第一交流端子21の電位が高くなり、交流側に逆向きの電流が流れる。
図13は、第四半導体スイッチQ4をオフとしたときの電流を示した図である。循環電流は、チョークコイルL1、容量C2(負荷)、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、容量C6、容量C1、スイッチS1、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1のループと、チョークコイルL1、容量C2(負荷)、チョークコイルL2、第二経路第一コイルL41、容量C5、スイッチS1、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1のループで流れる。容量C6が充電され、容量C5が放電する。
図14は、図13において容量C6の充電が完了した後の電流を示した図である。循環電流は、チョークコイルL1、容量C2(負荷)、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、第二経路第一ダイオードD7、スイッチS1、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1のループと、チョークコイルL1、容量C2(負荷)、チョークコイルL2、第二経路第一コイルL41、容量C5、スイッチS1、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1のループで流れる。
図15は、図14において容量C5の放電が完了した後の電流を示した図である。循環電流は、チョークコイルL1、容量C2(負荷)、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、第二経路第一ダイオードD7、スイッチS1、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1のループと、チョークコイルL1、容量C2(負荷)、チョークコイルL2、第二経路第一コイルL41、付随ダイオードD3、スイッチS1、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1のループで流れる。
付随ダイオードD3の導通により第二経路第一コイルL41と第二経路第二コイルL42は短絡される。チョークコイルL1及びチョークコイルL2に流れている循環電流は、容量C2(負荷)の電圧でリセットされて減少しているため、第二経路第一コイルL41の電流及び第二経路第二コイルL42の電流は均等に減少し、第二経路第一コイルL41の電流がゼロになるとモードが切替わる。
図16は、図15において第二経路第一コイルL41に流れる電流がゼロになった後の電流を示した図である。循環電流は、チョークコイルL1、容量C2(負荷)、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、第二経路第一ダイオードD7、スイッチS1、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1のループで流れる。
図15から次に説明する図17までの間に第三半導体スイッチQ3をオンし、その後オフしてもよい。これは、本発明の目的を達成するための必須の動作ではないが、この動作を行うことで損失を低減することができる。具体的には、図15の状態で第三半導体スイッチQ3をオンとすると、今まで流れている図15の電流の経路とほぼ同じであるが、ダイオードD3の電流がインピーダンスの低いスイッチS3に移行する点で異なる。
第二経路第一コイルL41、第二経路第二コイルL42は第二経路第一ダイオードD7とスイッチS3で短絡されているため磁束は保持される。また、チョークコイルL1、チョークコイルL2に流れている循環電流は容量C2(負荷)の電圧でリセットされ減少している。循環電流が、第二経路第一コイルL41、第二経路第二コイルL42の励磁電流以下になるとコイルの磁束保持のために、第二経路第二コイルL42、第二経路第一ダイオードD7、スイッチS3、第二経路第一コイルL41、第二経路第二コイルL42のループで補償電流が流れる。
次にスイッチS3をオフすると、循環電流は、チョークコイルL1、容量C2(負荷)、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、第二経路第一ダイオードD7、スイッチS1、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1のループで流れる。また、補償電流は、第二経路第二コイルL42、第二経路第一ダイオードD7、容量C5、第二経路第一コイルL41、第二経路第二コイルL42のループで流れる。容量C5は補償電流で充電される。
容量C5の充電が完了すると、補償電流が第二経路第二ダイオードD8を経由して流れる。循環電流は、チョークコイルL1、容量C2(負荷)、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、第二経路第一ダイオードD7、スイッチS1、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1のループで流れる。補償電流は、第二経路第二コイルL42、第二経路第一ダイオードD7、容量C1、第二経路第二ダイオードD8、第二経路第一コイルL41、第二経路第二コイルL42のループで流れ、容量C1の電圧でリセットされる。
図17は、図16においてスイッチS4がオン後の電流を示した図である。循環電流のチョークコイルL1、容量C2(負荷)、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、スイッチS4、容量C1、スイッチS1、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1のループと、容量C5を充電するために流れる電流が容量C5、第二経路第一コイルL41、第二経路第二コイルL42、スイッチS4、容量C1、容量C5のループで流れる。スイッチS4がオンする時に付随ダイオードD3には電流が流れずに高速ダイオードの第二経路第一ダイオードD7に流れている。このため、リカバリの影響は小さく損失も小さい。第二経路第一ダイオードD7に流れている電流がゼロになった後(循環電流がゼロの状態が続いている期間)に、スイッチS4をオンしてもよい。
図18は、図17において容量C5の充電が完了した後の電流を示した図である。循環電流のチョークコイルL1、容量C2(負荷)、チョークコイルL2、第二経路第二第コイルL42、スイッチS4、容量C1、スイッチS1、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1のループと、第二経路第一コイルL41、第二経路第二コイルL42、スイッチS4、第二経路第二ダイオードD8、第二経路第一コイルL41のループで流れる。第二経路第二ダイオードD8が導通している期間は、第二経路第一コイルL41と第二経路第二コイルL42は短絡されている。チョークコイルL1、チョークコイルL2に流れる循環電流の増加と共に第二経路第二ダイオードD8に流れる電流は減少してゼロになる。なお、上述の第三半導体スイッチQ3をオンオフした場合、スイッチS3をオフしたときに容量C5が充電され、容量C5の充電が完了してスイッチS4をオンすると図18と同様の電流が流れる。
図19は、図18において第二経路第二ダイオードD8に流れる電流がゼロになった後の電流を示した図である。循環電流はチョークコイルL1、容量C2(負荷)、チョークコイルL2、第二経路第二第コイルL42、スイッチS4、容量C1、スイッチS1、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1のループで流れ、図12の状態となる。以後は、第一交流端子21と第二交流端子22の正負切替わりまで、図12から図19が繰り返される。
[後半の半周期の説明]
次に第一交流端子21と第二交流端子22の正負が切替わった後の動作について説明する。図19の状態で半導体スイッチQ1及び半導体スイッチQ4をオフとし、半導体スイッチQ2及び半導体スイッチQ3をオンとする。循環電流は図7のように流れる。この状態で半導体スイッチQ2をオンのまま半導体スイッチQ3をオンオフさせる。
次に第一交流端子21と第二交流端子22の正負が切替わった後の動作について説明する。図19の状態で半導体スイッチQ1及び半導体スイッチQ4をオフとし、半導体スイッチQ2及び半導体スイッチQ3をオンとする。循環電流は図7のように流れる。この状態で半導体スイッチQ2をオンのまま半導体スイッチQ3をオンオフさせる。
半導体スイッチQ3をオフとすると、循環電流は、チョークコイルL2、容量C2(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、スイッチS2、容量C1、容量C5、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2のループと、チョークコイルL2、容量C2(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、スイッチS2、容量C6、第二経路第二コイルL42、チョークコイルL2のループで流れる。容量C5が充電され、容量C6が放電する。
容量C5の充電が完了した後、循環電流は、チョークコイルL2、容量C2(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、スイッチS2、第二経路第二ダイオードD8、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2のループと、チョークコイルL2、容量C2(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、スイッチS2、容量C6、第二経路第二コイルL42、チョークコイルL2のループで流れる。
容量C6の放電が完了した後、循環電流は、チョークコイルL2、容量C2(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、スイッチS2、第二経路第二ダイオードD8、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2のループと、チョークコイルL2、容量C2(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、スイッチS2、付随ダイオードD4、第二経路第二コイルL42、チョークコイルL2のループで流れる。
付随ダイオードD4の導通により第二経路第一コイルL41と第二経路第二コイルL42は短絡される。チョークコイルL1及びチョークコイルL2に流れている循環電流は、容量C2(負荷)の電圧でリセットされて減少しているため、第二経路第一コイルL41の電流及び第二経路第二コイルL42の電流は均等に減少し、第二経路第二コイルL42の電流がゼロになるとモードが切替わる。
第二経路第二コイルL42の電流がゼロになった後、循環電流は、チョークコイルL2、容量C2(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、スイッチS2、第二経路第二ダイオードD8、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2のループで流れる。なお、付随ダイオードD4が導通している状態でスイッチS4をオンし、その後オフしてもよい。この動作を行うことで、付随ダイオードD4よりインピーダンスの低いスイッチS4に電流を移行できるので損失を低減することができる。
スイッチS3がオン後、循環電流は、チョークコイルL2、容量C2(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、スイッチS2、容量C1、スイッチS3、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2のループと、容量C6を充電するために流れる電流が容量C6、容量C1、スイッチS3、第二経路第一コイルL41、第二経路第二コイルL42、容量C6のループで流れる。スイッチ3がオンする時に付随ダイオードD4には電流が流れずに高速ダイオードの第二経路第二ダイオードD8に流れている。このため、リカバリの影響は小さく損失も小さい。第二経路第二ダイオードD8に流れている電流がゼロになった後(循環電流がゼロの状態が続いている期間)に、スイッチS3をオンしてもよい。
容量C6の充電が完了した後、循環電流は、チョークコイルL2、容量C2(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第二第コイルL32、スイッチS2、容量C1、スイッチS3、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2のループと、第二経路第一コイルL41、第二経路第二コイルL42、第二経路第二ダイオードD7、スイッチS3、第二経路第一コイルL41のループで流れる。第二経路第一ダイオードD7が導通している期間は、第二経路第一コイルL41と第二経路第二コイルL42は短絡されている。チョークコイルL1、チョークコイルL2に流れる循環電流の増加と共に第二経路第一ダイオードD7に流れる電流は減少してゼロになる。
第二経路第一ダイオードD7に流れる電流がゼロになった後、循環電流は、チョークコイルL2、容量C2(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第二第コイルL32、スイッチS2、容量C1、スイッチS3、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2のループで流れ、図7の状態となる。以後は、第一交流端子21と第二交流端子22の正負切替わりまで、上述の動作が繰り返される。
電源周波数でスイッチング動作する第一経路Pas1側の第一経路第一コイルL31、第一経路第二コイルL32、第一経路第一ダイオードD5及び第一経路第二ダイオードD6がなくても同様の効果を得ることができる。
以上説明したように、図6の電力変換装置は直流回路と交流回路との間で電力変換することができる。なお、本実施形態について、第一経路Pas1が電源周波数でスイッチング動作し、第二経路Pas2が高周波でスイッチング動作する場合を説明したが、第二経路Pas2が電源周波数でスイッチング動作し、第一経路Pas1が高周波でスイッチング動作しても同様に説明することができる。
(第二の実施形態)
図20に、本実施形態の電力変換装置の概略構成図を示す。本実施形態の電力変換装置は、図6の電力変換装置に第一経路Pas1と並列になるように第一直流端子11から第二直流端子12に向けて、容量C11と、容量C12と、が直列に接続され、容量C11と容量C12との間に第三交流端子23が接続される第三経路Pas3をさらに備え、かつ第一交流端子21から第二交流端子22に向けて、容量C21と、容量C22と、が直列に接続され容量C21と容量C22との間に第三交流端子23を備えた事である。
図20に、本実施形態の電力変換装置の概略構成図を示す。本実施形態の電力変換装置は、図6の電力変換装置に第一経路Pas1と並列になるように第一直流端子11から第二直流端子12に向けて、容量C11と、容量C12と、が直列に接続され、容量C11と容量C12との間に第三交流端子23が接続される第三経路Pas3をさらに備え、かつ第一交流端子21から第二交流端子22に向けて、容量C21と、容量C22と、が直列に接続され容量C21と容量C22との間に第三交流端子23を備えた事である。
第一直流端子11と第二直流端子12との間に接続された容量C11と容量C12は、高周波雑音除去(ローパスフィルタ)機能を持つ。また、容量C11及び容量C12は、第一直流端子11及び第二直流端子12に接続される直流回路の容量を利用してもよい。この場合、直流回路内で2つの容量が直列接続されており、この容量間の接続点に第三交流端子23を接続する。
第一交流端子21と第二交流端子22との間に接続された容量C21及び容量C22は、高周波を平滑化するフィルタ(ローパスフィルタ)機能を持つ。また、容量C21及び容量C22は、第一交流端子21及び第二交流端子22に接続される交流回路の容量を利用してもよい。
図20の電力変換装置は次のように動作する。
(交流から直流への電力変換)
図20の交流側は単相3線式で位相が180°ずれた単相100V、2つからなる。第三交流端子23をグランドとし第二交流端子22が(+)、第一交流端子21が(−)とする。第二交流端子22と第三交流端子23の単相について動作説明をする。交流電圧を昇圧した直流電圧を出力する。
図20の交流側は単相3線式で位相が180°ずれた単相100V、2つからなる。第三交流端子23をグランドとし第二交流端子22が(+)、第一交流端子21が(−)とする。第二交流端子22と第三交流端子23の単相について動作説明をする。交流電圧を昇圧した直流電圧を出力する。
チョークコイルL2にエネルギーを蓄積するモードとして第四半導体スイッチQ4がオンしているとする。循環電流として容量C22、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、第四半導体スイッチQ4、容量C12、容量C22のループで流れ、チョークコイルL2にエネルギーを蓄積する。
第四半導体スイッチQ4がオフとなることで容量C6が充電され、容量C5が放電する。循環電流は、容量C22、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、容量C6、容量C12、容量C22のループと容量C22、チョークコイルL2、第二経路第一コイルL41、容量C5、容量C11、容量C22のループで流れる。充放電の途中で、容量C22の電圧と容量C5の電圧の和が、容量C11の電圧より下がるとチョークコイルL2はエネルギーを放出し、リセットされる。
容量C5、容量C6の充放電が完了すると、循環電流は、容量C22、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、第二経路第一ダイオードD7、容量C11、容量C22のループと、容量C22、チョークコイルL2、第二経路第一コイルL41、付随ダイオードD3、容量C11、容量C22のループで流れる。第二経路第一コイルL41、第二経路第二コイルL42は、第二経路第一ダイオードD7、付随ダイオードD3で短絡される。第二経路第一コイルL41に流れる電流がゼロになると、付随ダイオードD3はオフする。その後も、容量C22、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、第二経路第一ダイオードD7、容量C11、容量C22の循環電流は継続して流れる。
なお、容量C5、容量C6の充放電が完了後、損失低減のために第三半導体スイッチQ3をオンオフしてもよい。第三半導体スイッチQ3をオンさせると、循環電流は、容量C22、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、第二経路第一ダイオードD7、容量C11、容量C22のループと、容量C22、チョークコイルL2、第二経路第一コイルL41、第三半導体スイッチQ3、容量C11、容量C22のループで流れる。チョークコイルL2を流れる循環電流は減少するが、第二経路第一コイルL41,第二経路第二コイルL42は短絡され第二経路第二コイルL42、第二経路第一ダイオードD7、第三半導体スイッチQ3、第二経路第一コイルL41、第二経路第二コイルL42のループで補償電流が流れる。
第三半導体スイッチQ3をオフすると循環電流は、容量C22、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、第二経路第一ダイオードD7、容量C11、容量C22のループで流れ、補償電流は第二経路第一コイルL41、第二経路第二コイルL42、第二経路第一ダイオードD7、容量C11、容量C12、第二経路第二ダイオードD8、第二経路第一コイルL41で流れ、容量C11,容量C12でリセットされる。
容量C22、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、第二経路第一ダイオードD7、容量C11、容量C22の循環電流が流れているときに第四半導体スイッチQ4がオンとなることで容量C22、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、第四半導体スイッチQ4、容量C12、容量C22のループで流れ、前述のチョークコイルL2のエネルギー蓄積モードに戻る。第四半導体スイッチQ4がオンの時、第三半導体スイッチQ3に付随するリカバリ特性の良くない付随ダイオードD3はオフ状態で、高速リカバリタイプの第二経路第一ダイオードD7を導通しているので損失が小さい。
(直流から交流へ電力変換)
[前半の半周期の説明]
直流から交流へ電力変換する場合を図21から図28で説明する。直流側は、第一直流端子11が正極であり、第二直流端子12が負極である。直流側から第三交流端子23と第二交流端子22間への電力変換の経路を主アームとして説明する。図21から図28は主アームについて説明している。また、直流側から第三交流端子23と第一交流端子21間への電力変換の経路を反対アームとして説明する。反対アームの電力変換は主アームの電力変換と同様である。
[前半の半周期の説明]
直流から交流へ電力変換する場合を図21から図28で説明する。直流側は、第一直流端子11が正極であり、第二直流端子12が負極である。直流側から第三交流端子23と第二交流端子22間への電力変換の経路を主アームとして説明する。図21から図28は主アームについて説明している。また、直流側から第三交流端子23と第一交流端子21間への電力変換の経路を反対アームとして説明する。反対アームの電力変換は主アームの電力変換と同様である。
(主アームの説明)
図21は、第二交流端子22の電圧が第三交流端子23の電圧より高い場合で、第三半導体スイッチQ3がオン状態で第二交流端子22と第三交流端子23との間に循環電流が流れる場合の電流の流れを示した図である。循環電流は、容量C11、スイッチS3、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2、容量C22(負荷)、容量C11のループで流れる。
図21は、第二交流端子22の電圧が第三交流端子23の電圧より高い場合で、第三半導体スイッチQ3がオン状態で第二交流端子22と第三交流端子23との間に循環電流が流れる場合の電流の流れを示した図である。循環電流は、容量C11、スイッチS3、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2、容量C22(負荷)、容量C11のループで流れる。
(反対アームの説明)
第一交流端子21と第三交流端子23との間に循環電流が流れる場合は、第二半導体スイッチQ2がオン状態であり、循環電流は、容量C12、容量C21(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、スイッチS2、容量C12のループで流れる。
第一交流端子21と第三交流端子23との間に循環電流が流れる場合は、第二半導体スイッチQ2がオン状態であり、循環電流は、容量C12、容量C21(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、スイッチS2、容量C12のループで流れる。
(主アームの説明)
図22は、スイッチS3をオフ状態にした直後の電流を示した図である。循環電流は、チョークコイルL2、容量C22(負荷)、容量C11、容量C5、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2のループと、チョークコイルL2、容量C22(負荷)、容量C12、容量C6、第二経路第二コイルL42、チョークコイルL2のループとで流れる。図22の状態では、容量C5が充電され、容量C6が放電する。
図22は、スイッチS3をオフ状態にした直後の電流を示した図である。循環電流は、チョークコイルL2、容量C22(負荷)、容量C11、容量C5、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2のループと、チョークコイルL2、容量C22(負荷)、容量C12、容量C6、第二経路第二コイルL42、チョークコイルL2のループとで流れる。図22の状態では、容量C5が充電され、容量C6が放電する。
(反対アームの説明)
第一交流端子21と第三交流端子23との間に循環電流が流れる場合は、スイッチS2をオフ状態とする。循環電流は、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、容量C4、容量C12、容量C21(負荷)、チョークコイルL1のループと、チョークコイルL1、第一経路第一コイルL31、容量C3、容量C11、容量C21(負荷)、チョークコイルL1のループとで流れる。
第一交流端子21と第三交流端子23との間に循環電流が流れる場合は、スイッチS2をオフ状態とする。循環電流は、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、容量C4、容量C12、容量C21(負荷)、チョークコイルL1のループと、チョークコイルL1、第一経路第一コイルL31、容量C3、容量C11、容量C21(負荷)、チョークコイルL1のループとで流れる。
(主アームの説明)
図23は、容量C5の充電が完了した後の電流を示した図である。第二経路第二ダイオードD8に循環電流が流れる。循環電流は、チョークコイルL2、容量C22(負荷)、容量C12、第二経路第二ダイオードD8、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2のループと、チョークコイルL2、容量C22(負荷)、容量C12、容量C6、第二経路第二コイルL42、チョークコイルL2のループとで流れる。
図23は、容量C5の充電が完了した後の電流を示した図である。第二経路第二ダイオードD8に循環電流が流れる。循環電流は、チョークコイルL2、容量C22(負荷)、容量C12、第二経路第二ダイオードD8、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2のループと、チョークコイルL2、容量C22(負荷)、容量C12、容量C6、第二経路第二コイルL42、チョークコイルL2のループとで流れる。
(反対アームの説明)
第一交流端子21と第三交流端子23との間に循環電流が流れる場合、容量C4の充電が完了し、第一経路第一ダイオードD5に循環電流が流れる。循環電流は、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、第一経路第一ダイオードD5、容量C11、容量C21(負荷)、チョークコイルL1のループと、チョークコイルL1、第一経路第一コイルL31、容量C3、容量C11、容量C21(負荷)、チョークコイルL1のループとで流れる。
第一交流端子21と第三交流端子23との間に循環電流が流れる場合、容量C4の充電が完了し、第一経路第一ダイオードD5に循環電流が流れる。循環電流は、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、第一経路第一ダイオードD5、容量C11、容量C21(負荷)、チョークコイルL1のループと、チョークコイルL1、第一経路第一コイルL31、容量C3、容量C11、容量C21(負荷)、チョークコイルL1のループとで流れる。
(主アームの説明)
図24は、容量C6の放電が完了した後の電流を示した図である。付随ダイオードD4に循環電流が流れる。循環電流は、チョークコイルL2、容量C22(負荷)、容量C12、付随ダイオードD4、第二経路第二コイルL42、チョークコイルL2のループと、チョークコイルL2、容量C22(負荷)、容量C12、第二経路第二ダイオードD8、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2のループで流れる。第二経路第一コイルL41と第二経路第二コイルL42は短絡されており、循環電流の減少で第二経路第二ダイオードD8と付随ダイオードD4に流れる電流は均等に減少し、付随ダイオードD4に流れる電流がゼロになるまで続く。
図24は、容量C6の放電が完了した後の電流を示した図である。付随ダイオードD4に循環電流が流れる。循環電流は、チョークコイルL2、容量C22(負荷)、容量C12、付随ダイオードD4、第二経路第二コイルL42、チョークコイルL2のループと、チョークコイルL2、容量C22(負荷)、容量C12、第二経路第二ダイオードD8、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2のループで流れる。第二経路第一コイルL41と第二経路第二コイルL42は短絡されており、循環電流の減少で第二経路第二ダイオードD8と付随ダイオードD4に流れる電流は均等に減少し、付随ダイオードD4に流れる電流がゼロになるまで続く。
(反対アームの説明)
第一交流端子21と第三交流端子23との間に循環電流が流れる場合、容量C3の放電が完了し、付随ダイオードD1に循環電流が流れる。循環電流は、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、第一経路第一ダイオードD5、容量C11、容量C21(負荷)、チョークコイルL1のループと、チョークコイルL1、第一経路第一コイルL31、付随ダイオードD1、容量C11、容量C21(負荷)、チョークコイルL1のループとで流れる。第一経路第一コイルL31と第一経路第二コイルL32は短絡されており、循環電流の減少で第一経路第一ダイオードD5と付随ダイオードD1に流れる電流は均等に減少し、付随ダイオードD1に流れる電流がゼロになるまで続く。
第一交流端子21と第三交流端子23との間に循環電流が流れる場合、容量C3の放電が完了し、付随ダイオードD1に循環電流が流れる。循環電流は、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、第一経路第一ダイオードD5、容量C11、容量C21(負荷)、チョークコイルL1のループと、チョークコイルL1、第一経路第一コイルL31、付随ダイオードD1、容量C11、容量C21(負荷)、チョークコイルL1のループとで流れる。第一経路第一コイルL31と第一経路第二コイルL32は短絡されており、循環電流の減少で第一経路第一ダイオードD5と付随ダイオードD1に流れる電流は均等に減少し、付随ダイオードD1に流れる電流がゼロになるまで続く。
(主アームの説明)
図25は、図24で付随ダイオードD4に流れる電流がゼロになった後の電流を示す。循環電流は、チョークコイルL2、容量C22(負荷)、容量C12、第二経路第二ダイオードD8、第二経路第二コイルL41、チョークコイルL2のループで流れる。なお、付随ダイオードD4が導通している状態でスイッチS4をオンし、その後オフしてもよい。この動作を行うことで付随ダイオードD4よりインピーダンスの低いスイッチS4に電流を移行できるので損失を低減することができる。
図25は、図24で付随ダイオードD4に流れる電流がゼロになった後の電流を示す。循環電流は、チョークコイルL2、容量C22(負荷)、容量C12、第二経路第二ダイオードD8、第二経路第二コイルL41、チョークコイルL2のループで流れる。なお、付随ダイオードD4が導通している状態でスイッチS4をオンし、その後オフしてもよい。この動作を行うことで付随ダイオードD4よりインピーダンスの低いスイッチS4に電流を移行できるので損失を低減することができる。
(反対アームの説明)
付随ダイオードD1に流れる電流がゼロになった後の電流を示す。循環電流は、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、第一経路第一ダイオードD5、容量C11、容量C21(負荷)、チョークコイルL1のループで流れる。なお、付随ダイオードD1が導通している状態でスイッチS1をオンし、その後オフしてもよい。この動作を行うことで付随ダイオードD1よりインピーダンスの低いスイッチS1に電流を移行できるので損失を低減することができる。
付随ダイオードD1に流れる電流がゼロになった後の電流を示す。循環電流は、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、第一経路第一ダイオードD5、容量C11、容量C21(負荷)、チョークコイルL1のループで流れる。なお、付随ダイオードD1が導通している状態でスイッチS1をオンし、その後オフしてもよい。この動作を行うことで付随ダイオードD1よりインピーダンスの低いスイッチS1に電流を移行できるので損失を低減することができる。
(主アームの説明)
図26は、図25の状態でスイッチS3をオンさせた後の電流を示す。循環電流は容量C11、スイッチS3、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2、容量C22(負荷)、容量C11のループで流れる。また、容量C6を充電する電流が、容量C6、容量C12、容量C11、スイッチS3、第二経路第一コイルL41、第二経路第二コイルL42、容量C6のループで流れる。スイッチS3がオンの時に、付随ダイオードD4に電流が流れず、第二経路第二ダイオードD8に流れている。第二経路第二ダイオードD8がリカバリすることになるが、高速ダイオードのためリカバリの影響は小さく損失も小さい。第二経路第二ダイオードD8に流れている電流がゼロになった後(循環電流がゼロの状態が続いている期間)に、スイッチS3をオンしてもよい。
図26は、図25の状態でスイッチS3をオンさせた後の電流を示す。循環電流は容量C11、スイッチS3、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2、容量C22(負荷)、容量C11のループで流れる。また、容量C6を充電する電流が、容量C6、容量C12、容量C11、スイッチS3、第二経路第一コイルL41、第二経路第二コイルL42、容量C6のループで流れる。スイッチS3がオンの時に、付随ダイオードD4に電流が流れず、第二経路第二ダイオードD8に流れている。第二経路第二ダイオードD8がリカバリすることになるが、高速ダイオードのためリカバリの影響は小さく損失も小さい。第二経路第二ダイオードD8に流れている電流がゼロになった後(循環電流がゼロの状態が続いている期間)に、スイッチS3をオンしてもよい。
(反対アームの説明)
一方、第一交流端子21と第三交流端子23との間に循環電流が流れる場合、スイッチS2をオンとすると、循環電流は、容量C12、容量C21(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、スイッチS2、容量C12のループで流れる。また、容量C3を充電する電流が、容量C3、第一経路第一コイルL31、第一経路第二コイルL32、スイッチS2、容量C12、容量C11、容量C3のループで流れる。スイッチS2がオンの時に、付随ダイオードD1に電流が流れず、第一経路第一ダイオードD5に流れている。第一経路第一ダイオードD5がリカバリすることになるが、高速ダイオードのためリカバリの影響は小さく損失も小さい。第一経路第一ダイオードD5に流れている電流がゼロになった後(循環電流がゼロの状態が続いている期間)に、スイッチS2をオンしてもよい。
一方、第一交流端子21と第三交流端子23との間に循環電流が流れる場合、スイッチS2をオンとすると、循環電流は、容量C12、容量C21(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、スイッチS2、容量C12のループで流れる。また、容量C3を充電する電流が、容量C3、第一経路第一コイルL31、第一経路第二コイルL32、スイッチS2、容量C12、容量C11、容量C3のループで流れる。スイッチS2がオンの時に、付随ダイオードD1に電流が流れず、第一経路第一ダイオードD5に流れている。第一経路第一ダイオードD5がリカバリすることになるが、高速ダイオードのためリカバリの影響は小さく損失も小さい。第一経路第一ダイオードD5に流れている電流がゼロになった後(循環電流がゼロの状態が続いている期間)に、スイッチS2をオンしてもよい。
(主アームの説明)
図27は、図26において容量C6の充電が終了した後の電流を示す。循環電流は、容量C11、スイッチS3、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2、容量C22(負荷)、容量C11のループで流れる。また、容量C6の充電時に第二経路第二コイルL42に蓄積された電流が、第二経路第二コイルL42、第二経路第一ダイオードD7、スイッチS3、第二経路第一コイルL41、第二経路第二コイルL42のループで流れている。このモードでは第二経路第一コイルL41と第二経路第二コイルL42は短絡されており、循環電流の増加で第二経路第二コイルL42に流れる電流がゼロになるまで続く。
図27は、図26において容量C6の充電が終了した後の電流を示す。循環電流は、容量C11、スイッチS3、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2、容量C22(負荷)、容量C11のループで流れる。また、容量C6の充電時に第二経路第二コイルL42に蓄積された電流が、第二経路第二コイルL42、第二経路第一ダイオードD7、スイッチS3、第二経路第一コイルL41、第二経路第二コイルL42のループで流れている。このモードでは第二経路第一コイルL41と第二経路第二コイルL42は短絡されており、循環電流の増加で第二経路第二コイルL42に流れる電流がゼロになるまで続く。
(反対アームの説明)
容量C3の充電が終了した後の電流を示す。循環電流は、容量C12、容量C21(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、スイッチS2、容量C12、のループで流れる。また、容量C3の充電時に第一経路第一コイルL31に蓄積された電流が、第一経路第一コイルL31、第一経路第二コイルL32、スイッチS2、第一経路第二ダイオードD6、第一経路第一コイルL31のループで流れている。このモードでは第一経路第一コイルL31と第一経路第二コイルL32は短絡されており、循環電流の増加で第一経路第一コイルL31に流れる電流がゼロになるまで続く。
容量C3の充電が終了した後の電流を示す。循環電流は、容量C12、容量C21(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、スイッチS2、容量C12、のループで流れる。また、容量C3の充電時に第一経路第一コイルL31に蓄積された電流が、第一経路第一コイルL31、第一経路第二コイルL32、スイッチS2、第一経路第二ダイオードD6、第一経路第一コイルL31のループで流れている。このモードでは第一経路第一コイルL31と第一経路第二コイルL32は短絡されており、循環電流の増加で第一経路第一コイルL31に流れる電流がゼロになるまで続く。
(主アームの説明)
図28は、図27で第二経路第二コイルL42に流れる電流がゼロになった後の電流を示す。循環電流のみとなり、容量C11、スイッチS3、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2、容量C22(負荷)、容量C11のループで流れ、図21と同じになる。
図28は、図27で第二経路第二コイルL42に流れる電流がゼロになった後の電流を示す。循環電流のみとなり、容量C11、スイッチS3、第二経路第一コイルL41、チョークコイルL2、容量C22(負荷)、容量C11のループで流れ、図21と同じになる。
(反対アームの説明)
第一経路第一コイルL31に流れる電流がゼロになった後の電流を示す。循環電流のみとなり、容量C12、容量C21(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、スイッチS2、容量C12のループで流れ、初期状態と同じモードになる。
第一経路第一コイルL31に流れる電流がゼロになった後の電流を示す。循環電流のみとなり、容量C12、容量C21(負荷)、チョークコイルL1、第一経路第二コイルL32、スイッチS2、容量C12のループで流れ、初期状態と同じモードになる。
[後半の半周期の説明]
次に、主アームにおいて、第二交流端子22の電圧が第三交流端子23の電圧より低い場合、反対アームにおいて、第三交流端子23の電圧が第一交流端子21の電圧より低い場合を説明する。
次に、主アームにおいて、第二交流端子22の電圧が第三交流端子23の電圧より低い場合、反対アームにおいて、第三交流端子23の電圧が第一交流端子21の電圧より低い場合を説明する。
(主アームの説明)
第四半導体スイッチQ4がオン状態で、循環電流は、容量C12、容量C22(負荷)、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、スイッチS4、容量C12のループで流れる。
第四半導体スイッチQ4がオン状態で、循環電流は、容量C12、容量C22(負荷)、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、スイッチS4、容量C12のループで流れる。
(反対アームの説明)
第一半導体スイッチQ1がオン状態であり、循環電流は、容量C11、スイッチS1、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1、容量C21(負荷)、容量C11のループで流れる。
第一半導体スイッチQ1がオン状態であり、循環電流は、容量C11、スイッチS1、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1、容量C21(負荷)、容量C11のループで流れる。
(主アームの説明)
スイッチS4をオフ状態にした直後、循環電流は、チョークコイルL2、第二経路第一コイルL41、容量C5、容量C11、容量C22(負荷)、チョークコイルL2のループと、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、容量C6、容量C12、容量C22(負荷)、チョークコイルL2のループとで流れる。ここでは、容量C6が充電され、容量C5が放電する。
スイッチS4をオフ状態にした直後、循環電流は、チョークコイルL2、第二経路第一コイルL41、容量C5、容量C11、容量C22(負荷)、チョークコイルL2のループと、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、容量C6、容量C12、容量C22(負荷)、チョークコイルL2のループとで流れる。ここでは、容量C6が充電され、容量C5が放電する。
(反対アームの説明)
スイッチS1をオフ状態にした直後、循環電流は、チョークコイルL1、容量C21(負荷)、容量C12、容量C4、第一経路第二コイルL32、チョークコイルL1のループと、チョークコイルL1、容量C21(負荷)、容量C11、容量C3、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1のループとで流れる。
スイッチS1をオフ状態にした直後、循環電流は、チョークコイルL1、容量C21(負荷)、容量C12、容量C4、第一経路第二コイルL32、チョークコイルL1のループと、チョークコイルL1、容量C21(負荷)、容量C11、容量C3、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1のループとで流れる。
(主アームの説明)
容量C6の充電が完了した後、循環電流は、チョークコイルL2、第二経路第一コイルL41、容量C5、容量C11、容量C22(負荷)、チョークコイルL2のループと、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、第二経路第一ダイオードD7、容量C11、容量C22(負荷)、チョークコイルL2のループとで流れる。
容量C6の充電が完了した後、循環電流は、チョークコイルL2、第二経路第一コイルL41、容量C5、容量C11、容量C22(負荷)、チョークコイルL2のループと、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、第二経路第一ダイオードD7、容量C11、容量C22(負荷)、チョークコイルL2のループとで流れる。
(反対アームの説明)
容量C3の充電が完了した後、循環電流は、チョークコイルL1、容量C21(負荷)、容量C12、第一経路第二ダイオードD6、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1のループと、チョークコイルL1、容量C21(負荷)、容量C12、容量C4、第一経路第二コイルL32、チョークコイルL1のループとで流れる。
容量C3の充電が完了した後、循環電流は、チョークコイルL1、容量C21(負荷)、容量C12、第一経路第二ダイオードD6、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1のループと、チョークコイルL1、容量C21(負荷)、容量C12、容量C4、第一経路第二コイルL32、チョークコイルL1のループとで流れる。
(主アームの説明)
容量C5の放電が完了した後、循環電流は、チョークコイルL2、第二経路第一コイルL41、付随ダイオードD3、容量C11、容量C22(負荷)、チョークコイルL2のループと、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、第二経路第一ダイオードD7、容量C11、容量C22(負荷)、チョークコイルL2のループとで流れる。第二経路第一コイルL41と第二経路第二コイルL42は短絡されており、循環電流の減少で第二経路第一ダイオードD7と付随ダイオードD3に流れる電流は均等に減少し、付随ダイオードD3に流れる電流がゼロになるまで続く。
容量C5の放電が完了した後、循環電流は、チョークコイルL2、第二経路第一コイルL41、付随ダイオードD3、容量C11、容量C22(負荷)、チョークコイルL2のループと、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、第二経路第一ダイオードD7、容量C11、容量C22(負荷)、チョークコイルL2のループとで流れる。第二経路第一コイルL41と第二経路第二コイルL42は短絡されており、循環電流の減少で第二経路第一ダイオードD7と付随ダイオードD3に流れる電流は均等に減少し、付随ダイオードD3に流れる電流がゼロになるまで続く。
(反対アームの説明)
容量C4の放電が完了した後、循環電流は、チョークコイルL1、容量C21(負荷)、容量C12、第一経路第二ダイオードD6、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1のループと、チョークコイルL1、容量C21(負荷)、容量C12、付随ダイオードD2、第一経路第二コイルL32、チョークコイルL1のループとで流れる。第一経路第一コイルL31と第一経路第二コイルL32は短絡されており、循環電流の減少で第一経路第二ダイオードD6と付随ダイオードD2に流れる電流は均等に減少し、付随ダイオードD2に流れる電流がゼロになるまで続く。
容量C4の放電が完了した後、循環電流は、チョークコイルL1、容量C21(負荷)、容量C12、第一経路第二ダイオードD6、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1のループと、チョークコイルL1、容量C21(負荷)、容量C12、付随ダイオードD2、第一経路第二コイルL32、チョークコイルL1のループとで流れる。第一経路第一コイルL31と第一経路第二コイルL32は短絡されており、循環電流の減少で第一経路第二ダイオードD6と付随ダイオードD2に流れる電流は均等に減少し、付随ダイオードD2に流れる電流がゼロになるまで続く。
(主アームの説明)
付随ダイオードD3に流れる電流がゼロになった後、循環電流は、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、第二経路第一ダイオードD7、容量C11、容量C22(負荷)、チョークコイルL2のループで流れる。なお、付随ダイオードD3が導通している状態でスイッチS3をオンし、その後オフしてもよい。この動作を行うことで付随ダイオードD3よりインピーダンスの低いスイッチS3に電流を移行できるので損失を低減することができる。
付随ダイオードD3に流れる電流がゼロになった後、循環電流は、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、第二経路第一ダイオードD7、容量C11、容量C22(負荷)、チョークコイルL2のループで流れる。なお、付随ダイオードD3が導通している状態でスイッチS3をオンし、その後オフしてもよい。この動作を行うことで付随ダイオードD3よりインピーダンスの低いスイッチS3に電流を移行できるので損失を低減することができる。
(反対アームの説明)
付随ダイオードD2に流れる電流がゼロになった後、循環電流は、チョークコイルL1、容量C21(負荷)、容量C12、第一経路第二ダイオードD6、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1のループで流れる。なお、付随ダイオードD2が導通している状態でスイッチS2をオンし、その後オフしてもよい。この動作を行うことで付随ダイオードD2よりインピーダンスの低いスイッチS2に電流を移行できるので損失を低減することができる。
付随ダイオードD2に流れる電流がゼロになった後、循環電流は、チョークコイルL1、容量C21(負荷)、容量C12、第一経路第二ダイオードD6、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1のループで流れる。なお、付随ダイオードD2が導通している状態でスイッチS2をオンし、その後オフしてもよい。この動作を行うことで付随ダイオードD2よりインピーダンスの低いスイッチS2に電流を移行できるので損失を低減することができる。
(主アームの説明)
スイッチS4をオンさせた後、循環電流は、容量C12、容量C22(負荷)、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、スイッチS4、容量C12のループで流れる。また、容量C5を充電する電流が、容量C5、第二経路第一コイルL41、第二経路第二コイルL42、スイッチS4、容量C12、容量C11、容量C5のループで流れる。スイッチS4がオンの時に、付随ダイオードD3に電流が流れず、第二経路第一ダイオードD7に流れている。第二経路第一ダイオードD7がリカバリすることになるが、高速ダイオードのためリカバリの影響は小さく損失も小さい。第二経路第一ダイオードD7に流れている電流がゼロになった後(循環電流がゼロの状態が続いている期間)に、スイッチS4をオンしてもよい。
スイッチS4をオンさせた後、循環電流は、容量C12、容量C22(負荷)、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、スイッチS4、容量C12のループで流れる。また、容量C5を充電する電流が、容量C5、第二経路第一コイルL41、第二経路第二コイルL42、スイッチS4、容量C12、容量C11、容量C5のループで流れる。スイッチS4がオンの時に、付随ダイオードD3に電流が流れず、第二経路第一ダイオードD7に流れている。第二経路第一ダイオードD7がリカバリすることになるが、高速ダイオードのためリカバリの影響は小さく損失も小さい。第二経路第一ダイオードD7に流れている電流がゼロになった後(循環電流がゼロの状態が続いている期間)に、スイッチS4をオンしてもよい。
(反対アームの説明)
一方、スイッチS1をオンとすると、循環電流は、容量C11、スイッチS1、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1、容量C21(負荷)、容量C11のループで流れる。また、容量C4を充電する電流が、容量C4、容量C12、容量C11、スイッチS1、第一経路第一コイルL31、第一経路第二コイルL32、容量C4のループで流れる。スイッチS1がオンの時に、付随ダイオードD2に電流が流れず、第一経路第二ダイオードD6に流れている。第一経路第二ダイオードD6がリカバリすることになるが、高速ダイオードのためリカバリの影響は小さく損失も小さい。第一経路第二ダイオードD6に流れている電流がゼロになった後(循環電流がゼロの状態が続いている期間)に、スイッチS1をオンしてもよい。
一方、スイッチS1をオンとすると、循環電流は、容量C11、スイッチS1、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1、容量C21(負荷)、容量C11のループで流れる。また、容量C4を充電する電流が、容量C4、容量C12、容量C11、スイッチS1、第一経路第一コイルL31、第一経路第二コイルL32、容量C4のループで流れる。スイッチS1がオンの時に、付随ダイオードD2に電流が流れず、第一経路第二ダイオードD6に流れている。第一経路第二ダイオードD6がリカバリすることになるが、高速ダイオードのためリカバリの影響は小さく損失も小さい。第一経路第二ダイオードD6に流れている電流がゼロになった後(循環電流がゼロの状態が続いている期間)に、スイッチS1をオンしてもよい。
(主アームの説明)
容量C5の充電が終了した後、循環電流は、容量C12、容量C22(負荷)、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、スイッチS4、容量C12のループで流れる。また、容量C5の充電時に第二経路第一コイルL41に蓄積された電流が、第二経路第二コイルL42、スイッチS4、第二経路第二ダイオードD8、第二経路第一コイルL41、第二経路第二コイルL42のループで流れている。このモードでは第二経路第一コイルL41と第二経路第二コイルL42は短絡されており、循環電流の増加で第二経路第一コイルL41に流れる電流がゼロになるまで続く。
容量C5の充電が終了した後、循環電流は、容量C12、容量C22(負荷)、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、スイッチS4、容量C12のループで流れる。また、容量C5の充電時に第二経路第一コイルL41に蓄積された電流が、第二経路第二コイルL42、スイッチS4、第二経路第二ダイオードD8、第二経路第一コイルL41、第二経路第二コイルL42のループで流れている。このモードでは第二経路第一コイルL41と第二経路第二コイルL42は短絡されており、循環電流の増加で第二経路第一コイルL41に流れる電流がゼロになるまで続く。
(反対アームの説明)
容量C4の充電が終了した後の電流を示す。循環電流は、容量C11、スイッチS1、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1、容量C21(負荷)、容量C11のループで流れる。また、容量C4の充電時に第一経路第二コイルL32に蓄積された電流が、第一経路第一コイルL31、第一経路第二コイルL32、第一経路第一ダイオードD5、スイッチS1、第一経路第一コイルL31のループで流れている。このモードでは第一経路第一コイルL31と第一経路第二コイルL32は短絡されており、循環電流の増加で第一経路第二コイルL32に流れる電流がゼロになるまで続く。
容量C4の充電が終了した後の電流を示す。循環電流は、容量C11、スイッチS1、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1、容量C21(負荷)、容量C11のループで流れる。また、容量C4の充電時に第一経路第二コイルL32に蓄積された電流が、第一経路第一コイルL31、第一経路第二コイルL32、第一経路第一ダイオードD5、スイッチS1、第一経路第一コイルL31のループで流れている。このモードでは第一経路第一コイルL31と第一経路第二コイルL32は短絡されており、循環電流の増加で第一経路第二コイルL32に流れる電流がゼロになるまで続く。
(主アームの説明)
第二経路第一コイルL41に流れる電流がゼロになった後、循環電流のみとなり、容量C12、容量C22(負荷)、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、スイッチS4、容量C12のループで流れ、初期状態と同じモードになる。
第二経路第一コイルL41に流れる電流がゼロになった後、循環電流のみとなり、容量C12、容量C22(負荷)、チョークコイルL2、第二経路第二コイルL42、スイッチS4、容量C12のループで流れ、初期状態と同じモードになる。
(反対アームの説明)
第一経路第二コイルL32に流れる電流がゼロになった後、循環電流のみとなり、容量C11、スイッチS1、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1、容量C21(負荷)、容量C11のループで流れ、初期状態と同じモードになる。
第一経路第二コイルL32に流れる電流がゼロになった後、循環電流のみとなり、容量C11、スイッチS1、第一経路第一コイルL31、チョークコイルL1、容量C21(負荷)、容量C11のループで流れ、初期状態と同じモードになる。
以上で説明したように、図20の電力変換装置は直流回路と三相交流回路との間で電力変換することができる。
本発明に係る電力変換装置は、蓄電池や燃料電池を交流電流源に変換する自動車用、携帯機器用に利用することができる。
11:第一直流端子
12:第二直流端子
21:第一交流端子
22:第二交流端子
23:第三交流端子
Pas1:第一経路
Pas2:第二経路
Pas3:第三経路
P1:第一接続点
P2:第二接続点
Q1:第一半導体スイッチ
Q2:第二半導体スイッチ
Q3:第三半導体スイッチ
Q4:第四半導体スイッチ
S1〜S4:スイッチ
D1〜D4:付随ダイオード
C1〜C6、C11、C12、C21、C22:容量
L1、L2:チョークコイル
L31:第一経路第一コイル
L32:第一経路第二コイル
L41:第二経路第一コイル
L42:第二経路第二コイル
D5:第一経路第一ダイオード
D6:第一経路第二ダイオード
D7:第二経路第一ダイオード
D8:第二経路第二ダイオード
12:第二直流端子
21:第一交流端子
22:第二交流端子
23:第三交流端子
Pas1:第一経路
Pas2:第二経路
Pas3:第三経路
P1:第一接続点
P2:第二接続点
Q1:第一半導体スイッチ
Q2:第二半導体スイッチ
Q3:第三半導体スイッチ
Q4:第四半導体スイッチ
S1〜S4:スイッチ
D1〜D4:付随ダイオード
C1〜C6、C11、C12、C21、C22:容量
L1、L2:チョークコイル
L31:第一経路第一コイル
L32:第一経路第二コイル
L41:第二経路第一コイル
L42:第二経路第二コイル
D5:第一経路第一ダイオード
D6:第一経路第二ダイオード
D7:第二経路第一ダイオード
D8:第二経路第二ダイオード
Claims (3)
- 第一直流端子から第二直流端子に向けて、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第一半導体スイッチと、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第二半導体スイッチと、が順に直列に接続され、前記第一半導体スイッチと前記第二半導体スイッチとの間に第一交流端子へ接続される第一接続点がある第一経路、
前記第一経路と並列になるように前記第一直流端子から前記第二直流端子に向けて、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第三半導体スイッチと、第二経路第一コイルと、第二経路第二コイルと、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第四半導体スイッチと、が順に直列に接続され、前記第二経路第一コイルと前記第二経路第二コイルとの間に第二交流端子へ接続される第二接続点がある第二経路、
前記第一直流端子側をカソードとして、前記第四半導体スイッチと前記第二経路第二コイルとの間と前記第一直流端子とを接続する第二経路第一ダイオード、
前記第二直流端子側をアノードとして、前記第三半導体スイッチと前記第二経路第一コイルとの間と前記第二直流端子とを接続する第二経路第二ダイオード、
前記第一接続点と前記第一交流端子との間あるいは前記第二接続点と前記第二交流端子との間の少なくとも一方に接続されるチョークコイル、及び、
前記第一半導体スイッチ、前記第二半導体スイッチ、前記第三半導体スイッチ及び前記第四半導体スイッチのスイッチング動作を制御する制御回路、
を備える電力変換装置であって、
直流から交流へ電力変換する場合に、前記制御回路は、
循環電流が、前記第一直流端子、前記第一半導体スイッチ、前記第一接続点、前記第一交流端子、前記第二交流端子、前記第二経路第二コイル、前記第四半導体スイッチ、前記第二直流端子の経路で流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第一交流端子及び前記第二交流端子へ電力を供給しているときに前記第四半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第三半導体スイッチを迂回して前記第二経路第一ダイオード、前記第一半導体スイッチ、前記第一接続点、前記第一交流端子、前記第二交流端子、前記第二経路第二コイルの経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第四半導体スイッチをオンとすること、及び、
循環電流が、前記第一直流端子、前記第三半導体スイッチ、前記第二経路第一コイル、前記第二交流端子、前記第一交流端子、前記第一接続点、前記第二半導体スイッチ、前記第二直流端子の経路で流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第一交流端子及び前記第二交流端子へ電力を供給しているときに前記第三半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第四半導体スイッチを迂回して前記第二経路第二ダイオード、前記第二経路第一コイル、前記第二交流端子、前記第一交流端子、前記第一接続点、前記第二半導体スイッチの経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第三半導体スイッチをオンとすること、
を特徴とする電力変換装置。 - 前記第二経路第一コイルと前記第二経路第二コイルとが共通のコアで磁気結合していることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
- 第一直流端子から第二直流端子に向けて、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第一半導体スイッチと、第一経路コイルと、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第二半導体スイッチと、が順に直列に接続され、前記第一半導体スイッチと前記第一経路コイルとの間に第一交流端子へ接続される第一接続点がある第一経路、
前記第一経路と並列になるように前記第一直流端子から前記第二直流端子に向けて、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第三半導体スイッチと、第二経路コイルと、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第四半導体スイッチと、が順に直列に接続され、前記第二経路コイルと前記第四半導体スイッチとの間に第二交流端子へ接続される第二接続点がある第二経路、
前記第一直流端子側をカソードとして、前記第二半導体スイッチと前記第一経路コイルとの間と前記第一直流端子とを接続する第一経路ダイオード、
前記第二直流端子側をアノードとして、前記第三半導体スイッチと前記第二経路コイルとの間と前記第二直流端子とを接続する第二経路ダイオード、
前記第一接続点と前記第一交流端子との間及び前記第二接続点と前記第二交流端子との間に接続されるチョークコイル、
前記第一半導体スイッチ、前記第二半導体スイッチ、前記第三半導体スイッチ及び前記第四半導体スイッチのスイッチング動作を制御する制御回路、並びに、
前記第一直流端子と前記第二直流端子との間で直列接続された2つの容量間の電位を出力する第三交流端子、
を備える電力変換装置であって、
直流から交流へ電力変換する場合に、前記制御回路は、
循環電流が、前記第一直流端子、前記第三半導体スイッチ、前記第二経路コイル、前記第二交流端子、前記第三交流端子の経路で流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第二交流端子及び前記第三交流端子へ電力を供給しているときに前記第三半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第四半導体スイッチを迂回して前記第二経路ダイオード、前記第二経路コイル、前記第二交流端子、前記第三交流端子、前記第二直流端子の経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第三半導体スイッチをオンとすること、及び、
循環電流が、前記第二直流端子、前記第三交流端子、前記第一交流端子、前記第一経路コイル、前記第二半導体スイッチの経路で流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第三交流端子及び前記第一交流端子へ電力を供給しているときに前記第二半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第一半導体スイッチを迂回して前記第一経路ダイオード、前記第一直流端子、前記第三交流端子、前記第一交流端子、前記第一経路コイルの経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第二半導体スイッチをオンとすること、
を特徴とする電力変換装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008164936A JP2010011555A (ja) | 2008-06-24 | 2008-06-24 | 電力変換装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2010011555A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012010427A (ja) * | 2010-06-22 | 2012-01-12 | Toshiba Corp | 電力変換装置 |
JP2013236491A (ja) * | 2012-05-09 | 2013-11-21 | Sharp Corp | インバータ装置、電力変換装置、及び分散電源システム |
JP7413906B2 (ja) | 2020-04-17 | 2024-01-16 | 株式会社Gsユアサ | インバータ及び整流回路 |
-
2008
- 2008-06-24 JP JP2008164936A patent/JP2010011555A/ja not_active Withdrawn
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JP2012010427A (ja) * | 2010-06-22 | 2012-01-12 | Toshiba Corp | 電力変換装置 |
JP2013236491A (ja) * | 2012-05-09 | 2013-11-21 | Sharp Corp | インバータ装置、電力変換装置、及び分散電源システム |
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