JP2010213478A - Power converter and fuel cell system using same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直流電力を商用周波数の交流電力に変換して系統に電力を注入する電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a power conversion device that converts direct current power into alternating current power at a commercial frequency and injects power into the system, and a fuel cell system using the power conversion device.
従来の電力変換装置について図面を参照しながら説明する。図7は従来の電力変換装置の構成の一例を示すブロック図である。 A conventional power conversion device will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a block diagram showing an example of the configuration of a conventional power converter.
図7に示すように、電力変換装置は、例えば燃料電池51から直流電力を入力し、50Hzまたは60Hzの交流に変換して系統52に交流電力を供給している。
As shown in FIG. 7, the power conversion device inputs DC power from, for example, the
そして、電力変換装置は、入力電圧Vinを昇圧する昇圧コンバータ53と、昇圧された電圧の高周波成分を除去する中間段コンデンサ54と、出力電流を正弦波に波形成形するインバータ回路55と、インバータ回路55の出力から高周波ノイズを除去するフィルタ56とを備え、系統52に接続されている。
The power converter includes a
このとき、昇圧コンバータ53は、入力電圧を平滑する平滑コンデンサ531、スイッチング素子Q533〜Q536を4石使用したフルブリッジ構成のコンバータ回路532と、コンバータ回路532の出力に一次側が接続された端子台付の高周波昇圧トランス537と、端子台付の高周波昇圧トランス537の二次側に接続された整流回路538とで構成されている。さらに、インバータ回路55は、パワー・スイッチング素子Q539〜Q542を4石使用したフルブリッジ構成からなる。
At this time, the
通常、電力の供給元である燃料電池の場合、電力変換装置への入力電圧は比較的低電圧である。そのため、入力電圧を高電圧へと電圧変換する昇圧コンバータ53を備えた電力変換装置を用いることが一般的である。
Normally, in the case of a fuel cell that is a power supply source, the input voltage to the power conversion device is relatively low. Therefore, it is common to use a power conversion device including a
しかし、従来の電力変換装置で、一段の昇圧回路および1つの高周波昇圧トランスにより、高い昇圧比を実現する場合、高周波昇圧トランスの一次巻線と二次巻線との線径や巻数に大きな差が必要となる。そのため、結合度の高い高周波昇圧トランスを構成することが困難であった。 However, when a high step-up ratio is realized by a single-stage booster circuit and a single high-frequency boost transformer in a conventional power converter, there is a large difference in the wire diameter and the number of turns between the primary and secondary windings of the high-frequency boost transformer. Is required. Therefore, it is difficult to configure a high-frequency step-up transformer with a high degree of coupling.
そこで、大型の端子台付の高周波昇圧トランスを電子部品が実装されたプリント基板とは別に設置する構成が開示されている(例えば、特許文献1参照)。つまり、特許文献1の電力変換装置では、昇圧コンバータで使用される高周波昇圧トランスの一次側に大電流を流すために、端子台付の高周波昇圧トランスを電子部品が実装された回路基板とは別に電力変換装置内に設置している。そして、接続電線を用いて、高周波昇圧トランスの端子台と回路基板とを接続する構成である。
しかしながら、上記従来の構成では、高周波昇圧トランスを別に設置するため、電力変換装置を小型化することが困難であった。 However, in the conventional configuration, since the high-frequency step-up transformer is separately installed, it is difficult to reduce the size of the power converter.
また、高周波昇圧トランスの端子台と回路基板上の銅箔パターンを接続する接続電線の長さを長くすると、配線インピーダンスなどによりコンデンサのサージ電圧抑制効果が阻害され、スイッチング素子に過大な負荷を与えるという課題があった。 In addition, if the length of the connecting wire connecting the terminal block of the high-frequency step-up transformer and the copper foil pattern on the circuit board is increased, the effect of suppressing the surge voltage of the capacitor is hindered by wiring impedance, etc., and an excessive load is applied to the switching element. There was a problem.
さらに、昇圧コンバータを構成する部品の配置や配線において、各部品間の配線の長さの不均衡に起因して、昇圧回路へ電力を均等に供給できないという課題もあった。 Further, in the arrangement and wiring of the components constituting the boost converter, there is a problem that power cannot be supplied uniformly to the booster circuit due to the imbalance in the length of the wiring between the components.
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、複合する配置や配線などの制約を総合的に満たす小型の昇圧コンバータの構成を有する電力変換装置とそれを用いた燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a power conversion device having a small boost converter configuration that comprehensively satisfies constraints such as complex arrangement and wiring, and a fuel cell system using the same. With the goal.
上記従来の課題を解決するために、本発明の電力変換装置は、直流電圧を昇圧する昇圧コンバータと、昇圧された直流電圧を入力とし出力電流を正弦波に波形成形するインバータ回路と、を少なくとも有する電力変換装置であって、昇圧コンバータは、直流電圧を昇圧する高周波昇圧トランスと、高周波昇圧トランスを配置する回路基板を備え、高周波昇圧トランスの一対の一次巻線の引き出し線を、高周波昇圧トランスが配置された位置から離れた回路基板に接続し、高周波昇圧トランスの一対の二次巻線の引き出し線を、高周波昇圧トランスが配置された位置の近傍の回路基板に接続する構成を有する。 In order to solve the above-described conventional problems, a power converter of the present invention includes at least a boost converter that boosts a DC voltage, and an inverter circuit that inputs the boosted DC voltage and shapes an output current into a sine wave. The boost converter includes a high-frequency boost transformer that boosts a DC voltage, and a circuit board on which the high-frequency boost transformer is arranged, and a pair of primary winding lead wires of the high-frequency boost transformer are connected to the high-frequency boost transformer. Is connected to a circuit board away from the position where the high-frequency step-up transformer is disposed, and the lead wires of the pair of secondary windings of the high-frequency step-up transformer are connected to the circuit board near the position where the high-frequency step-up transformer is disposed.
この構成により、電力変換装置を小型化できる。また、配線インピーダンスによるサージ電圧を抑制して、昇圧コンバータのパワー・スイッチング素子がスイッチングする際のスイッチング損失を低減できる。その結果、小型で変換効率の高い省エネルギー性に優れた電力変換装置を実現できる。 With this configuration, the power conversion device can be reduced in size. In addition, the surge voltage due to the wiring impedance can be suppressed, and the switching loss when the power switching element of the boost converter is switched can be reduced. As a result, it is possible to realize a small-sized power conversion device with high conversion efficiency and excellent energy saving.
また、本発明の燃料電池システムは、上記電力変換装置と、水素を主体とする燃料ガスと酸素とから直流電圧を発電する燃料電池と、を少なくとも備え、電力変換装置の昇圧コンバータで燃料電池で発電した直流電圧を昇圧する構成を有する。これにより、発電効率に優れた燃料電池システムを実現できる。 The fuel cell system according to the present invention includes at least the power conversion device and a fuel cell that generates a DC voltage from a fuel gas mainly composed of hydrogen and oxygen, and is a boost converter of the power conversion device. It has a configuration for boosting the generated DC voltage. Thereby, the fuel cell system excellent in power generation efficiency is realizable.
本発明の電力変換装置は、高周波昇圧トランスの引き出し線の配置の最適化により小型で、高い信頼性と変換効率が得られる。 The power conversion device of the present invention is small in size by optimizing the arrangement of the lead lines of the high-frequency step-up transformer, and high reliability and conversion efficiency can be obtained.
また、本発明の燃料電池システムは、変換効率の高い電力変換装置により、発電効率を向上できる。 Moreover, the fuel cell system of this invention can improve power generation efficiency with the power converter device with high conversion efficiency.
第1の発明は、直流電圧を昇圧する昇圧コンバータと、昇圧された直流電圧を入力とし出力電流を正弦波に波形成形するインバータ回路と、を少なくとも有する電力変換装置であって、昇圧コンバータは、直流電圧を昇圧する高周波昇圧トランスと、高周波昇圧トランスを配置する回路基板を備え、高周波昇圧トランスの一対の一次巻線の引き出し線を、高周波昇圧トランスが配置された位置から離れた回路基板に接続し、高周波昇圧トランスの一対の二次巻線の引き出し線を、高周波昇圧トランスが配置された位置の近傍の回路基板に接続する構成を有する電力変換装置である。 A first invention is a power converter including at least a boost converter that boosts a DC voltage and an inverter circuit that inputs a boosted DC voltage and shapes an output current into a sine wave. The boost converter includes: A high-frequency boost transformer that boosts the DC voltage and a circuit board on which the high-frequency boost transformer is placed are connected, and the lead wires of the pair of primary windings of the high-frequency boost transformer are connected to a circuit board that is remote from the position where the high-frequency boost transformer is placed. Then, the power conversion device has a configuration in which the lead wires of the pair of secondary windings of the high-frequency boost transformer are connected to a circuit board in the vicinity of the position where the high-frequency boost transformer is disposed.
この構成により、電力変換装置を小型化できる。また、配線インピーダンスによるサージ電圧を抑制して、昇圧コンバータのパワー・スイッチング素子がスイッチングする際のスイッチング損失を低減できる。その結果、小型で変換効率の高い省エネルギー性に優れた電力変換装置を実現できる。 With this configuration, the power conversion device can be reduced in size. In addition, the surge voltage due to the wiring impedance can be suppressed, and the switching loss when the power switching element of the boost converter is switched can be reduced. As a result, it is possible to realize a small-sized power conversion device with high conversion efficiency and excellent energy saving.
第2の発明は、第1の発明において、高周波昇圧トランスの一対の一次巻線の引き出し線を略同一方向に引き出す電力変換装置である。これにより、電力を均等に供給できる。 A second invention is the power converter according to the first invention, wherein the lead wires of the pair of primary windings of the high-frequency step-up transformer are drawn in substantially the same direction. Thereby, electric power can be supplied uniformly.
第3の発明は、第1または第2の発明において、高周波昇圧トランスの一対の一次巻線の引き出し線が、リード線、導電体板またはピンからなる電力変換装置である。これにより、高周波昇圧トランスの接続信頼性や、実装性を向上できる。 A third invention is the power conversion device according to the first or second invention, wherein the lead wires of the pair of primary windings of the high-frequency step-up transformer are formed of lead wires, conductor plates or pins. Thereby, the connection reliability and mountability of the high-frequency step-up transformer can be improved.
第4の発明は、第1から第3のいずれかの発明において、高周波昇圧トランスの一対の二次巻線の引き出し線が、リード線、導電体板またはピンからなる電力変換装置である。これにより、高周波昇圧トランスの接続信頼性や、実装性を向上できる。 A fourth invention is the power conversion device according to any one of the first to third inventions, wherein the lead wires of the pair of secondary windings of the high frequency step-up transformer are a lead wire, a conductor plate or a pin. Thereby, the connection reliability and mountability of the high-frequency step-up transformer can be improved.
第5の発明は、第1から第4のいずれかの発明において、高周波昇圧トランスの一対の二次巻線の引き出し線が、回路基板に表面実装で接続されている電力変換装置である。これにより、高周波昇圧トランスを確実に回路基板に実装し、信頼性の高い電力変換装置を実現できる。 A fifth invention is the power conversion device according to any one of the first to fourth inventions, wherein the lead wires of the pair of secondary windings of the high-frequency step-up transformer are connected to the circuit board by surface mounting. As a result, the high-frequency step-up transformer can be reliably mounted on the circuit board, and a highly reliable power conversion device can be realized.
第6の発明は、第1の発明において、昇圧コンバータは、複数の高周波昇圧トランスを備え、複数の高周波昇圧トランスの一次巻線の引き出し線の引き出し方向が互いに対向する方向に引き出され、回路基板に接続されている電力変換装置である。これにより、配線の長さの不均衡を改善して、電力を均等に供給できる。 In a sixth aspect based on the first aspect, the step-up converter includes a plurality of high-frequency step-up transformers, and the lead-out directions of the lead lines of the primary windings of the plurality of high-frequency step-up transformers are drawn in directions opposite to each other. It is the power converter device connected to. Thereby, the imbalance of the length of the wiring can be improved and the power can be supplied uniformly.
第7の発明は、第1から第6のいずれかの発明において、高周波昇圧トランスの一対の一次巻線の引き出し線の引き出し位置が、上下に離れて配置されている電力変換装置である。これにより、高周波昇圧トランスの実装性の向上および実装面積の削減ができる。 A seventh invention is the power conversion device according to any one of the first to sixth inventions, wherein the lead-out positions of the lead wires of the pair of primary windings of the high-frequency step-up transformer are arranged apart vertically. Thereby, the mounting property of the high frequency step-up transformer can be improved and the mounting area can be reduced.
第8の発明は、第1から第7のいずれかの発明において、昇圧コンバータは、高周波昇圧トランスを配置する第1回路基板と、第2回路基板と、を備え、高周波昇圧トランスの一対の一次巻線の引き出し線を、第2回路基板に接続し、高周波昇圧トランスの一対の二次巻線の引き出し線を、第1回路基板に接続する電力変換装置である。これにより、高周波昇圧トランスに流れる電流の大きさに応じて回路基板の面積や回路基板のパターン設計などの汎用性を向上できる。 According to an eighth invention, in any one of the first to seventh inventions, the boost converter includes a first circuit board on which the high-frequency boost transformer is arranged and a second circuit board, and a pair of primary of the high-frequency boost transformer. The power conversion device connects a lead wire of a winding to a second circuit board and connects a lead wire of a pair of secondary windings of the high-frequency step-up transformer to the first circuit board. As a result, it is possible to improve versatility such as circuit board area and circuit board pattern design in accordance with the magnitude of the current flowing through the high-frequency step-up transformer.
第9の発明は、第8の発明において、高周波昇圧トランスの一対の二次巻線の引き出し線が、第1回路基板に表面実装で接続されている電力変換装置である。これにより、高周波昇圧トランスを確実に回路基板に実装し、信頼性の高い電力変換装置を実現できる。 A ninth invention is the power conversion device according to the eighth invention, wherein the lead wires of the pair of secondary windings of the high-frequency step-up transformer are connected to the first circuit board by surface mounting. As a result, the high-frequency step-up transformer can be reliably mounted on the circuit board, and a highly reliable power conversion device can be realized.
弟10の発明は、第8または第9の発明において、昇圧コンバータは、複数の高周波昇圧トランスを備え、複数の高周波昇圧トランスの一次巻線の引き出し線の引き出し方向が互いに対向する方向に引き出され、第2回路基板に接続されている電力変換装置である。これにより、配線の長さの不均衡を改善して、電力を均等に供給できる。
According to the invention of the
第11の発明は、第1から第10のいずれかに記載の電力変換装置と、水素を主体とする燃料ガスと酸素とから直流電圧を発電する燃料電池と、を少なくとも備え、電力変換装置の昇圧コンバータで燃料電池で発電した直流電圧を昇圧する燃料電池システムである。これにより、発電効率に優れた燃料電池システムを実現できる。 An eleventh aspect of the invention includes at least a power converter according to any one of the first to tenth aspects and a fuel cell that generates a DC voltage from a fuel gas mainly composed of hydrogen and oxygen. This is a fuel cell system that boosts a DC voltage generated by a fuel cell using a boost converter. Thereby, the fuel cell system excellent in power generation efficiency is realizable.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明するが、従来例または先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the same reference numerals are given to the same configurations as those of the conventional examples or the embodiments described above, and detailed description thereof will be omitted. The present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
以下に、本発明の実施の形態1における電力変換装置について、図面を用いて説明する。
(Embodiment 1)
Below, the power converter device in Embodiment 1 of this invention is demonstrated using drawing.
図1は、本発明の実施の形態1における燃料電池の電力変換装置の回路ブロック図である。また、図2(a)は、本発明の実施の形態1における電力変換装置の昇圧コンバータの平面図で、図2(b)は、本発明の実施の形態1における電力変換装置の昇圧コンバータの別の例を示す側面図である。なお、以下では、本実施の形態の電力変換装置に、燃料電池を接続した燃料電池システムを例に説明する。 FIG. 1 is a circuit block diagram of a power conversion device for a fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention. 2A is a plan view of the boost converter of the power conversion device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a plan view of the boost converter of the power conversion device according to the first embodiment of the present invention. It is a side view which shows another example. In the following, a fuel cell system in which a fuel cell is connected to the power conversion device of the present embodiment will be described as an example.
すなわち、図1に示すように、本実施の形態の電力変換装置は、水素を主体とする燃料ガスと酸素とから直流電圧を発電する燃料電池1から直流電力が入力され、入力された直流電力を50Hzまたは60Hzの交流に変換して系統2に交流電力を供給するものである。
That is, as shown in FIG. 1, the power conversion device of the present embodiment receives DC power from a fuel cell 1 that generates DC voltage from a fuel gas mainly composed of hydrogen and oxygen, and the input DC power. Is converted into AC of 50 Hz or 60 Hz and AC power is supplied to the
そして、電力変換装置は、燃料電池1で発電された入力電圧Vinを昇圧する昇圧コンバータ3と、昇圧された電圧の高周波成分を除去する中間段コンデンサ4と、出力電流を正弦波に波形成形するインバータ回路5と、インバータ回路5の出力から高周波ノイズを除去するフィルタ6と、を少なくとも備えて構成され、系統2に接続されている。
The power converter then boosts the input voltage Vin generated by the fuel cell 1, the
ここで、昇圧コンバータ3は、入力電圧を平滑する平滑コンデンサ31、パワー・スイッチング素子Q33〜Q36を4石使用したフルブリッジ構成のコンバータ回路32と、コンバータ回路32の出力に一次側を接続された高周波昇圧トランス37と、高周波昇圧トランス37の二次側に接続された整流回路38で構成されている。また、インバータ回路5は、スイッチング素子Q39〜Q42を4石使用したフルブリッジ構成で構成されている。
Here, the
このとき、コンバータ回路32およびインバータ回路5のパワー・スイッチング素子Q33〜Q36は、例えばSiC、GaN、SiGe、MOSFET、IGBTまたはトランジスタなどで構成される。また、整流回路38のダイオードは、SiC、GaN、SiGeなどで構成される。
At this time, the power switching elements Q33 to Q36 of the
そして、図2に示すように、昇圧コンバータ3の回路基板20に実装された高周波昇圧トランス37の一対の、例えばリード線からなる一次巻線の引き出し線37Aは、略同一方向で略同一面上に引き出されて、高周波昇圧トランス37が配置された位置から離れた回路基板20の位置に、例えばはんだ付けにより接続される。また、高周波昇圧トランス37の一対の二次巻線の引き出し線37Bは、高周波昇圧トランス37が配置された位置の近傍の回路基板20の位置に、例えばピンを介して差し込まれて実装され、回路基板20の配線パターン(図示せず)と接続されている。
As shown in FIG. 2, a pair of high-frequency step-up
なお、上記では、高周波昇圧トランス37の一次巻線の引き出し線37Aをリード線を例に説明したが、これに限られず、導電体板やピンで引き出してもよい。また、同様に、高周波昇圧トランス37の二次巻線の引き出し線37Bを、リード線や導電体板で引き出す構成としてもよい。これにより、取り扱い性や実装性を向上できる。
In the above description, the
また、上記では、高周波昇圧トランス37の一対の二次巻線の引き出し線37Bをはんだ付けで接続する例で説明したがこれに限られず、例えば表面実装により接続してもよい。これにより、接続を簡略化できる。
In the above description, the example in which the
また、上記では、高周波昇圧トランス37の一対の一次巻線の引き出し線37Aを略同一面上に引き出す例で説明したが、これに限られない。例えば、図2(b)に示すように、高周波昇圧トランス37の一対の一次巻線の引き出し線37Aを、高周波昇圧トランス37の高さ方向の上下に離れた位置から引き出してもよい。これにより、引き出し線の取り扱いを容易にでき、生産性を向上できる。
In the above description, the example in which the
また、上記では、コンバータ回路32をフルブリッジ構成を例に説明したが、これに限られない。例えば、ハーフ・ブリッジ・コンバータ回路もしくは、プッシュプル・コンバータ回路で構成してもよく、同じ動作を実現できる。
In the above description, the
本実施の形態の電力変換装置によれば、大型の端子台付の高周波昇圧トランスの一対の二次巻線を接続する端子台を回路基板20上にもつ必要がなくなるので、大電流が流れる回路基板20の面積を小さくできる。
According to the power conversion device of the present embodiment, since it is not necessary to have on the circuit board 20 a terminal block for connecting a pair of secondary windings of a high-frequency step-up transformer with a large terminal block, a circuit through which a large current flows The area of the
また、高周波昇圧トランス37の一対の二次巻線の引き出し線37Bをはんだ付けもしくは表面実装で構成するので、大型の端子台付の高周波昇圧トランスを使用する現行のものより、高周波昇圧トランス37が小型になるため、電力変換装置を小型化できる。
Further, since the
また、本実施の形態によれば、高周波昇圧トランス37の一対の二次巻線の引き出し線37Bをピン、導電体板、リード線または表面実装で構成するため、高周波昇圧トランス37が回路基板20に実装しやすいので、はんだ付けが確実にできる。これにより、接続の信頼性に優れた電力変換装置が得られる。
In addition, according to the present embodiment, since the
また、本実施の形態によれば、高周波昇圧トランス37の一次巻線側の引き出し線37Aが不均衡を生じないように最短に配置できる。そのため、配線インピーダンスを低減して、サージ電圧を抑制できる。その結果、昇圧コンバータ3のパワー・スイッチング素子Q33〜Q36のスイッチング時のスイッチング損失を低減して、省エネルギーで効率の高い電力変換装置を実現できる。
Further, according to the present embodiment, the
また、燃料電池と電力変換装置を接続することにより、発電効率の高い燃料電池システムを実現できる。 Moreover, a fuel cell system with high power generation efficiency can be realized by connecting the fuel cell and the power conversion device.
(実施の形態2)
以下に、本発明の実施の形態2における電力変換装置について、図面を用いて説明する。
(Embodiment 2)
Below, the power converter device in
図3は、本発明の実施の形態2における燃料電池の電力変換装置の回路ブロック図である。また、図4(a)は、本発明の実施の形態2における電力変換装置の昇圧コンバータの平面図で、図4(b)は、本発明の実施の形態2における電力変換装置の昇圧コンバータの別の例を示す側面図である。
FIG. 3 is a circuit block diagram of a power conversion device for a fuel cell according to
すなわち、図3と図4に示すように、本実施の形態の電力変換装置は、昇圧コンバータ15が、少なくとも2つの第1昇圧コンバータ部と第2昇圧コンバータ部から構成されている点で、実施の形態1とは異なる。
That is, as shown in FIGS. 3 and 4, the power conversion device according to the present embodiment is implemented in that the
そして、図4(a)に示すように、本実施の形態の電力変換装置は、第1昇圧コンバータ部と第2昇圧コンバータ部を構成する2つの高周波昇圧トランスの一次巻線の引き出し線の引き出し方向が、互いに対向する向きで回路基板上に配置されている。 As shown in FIG. 4 (a), the power conversion device according to the present embodiment draws out the lead wires of the primary windings of the two high-frequency boost transformers constituting the first boost converter unit and the second boost converter unit. The directions are arranged on the circuit board so as to face each other.
以下、具体的に、本実施の形態の電力変換装置の昇圧コンバータ15について説明する。なお、昇圧コンバータ15以外は、実施の形態1と同じであり説明を省略する。
Hereinafter, boost
図3に示すように、実施の形態1の昇圧コンバータ3を第1昇圧コンバータ部3とし、第2昇圧コンバータ部10を、互いに接続して昇圧コンバータ15を構成したものである。
As shown in FIG. 3, the
このとき、第1昇圧コンバータ部3は、入力電圧を平滑する平滑コンデンサ31、パワー・スイッチング素子Q33〜Q36を4石使用したフルブリッジ構成のコンバータ回路32と、コンバータ回路32の出力に一次側を接続された高周波昇圧トランス37と、高周波昇圧トランス37の二次側に接続された整流回路38で構成されている。
At this time, the first step-up
同様に、第2昇圧コンバータ部10は、入力電圧を平滑する平滑コンデンサ11、パワー・スイッチング素子Q13〜Q16を4石使用したフルブリッジ構成のコンバータ回路12と、コンバータ回路12の出力に一次側を接続された高周波昇圧トランス17と、高周波昇圧トランス17の二次側に接続された整流回路18で構成されている。
Similarly, the second
そして、第1昇圧コンバータ部3のコンバータ回路32と第2昇圧コンバータ部10のコンバータ回路12は、燃料電池1と並列に接続され、第1昇圧コンバータ部3の整流回路38と第2昇圧コンバータ部10の整流回路18の出力は、直列に接続されている。これにより、高い直流電圧を得ることができる。
The
このとき、図4(a)に示すように、第1昇圧コンバータ部3の回路基板21に実装された高周波昇圧トランス37の一対の、例えばリード線からなる一次巻線の引き出し線37Aは、略同一方向で略同一面上に引き出されて、高周波昇圧トランス37が配置された位置から離れた回路基板21の位置に、例えばはんだ付けにより接続される。また、高周波昇圧トランス37の一対の二次巻線の引き出し線37Bは、高周波昇圧トランス37が配置された位置の近傍の回路基板21の位置に、例えばピンを介して差し込まれて実装され、回路基板20の配線パターン(図示せず)と接続されている。
At this time, as shown in FIG. 4A, a pair of high-frequency step-up
同様に、第2昇圧コンバータ部10の回路基板21に実装された高周波昇圧トランス17の一対の、例えばリード線からなる一次巻線の引き出し線17Aは、略同一方向で略同一面上に引き出されて、高周波昇圧トランス17が配置された位置から離れた回路基板21の位置に、例えばはんだ付けにより接続される。また、高周波昇圧トランス17の一対の二次巻線の引き出し線17Bは、高周波昇圧トランス17が配置された位置の近傍の回路基板21の位置に、例えばピンを介して差し込まれて実装され、回路基板21の配線パターン(図示せず)と接続されている。
Similarly, a pair of high-frequency step-up
このとき、図4(a)に示すように、第1昇圧コンバータ部3の高周波昇圧トランス37の一対の一次巻線の引き出し線37Aの引き出し方向は、第2昇圧コンバータ部10の高周波昇圧トランス17の一対の一次巻線の引き出し線17Aの引き出し方向と、互いに対向する向きで回路基板上に配置して実装する。
At this time, as shown in FIG. 4A, the lead-out direction of the
本実施の形態の電力変換装置によれば、高周波昇圧トランス17,37を複数使用することにより、一個の高周波昇圧トランスで構成する場合と比べて、高周波昇圧トランス17,37が小さくなり、一次巻線と二次巻線の結合度が高くなり、高周波昇圧トランス17,37の損失を低減できる。
According to the power conversion device of the present embodiment, the use of a plurality of high-
また、本実施の形態の電力変換装置によれば、大型の端子台付の高周波昇圧トランスの一対の二次巻線を接続する端子台を回路基板21上にもつ必要がなくなるので、大電流が流れる回路基板21の面積を小さくできる。また、高周波昇圧トランス17,37の一対の二次巻線の引き出し線17B,37Bをはんだ付けもしくは表面実装で構成するので、大型の端子台付の高周波昇圧トランスを使用する現行のものより、高周波昇圧トランス17,37が小型化になるため、電力変換装置を小型化できる。
In addition, according to the power conversion device of the present embodiment, it is not necessary to have on the circuit board 21 a terminal block for connecting a pair of secondary windings of a high-frequency step-up transformer with a large terminal block. The area of the flowing
また、本実施の形態によれば、高周波昇圧トランス17,37の一対の二次巻線の引き出し線17B,37Bをピン、導電体板、リード線または表面実装で構成するため、高周波昇圧トランス17,37が回路基板21に実装しやすいので、はんだ付けが確実にできる。これにより、接続の信頼性に優れた電力変換装置が得られる。
In addition, according to the present embodiment, since the
また、本実施の形態によれば、高周波昇圧トランス17,37の一次巻線の引き出し線17A,37Aに不均衡を生じないように最短に配置できる。そのため、配線インピーダンスを低減して、サージ電圧を抑制できる。その結果、昇圧コンバータ3のパワー・スイッチング素子Q33〜Q36のスイッチング時のスイッチング損失を低減して、省エネルギーで効率の高い電力変換装置を実現できる。
Further, according to the present embodiment, the
また、燃料電池と電力変換装置を接続することにより、発電効率の高い燃料電池システムを実現できる。 Moreover, a fuel cell system with high power generation efficiency can be realized by connecting the fuel cell and the power conversion device.
(実施の形態3)
以下に、本発明の実施の形態3における電力変換装置について、図5を用いて説明する。なお、実施の形態3の燃料電池の電力変換装置の回路ブロック図は、実施の形態1の図1と同じであるので、図1を参照しながら説明する。
(Embodiment 3)
Below, the power converter device in
図5(a)は、本発明の実施の形態3における電力変換装置の昇圧コンバータの平面図で、図5(b)は、本発明の実施の形態3における電力変換装置の昇圧コンバータの別の例を示す側面図である。 FIG. 5A is a plan view of the boost converter of the power conversion device according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 5B is another diagram of the boost converter of the power conversion device according to the third embodiment of the present invention. It is a side view which shows an example.
すなわち、図5に示すように、本実施の形態の電力変換装置は、昇圧コンバータ3を配置される回路基板が、複数の回路基板22,23で構成され、高周波昇圧トランス37が配置される第1回路基板22と、高周波昇圧トランス37の一次巻線の引き出し線37Aが接続される第2回路基板23が異なる点で、実施の形態1とは異なる。他の構成は実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
That is, as shown in FIG. 5, in the power conversion device of the present embodiment, the circuit board on which the
つまり、図5に示すように、昇圧コンバータ3は、発電した直流電圧を昇圧する高周波昇圧トランス37と、高周波昇圧トランス37が配置された第1回路基板22と、高周波昇圧トランス37が配置されていない第2回路基板23を備えている。そして、高周波昇圧トランス37の一対の一次巻線の引き出し線37Aは、第2回路基板23に接続され、高周波昇圧トランス37の一対の二次巻線の引き出し線37Bは、高周波昇圧トランス37が配置された位置の近傍の第1回路基板22に接続されている。
That is, as shown in FIG. 5, the
本実施の形態の電力変換装置によれば、高周波昇圧トランス37が配置される第1回路基板22には小電流が流れ、高周波昇圧トランス37の一次巻線の引き出し線37Aが接続される第2回路基板23には大電流が流れるので、各々の回路基板22,23の導体パターン厚さを別にすることができるので、回路基板22,23の低コスト化を実現できる。
According to the power conversion device of the present embodiment, a small current flows through the
また、本実施の形態の電力変換装置によれば、大型の端子台付の高周波昇圧トランスの一対の二次巻線を接続する端子台を回路基板上にもつ必要がなくなるので、回路基板22,23の面積を小さくできる。また、高周波昇圧トランス37の一対の二次巻線の引き出し線37Bをはんだ付けもしくは表面実装で構成するので、大型の端子台付の高周波昇圧トランスを使用する現行のものより、高周波昇圧トランス37が小型になるため、電力変換装置を小型化できる。
In addition, according to the power conversion device of the present embodiment, it is not necessary to have on the circuit board a terminal block for connecting a pair of secondary windings of a high-frequency step-up transformer with a large terminal block. 23 area can be reduced. Further, since the
また、本実施の形態によれば、高周波昇圧トランス37の一対の二次巻線の引き出し線37Bをピン、導電体板、リード線または表面実装で構成するため、高周波昇圧トランス37が回路基板22に実装しやすいので、はんだ付けが確実にできる。これにより、接続の信頼性に優れた電力変換装置が得られる。
Further, according to the present embodiment, since the
また、本実施の形態によれば、高周波昇圧トランス37の一次巻線の引き出し線37Aに不均衡を生じないように最短に配置できる。そのため、配線インピーダンスを低減して、サージ電圧を抑制できる。その結果、昇圧コンバータ3のパワー・スイッチング素子Q33〜Q36のスイッチング時のスイッチング損失を低減して、省エネルギーで効率の高い電力変換装置を実現できる。
In addition, according to the present embodiment, the
また、燃料電池と電力変換装置を接続することにより、発電効率の高い燃料電池システムを実現できる。 Moreover, a fuel cell system with high power generation efficiency can be realized by connecting the fuel cell and the power conversion device.
(実施の形態4)
以下に、本発明の実施の形態4における電力変換装置について、図6を用いて説明する。なお、実施の形態4の燃料電池の電力変換装置の回路ブロック図は、実施の形態2の図3と同じであるので、図3を参照しながら説明する。
(Embodiment 4)
Below, the power converter device in
図6(a)は、本発明の実施の形態4における電力変換装置の昇圧コンバータの平面図で、図6(b)は、本発明の実施の形態4における電力変換装置の昇圧コンバータの別の例を示す側面図である。 FIG. 6A is a plan view of the boost converter of the power conversion device according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 6B is another diagram of the boost converter of the power conversion device according to the fourth embodiment of the present invention. It is a side view which shows an example.
すなわち、図6に示すように、本実施の形態の電力変換装置は、昇圧コンバータを配置される回路基板が、複数の回路基板で構成され、高周波昇圧トランスが配置される回路基板と、高周波昇圧トランスの一次巻線の引き出し線が接続される回路基板が異なる点で、実施の形態2とは異なる。他の構成は実施の形態2と同様であるので説明を省略する。 That is, as shown in FIG. 6, in the power conversion device of the present embodiment, the circuit board on which the boost converter is arranged is composed of a plurality of circuit boards, and the circuit board on which the high-frequency boost transformer is arranged, and the high-frequency boost The second embodiment is different from the second embodiment in that the circuit board to which the lead wire of the primary winding of the transformer is connected is different. Since other configurations are the same as those of the second embodiment, description thereof is omitted.
つまり、図6に示すように、第1昇圧コンバータ部3と第2昇圧コンバータ部10は、高周波昇圧トランス17、37が配置された第1回路基板24と、高周波昇圧トランス17、37が配置されてない第2回路基板25を備えている。そして、高周波昇圧トランス17、37の一対の一次巻線の引き出し線17A、37Aは、第2回路基板25に接続され、高周波昇圧トランス17、37の一対の二次巻線の引き出し線17B、37Bは、高周波昇圧トランス17、37が配置された位置の近傍の第1回路基板24に差し込まれ接続されている。
That is, as shown in FIG. 6, the first
本実施の形態の電力変換装置によれば、高周波昇圧トランス17,37を複数使用することとにより、一個の高周波昇圧トランスで構成する場合と比べて、高周波昇圧トランス17,37が小さくなり、一次巻線と二次巻線の結合度が高くなり、高周波昇圧トランス17,37の損失を低減できる。
According to the power conversion device of the present embodiment, the use of a plurality of high-
また、高周波昇圧トランス17,37が配置される第1回路基板24には小電流が流れ、高周波昇圧トランス17,37の一次巻線の引き出し線17A,37Aが接続される第2回路基板25には大電流が流れるので、各々の回路基板24,25の導体パターン厚さを別にすることができるので、回路基板24,25の低コスト化を実現できる。
Further, a small current flows through the
また、本実施の形態の電力変換装置によれば、大型の端子台付の高周波昇圧トランスの一対の二次巻線のを接続する端子台を回路基板上にもつ必要がなくなるので、回路基板24,25の面積を小さくできる。 Further, according to the power conversion device of the present embodiment, it is not necessary to have on the circuit board a terminal block for connecting a pair of secondary windings of a high-frequency step-up transformer with a large terminal block. , 25 can be reduced.
また、高周波昇圧トランス17,37の一対の二次巻線の引き出し線17B,37Bをはんだ付けもしくは表面実装で構成するので、大型の端子台付の高周波昇圧トランスを使用する現行のものより、高周波昇圧トランス17,37が小型になるため、電力変換装置を小型化できる。
Further, since the
また、本実施の形態によれば、高周波昇圧トランス17,37の一対の二次巻線の引き出し線17B,37Bをピン、導電体板、リード線または表面実装で構成するため、高周波昇圧トランス17,37が第1回路基板24に実装しやすいので、はんだ付けが確実にできる。これにより、接続の信頼性に優れた電力変換装置が得られる。
In addition, according to the present embodiment, since the
また、本実施の形態によれば、高周波昇圧トランス17,37の一次巻線の引き出し線17A,37Aに不均衡を生じないように最短に配置できる。そのため、配線インピーダンスを低減して、サージ電圧を抑制できる。その結果、昇圧コンバータのパワー・スイッチング素子のスイッチング時のスイッチング損失を低減して、省エネルギーで効率の高い電力変換装置を実現できる。
Further, according to the present embodiment, the
また、燃料電池と電力変換装置を接続することにより、発電効率の高い燃料電池システムを実現できる。 Moreover, a fuel cell system with high power generation efficiency can be realized by connecting the fuel cell and the power conversion device.
本発明にかかる電力変換装置は、小型で高効率の昇圧コンバータにより、省スペースや省エネルギーが要望される、燃料電池装置、太陽光発電装置、風力発電装置や太陽熱発電装置などの技術分野において有用である。 The power conversion device according to the present invention is useful in technical fields such as a fuel cell device, a solar power generation device, a wind power generation device, and a solar power generation device that require space saving and energy saving by a small and highly efficient boost converter. is there.
1 燃料電池
2 系統
3,15 昇圧コンバータ(第1昇圧コンバータ部)
10 第2昇圧コンバータ部
4,11,31 コンデンサ
5 インバータ回路
6 フィルタ
12,32 コンバータ回路
17,37 高周波昇圧トランス
17A,37A 一次巻線の引き出し線
17B,37B 二次巻線の引き出し線
18,38 整流回路
20,21 回路基板
22,24 第1回路基板
23,25 第2回路基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
DESCRIPTION OF
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