JP2014150706A - Ｄｃ／ａｃ変換システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は入力のＤＣ電圧を、出力に適する電圧に調整し電圧を安定化でき、変換時の損失を有効に減少し、１段の大容量のコンデンサの使用を省略し、コストの低減及び変換効率向上を達成することができるＤＣ／ＡＣ変換システムを提供すること。
【解決手段】ＤＣ入力源をＡＣ出力源に変換するＤＣ／ＡＣ変換システムは、昇圧モジュールと、ＤＣ／ＡＣ変換モジュールと、フィードバックモジュールとを含み、昇圧モジュールは交差型ＢＯＯＳＴ昇圧回路であり、ＤＣ入力源の電圧を受信して、後続の必要なＤＣ電圧を出力し、交差型ＢＯＯＳＴ昇圧回路は、ＤＣ電圧がＡＣ出力源の要求を満足できない時に動作を行うことによって、昇圧モジュールにより出力されたＤＣ電圧を向上し、ＤＣ／ＡＣ変換モジュールは、昇圧モジュールにより出力された電圧を受信し、受信した電圧を出力しようとするＡＣ出力源に変換する。より実用的である。
【選択図】図１

Description

本発明は電気変換システムに関し、特にＤＣ／ＡＣ変換システムに関する。

図７に示されるのは、従来技術における、広範囲入力電圧対応型ＤＣ／ＡＣ変換装置の構造であり、該ＤＣ／ＡＣ変換システム１００は第１段の昇圧回路１０１、第２段のＤＣ／ＤＣコンバータ１０２、及び第３段のＤＣ／ＡＣコンバータ１０３を含む。

第１段の昇圧回路がＤＣ入力源１０１１、インダクタンス１０１２、トランジスタスイッチ１０１３、ダイオード１０１４及びコンデンサ１０１５によって構成される。第１段の昇圧回路１０１はトランジスタスイッチによりパルス幅変調を行うことによって、出力端に必要な大きさの電圧に上昇させて且つ電圧を安定化させる役割を果たす。

第１段の昇圧回路の出力端に接続される第２段のＤＣ／ＤＣコンバータ１０２が、一次側制御回路により制御された４つのスイッチ管１０２１、電圧変換高周波トランス１０２２を含む。

第２段のＤＣ／ＤＣコンバータ１０２は第１段の昇圧回路１０１により上昇されたＤＣ電圧源を受け且つ一次側制御回路における４つのトランジスタスイッチ１０２１のオンまたはオフによって、第１段の昇圧回路１０１により出力された電圧値を電圧変換高周波トランス１０２２の一次側に伝送し、且つ電圧変換高周波トランスが受けた電圧を４つのダイオード１０２３によって構成される整流器に伝送し、さらに受信した電圧をその後のインダクタンス１０２４とコンデンサ１０２５とによって構成されるフィルターに伝送して且つ第３段のＤＣ／ＡＣコンバータ１０３に出力する。

そして第２段のＤＣ／ＤＣコンバータ１０２の出力端に接続される第３段のＤＣ／ＡＣコンバータ１０３が、４つのトランジスタスイッチ１０３１、インダクタンス１０３２及びコンデンサ１０３３によって構成される。４つのトランジスタスイッチの切換え動作及びインダクタンスとコンデンサとによって構成されるフィルターを経由して受信したＤＣ電圧源がＡＣ電圧源に変換されて負荷端に出力される。

従来技術における広範囲入力電圧対応型のＤＣ／ＡＣ変換装置１００は、入力したＤＣ電圧源を第１段の昇圧回路１０１によって最大値に上昇させて且つ安定化させ、その後第２段のＤＣ／ＤＣコンバータ１０２に伝送して変換しなければならない。さらに電圧変換装置によって第３段のＤＣ／ＡＣコンバータ１０３に伝送し、受信したＤＣ電源をＡＣ電源に変換して、負荷に必要なＡＣ電源を提供する。

前記のように、従来技術における大範囲入力電圧のＤＣ／ＡＣ変換装置の使用において、以下の課題が存在する。

１．出力端に必要であるＡＣ出力源が高電圧であるか低電圧であるかに関らず、第１段の昇圧回路１０１において入力ＤＣ源を最高電圧に上昇しなければならない。そうすると、部品は高電圧の状況下で切換操作をしなければならないため、エネルギーの浪費に至る。

２．３段の構造の変換が必要であるため、エネルギー変換の間の損失が大きく、変換効率がよくない。

３．２組の大容量のコンデンサの使用が必要であるため、コストが増大し、経済性への配慮を満足できない。

本発明の目的は新規なＤＣ／ＡＣ変換システムを提供することにある。解決しようとする技術的課題は、入力ＤＣ電圧を出力に必要な電圧に調整させて且つ電圧を安定化させると同時に、入力電圧の範囲をより広くし、容量をより大きくすることである。また、ＤＣ／ＡＣ変換システムの変換時の損失を有効に減少でき、且つ１段の大容量のコンデンサの使用を省略して、コストの低減及び変換効率の向上を達成することも本発明の課題である。

本発明の技術的解決手段は、ＤＣ／ＡＣ変換モジュールによってＤＣ入力源をＡＣ出力源に変換するＤＣ／ＡＣ変換システムにおいて、昇圧モジュールと、ＤＣ／ＡＣ変換モジュールと、フィードバックモジュールと、を含み、前記昇圧モジュールは交差型ＢＯＯＳＴ昇圧回路であり、該交差型ＢＯＯＳＴ昇圧回路は入力源のＤＣ入力電圧を受信し、前記ＤＣ／ＡＣ変換モジュールは昇圧モジュールの出力電圧を受信し、且つ該電圧を出力しようとするＡＣ出力源に変換し、入力源のＤＣ電圧が出力のＡＣ源を十分に提供できる時に、前記交差型ＢＯＯＳＴ昇圧回路が動作せず、入力源のＤＣ電圧がＡＣ出力源の要求を満足できない時に、前記交差型ＢＯＯＳＴ昇圧回路が動作し始め、それによって、昇圧モジュールにより出力されたＤＣ電圧を上昇させる。前記フィードバックモジュールはＤＣ／ＡＣ変換モジュールの出力と所定の値に基づいて、昇圧モジュールの提供する必要な電圧値を定める。該交差型ＢＯＯＳＴ昇圧回路の特徴は、より大きな電流を受容でき、部材の応力及び損失を減少し、インダクタンスの体積を大幅に減少させ、入力電圧の範囲をより広くすることにある。

好ましくは、前記交差型ＢＯＯＳＴ昇圧回路における第１スイッチ、第２スイッチの一端がＤＣ入力源の負極端と接続され、他端がそれぞれ第１インダクタンス、第２インダクタンスと接続され、前記第１インダクタンス、第２インダクタンスの第１スイッチ、第２スイッチと接続される一端がそれぞれ第１ダイオード、第２ダイオードの正極端と並列接続され、他端がＤＣ入力源の正極端と接続される。

好ましくは、前記交差型ＢＯＯＳＴ昇圧回路における第１コンデンサの正極端が第１ダイオード、第２ダイオードの負極端と接続され、第１コンデンサの負極端がＤＣ入力源の負極端と接続される。

好ましくは、前記ＤＣ／ＡＣ変換モジュールは電圧変換システムを含み、前記電圧変換システムはその一次側の電圧値に基づいてその二次側の提供する電圧値を定め、前記一次側制御回路が前記昇圧モジュールと該一次側との間に接続され、該一次側制御回路が複数のスイッチを有し、且つ前記複数のスイッチのオンか否かに基づいて、昇圧モジュールにより受信した電圧を該一次側に伝送することを制御し、前記二次側回路が該二次側に接続され、且つ該二次側から受信した電圧を出力しようとするＡＣ出力源に変換する。その特徴は、前記ＤＣ／ＡＣ変換モジュールによって電圧源を電流源出力に直接変換することにある。前記電圧変換システムは高周波変圧器であってもよい。

好ましくは、前記一次側制御回路が４つのスイッチを含み、それらはまず２つずつで直列接続された後前記昇圧モジュールの２つの出力端に並列接続される。

好ましくは、前記二次側整流回路がフルブリッジ整流器またはハーフブリッジ整流器を含み、さらに複数のトランジスタスイッチを含む。

好ましくは、前記フィードバックモジュールは制御装置を含み、前記制御装置は誤差補償装置、比較装置及びパルス幅変調波発生装置を含み、前記誤差補償装置が前記ＤＣ／ＡＣ変換モジュールの出力とそれの所定値とを比較し、誤差補償信号を出力することに用いられ、前記比較装置がのこぎり波と該誤差補償信号とを比較し、比較信号を出力することに用いられ、前記パルス幅変調波発生装置は、該比較信号に基づいて出力波を発生することによって、前記一次側制御回路におけるスイッチを制御してパルス幅変調を行う。

好ましくは、前記スイッチがトランジスタスイッチであってもよい。

本発明の長所は、以下のとおりである。
１．本発明のＤＣ／ＡＣ変換システムはＤＣ／ＡＣ変換モジュールの変換時の損失を有効に減少し、且つ１段の大容量のコンデンサの使用を省略することによって、効率を増大し、コストを減少することができる。

２．本発明は毎回入力ＤＣ源を最高の電圧に上昇する必要がなく、その変わりに、入力ＤＣ電圧を出力側において求められる電圧にあわせて調整し且つ安定化させて、入力電圧範囲をより広くし、電流容量をより大きくすることができる。

図１は本発明の実施例１の構成を示す図である。 図２は本発明の実施例２の構成を示す図である。 図３は本発明の実施例１における出力電圧と二次側制御回路における第７トランジスタスイッチＱ７、第８トランジスタスイッチＱ８の切換え波形図である。 図４は本発明のフィードバックモジュールのブロック図である。 図５は本発明のＤＣ／ＡＣ変換システムにおける二次側制御回路の切換え可能な線路である。 図６は本発明のＤＣ／ＡＣ変換システムにおける一次側制御回路の切換え可能な線路である。 図７は従来技術のＤＣ／ＡＣ変換システムである。

以下、図面及び実施例に合わせて本発明に対してさらに説明する。

図１に示されるのは本発明の好適な実施例であり、図中、ＤＣ／ＡＣ変換システムの昇圧モジュール及びＤＣ／ＡＣ変換モジュールの各部材の接続を示す。

図１に示すように、昇圧モジュール１は第１スイッチＱ１、第２スイッチＱ２、第１インダクタンスＬ１、第２インダクタンスＬ２、第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２、第１コンデンサＣ１及びＤＣ入力源１１を含む。前記第１スイッチＱ１、第２スイッチＱ２の一端がＤＣ入力源１１の負極端と接続され、他端がそれぞれ第１インダクタンスＬ１、第２インダクタンスＬ２と接続され、前記第１インダクタンスＬ１、第２インダクタンスＬ２の第１スイッチＱ１、第２スイッチＱ２と接続される一端がそれぞれ第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２の正極端と並列接続され、他端がＤＣ入力源の正極端と接続される。前記第１コンデンサＣ１の正極端が第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２の負極端と接続され、第１コンデンサＣ１の負極端がＤＣ入力源１１の負極端と接続される。

図１に示すように、ＤＣ／ＡＣ変換モジュール２は電圧変換システムＴを含み、前記電圧変換システムＴの一次側制御回路は４つのトランジスタスイッチＱ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６を含み、それらはまず２つずつで直列接続された後前記昇圧モジュールの２つの出力端に並列接続される。二次側回路が４つのダイオードＤ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６によって構成される整流器、１つのインダクタと１つのコンデンサによって構成されるフィルター、及び第７トランジスタスイッチＱ７、第８トランジスタスイッチＱ８を含み、前記２つのトランジスタスイッチの切換え動作によって、ＤＣ電圧をＡＣ電圧源に変換し負荷端に出力する。

出力電圧及び二次側制御回路における第７トランジスタスイッチＱ７、第８トランジスタスイッチＱ８の切換え波形が図３に示される。出力されるＡＣ電圧が正の半周期間である時に、第７トランジスタスイッチＱ７がオンされる。出力されるＡＣ電圧が負の半周期間である時に、第８トランジスタスイッチＱ８がオンされ、且つ第７トランジスタスイッチＱ７及び第８トランジスタスイッチＱ８の切換え周波数が出力された電圧周波数と同一であり、且つインダクタンスとコンデンサとによって構成されるフィルターを経て、負荷に必要なＡＣ電源を出力する。

本実施例の動作原理は以下の通りである。
交差型ＢＯＯＳＴ昇圧回路は、昇圧モジュールにより出力されたＤＣ電圧がＡＣ出力源の要求を満足できない時に動作を行い、入力ＤＣ電圧を出力に必要な電圧に調整し、昇圧モジュールにより出力された電圧がＤＣ／ＡＣ変換モジュールに伝送し、ＤＣ／ＡＣ変換モジュールは、昇圧モジュールにより出力された電圧を受信し、且つ受信したＤＣ電圧を出力に必要なＡＣ出力源に変換する。入力ＤＣ電圧が出力するＡＣ源を十分に提供できる時に、交差型ＢＯＯＳＴ昇圧回路が動作しない。

図４に示されるのは本実施例のフィードバックモジュールのブロック図である。前記フィードバックモジュールの制御装置は誤差補償装置、比較装置及びパルス幅変調波発生装置を含み、誤差補償装置がＤＣ／ＡＣ変換モジュールのフィードバック信号Ｓ１と参照信号Ｓ２とを比較し、且つ誤差補償信号を比較装置の入力端に出力する。比較装置はのこぎり波Ｓ３と誤差補償信号とを比較し、且つ比較信号をパルス幅変調波発生装置に出力する。

本実施例において、入力されたＤＣ電圧が出力端に必要な電圧を十分に提供できる時に、交差型ＢＯＯＳＴ昇圧回路における第１スイッチＱ１及び第２スイッチＱ２は、フィードバック信号に基づいてオンしない状態に維持し、この時、入力されたＤＣ電圧源がＤＣ／ＡＣ変換モジュールに直接伝送される。且つフィードバックモジュールにおける制御装置の誤差補償装置によってＤＣ／ＡＣ変換モジュールの帰還電流または電圧信号Ｓ１と参照信号Ｓ２とを比較した後、誤差補償信号を比較装置の入力端に出力する。

比較装置はのこぎり波Ｓ３と誤差補償信号とを比較して、比較信号をパルス幅変調波発生装置に出力する。このパルス幅変調波発生装置は比較信号に基づいて出力波を発生することによって、一次側制御回路におけるトランジスタスイッチＱ３、Ｑ４、Ｑ５及びＱ６を制御してパルス幅変調を行う。

入力されたＤＣ電圧が出力端に必要なＡＣ源の提供を満足できない時に、交差型ＢＯＯＳＴ昇圧回路が動作し始め、電圧を必要な電圧まで上昇し、その後続の制御方法は上記の方法と同様である。

図６に示すように、前記実施例における一次側制御回路の線路はＤＣ／ＡＣコンバータで代替してもよく、類似な効果を達成することができる。

図２は、本発明の実施例２の構成を示す。二次側制御回路の線路は図５に示される回路で代替してもよい。

以上は本発明の具体的な応用例のみであり、本発明の保護範囲に対していかなる制限もしない。前記実施例以外に、本発明はさらにその他の実施態様を有することができる。同等な入れ替えまたは等価置換により形成された技術的手段は、全て本発明に求められる保護の範囲内に属する。

１…昇圧モジュール、２…ＤＣ／ＡＣ変換モジュール、１０１…昇圧回路、
１０２…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１０３…ＤＣ／ＡＣコンバータ
Ｑ１…第１スイッチ、Ｑ２…第２スイッチ、Ｌ１…第１インダクタンス、Ｌ２…第２インダクタンス、Ｄ１…第１ダイオード、Ｄ２…第２ダイオード、Ｃ１…第一コンデンサ、Ｔ…電圧変換システム、Ｑ７…第７トランジスタスイッチ、Ｑ８…第８トランジスタスイッチ

Claims (8)

1. ＤＣ／ＡＣ変換モジュールによってＤＣ入力源をＡＣ出力源に変換するＤＣ／ＡＣ変換システムにおいて、昇圧モジュールと、ＤＣ／ＡＣ変換モジュールと、フィードバックモジュールと、を含み、前記昇圧モジュールは交差型ＢＯＯＳＴ昇圧回路であり、該交差型ＢＯＯＳＴ昇圧回路は入力源のＤＣ入力電圧を受信し、前記ＤＣ／ＡＣ変換モジュールは昇圧モジュールの出力電圧を受信し、且つ該電圧を出力しようとするＡＣ出力源に変換し、入力源のＤＣ電圧が出力のＡＣ源を十分に提供できる時に、前記交差型ＢＯＯＳＴ昇圧回路が動作せず、入力源のＤＣ電圧がＡＣ出力源の要求を満足できない場合、前記交差型ＢＯＯＳＴ昇圧回路が動作し始め、それによって、昇圧モジュールにより出力されたＤＣ電圧を向上し、前記フィードバックモジュールはＤＣ／ＡＣ変換モジュールの出力と所定値に基づいて、昇圧モジュールの提供する必要な電圧値を定める、ことを特徴とするＤＣ／ＡＣ変換システム。
2. 前記交差型ＢＯＯＳＴ昇圧回路における第１スイッチ（Ｑ１）、第２スイッチ（Ｑ２）の一端がＤＣ入力源の負極端と接続され、他端がそれぞれ第１インダクタンス（Ｌ１）、第２インダクタンス（Ｌ２）と接続され、前記第１インダクタンス（Ｌ１）、第２インダクタンス（Ｌ２）の第１スイッチ（Ｑ１）、第２スイッチ（Ｑ２）と接続される一端がそれぞれ第１ダイオード（Ｄ１）、第２ダイオード（Ｄ２）の正極端と並列接続され、他端がＤＣ入力源の正極端と接続される、ことを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＡＣ変換システム。
3. 前記交差型ＢＯＯＳＴ昇圧回路における第１コンデンサ（Ｃ１）の正極端が第１ダイオード（Ｄ１）、第２ダイオード（Ｄ２）の負極端と接続され、第１コンデンサ（Ｃ１）の負極端がＤＣ入力源の負極端と接続される、ことを特徴とする請求項２に記載のＤＣ／ＡＣ変換システム。
4. 前記ＤＣ／ＡＣ変換モジュールは電圧変換システム（Ｔ）を含み、前記電圧変換システム（Ｔ）はその一次側の電圧値に基づいてその二次側の提供する電圧値を定め、前記一次側制御回路が前記昇圧モジュールと該一次側との間に接続され、該一次側制御回路が複数のスイッチを有し、且つ前記複数のスイッチのオンか否かに基づいて、昇圧モジュールにより受信した電圧を該一次側に伝送することを制御し、前記二次側回路が該二次側に接続され、且つ該二次側から受信した電圧を出力しようとするＡＣ出力源に変換する、ことを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＡＣ変換システム。
5. 前記一次側制御回路が４つのスイッチを含み、それらはまず２つずつで直列接続された後、前記昇圧モジュールの２つの出力端に並列接続される、ことを特徴とする請求項４に記載のＤＣ／ＡＣ変換システム。
6. 前記二次側整流回路がフルブリッジ整流器またはハーフブリッジ整流器を含み、さらに複数のトランジスタスイッチを含む、ことを特徴とする請求項４に記載のＤＣ／ＡＣ変換システム。
7. 前記フィードバックモジュールは制御装置を含み、前記制御装置は誤差補償装置、比較装置及びパルス幅変調波発生装置を含み、前記誤差補償装置が前記ＤＣ／ＡＣ変換モジュールの出力とそれの所定値とを比較し、誤差補償信号を出力することに用いられ、前記比較装置がのこぎり波と該誤差補償信号とを比較し、比較信号を出力することに用いられ、前記パルス幅変調波発生装置は、該比較信号に基づいて出力波を発生することによって、前記一次側制御回路におけるスイッチを制御してパルス幅変調を行う、ことを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＡＣ変換システム。
8. 前記スイッチがトランジスタスイッチであってもよい、ことを特徴とする請求項２または４または５に記載のＤＣ／ＡＣ変換システム。

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