JP2015142504A - 電力変換システム及びその動作方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力変換システムは、入力コンデンサ群と、第1変換回路と、第2変換回路と、制御回路と、を含む。入力コンデンサ群は、第1コンデンサ及び第2コンデンサを含み、第1コンデンサと第2コンデンサとが、中性点に接続されるとともに直流入力電圧を受ける。第1変換回路は、入力コンデンサ群に並列に接続され、第1分岐回路と、第2分岐回路と、第1補助分岐回路とを含む。第2変換回路は、入力コンデンサ群に並列に接続され、第3分岐回路と、第4分岐回路と、第2補助分岐回路とを含む。制御回路は、複数の制御信号を生成し、第1変換回路と第2変換回路とをそれぞれ制御することにより、直流入力電圧による寄生容量の影響により生じる漏れ電流を低減する。
【選択図】図3
Description
図3は、本発明に係る電力変換システムの第1実施例の回路図である。電力変換システムは、太陽光発電の電力変換システムであってもよい。しかも、電力変換システムは、直流入力電圧Vdcを交流出力電圧Vacに変換するものである。電力変換システムは、入力コンデンサ群10と、第1変換回路11と、第2変換回路12と、第1フィルタ回路21と、第2フィルタ回路22と、制御回路30とを含む。入力コンデンサ群10は、第1コンデンサ101と第2コンデンサ102とを含む。第1コンデンサ101と第2コンデンサ102とは、中性点Poに接続されるとともに直流入力電圧Vdcを受ける。ここで、第1コンデンサ101と第2コンデンサ102とが中性点Poに接続されることにより、第1コンデンサ101及び第2コンデンサ102のそれぞれの両端の電圧は、直流入力電圧Vdcの半値に維持される。
第1変換回路11、第2変換回路12、第1フィルタ回路21、及び第2フィルタ回路22から構成されるデュアルバックインバータ(dual−buck inverter)により、第1出力インダクタンスL1、第2出力インダクタンスL2、第3出力インダクタンスL3、及び第4出力インダクタンスL4のエネルギー蓄積経路とエネルギー放出経路を提供し、さらに第1フィルタ回路21及び第2フィルタ回路22を中性点Poに接続することにより、寄生容量の電圧による漏れ電流の影響を大幅に低減することができる。
Vdc 直流入力電圧
Vac 交流出力電圧
BC1 第1降圧回路
BC2 第2降圧回路
Lg1a 第1ブリッジアーム
Lg2a 第2ブリッジアーム
Lg3a 第3ブリッジアーム
Lg4a 第4ブリッジアーム
S1a 第1スイッチ
S2a 第2スイッチ
S3a 第3スイッチ
S4a 第4スイッチ
D1a 第1ダイオード
D2a 第2ダイオード
D3a 第3ダイオード
D4a 第4ダイオード
C1a 入力コンデンサ
Sca1 第1制御信号
Sca2 第2制御信号
Sca3 第3制御信号
Sca4 第4制御信号
Cp1,Cp2 寄生容量
Icp1,Icp2 漏れ電流
t0,t1,t2 時間
<本発明>
Vdc 直流入力電圧
Vac 交流出力電圧
10 入力コンデンサ群
11 第1変換回路
12 第2変換回路
21 第1フィルタ回路
22 第2フィルタ回路
30 制御回路
301 第1比較手段
302 第2比較手段
303 第3比較手段
304 信号反転手段
305 第1ANDゲート手段
306 第2ANDゲート手段
307 NOTゲート手段
101 第1コンデンサ
102 第2コンデンサ
111 第1分岐回路
112 第2分岐回路
113 第1補助分岐回路
121 第3分岐回路
122 第4分岐回路
123 第2補助分岐回路
P0 中性点
S1 第1パワースイッチ
S2 第2パワースイッチ
Sx1 第1補助パワースイッチ
D1 第1ダイオード
D2 第2ダイオード
Dx1 第1補助ダイオード
S3 第3パワースイッチ
S4 第4パワースイッチ
Sx2 第2補助パワースイッチ
D3 第3ダイオード
D4 第4ダイオード
Dx2 第2補助ダイオード
L1 第1出力インダクタンス
L2 第2出力インダクタンス
L3 第3出力インダクタンス
L4 第4出力インダクタンス
C1 第1出力コンデンサ
C2 第2出力コンデンサ
Sc1 第1制御信号
Sc2 第2制御信号
Scx1 第1補助制御信号
Scx2 第2補助制御信号
So1 第1出力信号
So2 第2出力信号
Stri 三角波キャリア信号
Lps 正の半サイクルのエネルギー蓄積ループ
Lpr 正の半サイクルのエネルギー放出ループ
Lns 負の半サイクルのエネルギー蓄積ループ
Lnr 負の半サイクルのエネルギー放出ループ
Sac 交流出力電圧信号
t0,t1,t2 時間
Cp1,Cp2 寄生容量
Icp1,Icp2 漏れ電流
Claims (10)
- 直流入力電圧を交流出力電圧に変換するための電力変換システムであって、
第1コンデンサ及び第2コンデンサを含み、前記第1コンデンサと前記第2コンデンサとが中性点に接続されるとともに前記直流入力電圧を受ける入力コンデンサ群と、
前記入力コンデンサ群に並列に接続される第1変換回路と、
前記入力コンデンサ群に並列に接続される第2変換回路と、
前記第1変換回路と前記第2変換回路とに接続されるとともに、出力側が前記中性点に接続される第1フィルタ回路と、
前記第1変換回路と前記第2変換回路とに接続されるとともに、出力側が前記中性点に接続される第2フィルタ回路と、
複数の制御信号を生成して前記第1変換回路と前記第2変換回路とをそれぞれ制御することにより、前記直流入力電圧による寄生容量の影響により生じる漏れ電流を低減する制御回路と、を含むことを特徴とする電力変換システム。 - 前記第1変換回路は、
第1パワースイッチを第1ダイオードに接続してなる第1分岐回路と、
第2パワースイッチを第2ダイオードに接続してなる第2分岐回路と、
第1補助パワースイッチを第1補助ダイオードに接続してなる第1補助分岐回路と、を含み、
前記第1補助分岐回路は、前記第1分岐回路と前記第2分岐回路とに接続され、
前記制御回路は、前記第1パワースイッチと前記第2パワースイッチとを制御する第1制御信号と、前記第1補助パワースイッチを制御する第1補助制御信号とを生成することを特徴とする請求項1に記載の電力変換システム。 - 前記第2変換回路は、
第3パワースイッチを第3ダイオードに接続してなる第3分岐回路と、
第4パワースイッチを第4ダイオードに接続してなる第4分岐回路と、
第2補助パワースイッチを第2補助ダイオードに接続してなる第2補助分岐回路と、を含み、
前記第2補助分岐回路は、前記第3分岐回路と前記第4分岐回路とに接続され、
前記制御回路は、前記第3パワースイッチと前記第4パワースイッチとを制御する第2制御信号と、前記第2補助パワースイッチを制御する第2補助制御信号とを生成することを特徴とする請求項2に記載の電力変換システム。 - 前記第1フィルタ回路は、第1出力インダクタンスと、第2出力インダクタンスと、第1出力コンデンサとを含み、
前記第1出力インダクタンスの一端は、前記第2出力インダクタンスの一端と、前記第1出力コンデンサの一端とに接続され、
前記第1出力インダクタンスの他端は、前記第1パワースイッチと、前記第1補助パワースイッチと、前記第1ダイオードとに接続され、
前記第2出力インダクタンスの他端は、前記第4パワースイッチと前記第2補助ダイオードとに接続され、
前記第1出力コンデンサの他端は、前記中性点に接続され、
前記第2フィルタ回路は、第3出力インダクタンスと、第4出力インダクタンスと、第2出力コンデンサとを含み、
前記第3出力インダクタンスの一端は、前記第4出力インダクタンスの一端と、前記第2出力コンデンサの一端とに接続され、
前記第4出力インダクタンスの他端は、前記第3パワースイッチと、前記第2補助パワースイッチと、前記第3ダイオードとに接続され、
前記第3出力インダクタンスの他端は、前記第2パワースイッチと前記第1補助ダイオードとに接続され、
前記第2出力コンデンサの他端は、前記中性点に接続されることを特徴とする請求項3に記載の電力変換システム。 - 前記制御回路は、信号反転手段と、第1ANDゲート手段と、第2ANDゲート手段と、NOTゲート手段と、第1比較手段と、第2比較手段と、第3比較手段とを含み、
前記第1比較手段は、
三角波キャリア信号を受信する反転入力端と、
交流出力電圧信号を受信する非反転入力端と、
第1出力信号を出力する出力端と、を有し、
前記第2比較手段は、
前記三角波キャリア信号を受信する反転入力端と、
前記信号反転手段に接続されて前記交流出力電圧信号を受信する非反転入力端と、
第2出力信号を出力する出力端と、を有し、
前記第3比較手段は、
アースに接続される反転入力端と、
前記交流出力電圧信号を受信する非反転入力端と、
前記第1補助制御信号を出力するとともに、前記NOTゲート手段に接続されることで前記第2補助制御信号を出力する出力端と、を有し、
前記第1ANDゲート手段は、前記第1出力信号と前記第1補助制御信号とを受信して前記第1制御信号を出力し、
前記第2ANDゲート手段は、前記第2出力信号と前記第2補助制御信号とを受信して前記第2制御信号を出力し、
前記三角波キャリア信号は、高周波キャリア信号であり、
前記交流出力電圧が正の半サイクルにおいては、前記第1制御信号が高周波スイッチング信号、前記第2制御信号が低レベル信号、前記第1補助制御信号が高レベルの低周波信号、前記第2補助制御信号が低レベルの低周波信号であり、
前記交流出力電圧が負の半サイクルにおいては、前記第1制御信号が低レベル信号、前記第2制御信号が高周波スイッチング信号、前記第1補助制御信号が低レベルの低周波信号、前記第2補助制御信号が高レベルの低周波信号であることを特徴とする請求項3に記載の電力変換システム。 - 直流入力電圧を交流出力電圧に変換するための電力変換システムの動作方法であって、
(a)前記直流入力電圧を受け、中性点にそれぞれ接続される第1コンデンサと第2コンデンサとを含む入力コンデンサ群を準備するステップと、
(b)前記入力コンデンサ群に並列に接続される第1変換回路を準備するステップと、
(c)前記入力コンデンサ群に並列に接続される第2変換回路を準備するステップと、
(d)前記第1変換回路と前記第2変換回路とに接続されるとともに、出力側が前記中性点に接続される第1フィルタ回路を準備するステップと、
(e)前記第1変換回路と前記第2変換回路とに接続されるとともに、出力側が前記中性点に接続される第2フィルタ回路を準備するステップと、
(f)前記直流入力電圧による寄生容量の影響により生じる漏れ電流を低減するように、複数の制御信号を生成して前記第1変換回路と前記第2変換回路とをそれぞれ制御する制御回路を準備するステップと、を含むことを特徴とする電力変換システムの動作方法。 - 前記第1変換回路は、
第1パワースイッチを第1ダイオードに接続してなる第1分岐回路と、
第2パワースイッチを第2ダイオードに接続してなる第2分岐回路と、
第1補助パワースイッチを第1補助ダイオードに接続してなる第1補助分岐回路と、を含み、
前記第1補助分岐回路は、前記第1分岐回路と前記第2分岐回路とに接続され、
前記制御回路は、前記第1パワースイッチと前記第2パワースイッチとを制御する第1制御信号と、前記第1補助パワースイッチを制御する第1補助制御信号とを生成することを特徴とする請求項6に記載の電力変換システムの動作方法。 - 前記第2変換回路は、
第3パワースイッチを第3ダイオードに接続してなる第3分岐回路と、
第4パワースイッチを第4ダイオードに接続してなる第4分岐回路と、
第2補助パワースイッチを第2補助ダイオードに接続してなる第2補助分岐回路と、を含み、
前記第2補助分岐回路は、前記第3分岐回路と前記第4分岐回路とに接続され、
前記制御回路は、前記第3パワースイッチと前記第4パワースイッチとを制御する第2制御信号と、前記第2補助パワースイッチを制御する第2補助制御信号とを生成することを特徴とする請求項7に記載の電力変換システムの動作方法。 - 前記第1フィルタ回路は、第1出力インダクタンスと、第2出力インダクタンスと、第1出力コンデンサとを含み、
前記第1出力インダクタンスの一端は、前記第2出力インダクタンスの一端と、前記第1出力コンデンサの一端とに接続され、
前記第1出力インダクタンスの他端は、前記第1パワースイッチと、前記第1補助パワースイッチと、前記第1ダイオードとに接続され、
前記第2出力インダクタンスの他端は、前記第4パワースイッチと前記第2補助ダイオードとに接続され、
前記第1出力コンデンサの他端は、前記中性点に接続され、
前記第2フィルタ回路は、第3出力インダクタンスと、第4出力インダクタンスと、第2出力コンデンサとを含み、
前記第3出力インダクタンスの一端は、前記第4出力インダクタンスの一端と、前記第2出力コンデンサの一端とに接続され、
前記第4出力インダクタンスの他端は、前記第3パワースイッチと、前記第2補助パワースイッチと、前記第3ダイオードとに接続され、
前記第3出力インダクタンスの他端は、前記第2パワースイッチと前記第1補助ダイオードとに接続され、
前記第2出力コンデンサの他端は、前記中性点に接続されることを特徴とする請求項8に記載の電力変換システムの動作方法。 - 前記制御回路は、信号反転手段と、第1ANDゲート手段と、第2ANDゲート手段と、NOTゲート手段と、第1比較手段と、第2比較手段と、第3比較手段とを含み、
前記第1比較手段は、
三角波キャリア信号を受信する反転入力端と、
交流出力電圧信号を受信する非反転入力端と、
第1出力信号を出力する出力端と、を有し、
前記第2比較手段は、
前記三角波キャリア信号を受信する反転入力端と、
前記信号反転手段に接続されて前記交流出力電圧信号を受信する非反転入力端と、
第2出力信号を出力する出力端と、を有し、
前記第3比較手段は、
アースに接続される反転入力端と、
前記交流出力電圧信号を受信する非反転入力端と、
前記第1補助制御信号を出力するとともに、前記NOTゲート手段に接続されることで前記第2補助制御信号を出力する出力端と、を有し、
前記第1ANDゲート手段は、前記第1出力信号と前記第1補助制御信号とを受信して前記第1制御信号を出力し、
前記第2ANDゲート手段は、前記第2出力信号と前記第2補助制御信号とを受信して前記第2制御信号を出力し、
前記三角波キャリア信号は、高周波キャリア信号であり、
前記交流出力電圧が正の半サイクルにおいては、前記第1制御信号が高周波スイッチング信号、前記第2制御信号が低レベル信号、前記第1補助制御信号が高レベルの低周波信号、前記第2補助制御信号が低レベルの低周波信号であり、
前記交流出力電圧が負の半サイクルにおいては、前記第1制御信号が低レベル信号、前記第2制御信号が高周波スイッチング信号、前記第1補助制御信号が低レベルの低周波信号、前記第2補助制御信号が高レベルの低周波信号であることを特徴とする請求項8に記載の電力変換システムの動作方法。
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