JP2017216865A - 電力変換回路及び電力伝送システム - Google Patents
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Abstract
Description
まず、本発明者が本開示に至った経緯を説明する。
図1は、実施形態1に係る電力変換回路の構成を示す回路図である。図1の電力変換回路は、ポート端子N1〜N4と、ダイオードD1〜D4と、スイッチS1〜S8と、ブートストラップ回路B1〜B4と、制御回路10とを備える。
図16は、実施形態2に係る電力伝送システムの概略構成を示すブロック図である。図16の電力伝送システムは、少なくとも1つの電源である発電機1と、少なくとも1つの負荷である電力負荷2と、電力線3と、実施形態1に係る電力変換回路M1、M2とを備える。電力線3は、電力を伝送する架線などを含む。電力変換回路M1は、少なくとも1つの発電機1のうちの指定された1つと電力線3との間に設けられ、少なくとも1つの電力送信装置として用いられる。電力変換回路M2は、電力線3と少なくとも1つの負荷のうちの指定された1つとの間に設けられ、少なくとも1つの電力受信装置として用いられる。
第1の態様に係る電力変換回路は、第1〜第4のポート端子と、第1〜第4のダイオードと、第1の端子、第2の端子、及び制御端子をそれぞれ有し、制御信号に従ってそれぞれオン又はオフする第1〜第8のスイッチとを備えた電力変換回路であって、前記第1のダイオードのアノードは前記第1のポート端子に接続され、前記第1のダイオードのカソードは前記第1のスイッチを介して前記第3のポート端子に接続され、かつ前記第1のダイオードのカソードは前記第3のスイッチを介して前記第4のポート端子に接続され、前記第2のダイオードのカソードは前記第2のポート端子に接続され、前記第2のダイオードのアノードは前記第2のスイッチを介して前記第3のポート端子に接続され、かつ前記第2のダイオードのアノードは前記第4のスイッチを介して前記第4のポート端子に接続され、前記第3のダイオードのカソードは前記第1のポート端子に接続され、前記第3のダイオードのアノードは前記第5のスイッチを介して前記第3のポート端子に接続され、かつ前記第3のダイオードのアノードは前記第7のスイッチを介して前記第4のポート端子に接続され、前記第4のダイオードのアノードは前記第2のポート端子に接続され、前記第4のダイオードのカソードは前記第6のスイッチを介して前記第3のポート端子に接続され、かつ前記第4のダイオードのカソードは前記第8のスイッチを介して前記第4のポート端子に接続され、前記第1〜第8のスイッチのそれぞれは、オンされたとき、当該スイッチの第1の端子から第2の端子に電流を流すように接続され、前記電力変換回路は、第1の電圧源を備え、前記制御信号に従って前記第1〜第4のスイッチの制御端子に所定電圧をそれぞれ印加する第1のブートストラップ回路と、第2の電圧源を備え、前記制御信号に従って前記第5〜第8のスイッチの制御端子に所定電圧をそれぞれ印加する第2のブートストラップ回路とをさらに備える。
D1〜D8 ダイオード
N1〜N4 ポート端子
P1、P2 ポート
B1〜B4 ブートストラップ回路
Z1〜Z2 絶縁電源
1 発電機
2 電力負荷
3 電力線
10 制御回路
M1、M2 電力変換回路
L10 リアクトル
C1〜C8、C10 コンデンサ
sw1〜sw8 スイッチ
a1〜a16 端子
Claims (16)
- 第1のポート端子と、
第2のポート端子と、
第3のポート端子と、
第4のポート端子と、
第1のアノード及び第1のカソードを含み、前記第1のアノードは前記第1のポート端子に接続される、第1のダイオードと、
第2のアノード及び第2のカソードを含み、前記第2のカソードは前記第2のポート端子に接続される、第2のダイオードと、
第3のアノード及び第3のカソードを含み、前記第3のカソードは前記第1のポート端子に接続される、第3のダイオードと、
第4のアノード及び第4のカソードを含み、前記第4のアノードは前記第2のポート端子に接続される、第4のダイオードと、
第1の制御端子を含み、前記第1のカソード及び前記第3のポート端子の間に接続される、第1のスイッチと、
第2の制御端子を含み、前記第3のポート端子及び前記第2のアノードの間に接続される、第2のスイッチと、
第3の制御端子を含み、前記第1のカソード及び前記第4のポート端子の間に接続される、第3のスイッチと、
第4の制御端子を含み、前記第4のポート端子及び前記第2のアノードの間に接続される、第4のスイッチと、
第5の制御端子を含み、前記第3のアノード及び前記第3のポート端子の間に接続される、第5のスイッチと、
第6の制御端子を含み、前記第3のポート端子及び前記第4のカソードの間に接続される、第6のスイッチと、
第7の制御端子を含み、前記第3のアノード及び前記第4のポート端子の間に接続される、第7のスイッチと、
第8の制御端子を含み、前記第4のポート端子及び前記第4のカソードの間に接続される、第8のスイッチと、
第1の電圧源を含み、前記第1から第4の制御端子に接続される第1のブートストラップ回路と、
第2の電圧源を含み、前記第5から第8の制御端子に接続される第2のブートストラップ回路と、を備える、
電力変換回路。 - 前記第1のブートストラップ回路は、前記第1から第4の制御端子に第1から第4の制御電圧をそれぞれ印加することによって、前記第1から第4のスイッチをオンオフし、
前記第2のブートストラップ回路は、前記第5から第8の制御端子に第5から第8の制御電圧をそれぞれ印加することによって、前記第5から第8のスイッチをオンオフする、
請求項1に記載の電力変換回路。 - 前記第2及び第4のスイッチのそれぞれは、前記第2のアノードと前記第1の電圧源の負極とに接続される端子をさらに含み、
前記第1のブートストラップ回路は、
第1のコンデンサと、
第2のコンデンサと、
前記第1の電圧源の正極から前記第1のコンデンサを介して前記第1の電圧源の前記負極に至る第1の経路上に配置された第5のダイオードと、
前記第1の電圧源の前記正極から前記第2のコンデンサを介して前記第1の電圧源の前記負極に至る第2の経路上に配置された第6のダイオードと、を含む、
請求項1又は2に記載の電力変換回路。 - 前記第1の経路は前記第2のスイッチを通り、
前記第2の経路は前記第4のスイッチを通り、
前記第1の電圧源は、
前記第2のスイッチがオンのときに、前記第1の経路を介して前記第1のコンデンサに第1の電源電圧を印加し、
前記第4のスイッチがオンのときに、前記第2の経路を介して前記第2のコンデンサに前記第1の電源電圧を印加する、
請求項3に記載の電力変換回路。 - 前記第1から第4の制御電圧のそれぞれは、前記第1の電圧源の前記第1の電源電圧、前記第1のコンデンサに充電された第1の充電電圧、及び前記第2のコンデンサに充電された第2の充電電圧から選択される少なくとも1つから生成される、
請求項4に記載の電力変換回路。 - 前記第5及び第7のスイッチのそれぞれは、前記第3のアノードと前記第2の電圧源の負極とに接続される端子をさらに含み、
前記第2のブートストラップ回路は、
第3のコンデンサと、
第4のコンデンサと、
前記第2の電圧源の正極から前記第3のコンデンサを介して前記第2の電圧源の前記負極に至る第3の経路上に配置された第7のダイオードと、
前記第2の電圧源の前記正極から前記第4のコンデンサを介して前記第2の電圧源の前記負極に至る第4の経路上に配置された第8のダイオードと、を含む、
請求項3から5のいずれか一項に記載の電力変換回路。 - 前記第3の経路は前記第7のスイッチを通り、
前記第4の経路は前記第5のスイッチを通り、
前記第2の電圧源は、
前記第7のスイッチがオンのときに、前記第3の経路を介して前記第3のコンデンサに第2の電源電圧を印加し、
前記第5のスイッチがオンのときに、前記第4の経路を介して前記第4のコンデンサに前記第2の電源電圧を印加する、
請求項6に記載の電力変換回路。 - 前記第5から第8の制御電圧のそれぞれは、前記第2の電圧源の前記第2の電源電圧、前記第3のコンデンサに充電された第3の充電電圧、及び、前記第4のコンデンサに充電された第4の充電電圧から選択される少なくとも1つから生成される、
請求項7に記載の電力変換回路。 - 前記第1から第8のスイッチのそれぞれは、NチャネルMOSFET又はバイポーラトランジスタである、
請求項1から8のいずれか一項に記載の電力変換回路。 - 前記第1及び第2の電圧源のそれぞれは、絶縁電源である、
請求項1から9のいずれか一項に記載の電力変換回路。 - 前記第1から第8の制御電圧は、それぞれ、第1から第8の符号系列に応じて変化し、
前記第1から第8のスイッチは、前記第1から第8の符号系列に基づいて、前記第1及び第2のポート端子から入力された電力を符号変調又は符号復調し、符号変調又は符号復調された前記電力を前記第3及び第4のポート端子から出力する、
請求項2に記載の電力変換回路。 - 前記第2のポート端子を基準として前記第1のポート端子に正の電流が入力されるとき、前記第1のブートストラップ回路は、前記第1及び第4のスイッチがオンであり、かつ、前記第2及び第3のスイッチがオフである第1の状態と、前記第1及び第4のスイッチがオフであり、かつ、前記第2及び第3のスイッチがオンである第2の状態とを切り替え、
前記第2のポート端子を基準として前記第1のポート端子に負の電流が入力されるとき、前記第2のブートストラップ回路は、前記第5及び第8のスイッチがオンであり、かつ、前記第6及び第7のスイッチがオフである第3の状態と、前記第5及び第8のスイッチがオフであり、かつ、前記第6及び第7のスイッチがオンである第4の状態とを切り替える、
請求項11に記載の電力変換回路。 - 前記第1から第8の制御電圧は、それぞれ、第1から第8の符号系列に応じて変化し、
前記第1から第8のスイッチは、前記第1から第8の符号系列に基づいて、前記第3及び第4のポート端子から入力された電力を符号変調又は符号復調し、符号変調又は符号復調された前記電力を前記第1及び第2のポート端子から出力する、
請求項2又は11に記載の電力変換回路。 - 前記第2のポート端子を基準として前記第1のポート端子から負の電流が出力されるとき、前記第1のブートストラップ回路は、前記第1及び第4のスイッチがオンであり、かつ、前記第2及び第3のスイッチがオフである第1の状態と、前記第1及び第4のスイッチがオフであり、かつ、前記第2及び第3のスイッチがオンである第2の状態とを切り替え、
前記第2のポート端子を基準として前記第1のポート端子から正の電流が出力されるとき、前記第2のブートストラップ回路は、前記第5及び第8のスイッチがオンであり、かつ、前記第6及び第7のスイッチがオフである第3の状態と、前記第5及び第8のスイッチがオフであり、かつ、前記第6及び第7のスイッチがオンである第4の状態とを切り替える、
請求項13記載の電力変換回路。 - 前記第1から第8のスイッチのそれぞれは、逆方向阻止性スイッチである、
請求項14に記載の電力変換回路。 - 電源と、第1の電力変換回路と、電力伝送路と、第2の電力変換回路と、負荷とを備える電力伝送システムにおいて、
前記第1及び第2の電力変換回路のそれぞれは、請求項11から15のいずれか一項に記載の電力変換回路であり、
前記第1の電力変換回路は、前記電源から入力された電力を符号変調して前記電力伝送路に出力し、
前記第2の電力変換回路は、符号変調された前記電力を符号復調して前記負荷に出力する、
電力伝送システム。
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