JP2018057156A - 電力変換器 - Google Patents
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Abstract
Description
以下に、本実施形態における電力変換器1について、説明する。
スイッチング素子3のソースはグランドに接続されている。スイッチング素子2のゲート(制御端子)は、半導体スイッチング素子駆動回路6に接続されている。スイッチング素子3のゲートは、制御信号発生部7に接続されている。
スイッチング素子2は、半導体スイッチング素子駆動回路6から供給されるゲート電圧に基づいて導通(オン)又遮断(オフ)する。また、スイッチング素子3は、制御信号発生部7から供給されるゲート電圧に基づいて導通又遮断する。これにより、スイッチング素子2,3は、負荷駆動用電源4から供給される入力電圧Vinを交流電圧に変換して負荷に出力する。
制御部17は、制御信号発生部7から出力される制御信号に基づいて、第1のコンデンサ12及び第2のコンデンサ19の充放電を制御する。この制御信号とは、例えば、PWM(pulse width modulation)信号である。制御部17は、スイッチング素子171及びスイッチング素子172を備える。
図2は、本発明の一実施形態に係る半導体スイッチング素子駆動回路6の動作モード1を示す説明図である。図2に示すように、スイッチング素子171が遮断状態から導通状態になると、第2のコンデンサ19に充電されていた電荷は、スイッチング素子171、抵抗18、スイッチング素子3の入力容量20を経由し、第2のコンデンサ19の他端に戻る経路W1を通る。したがって、入力容量20は、第1のコンデンサ12から放電された電荷により充電が開始される。そして、動作モード1において入力容量20が十分に充電されるとスイッチング素子2が導通状態になる。スイッチング素子2が導通状態になると、第1のコンデンサ12に充電された電荷が、導通状態のスイッチング素子2を経由する経路W2を通って放電されるため、インダクタ13にインダクタ電流ILが流れる。これにより、インダクタ13にエネルギーが蓄積される。換言すれば、スイッチング素子2が導通状態に移行した場合には、第1のコンデンサ12に充電された電荷によりインダクタ13にエネルギーを蓄積させるエネルギー蓄積回路が形成される。エネルギー蓄積回路は、少なくとも第1のコンデンサ12、インダクタ13及びスイッチング素子2を備える。本実施形態のエネルギー蓄積回路は、第1のコンデンサ12、抵抗15、ダイオード16及びスイッチング素子2を備える。この場合において、第1のコンデンサ12の電圧V1は、インダクタ13に発生する電圧VLに、抵抗15の抵抗値R15にインダクタ電流ILを乗算した値を加算した値(V1=VL+R15×IL)である。
図3は、本発明の一実施形態に係る半導体スイッチング素子駆動回路6の動作モード2を示す説明図である。図3に示すように、動作モード2では、制御信号発生部7からの制御信号により、スイッチング素子171が遮断状態になり、スイッチング素子172が導通状態になる。また、スイッチング素子3は、制御信号発生部7の制御信号により導通状態になる。これにより、制御電源5からの電流は、抵抗10、ダイオード11、第1のコンデンサ12、スイッチング素子3及びグランドを経由する経路W3を通る。したがって、第1のコンデンサ12は、下アームのスイッチング素子3が導通状態のときに、制御電源5の電圧VDDからダイオード11を介して充電される。換言すれば、制御電源5から出力される電圧VDDにより第1のコンデンサ12を充電させる第1の充電回路が形成される。本実施形態では、第1の充電回路は、抵抗10、ダイオード11、第1のコンデンサ12及びスイッチング素子3を備える。
図4は、本発明の一実施形態に係る半導体スイッチング素子駆動回路6の動作モード3を示す説明図である。図4に示すように、動作モード3では、制御信号発生部7からの制御信号により、スイッチング素子3が遮断状態になる。これにより、第2のコンデンサ19に充電される電圧は、スイッチング素子2のソースの電位を基準とした電圧となる。すなわち、第2のコンデンサ19の一端の電位は、スイッチング素子2のソースの電位から電圧V2分かさ上げされた電位となる。
また、制御電源5が下アームのスイッチング素子3を駆動する電源である場合においては、上アームのスイッチング素子2を駆動するための新たな電源を必要とすることなく、制御電源5を用いて上アームのスイッチング素子2を駆動することができる。
半導体スイッチング素子駆動回路6Aは、半導体スイッチング素子駆動回路6と比較して、抵抗10及びダイオード11が削減される構成である。したがって、半導体スイッチング素子駆動回路6Aにおける、制御電源5の電源VDDよりも高いゲート電圧をスイッチング素子2のゲートに印加する方法は、半導体スイッチング素子駆動回路6と同一である。
2,3 スイッチング素子
4 負荷駆動用電源
5 制御電源(直流電源)
6 半導体スイッチング素子駆動回路
7 制御信号発生部
10,15,18 抵抗
11,14,16 ダイオード
12 第1のコンデンサ
13 インダクタ
17 制御部
19 第2のコンデンサ
Claims (5)
- 第1のスイッチング素子を備え、当該第1のスイッチング素子のスイッチングにより昇圧する昇圧回路と、前記昇圧された電圧により駆動される少なくとも一の第2のスイッチング素子を備えた駆動回路と、を備えた電力変換器であって、
前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子とは共用されている電力変換器。 - 前記昇圧回路は、
インダクタと、
前記インダクタの一端に接続された第1のコンデンサと、
前記インダクタの他端に接続された第2のコンデンサと、
前記第2のスイッチング素子が導通状態から遮断状態になることで、前記インダクタに起電圧を発生させる起電圧発生回路と、
前記第2のスイッチング素子が前記遮断状態である場合に、前記第1のコンデンサが充電した電圧と、前記起電圧とにより前記第2のコンデンサを充電させる充電回路と、
をさらに備える請求項1に記載の電力変換器。 - 前記第2のコンデンサと前記第2のスイッチング素子の制御端子とを接続することにより、前記第2のコンデンサに充電された電圧を前記制御端子に供給する制御部をさらに備える請求項2に記載の電力変換器。
- 前記昇圧回路は、前記第1のコンデンサから放電された電荷を、導通状態の前記第2のスイッチング素子を経由させて前記インダクタに供給することにより、前記インダクタにエネルギーを蓄積させるエネルギー蓄積回路をさらに備える請求項2又は請求項3のいずれか一項に記載の電力変換器。
- 前記駆動回路は、上アーム用の半導体スイッチング素子と下アーム用の半導体スイッチング素子とが直列接続されたスイッチングレグを備え、
前記第2のスイッチング素子は、前記上アーム用の半導体スイッチング素子である請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の電力変換器。
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