JP2019103276A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
好ましくは、第1のトランスは、高電位側直流端子および低電位側直流端子の間に電気的に接続されたリセット巻線を有する。補助共振回路は、低電位側直流端子から高電位側直流端子に向かう方向を順方向として、高電位側直流端子および低電位側直流端子の間にリセット巻線と電気的に直列に接続されたダイオードをさらに含む。
好ましくは、補助共振回路は、第5のダイオードと、第6のダイオードとをさらに含む。第5のダイオードは、高電位側直流端子および第1および第2の補助スイッチング素子の接続ノードとの間に、第1の補助スイッチング素子と電気的に直列に接続される。第6のダイオードは、低電位側直流端子および第1および第2の補助スイッチング素子の接続ノードとの間に、第2の補助スイッチング素子と電気的に直列に接続される。
好ましくは、第1のトランスは、高電位側直流端子および低電位側直流端子の間に電気的に接続されたリセット巻線を有する。補助共振回路は、低電位側直流端子から高電位側直流端子に向かう方向を順方向として、高電位側直流端子および低電位側直流端子の間にリセット巻線と電気的に直列に接続されたダイオードをさらに含む。
好ましくは、補助共振回路は、高電位側直流端子および第1および第2の補助スイッチング素子の接続ノードとの間に、第1の補助スイッチング素子と電気的に直列に接続された第5のダイオードと、低電位側直流端子および前記第1および第2の補助スイッチング素子の接続ノードとの間に、第2の補助スイッチング素子と電気的に直列に接続された第6のダイオードとをさらに含む。
図1は、この発明の実施の形態1に従う電力変換装置1の主回路構成図である。本実施の形態1に従う電力変換装置1は、直流電力および交流電力の間で双方向の電力変換を行なうAC/DCコンバータである。
以下の実施の形態2〜5では、実施の形態1で説明した非対称駆動方式の電力変換装置1において、ソフトスイッチングを実現するための構成について説明する。
上述した実施の形態2に従う電力変換装置1においては、補助共振回路4には、直流電源P1の電圧Vdcを2分割して中点電位(Vdc/2)を生成するためにキャパシタCp,Crの直列回路を用いている。そのため、負荷の大きさなどによって中点電位が変動する場合がある。また、キャパシタCp,Crに電解キャパシタを用いた場合、電解キャパシタは温度上昇によって容量が低下する電気部品であるため、キャパシタCp,Cnの劣化が進行することで、電力変換装置全体の寿命が短くなることが懸念される。
上述した実施の形態3に従う補助共振回路4Aにおいては、補助リアクトルLrと補助キャパシタCr1,Cr2との共振動作により、補助スイッチング素子Qr1に電流が流れている状態(図16のモードM2)において、補助スイッチング素子Qr1をターンオフさせている(モードM3)。そのため、半導体スイッチング素子Q1をソフトスイッチングできる一方で、補助スイッチング素子Qr1がハードスイッチングになることが懸念される。
図27は、本実施の形態4の変形例に従う電力変換装置1の主回路構成図である。図27を参照して、実施の形態4の変形例に従う電力変換装置1は、補助共振回路4Cの構成が図20に示した実施の形態4に従う電力変換装置1の補助共振回路4Bの構成と異なる。その他の点については、実施の形態2と共通するので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明は繰返さない。
図28は、この発明の実施の形態5に従う電力変換装置1の主回路構成図である。図28を参照して、本実施の形態5に従う電力変換装置1は、補助共振回路4Dの構成が図15に示した実施の形態3に従う電力変換装置1の補助共振回路4Aの構成と異なる。その他の点については、実施の形態2と共通するので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明は繰返さない。
上述した実施の形態2〜5においては、実施の形態1で説明した非対称駆動方式のフルブリッジ回路からなる電力変換装置1において、ソフトスイッチングを実現するための構成について説明したが、各実施の形態で示した補助共振回路は、以下に示すようなハーフブリッジ回路を持つ全ての電力変換装置に対して適用することが可能である。
Claims (20)
- 直流電力および交流電力の間で電力変換を行なう電力変換装置であって、
高電位側直流端子および低電位側直流端子と、
前記高電位側直流端子および第1のノードの間に電気的に接続された第1のスイッチング素子と、
前記第1のノードおよび前記低電位側直流端子の間に電気的に接続された第2のスイッチング素子と、
前記高電位側直流端子および第2のノードの間に電気的に接続された第3のスイッチング素子と、
前記第2のノードおよび前記低電位側直流端子の間に電気的に接続された第4のスイッチング素子と、
前記第1のノードに電気的に接続された第1の交流端子と、
前記第2のノードに電気的に接続された第2の交流端子と、
前記第1から第4のスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、
前記第3および前記第4のスイッチング素子を、前記交流電力の周波数に同期してオンオフさせるとともに、
前記第1および第2のスイッチング素子を、前記交流電力の周波数よりも高い周波数でオンオフさせる、電力変換装置。 - 前記第1のスイッチング素子に並列に接続された第1のキャパシタと、
前記第2のスイッチング素子に並列に接続された第2のキャパシタと、
リアクトルを含み、前記第1および第2のキャパシタと前記リアクトルとの共振動作により前記第1および第2のスイッチング素子をソフトスイッチングさせるように構成された補助共振回路とをさらに備える、請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記補助共振回路は、前記高電位側直流端子および前記低電位側直流端子の間に電気的に直列に接続された第3および第4のキャパシタをさらに含み、
前記リアクトルは、前記第3および第4のキャパシタの接続ノードと前記第1のノードとの間に電気的に接続され、
前記補助共振回路は、前記第3および第4のキャパシタの接続ノードと前記第1のノードとの間に前記リアクトルと電気的に直列に接続された双方向スイッチをさらに含む、請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記補助共振回路は、前記高電位側直流端子および前記低電位側直流端子の間に電気的に直列に接続された第1および第2の補助スイッチング素子をさらに含み、
前記リアクトルは、前記第1および第2の補助スイッチング素子の接続ノードと前記第1のノードとの間に電気的に接続される、請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記補助共振回路は、
前記高電位側直流端子および前記低電位側直流端子の間に電気的に接続された一次巻線と、前記第1のノードおよび前記低電位側直流端子の間に前記リアクトルと電気的に直列に接続された二次巻線とを有する第1のトランスと、
前記一次巻線および前記低電位側直流端子の間に電気的に接続された第1の補助スイッチング素子と、
前記二次巻線および前記低電位側直流端子の間に電気的に接続された第2の補助スイッチング素子とを含む、請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記第1のトランスの前記一次巻線および前記二次巻線の巻線比は2:1である、請求項5に記載の電力変換装置。
- 前記第1のトランスは、前記高電位側直流端子および前記低電位側直流端子の間に電気的に接続されたリセット巻線を有し、
前記補助共振回路は、前記低電位側直流端子から前記高電位側直流端子に向かう方向を順方向として、前記高電位側直流端子および前記低電位側直流端子の間に前記リセット巻線と電気的に直列に接続されたダイオードをさらに含む、請求項5または6に記載の電力変換装置。 - 前記補助共振回路は、前記高電位側直流端子および前記低電位側直流端子の間に電気的に直列に接続された第1および第2の補助スイッチング素子をさらに含み、
前記リアクトルは、前記第1および第2の補助スイッチング素子の接続ノードと前記第1のノードとの間に電気的に接続され、
前記補助共振回路は、
前記低電位側直流端子から前記高電位側直流端子に向かう方向を順方向として、前記低電位側直流端子および前記高電位側直流端子の間に電気的に直列に接続された第1および第2のダイオードと、
前記低電位側直流端子から前記高電位側直流端子に向かう方向を順方向として、前記低電位側直流端子および前記高電位側直流端子の間に電気的に直列に接続された第3および第4のダイオードと、
前記第1および第2の補助スイッチング素子の接続ノードと前記第1のノードとの間に前記リアクトルと電気的に直列に接続された一次巻線と、前記第1および第2のダイオードの接続ノードと前記第3および第4のダイオードの接続ノードとの間に電気的に接続された二次巻線とを有する第2のトランスとをさらに含む、請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記第2のトランスの前記一次巻線および前記二次巻線の巻線比は1:2である、請求項8に記載の電力変換装置。
- 前記補助共振回路は、
前記高電位側直流端子および前記第1および第2の補助スイッチング素子の接続ノードとの間に、前記第1の補助スイッチング素子と電気的に直列に接続された第5のダイオードと、
前記低電位側直流端子および前記第1および第2の補助スイッチング素子の接続ノードとの間に、前記第2の補助スイッチング素子と電気的に直列に接続された第6のダイオードとをさらに含む、請求項8または9に記載の電力変換装置。 - 前記第1および第2のスイッチング素子の各々は、第1の電力用半導体スイッチング素子と、前記第1の電力用半導体スイッチング素子に逆並列に接続された第1の還流ダイオードを有し、
前記第3および第4のスイッチング素子の各々は、第2の電力用半導体スイッチング素子と、前記第2の電力用半導体スイッチング素子に逆並列に接続された第2の還流ダイオードを有し、
前記第1の還流ダイオードは、前記第2の還流ダイオードに比べて逆回復時間が短い、請求項1から10のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記第1の還流ダイオードは、ワイドバンドギャップ半導体によって形成される、請求項11に記載の電力変換装置。
- 前記制御回路は、パルス幅変調制御によって、前記第1および第2のスイッチング素子のオンオフを制御するための制御信号を生成する、請求項1から12のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 高電位側直流端子および低電位側直流端子と、
前記高電位側直流端子および第1のノードの間に電気的に接続された第1のスイッチング素子と、
前記第1のノードおよび前記低電位側直流端子の間に電気的に接続された第2のスイッチング素子と、
前記第1のノードに電気的に接続された交流端子と、
前記第1のスイッチング素子に並列に接続された第1のキャパシタと、
前記第2のスイッチング素子に並列に接続された第2のキャパシタと、
リアクトルを含み、前記第1および第2のキャパシタと前記リアクトルとの共振動作により前記第1および第2のスイッチング素子をソフトスイッチングさせるように構成された補助共振回路とを備え、
前記補助共振回路は、前記高電位側直流端子および前記低電位側直流端子の間に電気的に直列に接続された第1および第2の補助スイッチング素子をさらに含み、
前記リアクトルは、前記第1および第2の補助スイッチング素子の接続ノードと前記第1のノードとの間に電気的に接続される、電力変換装置。 - 高電位側直流端子および低電位側直流端子と、
前記高電位側直流端子および第1のノードの間に電気的に接続された第1のスイッチング素子と、
前記第1のノードおよび前記低電位側直流端子の間に電気的に接続された第2のスイッチング素子と、
前記第1のノードに電気的に接続された交流端子と、
前記第1のスイッチング素子に並列に接続された第1のキャパシタと、
前記第2のスイッチング素子に並列に接続された第2のキャパシタと、
リアクトルを含み、前記第1および第2のキャパシタと前記リアクトルとの共振動作により前記第1および第2のスイッチング素子をソフトスイッチングさせるように構成された補助共振回路とを備え、
前記補助共振回路は、
前記高電位側直流端子および前記低電位側直流端子の間に電気的に接続された一次巻線と、前記第1のノードおよび前記低電位側直流端子の間に前記リアクトルと電気的に直列に接続された二次巻線とを有する第1のトランスと、
前記一次巻線および前記低電位側直流端子の間に電気的に接続された第1の補助スイッチング素子と、
前記二次巻線および前記低電位側直流端子の間に電気的に接続された第2の補助スイッチング素子とを含む、電力変換装置。 - 前記第1のトランスの前記一次巻線および前記二次巻線の巻線比は2:1である、請求項15に記載の電力変換装置。
- 前記第1のトランスは、前記高電位側直流端子および前記低電位側直流端子の間に電気的に接続されたリセット巻線を有し、
前記補助共振回路は、前記低電位側直流端子から前記高電位側直流端子に向かう方向を順方向として、前記高電位側直流端子および前記低電位側直流端子の間に前記リセット巻線と電気的に直列に接続されたダイオードをさらに含む、請求項15または16に記載の電力変換装置。 - 高電位側直流端子および低電位側直流端子と、
前記高電位側直流端子および第1のノードの間に電気的に接続された第1のスイッチング素子と、
前記第1のノードおよび前記低電位側直流端子の間に電気的に接続された第2のスイッチング素子と、
前記第1のノードに電気的に接続された交流端子と、
前記第1のスイッチング素子に並列に接続された第1のキャパシタと、
前記第2のスイッチング素子に並列に接続された第2のキャパシタと、
リアクトルを含み、前記第1および第2のキャパシタと前記リアクトルとの共振動作により前記第1および第2のスイッチング素子をソフトスイッチングさせるように構成された補助共振回路とを備え、
前記補助共振回路は、前記高電位側直流端子および前記低電位側直流端子の間に電気的に直列に接続された第1および第2の補助スイッチング素子をさらに含み、
前記リアクトルは、前記第1および第2の補助スイッチング素子の接続ノードと前記第1のノードとの間に電気的に接続され、
前記補助共振回路は、
前記低電位側直流端子から前記高電位側直流端子に向かう方向を順方向として、前記低電位側直流端子および前記高電位側直流端子の間に電気的に直列に接続された第1および第2のダイオードと、
前記低電位側直流端子から前記高電位側直流端子に向かう方向を順方向として、前記低電位側直流端子および前記高電位側直流端子の間に電気的に直列に接続された第3および第4のダイオードと、
前記第1および第2の補助スイッチング素子の接続ノードと前記第1のノードとの間に前記リアクトルと電気的に直列に接続された一次巻線と、前記第1および第2のダイオードの接続ノードと前記第3および第4のダイオードの接続ノードとの間に電気的に接続された二次巻線とを有する第2のトランスとをさらに含む、電力変換装置。 - 前記第2のトランスの前記一次巻線および前記二次巻線の巻線比は1:2である、請求項18に記載の電力変換装置。
- 前記補助共振回路は、
前記高電位側直流端子および前記第1および第2の補助スイッチング素子の接続ノードとの間に、前記第1の補助スイッチング素子と電気的に直列に接続された第5のダイオードと、
前記低電位側直流端子および前記第1および第2の補助スイッチング素子の接続ノードとの間に、前記第2の補助スイッチング素子と電気的に直列に接続された第6のダイオードとをさらに含む、請求項18または19に記載の電力変換装置。
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