JP2602619B2 - ３相交直電力変換装置 - Google Patents

３相交直電力変換装置

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JP2602619B2
JP2602619B2 JP5193288A JP19328893A JP2602619B2 JP 2602619 B2 JP2602619 B2 JP 2602619B2 JP 5193288 A JP5193288 A JP 5193288A JP 19328893 A JP19328893 A JP 19328893A JP 2602619 B2 JP2602619 B2 JP 2602619B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、３相交直変換に関す
る。
【０００２】
【従来技術】電力会社からの配電は、電気が電線中を連
続的に流れるように、３相交流の形で提供されている。
世界中で、機器に電気エネルギーを提供するのに必要な
エネルギーの量を減らすことが好ましいと認識されてい
る。これを達成するための目標の１つは、電力効率を改
善し、力率を１にすることである。
【０００３】本発明は、コンピュータ用の電源で高い電
力効率を達成し、なおかつ配電線上の高調波ひずみを少
なくするという要件をユーザに課すプランの要求に対処
するために考案された。高調波ひずみは一般に、多数の
独立したユニットが、入力調波に完全には追従しない電
流を取り込むために発生する。これは、コンピュータで
は頻繁に発生する問題であり、何らかの手段で解消する
必要がある。これをどのように効率的に達成するかが本
発明によって解決する問題である。
【０００４】一般的な背景として、３相交直変換器に関
する従来技術における特許は多数ある。一般的背景とな
る特許には、米国特許第４８０５０８２号、第４５３３
９８７号、第４６７２５２０号、第５３３１９９４号、
第４５６７５５５号、第４５０４８９５号、第４８３３
５８４号、第４０８４２２０号、第４６３８４１８号、
第４８６６５９２号、第４５０２１０６号、第４６７５
８０２号、第４７６１７２５号、及び第４８８５６７５
号がある。
【０００５】しかし、電線上で高調波ひずみが少ない高
電力を取り込む必要に迫られ、従来は当業者によってコ
ストのかかる技術が通常選択されていた。従来これらの
コストのかかる技術では、配電線の電力を使って動作
し、配電線の電圧を昇圧または降圧した分離直流電圧を
提供する電動発電機セットが使用されてきたが、（交
直）整流器を使用して調整された出力をインバータに供
給する技術もある。
【０００６】３相整流器を使用して出力として昇圧電力
または降圧電圧をインバータに供給することもできる。
そのような整流器には、コンデンサに給電し、コンデン
サを調整されたインバータに接続することができるもの
もある。
【０００７】正弦波入力電流を持つ３相交直変換器が必
要とされている。このような変換器は、電源設計に必要
な低重量および短設計サイクルで製作することができ、
信頼性および電力密度が高いので、上述の手法は適切で
はない。
【０００８】米国特許第３７３７７５５号は、非調整変
換器を駆動する直流駆動の調整された電流源を備えた直
直変換器を記載している。本発明者は、そのような変換
器が有用であることを認めるが、この特許は上述のよう
に解決すべき要求に適用できるかどうかさえ示唆してい
ない。
【０００９】従来技術に関するいくつかの刊行物もあ
る。その１つにIEEE Transactions onIndustry Applica
tions第１Ａ−１２巻、第４号（１９７６年７／８月）
に、E.T.コーキン（Calkin）らの論文"A Conceptually
New Approach for Regulated DC to DC Converters Emp
loying Transistor Switches and Pulsewidth Control"
（３６９〜３７７ページ）がある。本発明は、このトポ
ロジーにも使用することができる。上記論文の３７５ペ
ージを参照されたい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】スイッチング・レギュ
レータにおけるエネルギーの回復については、他の適用
例で論じられている。IEEE Transactions on Power Ele
ctronics、第３巻、第１号（１９８８年１月、２６〜３
０ページ）を参照されたい。しかし、電流給電型インバ
ータ用の何らかの種類のエネルギー回復は提案されてい
ない。現在解決する必要があると認識されているもの
は、ブローアップの危険や、電磁場が原因となって起こ
る危険や、同様な結果を達成できる他の回路による追加
費用なしに、配電線から取り込む電流の高調波が非常に
少なく、かつ力率が１である電源を提供できる能力であ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明で加えた改良によ
って、設計サイクルを短くするための基礎が提供され、
低重量、高電力密度の変換器が提供される。本発明の３
相交直変換器は、交流駆動される調整された電流源を有
し、非調整の電流制御型インバータを備える。交流電圧
入力のゼロ交差が、調整された電流源の電流制御型スイ
ッチに結合された切換え制御装置へのフィードバック制
御信号によって監視される。さらに、インバータは調整
されず、電流給電または電流制御される。インバータ
は、変換器に流れ込む電流を検知するため、好ましくは
変流器の形で高周波電流センサに結合されており、ゼロ
交差入力で正弦波入力電流を取り込むために３相交流の
調整された電流源入力の切換えを制御するための制御回
路の一部を形成する。
【００１２】本発明の１態様による３相交直変換器は、
正弦波入力電流を取り込むための３相交流で駆動される
調整された電流源入力と、直流出力素子と、分離高周波
電流センサ変圧器に結合され且つ３相入力素子と直流出
力素子の間に結合され、変換器に流れ込む電流を送り、
交流駆動される調整された電流源入力の切換えを制御す
るための非調整電流制御型インバータとを有する。変換
器は、３対の調整された電流源スイッチを含み、Ｈ字形
ブリッジ構成を有し、前記インバータ回路の整流器ダイ
オードの逆回復時間の約０．５倍ないし２．５倍のオー
バーラップ時間を有する。
【００１３】コンピュータ適用例に必要な電力の高周波
適用例では、エネルギーの使い方が重要である。従来の
ようにエネルギーを散逸させるのでなく、コンデンサお
よびインダクタとダイオードを使用して、コンデンサが
放電して再循環インダクタを通じてエネルギーを再循環
できるようにすることによって、スイッチを開いてイン
ダクタに蓄えられたエネルギーを解放し、制御ダイオー
ドを使用してエネルギーを変圧器に渡すことができるよ
うに使用できる回路が提供される。したがって、回路の
交流電流給電型インバータ部分は、インバータを通じて
電流の切換えを制御するモジュールの形で提供すること
ができる。インバータの各スイッチは、ＦＥＴおよびツ
ェナー・ダイオード保護を有する。
【００１４】本発明によれば、電流給電型インバータ
は、インダクタに供給される電流に対するインダクタン
スを有する。直列接続された第１ダイオードおよびコン
デンサがインバータの脚部と並列に接続されており、ダ
イオードの極性は、各インバータ切換えサイクルの始め
に、エネルギーが回路から出力変圧器−整流器回路に流
れるとき、コンデンサに電流を提供するような極性にな
っている。再循環インダクタおよび追加のダイオードが
インバータの脚部と並列に接続されており、追加のダイ
オードの極性は、第２のインダクタ中で電流を再循環す
るような極性になっている。
【００１５】さらに、コンデンサと第１のダイオードの
接合部と、追加のダイオードと再循環インダクタの接合
部との間のスイッチにより、インバータの動作時に、エ
ネルギーを散逸・損失せずに、電力散逸なしでコンデン
サが放電できるようになる。したがって、少数の構成要
素によって、再循環が行われ回路内のエネルギーをコン
デンサから再循環インダクタへと再循環する、損失のな
いクランプ回路が提供される。
【００１６】したがって、本発明では、直列接続された
インバータを有し、第１のダイオード（Ｄ１）、第２の
ダイオード（Ｄ２）、および第５のスイッチ（Ｓ１２）
が設けられ、エネルギーを散逸しないために、第１のダ
イオードが前記第５のスイッチと直列接続され、前記第
２のダイオードとも直列であり、この直列の組合せがイ
ンバータの脚部と並列に接続された、非調整の電流制御
型インバータを提供する。
【００１７】さらに、再循環インダクタおよび第２のダ
イオードがインバータの脚部と並列に接続されており、
第２のダイオードの極性は、再循環インダクタ中での電
流の循環が可能な極性になっている。コンデンサ（Ｃ
１）および第１のダイオードが直列接続されており、こ
の直列の組合せが、インバータの前記第１および第２の
脚部と並列に接続されている。ダイオード（Ｄ１）の極
性は、各インバータ切換えサイクルの始めに前記コンデ
ンサに電流を提供するような極性になっている。コンデ
ンサと第１のダイオードの接合部と、第２のダイオード
と第２のインダクタの接合部との間の第５のスイッチに
より、インバータの動作中に電力散逸なしで放電が可能
になる。
【００１８】
【実施例】好ましい実施例について詳細に検討する前
に、米国特許第３７３７７５５号で例示される種類の周
波数変換装置を示す図４を参照しておくのが有意義であ
ろう。この装置は、直直変換器を使用し直流駆動される
調整された電流源で非調整インバータを駆動している。
そのような非調整インバータが３相交流電流源から電力
を取り込むための回路で有効に使用できることは認識さ
れていない。
【００１９】本発明では、取り込まれる電流を正弦波の
形状にするパルス幅変調の整流器を設ける。さらに、本
発明では、米国特許第３７３７７５５号に示されたタイ
プの非調整インバータ（図４参照）に、整流器に給電し
て変圧された交流電流を所望の（昇圧または降圧され
た）直流電流に変換するための電流給電型装置として電
力変圧器を追加する。また、本発明では、電流源の正弦
波電流スイッチを制御するために、単一の電圧制御型フ
ィードバック・ループおよび単一の電流フィードバック
・ループを追加する。ゼロ交差情報は、電源の各相から
パルス幅変調制御装置（ＰＷＭ Ｒ ＣＴＲＬ）への入
力によって提供される。この制御装置は、交直整流器回
路の電流スイッチの切換えを制御する。
【００２０】更に、本発明では、高周波変流器の形の電
流センサを使用する。このセンサは、電流フィードバッ
ク・ループとして、好ましくは電力変圧器の二次側に、
または図２に示すように一次側に結合される。ここでホ
ール効果素子を電流センサとして使用することもできる
が、そうすると、ドリフト制御やその他の因子による欠
点が生じる。同様に、抵抗器を使用することもできる
が、そうすると、高電力を使用するのでコストがかか
る。図３には、３相交直変換器の形の本発明の別の実施
例を示す。図１に対する修正点は、この目的で、スイッ
チＳ７およびスイッチＳ８用の線上に変流器ＴＣを使用
し、スイッチＳ７およびスイッチＳ８をダイオードとＯ
Ｒ接続し、パルス幅変調制御装置にドット接続したこと
である。したがって、変流器の位置を除き、図１、図
２、図３は同じであり、一括して論じることにする。
【００２１】本発明では、フリーホイーリング発振器を
使用してインバータ回路の切換えを制御する。このた
め、インバータはまったく調整されず、制御回路が不要
になるが、インバータのスイッチはすべて開とはなら
ず、タイミング上オーバーラップする時間が常に短時間
存在するようにしてあるので、スイッチは保護される。
また、整流回路のダイオード接続を強制的にオフにす
る。
【００２２】本発明の改良の結果として、高ワット数の
電源に電流給電型インバータを備えることができ、配電
線から分離され配電線上で発生する高調波が少ない正弦
波電流を取り込むための１６０００Ｗの範囲の電力レベ
ルを提供することができる。
【００２３】本発明について詳細に検討すると、図１な
いし図３から分かるように、本発明は、従来の装置を変
更し、直流駆動される調整された電流源を３相交流で駆
動される調整された電流源で置き換えて正弦波入力電流
を取り込むことによって得られたものである。本発明の
好ましい実施例による３相変換電力器では、非調整イン
バータを使用し、直流駆動される調整された電流源を３
相交流で駆動される調整された電流源で置き換えて、正
弦波交流入力電流を取り込んでいる。
【００２４】図１ないし図３に示す構成によれば、出力
が分離され、正弦波入力電流を使用する３相交直変換器
が得られる。この正弦波入力電流により、変換器の力率
はほぼ１となり、発生する高周波線電流高調波はあった
としてもごく少ない。
【００２５】やはり正弦波入力電流を取り込む図４の従
来技術の回路と比較すると、３相交流で駆動される調整
された電圧源によって電力を供給される調整されたイン
バータ、すなわち本発明の好ましい実施例である図１な
いし図３の回路は、はるかに簡単であり、しかも交直変
換器で使用される電流駆動のために、構成要素に対する
ストレスが少ないことがわかる。
【００２６】図１ないし図３および図４に示すタイプの
変換器を制御するには、電流源インダクタＬ１を流れる
直流電流を正確に検知する必要がある。好ましい実施例
では、この目的で、変流器ＴＣを使用している。電流検
知用変流器ＴＣは、電力変圧器Ｔ１の二次側にあること
が好ましいが、本発明から逸脱することなく一次側に使
用することもできる。
【００２７】図４の回路で変流器を使用すると、従来の
技術ではコンデンサＣ１が存在し、かつ従来技術の切換
えタイミングを示す図６に示されたインバータ・スイッ
チＳ７−Ｓ１０のパルス幅が変動するために、インダク
タＬ１の電流を正確に検知することができなくなる。お
そらく、従来技術の回路で分巻素子またはホール効果素
子を代案として使用できようが、これらの素子には、本
発明の好ましい実施例で使用される変流器には存在しな
い制限がある。
【００２８】好ましい実施例では、図１ないし図３のイ
ンバータ・スイッチＳ７ないしＳ１０は常に電流を導通
する。これは、スイッチＳ７とスイッチＳ１０、または
スイッチＳ８とスイッチＳ９の導通対の間に少量のオー
バーラップを設けることによって保証される。従来の特
許でもオーバーラップがあったが、そこではオーバーラ
ップの長さを、図１の出力ダイオードＤ７ないしＤ１０
が逆回復できるのに十分な長さにすべきことが指摘され
ていた。しかし、本発明では、ダイオード逆回復電流が
ピークに達するとき、あるいは、以後の最初の信号ピー
ク時に、開放スイッチ対が開くようにオーバーラップ時
間を調整する。こうすると、インバータ装置の電圧スト
レスが大幅に削減され、かつ効率も改善される。本発明
の好ましい実施例では、これは、オーバーラップ時間が
逆回復時間（ｔｒｒ）の約０．５倍ないし２．５倍にな
るように設計することによって達成される。
【００２９】このオーバーラップ時間により、インダク
タＬ１に追加のエネルギーを蓄えることができ、変流器
ＴＣがインダクタ電流から分離される。変流器ループを
含む制御回路は、線電位から分離され、電力を全く散逸
しない。
【００３０】スイッチＳ７ないしＳ１０は、タイミング
・パルスを受けるように、インバータ動作用の独立の方
形波発振器（ＯＳＣ）に結合される。この動作によって
短時間のオーバーラップが可能になり、正常な動作中、
図５に示すように、短いオーバーラップ時間の間Ｓ７な
いしＳ１０がすべてオンになるので、スイッチＳ７ない
しＳ１０のうちの対角線上の１組のスイッチは、他の対
角線上の１組のスイッチがオンになるまでオフにならな
い。この場合も、制御装置へのゼロ交差入力が線入力に
よって提供されるので、電流の取り込みは電線の正弦波
形に追従する。発振器のタイミングは制御装置に従属せ
ず、調整されない。しかし、希望するなら、同期をとる
ために発振器のタイミングを制御装置に結合することも
できる。
【００３１】本発明の好ましい実施例では、オーバーラ
ップ継続時間中、すべての電流源スイッチ（Ｓ１ないし
Ｓ６）が開く。その結果、インダクタＬ１の電流は引き
続きフリーホイーリング・ダイオード中を流れるが、増
大することはない。本発明の電流源スイッチ（Ｓ１ない
しＳ６）は、米国特許第３７３７７５５号の切換え素子
３０５と類似した機能を提供する。
【００３２】本発明の好ましい実施例における電流源ス
イッチの制御は、図１ないし図３の論理インバータＩお
よび論理ＡＮＤゲートＡによって提供される。Ａは、各
スイッチに１つずつある６つのＡＮＤゲートを表してい
る。なお、スイッチについての本発明の好ましい実施例
では、一般にＮチャネル電力ＭＯＳＦＥＴを使用する。
本発明で扱う周波数は、コンピュータ適用例に必要な高
周波数である。
【００３３】さらに図１ないし図３を参照すると、調整
された電流源スイッチは、パルス幅変調制御回路によっ
て変調（開閉）される。各スイッチは、パルス幅変調制
御装置ブロックの左側に入る３本の入力線によって提供
される正弦波関数に従って変調され、該ブロックの右側
に入る電圧および電流フィードバック線によって修正さ
れる。パルス幅変調制御回路は、当業者なら構築できる
制御回路である。
【００３４】この制御回路は、線からのゼロ交差入力を
有するだけでなく、センサＴＣからの単一の電圧ループ
および電流ループを使用し、パルス幅変調によって直流
出力電圧を調整する。単一電圧制御ループは、直流出力
電圧を結合するリード線によって電圧を検知し、電力制
御回路を介して電流パルス・スイッチＳ１ないしＳ６の
継続時間を制御する。
【００３５】スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３とフリーホイー
リング・ダイオードＤＦＷによって提供される電流パル
スは、ノードＡで合計されて、インダクタＬ１中に定電
流を生成する。この電流がスイッチＳ７ないしＳ１０に
流れ込み、これらのスイッチは電流を電力変圧器Ｔ１の
一次側に送る。スイッチＳ７およびスイッチＳ１０が閉
じると、電流は電力変圧器Ｔ１の一次側を通って１方向
に流れた後、ノードＢ上に流れる。スイッチＳ８および
スイッチＳ９が閉じると、Ｔ１の一次側を通る電流が反
対方向に流れ、やはりノードＢ上に流れる。すべてのス
イッチが閉じると（Ｓ７およびＳ１０は、Ｓ８およびＳ
９が一定のオーバーラップ時間の間閉じていないかぎり
開かない。逆も同様である）、電流は２つに分かれ、電
力変圧器Ｔ１に入らずにインバータを直接通過する。次
の２つのスイッチが閉じる前にＴ１に流れ込んだ電流
は、Ｔ１の漏洩インダクタンスがエネルギーを直流出力
に渡すので、しだいに減っていき最後はゼロになる。電
流はインバータを通ってノードＢまで流れる。電流は、
ノードＢを離れると、分かれてスイッチＳ４、Ｓ５、Ｓ
６、およびフリーホイーリング・ダイオードＤＦＷに入
る。各スイッチから流出する電流と各スイッチに流れ込
む電流は各脚部（すなわち、Ｓ１、Ｓ４、またはＳ２、
Ｓ５、またはＳ３、Ｓ６）で異なるので、電流パルス
は、入力フィルタＦＲＴ１をスイッチに接続する３本の
線を流れる。これらのパルスは、ＦＴＲ１によって平均
されて、入力線中を流れる正弦波電流となる。一方、Ｔ
１の一次側を流れる交流電流は交流二次電流を発生さ
せ、それがダイオードＤ７ないしＤ１０によって整流さ
れて、直流出力電圧を生成する。
【００３６】上述のように、３相交流入力整流器と非調
整インバータの結合により、電圧が昇圧または降圧され
ると共に、３相線入力と二次側出力の電圧分離が行われ
る。図４で示す従来技術は、直流電流を調整された直流
電圧にし、直流調整出力をコンデンサとともに使用す
る。これでは高調波の問題は適切に解決されない。この
問題は、電流給電型非調整インバータまたはチョッパに
よって解決される。
【００３７】好ましい実施例は高ワット周波数変換装置
の設計に適している。 エネルギー保存インバータの好ましい実施例の説明 従来技術のツェナー・ダイオードによる電力の散逸を避
けると共に、やはり電力を散逸する、図４に関してこれ
までに述べた従来の手法も避けることができる。その解
決策は、電力散逸なしにコンデンサＣ１が放電できるよ
うに再循環エネルギー源を使用することである。電力散
逸なしにコンデンサＣ１を放電させるための回路を図７
に示す。この回路は、図７のインバータ・モジュール
と、図１ないし図３の変流器を使用して、交流電流を直
流電流に変換する。
【００３８】この回路では、スイッチＳ１２、ダイオー
ドＤ１，Ｄ２、およびインダクタＬ３を設ける。このダ
イオードはフリーホイーリング・ダイオードである。ス
イッチＳ１２は、各切換えサイクルの始めに閉じ、ダイ
オードＤ１を通過する電流ＩＤ１が停止するとすぐ電流
ＩＬ３が流れる。電流ＩＬ３は、コンデンサ電圧ＶＣ１
およびソース電圧Ｖ１に応じて制御された形で流れる。
コンデンサの電圧ＶＣ１がＶ１まで放電するのに十分な
時間スイッチＳ１２が閉じたままである場合、ＩＬ３に
おける電流は引き続きインダクタＬ３、ダイオードＤ
１、およびスイッチＳ１２中を循環する。スイッチＳ１
２が開くと、切換えサイクルが終了する前の一定の時
間、インダクタＬ３がすべてのエネルギーを出力素子
（抵抗荷重ＲＬ）に渡すまで、ＩＬ３で示される電流が
ダイオードＤ２中を流れる。これで、回路は次の切換え
サイクルの準備ができる。
【００３９】したがって、エネルギーを節約する電流給
電型インバータは、直列に接続された第１のスイッチ
（Ｓ７）および第２のスイッチ（Ｓ９）を有する第１の
脚部と、直列に接続された第３のスイッチ（Ｓ８）およ
び第４のスイッチ（Ｓ１０）を有し第１の脚部と並列接
続された第２の脚部とを含む電流給電型インバータを具
備する。バック・レギュレータが、電源からインバータ
に電流を提供する第１のインダクタＬ１を有する。イン
バータ自体は、直列接続された第１のダイオードＤ１と
コンデンサＣ１を有する。この直列の組合せがインバー
タの第１の脚部および第２の脚部と並列に接続されてお
り、第１のダイオードＤ１の極性は、各インバータ切換
えサイクルの始めにコンデンサに電流を提供するような
極性になっている。直流出力を供給するために、一次側
と二次側を有する変圧器Ｔ１を整流器回路と接続する。
この整流器出力を使用して、バック・レギュレータの切
換えを制御することができる。変圧器の一次側は、前記
インバータの第１および第２の脚部におけるインバータ
・スイッチの接合部に接続される。直列に接続された第
２のインダクタＬ３と第２のダイオードＤ２が、インバ
ータの第１および第２の脚部と並列に接続される。第２
のダイオードの極性は、前記第２の再循環インダクタＬ
３中で電流が循環できるような極性である。この目的
で、インバータの動作中、電力散逸なしでコンデンサを
放電させるために、コンデンサと第１のダイオードの接
合部と第２のダイオードと第２のインダクタの接合部と
の間に第５のスイッチＳ１２が接続されている。
【００４０】電流給電型インバータ用モジュール 図７におけるＳ７、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１２、Ｄ１、Ｄ２
は、パワー混成モジュールとして実装することが好まし
い。図８に示すように、電流給電型インバータ用のモジ
ュールは、直列に接続された第１のスイッチＳ７および
第２のスイッチＳ９を有する第１の脚部と、直列に接続
された第３のスイッチＳ８および第４のスイッチＳ１０
を有する第２の脚部とを含むモジュール回路を有する。
第１のダイオードＤ１および第２のダイオードＤ２と、
第５のスイッチＳ１２は、図の直列の組合せとして接続
される。第１のダイオードは、第５のスイッチに直列接
続され、前記第２のダイオードとも直列になっており、
この直列の組合せがインバータの脚部と並列に接続され
る。第１のダイオードおよび第２のダイオードの極性
は、反対方向に電流を運ぶような極性である。
【００４１】このモジュールを使用すると、電流給電型
インバータ・スイッチを、モジュールを使う回路の素子
として使うことによって、電力再循環に使用することが
できる。コンデンサＣ１が設けられ、第１のダイオード
とコンデンサが直列に接続され、この直列の組合せが、
インバータの第１および第２の脚部と並列に接続されて
いる。ダイオードＤ１の極性は、各インバータ切換えサ
イクルの始めにコンデンサに電流を提供するような極性
になっている。図７の図は、図８にも適用できる。
【００４２】主回路と、このモジュールを高周波数（コ
ンピュータが必要な）電流給型電変換器回路の素子とす
る回路では、コンデンサＣ１が第１のダイオードと直列
に接続され、直列接続された再循環インダクタＬ３があ
り、直列接続された再循環インダクタＬ３と第２のダイ
オードＤ２がインバータの前記第１および第２の脚部と
並列に接続され、前記第２のダイオードの極性が、前記
再循環インダクタ中での電流の再循環が可能なような極
性になっていることに留意されたい。第５のスイッチＳ
１２は、インバータの動作中、電力散逸なしでコンデン
サを放電させるために、コンデンサと第１のダイオード
の接合部と前記第２のダイオードと第２のインダクタの
接合部との間に接続されている。
【００４３】モジュールのスイッチは、適切なゲート抵
抗器および保護ツェナー・ダイオードを持つ電力ＦＥＴ
によって形成されたスイッチによって提供されている。
インバータのスイッチＳ７、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０はそれ
ぞれ、ツェナー・ダイオードＺ１ないしＺ４で保護され
ている。
【００４４】周波数変換装置用として述べた回路は、エ
ネルギー源が交流源であるときは、交流回路用に使用す
ることも、直直変換器で使用することも可能である。ど
ちらの適用例においても、好ましい実施例は、高周波適
用例において電流給電型インバータに使用できる損失の
ないクランプを提供することによって、エネルギーおよ
び再循環エネルギー資源を節約する。この技術は、ブー
スト・モードまたは固定デューティ・サイクル・モード
でパルス幅変調を使用するどの電流給電型Ｈ字形ブリッ
ジ回路にも適用できる。直流適用例の場合、完全な電流
給電チョッパにより、混成モジュール中に損失のないク
ランプ回路を設けることが可能となる。
【００４５】図７と図８のどちらにおいても、インバー
タ回路の交流源は同一であり、図１ないし図３に関して
示し、説明したものと同じであり、ＴＣは図１、図２、
図３に示したのと同様に配置することができる。
【００４６】適用例 本発明は、コンピュータ・システム用の１６ＫＷ周波数
変換装置で使用することができる。こうしたシステムは
高周波変成器および固定周波数インバータを必要とし、
再循環エネルギー回復回路は、図７に示す前述のクラン
プ回路と、混成モジュール回路設計を示す図８の混成モ
ジュールにおける同じ回路を使用することによって、シ
ステムのエネルギー効率をはるかに高くする。
【図面の簡単な説明】
【図１】３相交直変換器の形の本発明の好ましい実施例
を示す図である。
【図２】３相交直変換器の形の本発明の別の好ましい実
施例を示す図である。
【図３】３相交直変換器の形の本発明の別の好ましい実
施例を示す図である
【図４】従来技術の電圧駆動周波数変換装置を示す図で
ある。
【図５】好ましいチョッパの切換えタイミングを示す図
である。
【図６】図４に示す従来技術の素子で使用できるチョッ
パの切換えタイミングを示す図である。
【図７】エネルギー再循環を提供する好ましい実施例の
概略図である。
【図８】好ましいインバータ・モジュールを示す図であ
る。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−126138（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−180890（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−7688（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−7785（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−687（ＪＰ，Ｕ)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】３相電源から正弦波入力電流を取り込むた
    めの３相交直電力変換装置において、 正弦波入力電流を取り込むために前記３相電源に結合さ
    れ、前記３相電源によって提供される正弦波関数に従っ
    て変調される３相交流で駆動される調整された電流源
    と、 直流出力素子と、 前記調整された電流源と前記直流出力素子の間に結合さ
    れ、かつ分離高周波電流センサに結合され、前記調整さ
    れた電流源から流れ込む電流を検知し、前記調整された
    電流源の切換えを制御するための非調整の電流制御型イ
    ンバータと、 よりなり、 前記電流制御型インバータはＨ字形ブリッジ構成を有す
    る２組の電流源スイッチを含み、各組の電流源スイッチ
    はその逆回復時間の０．５倍ないし２．５倍のオーバー
    ラップ・ターンオン時間をもって交互にスイッチされる
    ことを特徴とする、３相交直電力変換装置。
  2. 【請求項２】前記非調整の電流制御型インバータに結合
    され、交流電流を直流電流に変換するための変圧器およ
    び整流器を更に備えることを特徴とする、請求項１に記
    載の３相交直電力変換装置。
  3. 【請求項３】前記高周波電流センサが前記変圧器の一次
    側に結合されることを特徴とする、請求項２に記載の３
    相交直周波数変換装置。
  4. 【請求項４】前記高周波電流センサが前記変圧器の二次
    側に結合されることを特徴とする、請求項２に記載の３
    相交直電力変換装置。
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Families Citing this family (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5361197A (en) * 1992-01-24 1994-11-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Method and apparatus for controlling an inverter generating a plurality of phase voltages
US6097181A (en) * 1992-08-21 2000-08-01 American Superconductor Corporation High power drive from AC and DC sources using cryoelectronics
US5821742A (en) * 1994-11-30 1998-10-13 Utility Test Equipment Company Computerized solid state energy meter test system and method of testing
US5633793A (en) * 1995-01-23 1997-05-27 Center For Innovative Technology Soft switched three-phase boost rectifiers and voltage source inverters
US5535906A (en) * 1995-01-30 1996-07-16 Advanced Energy Industries, Inc. Multi-phase DC plasma processing system
WO1996031899A1 (en) 1995-04-07 1996-10-10 Advanced Energy Industries, Inc. Adjustable energy quantum thin film plasma processing system
KR0155248B1 (ko) * 1995-05-09 1998-12-15 신재인 변형된 정현파 출력 3상 인버터를 이용한 가변형 고전압 대출력 안정화 직류 전원 장치
JP3249380B2 (ja) * 1995-06-13 2002-01-21 株式会社東芝 電力変換装置
GB2307802B (en) * 1995-12-01 2000-06-07 Ibm Power supply with power factor correction circuit
US5917286A (en) 1996-05-08 1999-06-29 Advanced Energy Industries, Inc. Pulsed direct current power supply configurations for generating plasmas
US5734565A (en) * 1996-08-16 1998-03-31 American Superconductor Corporation Reducing switching losses in series connected bridge inverters and amplifiers
US6172550B1 (en) * 1996-08-16 2001-01-09 American Superconducting Corporation Cryogenically-cooled switching circuit
US5864471A (en) * 1997-03-28 1999-01-26 Kammiller; Neil A. Energy recovery circuit for use in a converter
FR2787945B1 (fr) * 1998-12-23 2001-03-16 Sextant Avionique Convertisseur de tension electrique alternatif/continu
US6108223A (en) * 1999-10-26 2000-08-22 Otis Elevator Company IGBT-controlled thyristor AC/DC converter
US6191957B1 (en) * 2000-01-31 2001-02-20 Bae Systems Controls, Inc. Extended range boost converter circuit
US6365868B1 (en) 2000-02-29 2002-04-02 Hypertherm, Inc. DSP based plasma cutting system
US6208540B1 (en) * 2000-05-23 2001-03-27 General Motors Corporation Combined power inverter and auxilliary power supply using null vector modulation
US6549438B2 (en) 2001-04-30 2003-04-15 Precision Automation, Inc. AC-to-DC converter circuit utilizing IGBT's for improved efficiency
JP3695441B2 (ja) * 2002-11-01 2005-09-14 株式会社ニプロン コンピュータ用電源装置
AU2003903787A0 (en) * 2003-07-22 2003-08-07 Sergio Adolfo Maiocchi A system for operating a dc motor
US8269141B2 (en) 2004-07-13 2012-09-18 Lincoln Global, Inc. Power source for electric arc welding
US9956639B2 (en) 2005-02-07 2018-05-01 Lincoln Global, Inc Modular power source for electric ARC welding and output chopper
US8785816B2 (en) * 2004-07-13 2014-07-22 Lincoln Global, Inc. Three stage power source for electric arc welding
US8581147B2 (en) * 2005-03-24 2013-11-12 Lincoln Global, Inc. Three stage power source for electric ARC welding
US7148660B2 (en) * 2004-09-30 2006-12-12 General Electric Company System and method for power conversion using semiconductor switches having reverse voltage withstand capability
US9855620B2 (en) 2005-02-07 2018-01-02 Lincoln Global, Inc. Welding system and method of welding
US9647555B2 (en) 2005-04-08 2017-05-09 Lincoln Global, Inc. Chopper output stage for arc welder power source
US7375994B2 (en) * 2005-10-11 2008-05-20 Texas Instruments Incorporated Highly efficient isolated AC/DC power conversion technique
EP1845755A3 (en) * 2006-04-10 2014-04-02 EMD Technologies, Inc. Illumination systems
JP4390010B1 (ja) * 2008-07-01 2009-12-24 ダイキン工業株式会社 直接形変換装置及びその制御方法
WO2010041169A1 (en) * 2008-10-07 2010-04-15 Koninklijke Philips Electronics N.V. Three- phase ac/dc driver circuit, e.g. for leds
WO2010041168A1 (en) * 2008-10-07 2010-04-15 Koninklijke Philips Electronics N.V. Three-phase ac/dc driver circuit, e.g. for leds
FR2964510B1 (fr) * 2010-09-07 2013-06-14 Renault Sa Dispositif de recharge pour batterie automobile et procede de gestion du dispositif.
FR2975843B1 (fr) * 2011-05-23 2013-05-17 Renault Sa Procede de commande des interrupteurs d'un redresseur de courant connecte a un chargeur embarque.
DE102011076512A1 (de) * 2011-05-26 2012-11-29 Beckhoff Automation Gmbh Zweiquadrantensteller
US8559198B2 (en) * 2011-06-08 2013-10-15 The Boeing Company High yield AC-AC power converter and method therefor
US9337731B2 (en) * 2012-12-13 2016-05-10 Linear Technology Corporation Power converter for generating both positive and negative output signals
KR101489286B1 (ko) 2013-02-18 2015-02-04 주식회사 글리프 스위칭 모드 전원 공급 장치 및 방법
FR3027742B1 (fr) * 2014-10-24 2016-11-04 Renault Sa Dispositif et procede de charge d'une batterie a partir d'un reseau triphase, ayant un mode charge degrade
CN105846532A (zh) * 2015-01-13 2016-08-10 伊顿制造（格拉斯哥）有限合伙莫尔日分支机构 不间断电源及其控制方法
US9960723B2 (en) 2016-06-06 2018-05-01 Rockwell Automation Technologies, Inc. Motor drive with resonance detection and impedance computation
US11463014B2 (en) * 2017-03-31 2022-10-04 Murata Manufacturing Co., Ltd. Apparatus and method of operating matrix converter-based rectifier when one phase is disconnected or is short-circuited
CN112925373B (zh) * 2021-01-27 2022-11-08 南京丹迪克电力仪表有限公司 多量程恒流源电路、多量程恒流源及控制方法

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3737755A (en) * 1972-03-22 1973-06-05 Bell Telephone Labor Inc Regulated dc to dc converter with regulated current source driving a nonregulated inverter
JPS591068B2 (ja) * 1976-03-09 1984-01-10 三菱電機株式会社 電力変換装置
US4066938A (en) * 1976-10-06 1978-01-03 General Electric Company Input current modulation to reduce torque pulsations in controlled current inverter drives
US4331994A (en) * 1979-09-28 1982-05-25 Borg-Warner Corporation Shootthrough fault protection system for a voltage source transistor inverter
JPS58687U (ja) * 1981-06-24 1983-01-05 株式会社日立製作所 力率改善回路付インバ−タ装置
JPS5883584A (ja) * 1981-11-11 1983-05-19 Matsushita Electric Works Ltd 電源装置
US4504895A (en) * 1982-11-03 1985-03-12 General Electric Company Regulated dc-dc converter using a resonating transformer
JPS59222082A (ja) * 1983-05-31 1984-12-13 High Frequency Heattreat Co Ltd 電流型インバ−タの自励起動方法
US4502106A (en) * 1983-10-17 1985-02-26 Sundstrand Corporation Current source sine wave inverter
JPS60180477A (ja) * 1984-02-24 1985-09-14 Meidensha Electric Mfg Co Ltd 電流形ｇｔｏインバ−タ
JPS61102172A (ja) * 1984-10-23 1986-05-20 Hitachi Ltd 自己消弧素子利用電流形コンバ−タ装置
JPH0832177B2 (ja) * 1985-01-31 1996-03-27 三菱電機株式会社 ３相対３相電力変換装置
US4638418A (en) * 1985-08-26 1987-01-20 Tocco, Inc. Power inverter
US4761725A (en) * 1986-08-01 1988-08-02 Unisys Corporation Digitally controlled A.C. to D.C. power conditioner
DE3729786C1 (de) * 1987-09-05 1989-01-05 Aeg Elotherm Gmbh Parallelschwingkreis-Umrichter mit Sicherheitsschaltung
US4833584A (en) * 1987-10-16 1989-05-23 Wisconsin Alumni Research Foundation Quasi-resonant current mode static power conversion method and apparatus
JPH0775459B2 (ja) * 1987-11-09 1995-08-09 三菱電機株式会社 電力変換器
US4805082A (en) * 1988-03-14 1989-02-14 Westinghouse Electric Corp. Regenerative two-quadrant converter
US4866592A (en) * 1988-03-30 1989-09-12 Fuji Electric Co., Ltd. Control system for an inverter apparatus
JPH01180890U (ja) * 1988-05-27 1989-12-26
JPH027785U (ja) * 1988-06-21 1990-01-18
US4885675A (en) * 1988-10-07 1989-12-05 Unisys Corporation Transformer isolated AC to DC power conditioner with resistive input current
US5134307A (en) * 1989-05-18 1992-07-28 Hirotami Nakano Uninterruptible power supply apparatus and isolating method thereof
US5019952A (en) * 1989-11-20 1991-05-28 General Electric Company AC to DC power conversion circuit with low harmonic distortion
US5075838A (en) * 1990-04-10 1991-12-24 York International Corporation Energy efficient voltage snubber circuit
JP3007688U (ja) * 1994-08-10 1995-02-21 株式会社ササガワ 広告用表示札

Also Published As

Publication number Publication date
US5367448A (en) 1994-11-22
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JPH06205585A (ja) 1994-07-22

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