JP3253529B2 - 補助共振転流回路を用いた電力変換装置 - Google Patents
補助共振転流回路を用いた電力変換装置Info
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Description
の接続点と分圧用平滑コンデンサ間の接続点との間に配
された双方向性補助スイッチ素子および共振リアクトル
の直列回路よりなる補助共振助共振転流回路を用いた電
力変換装置に、関するものである。
なる電力変換装置においてはスイッチオン,スイッチオ
フ時にスイッチング損失と呼ばれる損失が発生し、これ
は、高周波動作させるとその動作周波数に比例して増大
し、深刻な問題となる。最近、ゼロ電圧スイッチング
(ZVS)あるいはゼロ電流スイッチング(ZCS)に
よるソフトスイッチング方式がいろいろ提案されている
ものの、大容量の電力変換装置に実用できる方式が見当
たらなかった。
ASのコンファレンスレコ−ド,P829 〜834 記載の論
文「RESONANT SNUBBERS WITH AUXILIARY SWITCHES (補
助スイッチを有する共振スナバ)」,William Mc M
urray (マックマレ−)による回路は、実用し得る方式
といえる。また、この種の回路の制御方法として、特表
平5-502365号公報「補助共振転流回路を用いて電力変換
器を制御する方法」が示される。かかるものの詳細は文
献によるものとして、ここでは、図6および図7を用い
て簡単に説明する。
子を使用した例すなわち上記マックマレ−論文記載のF
ig1を示し、Eは直流電源、CD1,CD2は直流電源Eを
分圧するため直列接続された平滑コンデンサ、S1 ,S
2 は主スイッチ素子、D1 ,D2 は主スイッチ素子S1
,S2 に逆並列接続されたダイオ−ド、CR1,CR2は
主スイッチ素子S1 ,S2 に並列接続された共振コンデ
ンサ、Lrは共振リアクトル、SA1,SA2は補助スイッ
チ素子である。ここで、補助スイッチ素子SA1,SA2は
逆阻止能力のあるサイリスタであって、両者が逆並列に
接続されて双方向性を有している。
スイッチ素子を使用した他の例すなわち上記公表特許公
報に記載されたFig1を示し、SA3,SA4は補助スイッ
チ素子である。ここで補助スイッチ素子SA3,SA4は、
逆阻止能力の低いスイッチ素子と逆阻止能力の大きいダ
イオ−ドを直列接続したものをそれぞれ用い、それらの
逆並列接続構成により双方向性を有している。実際に
は、スイッチ素子とダイオ−ドがそれぞれ一体にモジュ
ールされている場合が多く、その場合に図示の点線のよ
うに接続され、したがって、動作的には図6と同じくな
る。
の動作を、図8の回路図および図9の波形図を参照して
説明する。Ioは負荷電流、Ipは正側電流、Inは負
側電流、VC1は共振コンデンサCR1の電圧である。図8
において、いま主スイッチ素子S2 にゲ−トが加えられ
ている状態であるが、負荷電流Ioが図示の方向に流れ
ていると、主スイッチ素子S2 には流れず、ダイオ−ド
D2 に流れる。この状態から、時刻T0 で主スイッチ素
子S2 のゲ−トオフと補助スイッチ素子SA1のオンを同
時に行うと、一点鎖線で示す経路に電流が流れて共振リ
アクトルLrの電流が負荷電流Ioになるまで直線的に
増えて行き、時刻Tまでダイオ−ドD2 は導通してい
る。ここで、共振リアクトル電流が負荷電流Ioとなる
とダイオ−ドD2 は非導通となって、共振リアクトルL
rと共振コンデンサCR1,CR2〔CR1,CR2のキャパシ
タンスは(1/2C)とする〕による共振動作が始ま
り、実線で示す経路に電流が流れるようになる。これに
より、図9に点線で示すように、共振コンデンサCR1の
電圧VC1は放電して時刻Tで零となる。そして、このと
きに主スイッチ素子S1 にゲ−トを印加すると、ZVS
となってスイッチング損失は発生しない。
件において実現できるものであり、実用回路では不可能
となる。例えば、共振リアクトルLrに抵抗があると、
これによる損失のために図9の実線で示すように電圧V
C1は零とならず、したがってZVSが実現できなくな
る。この問題を解決する方法として、特表平5-502365号
公報に詳述されているように、共振動作を開始する前に
補助スイッチ素子SA1と主スイッチ素子S2 の導通する
時間をラップさせ、予め共振リアクトル電流を流してか
ら、主スイッチ素子S2 をタ−ンオフさせる、ブースト
と呼ばれている動作をさせている。しかしながら、その
ためには共振リアクトル電流を検出する等の複雑な制御
が必要となって、価格の上昇や信頼性の低下等の問題が
ある。
側ル−トおよび負側ル−トの等価インダクタンスの値を
最適に選択してZVSを行い得る格別な補助共振転流回
路を用いた電力変換装置を提供する、ことにある。
点に鑑みなされたものであって、つぎの如くに構成した
ものである。すなわち、2個の主スイッチ素子間の第1
の接続点と平滑コンデンサ間の第2の接続点とを結ぶ正
側ル−トおよび負側ル−トの等価インダクタンスの値
を、転流の際に放電側の共振コンデンサの電圧が零もし
くは負になる如くに、選択してなるものである。
どのような文献にても見られないところの、補助スイッ
チ素子および共振リアクトルの直列回路よりなる補助共
振転流回路を除いた回路構成部におけるインダクタンス
の存在について、検討する。これは、実際に回路構成に
おいては僅かではあるが必ず存在する部品自身および配
線のインダクタンスを、無視できないためである。特
に、電力変換装置の出力容量が大きくなると、共振リア
クトルのインダクタンスの値を小さくする必要があり、
したがって、配線インダクタンス等の値に近づき大きな
影響を与えることが判明した。これを、図1を用いて説
明する。
タンス等を等価インダクタンスに置き換え図6に類して
示したものであつて、Lfは等価インダクタンス、P1
は直列接続された平滑コンデンサCD1,CD2間の接続
点、P2 は直列接続された主スイッチ素子S1 ,S2 間
の接続点である。ここで、等価インダクタンスLfは平
滑コンデンサの内部インダクタンスや配線インダクタン
ス等がまとめられ、さらには、接続点P1 ,P2 間の正
側ル−トおよび負側ル−トに分割して配されている。さ
らにこの動作を、図2および図3の等価回路図を参照し
て、説明する。
oがダイオ−ドD2 に流れている状態にて、補助スイッ
チ素子SA1をターンオンさせると、負側電流Inが零
となるまで図2に示す等価回路で動作し、正側電流Ip
および共振コンデンサCR1の電圧VC1は、式(1),
(2)となる。ただし、ωは式(3)であって、(C/
2)はCR1,CR2のキャパシタンス、LはLrのインダ
クタンス、Lfは等価インダクタンス、Eは電源電圧で
ある。
ダイオ−ドD2 がオフし、図3に示す等価回路に移行
し、新たな共振が起こることになる。ここに、時刻Tに
おける正側電流Ipの値をIP1,電圧VC1の値をVC1と
すると、その値IP1,VC1は、式(4),(5)で表せ
る。ただし、ω1 ,ω2 は式(6),(7)である。
式(4),(5)について、共振リアクトルLrの値L
を(L=4μH),共振コンデンサCR1,CR2の値Cを
(C=0.5μF)とし、等価インダクタンスLfを変
えて計算した結果を、図示すると図3の如くである。こ
の図のように、正側共振コンデンサCR1の電圧VC1の最
小値が、等価インダクタンスLfの値によってかなり影
響を受けていることが分かる。そして、この電圧VC1の
最小値のところで、主スイッチ素子S1 をオンさせても
VC1の最小値が正の電圧であると、ZVSが行われず、
主スイッチ素子のタ−ンオン損失が増大するばかりでは
なく、急峻な電流変化による電磁ノイズの発生も問題と
なる。
値を、共振コンデンサCR1電圧の最小値が零もしくは負
(実際の回路では逆並列ダイオードにより負にはならな
い)となるように、選ぶものする。かように等価インダ
クタンスの最適値に選ぶことにより、共振コンデンサ電
圧の最小値を零もしくは負となるようにして、最小値近
辺で主スイッチ素子をタ−ンオンさせる。これより、Z
VSがなされてタ−ンオン損失を著しく減少させるとと
もに、急峻な電流変化を生じさせないために電磁ノイズ
の発生も抑制することができる。
例を図1に類して示し、Lf’は等価インダクタンス、
Lc,Lsはインダクタンスである。ここに、等価イン
ダクタンスLf’は(Lf’=Lf−Ls−Lc)であ
る。すなわち、図1においては、接続点P1 ,P2 間の
補助スイッチ素子SA1,SA2および共振リアクトルLr
の直列回路抜きであるところの、接続点P1 と接続点P
2 とを結ぶ正側ル−トおよび負側ル−トにおける等価イ
ンダクタンスLf’の値を、転流の際に放電側の共振コ
ンデンサの電圧が零もしくは負になる如くに、選択し得
るものである。ここで、平滑コンデンサCD1,CD2内部
のインダクタンスLcおよび主スイッチ素子S1 ,S2
周りのインダクタンスLsは必ず存在しても、自由に変
えることができず、等価インダクタンスLf’の値を、
前述した如き正,負側の等価インダクタンスLfの最適
値が(Lc+Ls)より大きい範囲で決定する。具体的
には、インダクタンスの値を〔Lf−(Lc+Ls)〕
を有する導体を用い、平滑コンデンサCD1,CD2と主ス
イッチ素子S1 ,S2 (並列にダイオ−ドと共振コンデ
ンサが接続されている)との間を接続するものであって
よい。なお、主スイッチ素子S2から主スイッチ素子S
1への転流について説明したが、負荷電流の方向を逆に
すればS1〜S2への転流も同じようになることは勿論
である。
別に主スイッチ素子のタ−ンオンが零電圧によって行わ
れ、電力変換装置の効率の向上とともに電磁ノイズの発
生も抑制し得る補助共振転流回路を用いた電力変換装置
を、提供できる。
ス等を等価インダクタンスに置き換えて示した回路図で
ある。
等価回路図である。
等価回路図である。
波形図である。
図である。
用した従来例を示す回路図である。
チ素子を使用した他の従来例を示す回路図である。
示した回路図である。
示した波形図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 直流電源の正負極間に直列接続されて逆
並列ダイオードおよび並列接続された共振コンデンサを
備える2個の主スイッチ素子間の第1の接続点と、前記
直流電源に直列接続された分圧のための平滑コンデンサ
間の第2の接続点との間に、双方向性補助スイッチ素子
および共振リアクトルの直列回路よりなる補助共振転流
回路を具備して成る電力変換装置において、前記第1の
接続点と第2の接続点とを結ぶ正側ル−トおよび負側ル
−トの等価インダクタンスの値を、転流の際に放電側の
共振コンデンサの電圧が零もしくは負になる如くに選択
してなることを特徴とする補助共振転流回路を用いた電
力変換装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17288896A JP3253529B2 (ja) | 1996-06-12 | 1996-06-12 | 補助共振転流回路を用いた電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17288896A JP3253529B2 (ja) | 1996-06-12 | 1996-06-12 | 補助共振転流回路を用いた電力変換装置 |
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JPH104686A JPH104686A (ja) | 1998-01-06 |
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ID=15950191
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17288896A Expired - Fee Related JP3253529B2 (ja) | 1996-06-12 | 1996-06-12 | 補助共振転流回路を用いた電力変換装置 |
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Country | Link |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7658760B2 (en) | 2000-12-28 | 2010-02-09 | Abbott Cardiovascular Systems Inc. | Thermoelastic and superelastic Ni-Ti-W alloy |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1996
- 1996-06-12 JP JP17288896A patent/JP3253529B2/ja not_active Expired - Fee Related
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US7658760B2 (en) | 2000-12-28 | 2010-02-09 | Abbott Cardiovascular Systems Inc. | Thermoelastic and superelastic Ni-Ti-W alloy |
US8382819B2 (en) | 2000-12-28 | 2013-02-26 | Abbot Cardiovascular Systems Inc. | Thermoelastic and superelastic Ni-Ti-W alloy |
US8702790B2 (en) | 2000-12-28 | 2014-04-22 | Abbott Cardiovascular Systems Inc. | Thermoelastic and superelastic Ni—Ti—W alloy |
US8974517B2 (en) | 2000-12-28 | 2015-03-10 | Abbott Cardiovascular Systems Inc. | Thermoelastic and superelastic NI-TI-W alloy |
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JPH104686A (ja) | 1998-01-06 |
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