JP3454345B2 - インバータ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業の属する利用分野】本発明は直流電力を交流電力
に変換するインバータ装置の構成に関する。詳しくはイ
ンバータ回路の前段に設ける入出力間絶縁用のＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータの構成に関する。
に変換するインバータ装置の構成に関する。詳しくはイ
ンバータ回路の前段に設ける入出力間絶縁用のＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】インバータ装置の入出力間に絶縁機能を
求められる例をまず説明する。電話局では電話回線に使
われる直流４８Ｖの電源を流用して、この直流をインバ
ータ装置で交流電力に変換して使われる。直流の４８Ｖ
電源は正極を接地しているので、交流の負荷側で給電線
の１端が接地されても支障をきたさないようにインバー
タ装置内部に入出力間を絶縁する機能の付与が条件づけ
られる。
求められる例をまず説明する。電話局では電話回線に使
われる直流４８Ｖの電源を流用して、この直流をインバ
ータ装置で交流電力に変換して使われる。直流の４８Ｖ
電源は正極を接地しているので、交流の負荷側で給電線
の１端が接地されても支障をきたさないようにインバー
タ装置内部に入出力間を絶縁する機能の付与が条件づけ
られる。
【０００３】図３は、従来例における太陽電池を用いた
インバータ装置の回路構成図であり、需要が急速に伸び
ている太陽電池システムを説明する。図は太陽電池で発
電した直流電力を商用電力系統へ送電（売電）するシス
テムの構成を示したもので、１２は多数の太陽電池を直
並列に接続した太陽電池パネル、１１はインバータ回
路、１３は商用電力系統、Ｃ５は太陽電池パネル１２と
大地間の浮遊容量によるコンデンサである。太陽電池パ
ネル１２は太陽光を受けこれを電気エネルギーに変換す
る。太陽光はエネルギー密度が低いため、例えば１ｋＷ
の電力を得るのに必要な太陽電池パネル１２の受光面は
約１０ｍ2 と大きなものとなる。太陽電池パネル１２は
建造物上に配置されることが多い。建造物は一般に接地
されていて大地と同電位にある。従って、大きな面積を
持つ太陽電池パネル１２と接地された建造物は電気的に
は１種のコンデンサを構成していることになる。何らか
の原因で太陽電池パネル１２と大地間に交流の電位差が
生じるとこのコンデンサＣ５を通じて交流の漏洩電流が
流れる。
インバータ装置の回路構成図であり、需要が急速に伸び
ている太陽電池システムを説明する。図は太陽電池で発
電した直流電力を商用電力系統へ送電（売電）するシス
テムの構成を示したもので、１２は多数の太陽電池を直
並列に接続した太陽電池パネル、１１はインバータ回
路、１３は商用電力系統、Ｃ５は太陽電池パネル１２と
大地間の浮遊容量によるコンデンサである。太陽電池パ
ネル１２は太陽光を受けこれを電気エネルギーに変換す
る。太陽光はエネルギー密度が低いため、例えば１ｋＷ
の電力を得るのに必要な太陽電池パネル１２の受光面は
約１０ｍ2 と大きなものとなる。太陽電池パネル１２は
建造物上に配置されることが多い。建造物は一般に接地
されていて大地と同電位にある。従って、大きな面積を
持つ太陽電池パネル１２と接地された建造物は電気的に
は１種のコンデンサを構成していることになる。何らか
の原因で太陽電池パネル１２と大地間に交流の電位差が
生じるとこのコンデンサＣ５を通じて交流の漏洩電流が
流れる。
【０００４】太陽電池パネル１２で発電される電気エネ
ルギーが数１０ｋＷ，数１００ｋＷと大きくなると太陽
電池パネル１２と大地間の等価コンデンサＣ５の容量も
大きくなり、これにともない太陽電池パネル１２からの
漏洩電流は無視できない大きさになる。漏洩電流はこれ
を監視している漏電継電器を動作させ電力系統を遮断さ
せる原因となる。結果として商用電力で稼働していた電
気機器類を停止させることになる。
ルギーが数１０ｋＷ，数１００ｋＷと大きくなると太陽
電池パネル１２と大地間の等価コンデンサＣ５の容量も
大きくなり、これにともない太陽電池パネル１２からの
漏洩電流は無視できない大きさになる。漏洩電流はこれ
を監視している漏電継電器を動作させ電力系統を遮断さ
せる原因となる。結果として商用電力で稼働していた電
気機器類を停止させることになる。
【０００５】次に太陽電池パネルと大地間に生じる交流
の電位差について説明する。一般に三相交流の商用電力
系統１３では人体や機器類の保安のために三相の給電線
のうち、１相、図ではＵ相を接地している。インバータ
回路１１の入力の直流部とＵ相の交流出力との間にはＵ
相の交流電圧、周波数に対応した電位差を生じる。これ
が太陽電池パネル１２のコンデンサＣ５を介して漏洩電
流を生じる。
の電位差について説明する。一般に三相交流の商用電力
系統１３では人体や機器類の保安のために三相の給電線
のうち、１相、図ではＵ相を接地している。インバータ
回路１１の入力の直流部とＵ相の交流出力との間にはＵ
相の交流電圧、周波数に対応した電位差を生じる。これ
が太陽電池パネル１２のコンデンサＣ５を介して漏洩電
流を生じる。
【０００６】図４は、太陽電池パネルから大地への漏電
対策を施した従来例における太陽電池を用いたインバー
タ装置の回路構成図である。太陽電池パネル１２から大
地への漏電対策として、商用電力系統１３と太陽電池パ
ネル１２との間に絶縁トランス１４を設けて、太陽電池
パネル１２が交流電圧で振られるのを阻止している。図
において、商用周波数の絶縁トランス１４を使ってイン
バータ回路１１で変換した三相交流電力を絶縁して商用
電力系統１３に送っている。商用電力系統１３に売電し
ないで負荷に直接給電することも行われている。この絶
縁トランス１４は商用周波数（５０または６０Ｈｚ）で
使うために大きくて重い部品になり、太陽電池システム
をコンパクトに構成しようとするときに支障となる。
対策を施した従来例における太陽電池を用いたインバー
タ装置の回路構成図である。太陽電池パネル１２から大
地への漏電対策として、商用電力系統１３と太陽電池パ
ネル１２との間に絶縁トランス１４を設けて、太陽電池
パネル１２が交流電圧で振られるのを阻止している。図
において、商用周波数の絶縁トランス１４を使ってイン
バータ回路１１で変換した三相交流電力を絶縁して商用
電力系統１３に送っている。商用電力系統１３に売電し
ないで負荷に直接給電することも行われている。この絶
縁トランス１４は商用周波数（５０または６０Ｈｚ）で
使うために大きくて重い部品になり、太陽電池システム
をコンパクトに構成しようとするときに支障となる。
【０００７】図５は、図４を改良した太陽電池パネルか
ら大地への漏電対策を施した従来例における太陽電池を
用いたインバータ装置の回路構成図である。図４に示す
商用周波数用の絶縁トランス１５の代替えとして小形で
軽量の高周波絶縁トランスをもつＤＣ−ＤＣコンバータ
１０をインバータ回路１１の入力の直流回路部に設けて
いる。インバータ回路１１の直流部がＵ相の交流電圧に
よって振られてもＤＣ−ＤＣコンバータ１０の入力部の
電位が変化しないので太陽電池パネル１２から対大地へ
漏洩電流が流れることはない。
ら大地への漏電対策を施した従来例における太陽電池を
用いたインバータ装置の回路構成図である。図４に示す
商用周波数用の絶縁トランス１５の代替えとして小形で
軽量の高周波絶縁トランスをもつＤＣ−ＤＣコンバータ
１０をインバータ回路１１の入力の直流回路部に設けて
いる。インバータ回路１１の直流部がＵ相の交流電圧に
よって振られてもＤＣ−ＤＣコンバータ１０の入力部の
電位が変化しないので太陽電池パネル１２から対大地へ
漏洩電流が流れることはない。
【０００８】図６は、図５で使われているＤＣ−ＤＣコ
ンバータの絶縁を説明するためのＤＣ−ＤＣコンバータ
の回路構成図である。Ｈｉｎｖは半導体スイッチＱｘ１
〜Ｑｘ４で構成したブリッジインバータであり直流入力
電圧Ｅｉｎを高周波の交流電圧に変換してトランスＴの
１次巻線ｎ１に与える。２次巻線ｎ２に誘起した交流電
圧をダイオードＤで構成したダイオード整流回路Ｈｒｅ
ｃで直流に変換してリアクタＬｘとコンデンサＣ６のフ
ィルタで平滑し出力の直流出力電圧Ｅｏｕｔを得る。こ
のコンバータ回路では高周波の交流を介在させることに
よって挿入するトランスＴの小形化、軽量化を図ってい
る。このコンバータはまた、半導体スイッチＱｘ１〜Ｑ
ｘ４の制御によって（図には示されていない制御装置か
ら制御信号を与える）直流出力電圧Ｅｏｕｔの電圧レベ
ルの制御もおこなう。
ンバータの絶縁を説明するためのＤＣ−ＤＣコンバータ
の回路構成図である。Ｈｉｎｖは半導体スイッチＱｘ１
〜Ｑｘ４で構成したブリッジインバータであり直流入力
電圧Ｅｉｎを高周波の交流電圧に変換してトランスＴの
１次巻線ｎ１に与える。２次巻線ｎ２に誘起した交流電
圧をダイオードＤで構成したダイオード整流回路Ｈｒｅ
ｃで直流に変換してリアクタＬｘとコンデンサＣ６のフ
ィルタで平滑し出力の直流出力電圧Ｅｏｕｔを得る。こ
のコンバータ回路では高周波の交流を介在させることに
よって挿入するトランスＴの小形化、軽量化を図ってい
る。このコンバータはまた、半導体スイッチＱｘ１〜Ｑ
ｘ４の制御によって（図には示されていない制御装置か
ら制御信号を与える）直流出力電圧Ｅｏｕｔの電圧レベ
ルの制御もおこなう。
【０００９】半導体スイッチＱｘ１〜Ｑｘ４、ダイオー
ドＤに並列に設けられているコンデンサと抵抗の直列回
路Ｓ１〜Ｓ８はスナバー回路であり、半導体スイッチＱ
ｘ１〜Ｑｘ４、ダイオードＤに印加されるサージ電圧を
回収して過電圧ストレスを抑制している。入力側にある
コンデンサＣ０は外部の電源からの配電線のインダクタ
ンス分の影響を緩和させるために挿入したものである。
配電線のインダクタンスが回路動作に影響しなければ必
要とするものではない。
ドＤに並列に設けられているコンデンサと抵抗の直列回
路Ｓ１〜Ｓ８はスナバー回路であり、半導体スイッチＱ
ｘ１〜Ｑｘ４、ダイオードＤに印加されるサージ電圧を
回収して過電圧ストレスを抑制している。入力側にある
コンデンサＣ０は外部の電源からの配電線のインダクタ
ンス分の影響を緩和させるために挿入したものである。
配電線のインダクタンスが回路動作に影響しなければ必
要とするものではない。
【００１０】この従来例に使われている高周波トランス
Ｔは大電流（大容量）用になると巻線径が太くなるため
１次と２次巻線間の磁気的な結合を密にする事が困難に
なる。１次と２次の巻線比が１から大きくずれるとこの
結合はさらに粗になる。結合が密にならないのは漏洩イ
ンダクタンスが大きくなるためである。高周波回路であ
るため、漏洩インダクタンスによる電圧降下が無視でき
ないほど大きくなり電圧制御を難しくする。また漏洩イ
ンダクタンス分に蓄えられた電磁エネルギーを有効に使
えないために電力変換効率を低下させてしまう。このた
め大容量の電源には使えず、一般に１ｋＷ以下の小容量
の装置に使われる。
Ｔは大電流（大容量）用になると巻線径が太くなるため
１次と２次巻線間の磁気的な結合を密にする事が困難に
なる。１次と２次の巻線比が１から大きくずれるとこの
結合はさらに粗になる。結合が密にならないのは漏洩イ
ンダクタンスが大きくなるためである。高周波回路であ
るため、漏洩インダクタンスによる電圧降下が無視でき
ないほど大きくなり電圧制御を難しくする。また漏洩イ
ンダクタンス分に蓄えられた電磁エネルギーを有効に使
えないために電力変換効率を低下させてしまう。このた
め大容量の電源には使えず、一般に１ｋＷ以下の小容量
の装置に使われる。
【００１１】一般に入出力間の絶縁の手段としては、１
ｋＶＡ以上の容量ではやむなく、大きくかつ重くなる商
用周波数のトランスを採用し、１ｋＶＡ以下の小容量の
装置に限って高周波トランスが使われている。なお、半
導体スイッチＱｘ１〜Ｑｘ４としては図示のバイポーラ
・トランジスタの他にパワー・ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ
も使われている。
ｋＶＡ以上の容量ではやむなく、大きくかつ重くなる商
用周波数のトランスを採用し、１ｋＶＡ以下の小容量の
装置に限って高周波トランスが使われている。なお、半
導体スイッチＱｘ１〜Ｑｘ４としては図示のバイポーラ
・トランジスタの他にパワー・ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ
も使われている。
【００１２】
【発明が解決しようとしている課題】しかし従来は、イ
ンバータ回路の前段に設置して使うＤＣ−ＤＣコンバー
タの入出力間に絶縁手段を設けたインバータ装置の大容
量化は難しいという問題があった。
ンバータ回路の前段に設置して使うＤＣ−ＤＣコンバー
タの入出力間に絶縁手段を設けたインバータ装置の大容
量化は難しいという問題があった。
【００１３】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、小形で軽量であって制御性低下のない大容量
でも実用性のある絶縁手段を入出力間に設けたＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータを有するインバータ装置を提供することを
目的とする。
のであり、小形で軽量であって制御性低下のない大容量
でも実用性のある絶縁手段を入出力間に設けたＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータを有するインバータ装置を提供することを
目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】インバータ装置に実装し
て使用するＤＣ−ＤＣコンバータ用のトランスの入出力
間の粗結合がもたらす問題を解消するために、共通の巻
線を使う。また巻線を一つしか使わないことによって失
われる入出力間の絶縁の問題を解消するために半導体素
子を直列に挿入してこれを不導通とすることによって解
決する。
て使用するＤＣ−ＤＣコンバータ用のトランスの入出力
間の粗結合がもたらす問題を解消するために、共通の巻
線を使う。また巻線を一つしか使わないことによって失
われる入出力間の絶縁の問題を解消するために半導体素
子を直列に挿入してこれを不導通とすることによって解
決する。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明は、直流電圧を受電しこれ
を交流電圧に変換して給電するインバータ装置におい
て、インバータ回路１１の入力側にＤＣ−ＤＣコンバー
タ１０を設け、このＤＣ−ＤＣコンバータ１０の構成
を、入力する直流入力電圧Ｅｉｎを正極側および負極側
をそれぞれ半導体スイッチＱ１，Ｑ２と直列接続したリ
アクタＬで受け、リアクタＬの正極側および負極側をそ
れぞれダイオードＤ１，Ｄ２と直列接続したコンデンサ
Ｃ１に接続し、このコンデンサＣ１の直流出力電圧Ｅｏ
ｕｔをインバータ回路１１の入力とし、ＤＣ−ＤＣコン
バータ１０の半導体スイッチＱ１，Ｑ２を同時にオンさ
せてリアクタＬに電磁エネルギーを蓄積し、所要の電磁
エネルギーが蓄積した後、半導体スイッチＱ１，Ｑ２を
同時にオフさせてダイオードＤ１，Ｄ２を介してコンデ
ンサＣ１に放電させることにより、入出力間に絶縁機能
を持たせたことを特徴とするインバータ装置であり、ま
た、太陽電池パネル１２で発電した直流電圧を直流入力
電圧Ｅｉｎとし、この直流入力電圧Ｅｉｎの両電極をコ
ンデンサＣ２，Ｃ３を介して接地したことを特徴とする
インバータ装置であり、さらに、ＤＣ−ＤＣコンバータ
１０のリアクタＬと並列にスナバー回路Ｓを設けたこと
を特徴とするインバータ装置を主旨とする。
を交流電圧に変換して給電するインバータ装置におい
て、インバータ回路１１の入力側にＤＣ−ＤＣコンバー
タ１０を設け、このＤＣ−ＤＣコンバータ１０の構成
を、入力する直流入力電圧Ｅｉｎを正極側および負極側
をそれぞれ半導体スイッチＱ１，Ｑ２と直列接続したリ
アクタＬで受け、リアクタＬの正極側および負極側をそ
れぞれダイオードＤ１，Ｄ２と直列接続したコンデンサ
Ｃ１に接続し、このコンデンサＣ１の直流出力電圧Ｅｏ
ｕｔをインバータ回路１１の入力とし、ＤＣ−ＤＣコン
バータ１０の半導体スイッチＱ１，Ｑ２を同時にオンさ
せてリアクタＬに電磁エネルギーを蓄積し、所要の電磁
エネルギーが蓄積した後、半導体スイッチＱ１，Ｑ２を
同時にオフさせてダイオードＤ１，Ｄ２を介してコンデ
ンサＣ１に放電させることにより、入出力間に絶縁機能
を持たせたことを特徴とするインバータ装置であり、ま
た、太陽電池パネル１２で発電した直流電圧を直流入力
電圧Ｅｉｎとし、この直流入力電圧Ｅｉｎの両電極をコ
ンデンサＣ２，Ｃ３を介して接地したことを特徴とする
インバータ装置であり、さらに、ＤＣ−ＤＣコンバータ
１０のリアクタＬと並列にスナバー回路Ｓを設けたこと
を特徴とするインバータ装置を主旨とする。
【００１６】
【実施例】図１は、本発明の第１実施例におけるインバ
ータ装置の回路構成図であり、インバータ装置に実装し
て使われるＤＣ−ＤＣコンバータ部の実施例である。図
６の高周波インバータを使った回路に代わってチョッパ
が使われている。直流電源、例えば太陽電池パネル１２
から直流入力電圧Ｅｉｎを受ける。半導体スイッチ対Ｑ
１，Ｑ２を同時にオンーオフ動作させる。オンしている
期間に電流を流し、リアクタＬに電磁エネルギを蓄えさ
せる。半導体スイッチ対Ｑ１，Ｑ２がオフしている期間
にリアクタＬに蓄えられた電磁エネルギをダイオード対
Ｄ１，Ｄ２を通してコンデンサＣ１側に放電させる。コ
ンデンサＣ１の直流出力が直流出力電圧Ｅｏｕｔとな
る。
ータ装置の回路構成図であり、インバータ装置に実装し
て使われるＤＣ−ＤＣコンバータ部の実施例である。図
６の高周波インバータを使った回路に代わってチョッパ
が使われている。直流電源、例えば太陽電池パネル１２
から直流入力電圧Ｅｉｎを受ける。半導体スイッチ対Ｑ
１，Ｑ２を同時にオンーオフ動作させる。オンしている
期間に電流を流し、リアクタＬに電磁エネルギを蓄えさ
せる。半導体スイッチ対Ｑ１，Ｑ２がオフしている期間
にリアクタＬに蓄えられた電磁エネルギをダイオード対
Ｄ１，Ｄ２を通してコンデンサＣ１側に放電させる。コ
ンデンサＣ１の直流出力が直流出力電圧Ｅｏｕｔとな
る。
【００１７】次に電圧調整について説明する。半導体ス
イッチ対Ｑ１，Ｑ２をオンさせてリアクタＬに図示の極
性で電圧を印加すると電流が増加する。これにともな
い、リアクタＬに蓄えられる電磁エネルギーが増加す
る。蓄えられるエネルギーの大きさは１／２×（インダ
クタンス）×（電流）2 である。この半導体対Ｑ１，Ｑ
２がオンしている期間にはリアクタＬには図示の極性の
電圧が誘起されていて、ダイオード対Ｄ１，Ｄ２には逆
方向の電圧が加わることになり、通電を阻止されコンデ
ンサＣ１側にはリアクタＬからの電流は流れない。半導
体スイッチ対Ｑ1 ，Ｑ２をオフさせるとエネルギー保存
則に則りリアクタＬには図示とは逆の極性の電圧が誘起
してダイオード対Ｄ１，Ｄ２が通電してリアクタＬに蓄
えられた電磁エネルギーをコンデンサＣ１およびインバ
ータ回路１１側に放出する。このように半導体スイッチ
対Ｑ１，Ｑ２のオン、オフによって入力の直流電力が出
力側に変換される。
イッチ対Ｑ１，Ｑ２をオンさせてリアクタＬに図示の極
性で電圧を印加すると電流が増加する。これにともな
い、リアクタＬに蓄えられる電磁エネルギーが増加す
る。蓄えられるエネルギーの大きさは１／２×（インダ
クタンス）×（電流）2 である。この半導体対Ｑ１，Ｑ
２がオンしている期間にはリアクタＬには図示の極性の
電圧が誘起されていて、ダイオード対Ｄ１，Ｄ２には逆
方向の電圧が加わることになり、通電を阻止されコンデ
ンサＣ１側にはリアクタＬからの電流は流れない。半導
体スイッチ対Ｑ1 ，Ｑ２をオフさせるとエネルギー保存
則に則りリアクタＬには図示とは逆の極性の電圧が誘起
してダイオード対Ｄ１，Ｄ２が通電してリアクタＬに蓄
えられた電磁エネルギーをコンデンサＣ１およびインバ
ータ回路１１側に放出する。このように半導体スイッチ
対Ｑ１，Ｑ２のオン、オフによって入力の直流電力が出
力側に変換される。
【００１８】直流出力電圧Ｅｏｕｔは半導体スイッチ対
Ｑ1 ，Ｑ２のオンとオフのデューティ比ｘを変えて制御
する。次にこれを説明する。半導体スイッチ対Ｑ１，Ｑ
２のスイッチング・デューティ比ｘ＝オン期間／（オン
期間＋オフ期間）を変化させると直流出力電圧Ｅｏｕｔ
は次のように電圧ゼロから直流入力電圧Ｅｉｎより高い
レベルまで変えられる。Ｅｏｕｔ＝ｘ／（１−ｘ）・Ｅ
ｉｎ（０≦ｘ＜１） （１）例えば、ｘ＝
０．５の場合にはＥｏｕｔ＝Ｅｉｎとなる。式（１）の
関係は流れる電流には影響されない。この制御に必要な
信号は制御装置（図１には明示されていない）から与え
られる。
Ｑ1 ，Ｑ２のオンとオフのデューティ比ｘを変えて制御
する。次にこれを説明する。半導体スイッチ対Ｑ１，Ｑ
２のスイッチング・デューティ比ｘ＝オン期間／（オン
期間＋オフ期間）を変化させると直流出力電圧Ｅｏｕｔ
は次のように電圧ゼロから直流入力電圧Ｅｉｎより高い
レベルまで変えられる。Ｅｏｕｔ＝ｘ／（１−ｘ）・Ｅ
ｉｎ（０≦ｘ＜１） （１）例えば、ｘ＝
０．５の場合にはＥｏｕｔ＝Ｅｉｎとなる。式（１）の
関係は流れる電流には影響されない。この制御に必要な
信号は制御装置（図１には明示されていない）から与え
られる。
【００１９】このように半導体スイッチ対Ｑ１，Ｑ２が
オンしている期間にはダイオード対Ｄ１，Ｄ２がカット
オフ（遮断）になっており入力と出力の間は切り離され
ている。つまり絶縁されている。一方、ダイオード対Ｄ
１，Ｄ２が通電している期間には半導体スイッチ対Ｑ
１，Ｑ２がオフになっていて、この期間も入力と出力側
は切り離されている。つまり絶縁されている。半導体ス
イッチ対Ｑ１，Ｑ２とダイオード対Ｄ１，Ｄ２が通電す
る期間は同時には存在しないので常に入力と出力側は絶
縁された状態が保たれる。
オンしている期間にはダイオード対Ｄ１，Ｄ２がカット
オフ（遮断）になっており入力と出力の間は切り離され
ている。つまり絶縁されている。一方、ダイオード対Ｄ
１，Ｄ２が通電している期間には半導体スイッチ対Ｑ
１，Ｑ２がオフになっていて、この期間も入力と出力側
は切り離されている。つまり絶縁されている。半導体ス
イッチ対Ｑ１，Ｑ２とダイオード対Ｄ１，Ｄ２が通電す
る期間は同時には存在しないので常に入力と出力側は絶
縁された状態が保たれる。
【００２０】図２は、本発明の第２実施例におけるイン
バータ装置の回路構成図である。図１の実施例のＤＣ−
ＤＣコンバータの入力側すなわち、太陽電池パネル側の
両電極間にコンデンサＣ２，Ｃ３の直列回路を接続し、
中点をインバータ装置出力の接地されている相と結んで
いる。すなわち太陽電池パネル１２の直流入力電圧Ｅｉ
ｎの両極をそれぞれコンデンサＣ２，Ｃ３を介して接地
する。これによりインバータ回路１１の入力側、つまり
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の出力側が大地に対して電位
差をもっても、太陽電池パネル１２自体は大地に対して
交流的な電位差を生じなくなる。この接続法をとれば太
陽電池パネル１２の電極の直流的な電位は大地に対して
それぞれ＋Ｅｉｎ／２と−Ｅｉｎ／２になる。交流的な
電位差がなくなるので漏洩電流は流れない。
バータ装置の回路構成図である。図１の実施例のＤＣ−
ＤＣコンバータの入力側すなわち、太陽電池パネル側の
両電極間にコンデンサＣ２，Ｃ３の直列回路を接続し、
中点をインバータ装置出力の接地されている相と結んで
いる。すなわち太陽電池パネル１２の直流入力電圧Ｅｉ
ｎの両極をそれぞれコンデンサＣ２，Ｃ３を介して接地
する。これによりインバータ回路１１の入力側、つまり
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０の出力側が大地に対して電位
差をもっても、太陽電池パネル１２自体は大地に対して
交流的な電位差を生じなくなる。この接続法をとれば太
陽電池パネル１２の電極の直流的な電位は大地に対して
それぞれ＋Ｅｉｎ／２と−Ｅｉｎ／２になる。交流的な
電位差がなくなるので漏洩電流は流れない。
【００２１】コンデンサＣ２，Ｃ３の中点をつくらずに
電極のいずれか一方を接地してもよい。この場合は非接
地極の直流入力電位がＥｉｎとなり中点をつくった場合
より高くなるので直流入力電圧Ｅｉｎが高電圧の場合に
は絶縁耐圧の制約がでてくる。
電極のいずれか一方を接地してもよい。この場合は非接
地極の直流入力電位がＥｉｎとなり中点をつくった場合
より高くなるので直流入力電圧Ｅｉｎが高電圧の場合に
は絶縁耐圧の制約がでてくる。
【００２２】破線部のＳはスナバー回路である。半導体
スイッチＱ１，Ｑ２、ダイオードＤ１，Ｄ２の電流断続
にともなって生じるスパイク状のサージ電圧をスナバー
コンデンサＣｓに吸収させる。このコンデンサＣｓに吸
収した電荷（エネルギー）は並列に設けた抵抗Ｒｓに放
電させてコンデンサＣｓの電圧が過度に増加するのを防
止する。抵抗Ｒｓに代わってツエナーダイオードＤｓを
設けてこれに放電させても同じ効果が得られる。またス
ナバー回路Ｓに代わって抵抗とコンデンサの直列回路を
リアクタＬと並列に設けても効果はある。図示のスナバ
ー回路Ｓの場合にはコンデンサとして容量の大きい電解
コンデンサも使えるので充分な効果をあげられる。な
お、スナバーとして従来例（図６）のように半導体スイ
ッチＱ１，Ｑ２およびダイオードＤ１，Ｄ２とそれぞれ
並列に設けてもサージ電圧抑制の効果はあるが、半導体
素子のオフの期間にこのスナバー回路を介して入出力間
に漏洩電流が流れてしまい、入出力間を絶縁する効果は
弱められる。
スイッチＱ１，Ｑ２、ダイオードＤ１，Ｄ２の電流断続
にともなって生じるスパイク状のサージ電圧をスナバー
コンデンサＣｓに吸収させる。このコンデンサＣｓに吸
収した電荷（エネルギー）は並列に設けた抵抗Ｒｓに放
電させてコンデンサＣｓの電圧が過度に増加するのを防
止する。抵抗Ｒｓに代わってツエナーダイオードＤｓを
設けてこれに放電させても同じ効果が得られる。またス
ナバー回路Ｓに代わって抵抗とコンデンサの直列回路を
リアクタＬと並列に設けても効果はある。図示のスナバ
ー回路Ｓの場合にはコンデンサとして容量の大きい電解
コンデンサも使えるので充分な効果をあげられる。な
お、スナバーとして従来例（図６）のように半導体スイ
ッチＱ１，Ｑ２およびダイオードＤ１，Ｄ２とそれぞれ
並列に設けてもサージ電圧抑制の効果はあるが、半導体
素子のオフの期間にこのスナバー回路を介して入出力間
に漏洩電流が流れてしまい、入出力間を絶縁する効果は
弱められる。
【００２３】第１および第２の実施例において半導体ス
イッチ対Ｑ１，Ｑ２のオン、オフの繰り返し周波数を高
くする、たとえば２０ｋＨｚとすればリアクタＬは小形
になり、軽くもなる。
イッチ対Ｑ１，Ｑ２のオン、オフの繰り返し周波数を高
くする、たとえば２０ｋＨｚとすればリアクタＬは小形
になり、軽くもなる。
【００２４】第１および第２の実施例において半導体ス
イッチＱ１，Ｑ２としてはバイポーラ・トランジスタを
例示したが、これに限らず、パワー・ＭＯＳＦＥＴやＩ
ＧＢＴも使えることは言うまでもない。
イッチＱ１，Ｑ２としてはバイポーラ・トランジスタを
例示したが、これに限らず、パワー・ＭＯＳＦＥＴやＩ
ＧＢＴも使えることは言うまでもない。
【００２５】
【発明の効果】本発明のインバータで使用するＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータでは半導体素子によって入出力間の絶縁が
できるのでリアクタＬとして図６のような複数巻線を必
要とせず、巻線が１つであることから従来例のような巻
線間の粗結合がもたらす欠陥がなくなり、制御性、効率
がよくなる。また、大容量のリアクタＬでも実用に供す
ることができる。半導体スイッチ対のスイッチング周波
数を容易に高められるのでリアクタＬの小形化が図れ
る。これらにより、本発明を太陽電池システムや接地さ
れた直流電源を入力とするインバータ装置に適用すると
装置の制御性改善、小形化、軽量化、効率向上等に大き
く寄与する。特に大容量の装置に適用すると顕著な効果
がある。入出力とは独立したスナバー回路を設けること
により、入出力間の絶縁性を損なうことなく半導体に印
加される電圧ストレスを緩和できるのでインバータ装置
の寿命ならびに信頼性を高められる。本発明では、従来
例図６に比較して、半導体スイッチ数が少ない。従って
これを制御する制御装置（図１には示されていない）が
簡素になり信頼性向上に効果がある。また、本発明では
図６の平滑リアクタＬxに相当する部品をリアクタＬと
して設ければよく、トランスＴに相当する部品を必要と
しない。これはコストダウンの効果をもたらす。ＤＣ−
ＤＣコンバータの入力の中点を接地することにより太陽
電池パネルの対大地間の電位差を小さく抑えられるので
パネルに求められる絶縁強度を低く抑えられる。
Ｃコンバータでは半導体素子によって入出力間の絶縁が
できるのでリアクタＬとして図６のような複数巻線を必
要とせず、巻線が１つであることから従来例のような巻
線間の粗結合がもたらす欠陥がなくなり、制御性、効率
がよくなる。また、大容量のリアクタＬでも実用に供す
ることができる。半導体スイッチ対のスイッチング周波
数を容易に高められるのでリアクタＬの小形化が図れ
る。これらにより、本発明を太陽電池システムや接地さ
れた直流電源を入力とするインバータ装置に適用すると
装置の制御性改善、小形化、軽量化、効率向上等に大き
く寄与する。特に大容量の装置に適用すると顕著な効果
がある。入出力とは独立したスナバー回路を設けること
により、入出力間の絶縁性を損なうことなく半導体に印
加される電圧ストレスを緩和できるのでインバータ装置
の寿命ならびに信頼性を高められる。本発明では、従来
例図６に比較して、半導体スイッチ数が少ない。従って
これを制御する制御装置（図１には示されていない）が
簡素になり信頼性向上に効果がある。また、本発明では
図６の平滑リアクタＬxに相当する部品をリアクタＬと
して設ければよく、トランスＴに相当する部品を必要と
しない。これはコストダウンの効果をもたらす。ＤＣ−
ＤＣコンバータの入力の中点を接地することにより太陽
電池パネルの対大地間の電位差を小さく抑えられるので
パネルに求められる絶縁強度を低く抑えられる。
【図１】本発明の第１実施例におけるインバータ装置の
回路構成図である。
回路構成図である。
【図２】本発明の第２実施例におけるインバータ装置の
回路構成図である。
回路構成図である。
【図３】従来例における太陽電池を用いたインバータ装
置の回路構成図である。
置の回路構成図である。
【図４】従来例における太陽電池を用いた他のインバー
タ装置の回路構成図である。
タ装置の回路構成図である。
【図５】従来例における太陽電池を用いた他のインバー
タ装置の回路構成図である。
タ装置の回路構成図である。
【図６】従来例におけるＤＣ−ＤＣコンバータの回路構
成図である。
成図である。
１０ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１１ インバータ回路
１２ 太陽電池パネル
１３ 商用電力系統
１４ 絶縁トランス
Ｃ０，Ｃ１〜Ｃ３，Ｃ５，Ｃ６，Ｃｓ コンデンサ
Ｄ，Ｄ１，Ｄ２ ダイオード
Ｄｓ ツェナーダイオード
Ｌ，Ｌｘ リアクタ
Ｒｓ 抵抗
Ｑ１，Ｑ２，Ｑｘ１〜Ｑｘ４ 半導体スイッチ
Ｓ，Ｓ１〜８ スナバー回路
Ｔ トランス
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−309047（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−219758（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−191263（ＪＰ，Ａ)
実開 昭61−22148（ＪＰ，Ｕ)
実開 平６−62793（ＪＰ，Ｕ)
Claims (3)
- 【請求項１】 直流電圧を受電しこれを交流電圧に変換
して給電するインバータ装置において、 インバータ回路（１１）の入力側にＤＣ−ＤＣコンバー
タ（１０）を設け、 このＤＣ−ＤＣコンバータ（１０）の構成を、 入力する直流入力電圧（Ｅｉｎ）の正極側および負極側
を、半導体スイッチ（Ｑ１，Ｑ２）を介して、これらの
半導体スイッチ（Ｑ１，Ｑ２）と直列接続したリアクタ
（Ｌ）で受け、前記 リアクタ（Ｌ）の正極側および負極側を、ダイオー
ド（Ｄ１，Ｄ２）を介して、これらのダイオード（Ｄ
１，Ｄ２）と直列接続したコンデンサ（Ｃ１）に接続
し、 このコンデンサ（Ｃ１）の直流出力電圧（Ｅｏｕｔ）を
前記インバータ回路（１１）の入力とし、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（１０）の前記半導体スイッ
チ（Ｑ１，Ｑ２）を同時にオンさせて前記リアクタ
（Ｌ）に電磁エネルギーを蓄積し、所要の電磁エネルギ
ーが蓄積した後、前記半導体スイッチ（Ｑ１，Ｑ２）を
同時にオフさせて前記ダイオード（Ｄ１，Ｄ２）を介し
てコンデンサ（Ｃ１）に放電させることにより、入出力
間に絶縁機能を持たせたことを特徴とするインバータ装
置。 - 【請求項２】 太陽電池パネル（１２）で発電した直流
電圧を直流入力電圧（Ｅｉｎ）とし、 この直流入力電圧（Ｅｉｎ）の両電極をコンデンサ（Ｃ
２，Ｃ３）を介して接地したことを特徴とする請求項１
に記載のインバータ装置。 - 【請求項３】 前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（１０）の前
記リアクタ（Ｌ）と並列にスナバー回路（Ｓ）を設けた
ことを特徴とする請求項１または２に記載のインバータ
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36194597A JP3454345B2 (ja) | 1997-12-09 | 1997-12-09 | インバータ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36194597A JP3454345B2 (ja) | 1997-12-09 | 1997-12-09 | インバータ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11178330A JPH11178330A (ja) | 1999-07-02 |
| JP3454345B2 true JP3454345B2 (ja) | 2003-10-06 |
Family
ID=18475380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36194597A Expired - Fee Related JP3454345B2 (ja) | 1997-12-09 | 1997-12-09 | インバータ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3454345B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020058746A (ko) * | 2000-12-30 | 2002-07-12 | 이계안 | 버크 컨버터를 이용한 전기 자동차용 차단장치 |
| JP4522957B2 (ja) * | 2006-03-02 | 2010-08-11 | 東光株式会社 | スイッチング電源回路 |
| KR20090121402A (ko) * | 2007-03-20 | 2009-11-25 | 에네르델, 인코포레이티드 | 직렬 연결된 전지의 충전 상태를 밸런싱하기 위한 시스템과 방법 |
| JP5254922B2 (ja) * | 2009-10-07 | 2013-08-07 | 三菱電機株式会社 | 電力変換装置 |
| KR102317140B1 (ko) * | 2014-02-19 | 2021-10-22 | 엘지전자 주식회사 | 전력변환장치 및 태양광 모듈 |
-
1997
- 1997-12-09 JP JP36194597A patent/JP3454345B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH11178330A (ja) | 1999-07-02 |
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