JP4001060B2 - 電力変換装置 - Google Patents
電力変換装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4001060B2 JP4001060B2 JP2003174882A JP2003174882A JP4001060B2 JP 4001060 B2 JP4001060 B2 JP 4001060B2 JP 2003174882 A JP2003174882 A JP 2003174882A JP 2003174882 A JP2003174882 A JP 2003174882A JP 4001060 B2 JP4001060 B2 JP 4001060B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- series
- switching element
- power supply
- parallel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
- H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
- H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
- H02J9/062—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/10—Arrangements incorporating converting means for enabling loads to be operated at will from different kinds of power supplies, e.g. from ac or dc
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
- H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
- H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
- H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
- H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M5/4585—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Emergency Management (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Rectifiers (AREA)
- Stand-By Power Supply Arrangements (AREA)
- Ac-Ac Conversion (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電源から負荷に安定した電圧を供給するための主回路構成に特徴を有する電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、交流電力を一旦直流電力に変換し、更に交流電力に変換する従来の電力変換装置を示す回路図である。
図１０において、交流電源１の一端にはリアクトル４０を介して半導体スイッチング素子１０，１１の直列回路が接続されており、これらのスイッチング素子１０，１１には、ダイオード１４，１５がそれぞれ逆並列に接続されている。
ＰＷＭ制御されるスイッチング素子１０，１１はダイオード１４，１５と共に整流回路として動作し、直列接続されたコンデンサ３０，３１にエネルギーを蓄積しながら、コンデンサ３０，３１の電圧が所定の直流電圧になるように制御、変換動作を行なう。
【０００３】
また、コンデンサ３０，３１の直列回路には、スイッチング素子１２，１３の直列回路が並列に接続され、これらのスイッチング素子１２，１３には、ダイオード１６，１７がそれぞれ逆並列に接続されている。ここで、スイッチング素子１２，１３をＰＷＭ制御によりインバータとして動作させることで、平滑された直流電圧から安定した任意の交流電圧を発生させ、この交流電圧を負荷６へ供給している。
交流電源１の両端に接続されたコンデンサ３２はフィルタコンデンサで、負荷６の入力側に接続されたリアクトル４１及びコンデンサ３３はＬＣフィルタを構成するものである。
【０００４】
なお、図１０に示した従来技術と同様の回路は、下記の非特許文献１に記載されている。
【０００５】
【非特許文献１】
「パワーエレクトロニクスガイドブック」（雑誌「ＯＨＭ」１９９９年１１月号別冊），株式会社オーム社発行，ｐ８５
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に示した従来技術は、交流電源を一旦直流に変換した後、再度交流に変換する、いわゆるダブルコンバータ構成の回路となっている。
図１１は、図１０の回路の動作原理を説明するための図である。図１０の回路では、交流電源１側のスイッチング素子１０，１１及びダイオード１４，１５によって構成されるコンバータが整流回路として働くため、この整流回路は、図１１に示すように、負荷６に必要な全エネルギーが通過する並列電流源５とみなすことができる。
【０００７】
また、図１０における負荷６側のスイッチング素子１２，１３及びダイオード１６，１７によって構成されるコンバータはいわゆるインバータとして動作し、負荷６に所定の電圧を供給するため、図１１に示すように、負荷６が必要とする全エネルギーが通過する並列電圧源３とみなすことができる。
ここで、図１０におけるコンデンサ３０，３１は、整流回路の出力側すなわちインバータの入力側に接続され、インバータの電源として作用している。
図１０のようなダブルコンバータ方式の電力変換装置では、交流電源１側及び負荷６側のどちらのコンバータにも負荷６に供給される全てのエネルギーが通過するため、各コンバータが発生する損失は大きなものとなる。このため、変換効率が低下し、ランニングコストが増加するという問題があった。
【０００８】
また、整流回路、インバータともハーフブリッジとして動作するため、交流電源電圧の葯２倍の電圧が素子に印加されるため、適用素子には耐圧の高いものを選定する必要があり、これがコストを上昇させる原因となっていた。
そこで本発明は、従来のダブルコンバータをフルブリッジ化し、交流電源１及び負荷６に対する接続方法を変えることで、負荷６側のコンバータを直列コンバータとして動作させ、交流電源１の電圧が変動した場合にはその電圧変動分だけを直列コンバータが補償し、この補償に必要なエネルギー分のみを交流電源１側の並列コンバータが補償するような、いわゆる直並列変換装置を構成するようにした。
【０００９】
そこで、本発明の解決課題は、高い変換効率でランニングコストを抑制可能な電力変換装置を提供することにある。
また、本発明の他の解決課題は、交流電源の電圧変動を抑制しながら負荷に一定の電圧を供給可能な電力変換装置を提供することにある。
また、本発明の解決課題は、使用するスイッチング素子等の回路素子の耐圧を低減させてコストの減少を可能にした電力変換装置を提供することにある。
また、本発明の解決課題は、交流電源が停電した時には、第１及び第２のスイッチング素子直列回路を動作させることにより、負荷に継続的にエネルギーを供給することができる電力変換装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、それぞれダイオードが逆並列接続された第１及び第２の半導体スイッチング素子を直列接続してなる第１のスイッチング素子直列回路と、それぞれダイオードが逆並列接続された第３及び第４の半導体スイッチング素子を直列接続してなる第２のスイッチング素子直列回路と、それぞれダイオードが逆並列接続された第５及び第６の半導体スイッチング素子を直列接続してなる第３のスイッチング素子直列回路と、第１のコンデンサと、を並列に接続し、
交流電源の一端と負荷の一端とを接続し、かつ、交流電源に並列に第２のコンデンサを接続すると共に負荷に並列に第３のコンデンサを接続し、
前記交流電源の一端を第１のリアクトルを介して第１のスイッチング素子直列回路内部の直列接続点に接続すると共に、交流電源の他端をセンタータップ付の第３のリアクトルのタップに接続し、前記第３のリアクトルの一端を第２のスイッチング素子直列回路内部の直列接続点に接続し、負荷の他端を前記第３のリアクトルの他端及び第３のスイッチング素子直列回路内部の直列接続点に接続してなる電力変換装置であって、
交流電源の電圧変動分を、第２のスイッチング素子直列回路及び第３のスイッチング素子直列回路を有する直列コンバータが補償して負荷への供給電圧を一定に保ち、前記直列コンバータの補償動作による第１のコンデンサの電圧変動分を、第１のスイッチング素子直列回路及び第２のスイッチング素子直列回路を有する並列コンバータによる交流電源との間の充放電動作により補償するものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本発明の第１実施形態を示す回路図である。
図１において、第１，第２のダイオード１４，１５が逆並列接続されたＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の第１，第２の半導体スイッチング素子１０，１１の直列回路（第１のスイッチング素子直列回路という）と、第３，第４のダイオード２０，２１が逆並列接続された第３，第４の半導体スイッチング素子１８，１９の直列回路（第２のスイッチング素子直列回路という）と、第５，第６のダイオード１６，１７が逆並列接続された第５，第６の半導体スイッチング素子１２，１３の直列回路（第３のスイッチング素子直列回路という）と、第１のコンデンサ（電解コンデンサ）３０とが、それぞれ並列に接続されている。
また、交流電源１には第２のコンデンサ３２が並列に接続され、負荷６には第３のコンデンサ３３が並列に接続されている。
【００１９】
また、コンデンサ３０が出力側に接続されているスイッチング素子１０，１１，１８，１９及びダイオード１４，１５，２０，２１は、交流電源１に対して並列に接続されている。以下、これを並列コンバータと呼ぶ。
次に、図２は図１の実施形態の動作原理を説明するための図である。
図２における並列補償電流源４は前記並列コンバータを、直列補償電圧源２は前記直列コンバータを表している。このとき、直列補償電圧源２が任意の電圧を発生することで、負荷６には交流電源１（交流電圧源）と直列補償電圧源２の２つの電圧源による電圧が加算されて印加されることになる。その結果、交流電源１の電圧が変動して仮にその電圧が低下した場合でも、直列補償電圧源２による可変電圧を加算して負荷６に印加することで電源電圧の変動を補償し、負荷６に一定の電圧を供給することができる。
【００２０】
図３を用いて、図１における直列コンバータ及び並列コンバータの動作について更に説明を加える。
図３は、図１の第１〜第３のスイッチング素子直列回路におけるＮ点の電位を基準とした場合の、各スイッチング素子の直列アームの出力電圧波形の指令値を示している。
まず、交流電源１の電圧が所望の出力電圧より高いため、降圧動作を行って負荷６に一定の電圧を供給する場合について、図３（ａ）を参照しつつ説明する。この場合、スイッチング素子１８，１９を電源電圧に同期させてスイッチングすることにより、その直列アームの出力電圧は指令値▲２▼のような矩形波となる。
【００２１】
このとき、負荷６への供給電圧を低下させるために、直列コンバータを構成するスイッチング素子１２，１３のスイッチングにより、その直列アームの出力電圧波形が指令値▲３▼になるように制御する。この結果、スイッチング素子１８，１９の直列接続点とスイッチング素子１２，１３の直列接続点との間には、図３（ａ）における▲２▼−▲３▼に相当する正弦波指令値相当の電圧（電源電圧に対し逆相で振幅の小さい正弦波電圧）が出力される。
この正弦波電圧は、図２における直列補償電圧源２（直列コンバータ）の出力電圧に相当し、この電圧が交流電源１による電源電圧に重畳されるので、降圧動作が実現され、負荷６には電源電圧より低い電圧が印加される。
【００２２】
同時に、図３（ａ）の指令値▲１▼に示すように、スイッチング素子１０，１１は並列コンバータとして入力電圧相当の対向電圧を発生させながら、前記降圧動作によって変動するコンデンサ３０の電圧（図１におけるＶｄｃ）を一定に保つように、交流電源１との間で充放電動作させる。この結果、並列コンバータは、直列コンバータに対して補償分のエネルギーをやり取りする。
また、電源電圧が所望の出力電圧より低いため、昇圧動作を行って負荷６に一定の電圧を供給する場合には、スイッチング素子１２，１３を電源電圧に同期させてスイッチングすることにより、その直列アームの出力電圧波形は図３（ｂ）の指令値▲３▼に示す矩形波となる。
【００２３】
まず、交流電源１の電圧が所望の出力電圧より高いため、降圧動作を行って負荷６に一定の電圧を供給する場合について、図３（ａ）を参照しつつ説明する。
この場合、スイッチング素子１８，１９を電源電圧に同期させてスイッチングすることにより、その直列アームの出力電圧は指令値(2)のような矩形波となる。
【００２４】
このとき、負荷６への供給電圧を低下させるために、直列コンバータを構成するスイッチング素子１２，１３のスイッチングにより、その直列アームの出力電圧波形が指令値(3)になるように制御する。この結果、スイッチング素子１８，１９の直列接続点とスイッチング素子１２，１３の直列接続点との間には、図３（ａ）における(2)−(3)に相当する正弦波指令値相当の電圧（電源電圧に対し逆相で振幅の小さい正弦波電圧）が出力される。
この正弦波電圧は、図２における直列補償電圧源２（直列コンバータ）の出力電圧に相当し、この電圧が交流電源１による電源電圧に重畳されるので、降圧動作が実現され、負荷６には電源電圧より低い電圧が印加される。
【００２５】
同時に、図３（ａ）の指令値(1)に示すように、スイッチング素子１０，１１は並列コンバータとして入力電圧相当の対向電圧を発生させながら、前記降圧動作によって変動するコンデンサ３０の電圧（図１におけるＶｄｃ）を一定に保つように、交流電源１との間で充放電動作させる。この結果、並列コンバータは、直列コンバータに対して補償分のエネルギーをやり取りする。
【００２６】
また、電源電圧が所望の出力電圧より低いため、昇圧動作を行って負荷６に一定の電圧を供給する場合には、スイッチング素子１２，１３を電源電圧に同期させてスイッチングすることにより、その直列アームの出力電圧波形は図３（ｂ）の指令値(3)に示す矩形波となる。
そして、スイッチング素子１８，１９による直列アームの出力電圧波形が図３（ｂ）の指令値(2)になるように制御することにより、スイッチング素子１８，１９の直列接続点とスイッチング素子１２，１３の直列接続点との間に、図３（ｂ）における(2)−(3)に相当する正弦波指令値相当の電圧（電源電圧と同相で振幅の小さい正弦波電圧）を出力させる。
この正弦波電圧も、図２における直列補償電圧源２（直列コンバータ）の出力電圧に相当するものであり、この電圧が交流電源１による電源電圧に重畳されるので、昇圧動作が実現され、負荷６には電源電圧より高い電圧が印加される。
【００２７】
また、交流電源１の電圧が補償範囲を超えた場合には、主スイッチ５４をオフし、切替スイッチ５０を第２の切替接点５３側に接続することにより、コンデンサ３０の直流電圧をスイッチング素子１０，１１，１２，１３により交流電圧に変換して負荷６に供給することができる。
なお、主スイッチ５４や切替スイッチ５０を切り替えるための条件は、コンデンサ３０の電圧Ｖｄｃや電源電圧を検出して判断可能である。
交流電源１の電圧が補償範囲を超えた場合の直並列変換装置における補償時間は５分程度と短いため、スイッチング素子及び冷却体は小型のもので済み、低コストとなる。
【００２８】
図５は、本発明の第３実施形態を示す回路図であり、請求項３の発明に相当する。
この実施形態は、第１〜第３のスイッチング素子直列回路におけるＰ点とＮ点との間に、充放電手段６１を介して並列にエネルギー蓄積要素６０を接続したものである。
なお、図５は図４の構成に充放電手段６１及びエネルギー蓄積要素６０を付加した形で示してあるが、図１の構成にこれらを付加しても良い。
ここで、充放電手段６１は半導体スイッチ及びリアクトル等の磁気部品で構成されており、エネルギー蓄積要素６０としてはバッテリなどの二次電池やフライホイール等を使用することができる。
【００２９】
次に、図４は本発明の第２実施形態を示す回路図である。
図１との相違点は、交流電源１側に主スイッチ５４を追加し、負荷６側に切替スイッチ５０を追加したことにある。
すなわち、交流電源１の一端とスイッチング素子１８，１９の直列接続点との間には主スイッチ５４が接続されている。また、共通端子５１と第１，第２の切替接点５２，５３とを有する切替スイッチ５０を設け、負荷６の一端が共通端子５１に接続されると共に、第１の切替接点５２がスイッチング素子１８，１９の直列接続点に接続され、第２の切替接点５３がリアクトル４１とコンデンサ３３との接続点に接続されている。
【００３０】
上記動作により、交流電源１の異常時にはコンデンサ３０を電源とするスイッチング素子１０，１１，１２，１３の動作により、切替スイッチ５０を介して負荷６への給電を継続することができる。
なお、図５において、スイッチング素子等の回路素子の故障時や電源電圧の異常低下時には、図４の場合と同様の動作となる。
図６は、本発明の第４実施形態を示す回路図であり、請求項４の発明に相当する。
この実施形態は、図５の充放電手段６１を分割して交流電源１の両端に充電手段６２を接続すると共に、Ｐ点とＮ点との間に放電手段６３を接続し、これらの充電手段６２、放電手段６３に並列にエネルギー蓄積要素６０を接続したものである。なお、充電手段６２、放電手段６３、エネルギー蓄積要素６０は、図１の構成に付加しても良い。
【００３１】
この実施形態の動作は、交流電源１の正常時に充電手段６２によりエネルギー蓄積要素６０にエネルギーを蓄積しておき、交流電源１の異常時、例えば停電時には、放電手段６３を用いてエネルギー蓄積要素６０のエネルギーをコンデンサ３０に供給する。このコンデンサ３０を電源として、直列コンバータ及び並列コンバータを動作させながら負荷６に所望の電圧を継続的に供給する。
充電手段６２及び放電手段６３は半導体スイッチや磁気部品の組合せにより構成され、エネルギー蓄積要素６０には図５の実施形態と同様のものを使用可能である。
【００３２】
図７は本発明の第５実施形態を示す回路図であり、請求項５の発明に相当する。
例えば図１に示した回路構成において、第２のリアクトル４１をタップ付きリアクトル（第３のリアクトル）４２に変更し、このリアクトル４２の負荷６側の一端をスイッチング素子１２，１３の直列接続点に接続すると共に、リアクトル４２の他端をスイッチング素子１８，１９の直列接続点に接続し、交流電源１の負荷６と接続されていない側の一端をリアクトル４２のタップ端子に接続したものである。
【００３３】
このような回路構成によれば、コンデンサ３０及びスイッチング素子１８，１９，１２，１３等により構成される直列コンバータの通過電流を低減できるため、スイッチング損失が低減され、並列コンバータにおける損失低減と相まって一層の効率改善が可能になる。
なお、並列コンバータの動作は変わらないので説明を省略する。
ここで、図７におけるタップ付きリアクトル４２は、図４〜図６における第２のリアクトル４１に代えて用いることもでき、これらの発明が請求項６に相当する。
【００３４】
例えば、図４におけるリアクトル４１を除去し、タップ付きリアクトル４２の一端を切替スイッチ５０の第２の切替接点５３とスイッチング素子１２，１３の直列接続点とに接続すると共に、タップ付きリアクトル４２の他端をスイッチング素子１８，１９の直列接続点に接続し、主スイッチ５４の一端をスイッチング素子１８，１９の直列接続点から切り離してタップ付きリアクトル４２のタップ端子に接続すればよい。
更に、上記の構成に図５の充放電手段６１及びエネルギー蓄積要素６０、図６の充電手段６２，放電手段６３及びエネルギー蓄積要素６０を付加しても良い。
【００３５】
図８は本発明の第６の実施形態を示す回路図で、請求項７の発明に相当する。
図８において、第１，第２のダイオード１４，１５が逆並列接続されたＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の第１，第２の半導体スイッチング素子１０，１１の直列回路（第１のスイッチング素子直列回路という）と、第３，第４のダイオード２０，２１が逆並列接続された第３，第４の半導体スイッチング素子１８，１９の直列回路（第２のスイッチング素子直列回路という）と、第５，第６のダイオード１６，１７が逆並列接続された第５，第６の半導体スイッチング素子１２，１３の直列回路（第３のスイッチング素子直列回路という）と、第１のコンデンサ（電解コンデンサ）３０と第４のコンデンサ（電解コンデンサ）３１の直列回路（コンデンサ直列回路という）が、それぞれ並列に接続されている。
【００３６】
図６は、本発明の第４実施形態を示す回路図である。
この実施形態は、図５の充放電手段６１を分割して交流電源１の両端に充電手段６２を接続すると共に、Ｐ点とＮ点との間に放電手段６３を接続し、これらの充電手段６２、放電手段６３に並列にエネルギー蓄積要素６０を接続したものである。なお、充電手段６２、放電手段６３、エネルギー蓄積要素６０は、図１の構成に付加しても良い。
【００３７】
上記回路構成において、電圧判定回路７０が交流電源１の電圧が所定値より高いと判定した場合には、切替スイッチ９０を第１の切替接点９３側に切替えると、回路構成はコンデンサがコンデンサ３０、３１の直列回路となっていることを除けば図１と同じであり、回路動作も同じになる。また、電圧判定回路７０が交流電源１の電圧が所定値より低いと判定した場合には、切替スイッチ９０を第２の切替接点９２側に切替え、スイッチング素子１８と１９をオフ状態に維持すれば、回路構成は従来回路図１０と同様とみなせる。即ち、切替スイッチ９０を切替えることにより、【発明が解決しようとする課題】で説明した回路方式で、ハーフブリッジとフルブリッジを切替えることになる。
【００３８】
図７は本発明の第５実施形態を示す回路図である。
例えば図１に示した回路構成において、第２のリアクトル４１をタップ付きリアクトル（第３のリアクトル）４２に変更し、このリアクトル４２の負荷６側の一端をスイッチング素子１２，１３の直列接続点に接続すると共に、リアクトル４２の他端をスイッチング素子１８，１９の直列接続点に接続し、交流電源１の負荷６と接続されていない側の一端をリアクトル４２のタップ端子に接続したものである。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、直列コンバータ及び並列コンバータの動作により、交流電源の電圧変動を抑制しながら負荷に一定の電圧を供給することができ、その際に並列コンバータにおける損失を低減して従来よりも変換効率を高め、ランニングコストを低く抑えることができる。
また、コンバータをフルブリッジ構成とすることによってスイッチング素子等の耐圧を低下させ、素子の責務を軽減すると共にコストの低減も可能である。
また、従来のハーフブリッジ構成のコンバータに比べて電解コンデンサのリプル電流を抑制し、その長寿命化を図ることもできる。
更に、切替スイッチを付加することにより、１００Ｖ系と２００Ｖ系の交流入力電圧への対応が、素子耐圧を変更することなく同一の構成で可能となる。従って、信頼性が高く、量産効果の高い電源システムを提供することが可能となる。
【００４０】
ここで、図７におけるタップ付きリアクトル４２は、図４〜図６における第２のリアクトル４１に代えて用いることもできる。
例えば、図４におけるリアクトル４１を除去し、タップ付きリアクトル４２の一端を切替スイッチ５０の第２の切替接点５３とスイッチング素子１２，１３の直列接続点とに接続すると共に、タップ付きリアクトル４２の他端をスイッチング素子１８，１９の直列接続点に接続し、主スイッチ５４の一端をスイッチング素子１８，１９の直列接続点から切り離してタップ付きリアクトル４２のタップ端子に接続すればよい。
更に、上記の構成に図５の充放電手段６１及びエネルギー蓄積要素６０、図６の充電手段６２，放電手段６３及びエネルギー蓄積要素６０を付加しても良い。
【００４１】
図８は本発明の第６の実施形態を示す回路図である。
図８において、第１，第２のダイオード１４，１５が逆並列接続されたＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の第１，第２の半導体スイッチング素子１０，１１の直列回路（第１のスイッチング素子直列回路という）と、第３，第４のダイオード２０，２１が逆並列接続された第３，第４の半導体スイッチング素子１８，１９の直列回路（第２のスイッチング素子直列回路という）と、第５，第６のダイオード１６，１７が逆並列接続された第５，第６の半導体スイッチング素子１２，１３の直列回路（第３のスイッチング素子直列回路という）と、第１のコンデンサ（電解コンデンサ）３０と第４のコンデンサ（電解コンデンサ）３１の直列回路（コンデンサ直列回路という）が、それぞれ並列に接続されている。
【００４５】
図９は、第７の実施形態を示す回路図である。
図８との違いは、切替スイッチが、図８では第１の切替接点と第２の切替接点との二つを備えたものであるのに対して、図９では一つの接点しか備えていない点と、これに伴う回路構成が違うことである。図９の場合、電圧判定回路７０が交流電源１の電圧が所定値より高いと判断した場合には、切替スイッチ１００をオフにすれば、回路構成はコンデンサがコンデンサ３０、３１の直列回路となっていることを除けば図１と同じであり、回路動作も同じになる。また、電圧判定回路７０が交流電源１の電圧が所定値より低いと判定した場合には、切替スイッチ１００をオンとし、スイッチング素子１８と１９をオフ状態に維持すれば、回路構成は従来回路図１０と同様とみなせる。即ち、切替スイッチ１００をオンまたはオフにすることにより、【発明が解決しようとする課題】で説明した回路方式で、ハーフブリッジとフルブリッジを切替えることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す回路図である。
【図２】図１の実施形態の動作原理を説明するための原理図である。
【図３】図１の実施形態の動作を示す指令値の波形図である。
【図４】本発明の第２実施形態を示す回路図である。
【図５】本発明の第３実施形態を示す回路図である。
【図６】本発明の第４実施形態を示す回路図である。
【図７】本発明の第５実施形態を示す回路図である。
【図８】本発明の第６の実施形態を示す回路図である
【図９】本発明の第７の実施形態を示す回路図である。
【図１０】従来技術を示す回路図である。
【図１１】従来技術の動作原理を説明するための原理図である。
【符号の説明】
１ 交流電源
２ 直列補償電圧源
４ 並列補償電流源
６ 負荷
１０，１１，１２，１３，１８，１９ 半導体スイッチング素子
１４，１５，１６，１７，２０，２１ ダイオード
３０，３２，３３ コンデンサ
４０，４１ リアクトル
４２ タップ付きリアクトル
５０ 切替スイッチ
５１ 共通端子
５２，５３ 切替接点
５４ 主スイッチ
６０ エネルギー蓄積要素
６１ 充放電手段
６２ 充電手段
６３ 放電手段
７０ 電圧判別回路
９０、１００ 切替スイッチ
９１ 共通接点
９２、９３ 切替接点
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電源から負荷に安定した電圧を供給するための主回路構成に特徴を有する電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、交流電力を一旦直流電力に変換し、更に交流電力に変換する従来の電力変換装置を示す回路図である。
図１０において、交流電源１の一端にはリアクトル４０を介して半導体スイッチング素子１０，１１の直列回路が接続されており、これらのスイッチング素子１０，１１には、ダイオード１４，１５がそれぞれ逆並列に接続されている。
ＰＷＭ制御されるスイッチング素子１０，１１はダイオード１４，１５と共に整流回路として動作し、直列接続されたコンデンサ３０，３１にエネルギーを蓄積しながら、コンデンサ３０，３１の電圧が所定の直流電圧になるように制御、変換動作を行なう。
【０００３】
また、コンデンサ３０，３１の直列回路には、スイッチング素子１２，１３の直列回路が並列に接続され、これらのスイッチング素子１２，１３には、ダイオード１６，１７がそれぞれ逆並列に接続されている。ここで、スイッチング素子１２，１３をＰＷＭ制御によりインバータとして動作させることで、平滑された直流電圧から安定した任意の交流電圧を発生させ、この交流電圧を負荷６へ供給している。
交流電源１の両端に接続されたコンデンサ３２はフィルタコンデンサで、負荷６の入力側に接続されたリアクトル４１及びコンデンサ３３はＬＣフィルタを構成するものである。
【０００４】
なお、図１０に示した従来技術と同様の回路は、下記の非特許文献１に記載されている。
【０００５】
【非特許文献１】
「パワーエレクトロニクスガイドブック」（雑誌「ＯＨＭ」１９９９年１１月号別冊），株式会社オーム社発行，ｐ８５
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に示した従来技術は、交流電源を一旦直流に変換した後、再度交流に変換する、いわゆるダブルコンバータ構成の回路となっている。
図１１は、図１０の回路の動作原理を説明するための図である。図１０の回路では、交流電源１側のスイッチング素子１０，１１及びダイオード１４，１５によって構成されるコンバータが整流回路として働くため、この整流回路は、図１１に示すように、負荷６に必要な全エネルギーが通過する並列電流源５とみなすことができる。
【０００７】
また、図１０における負荷６側のスイッチング素子１２，１３及びダイオード１６，１７によって構成されるコンバータはいわゆるインバータとして動作し、負荷６に所定の電圧を供給するため、図１１に示すように、負荷６が必要とする全エネルギーが通過する並列電圧源３とみなすことができる。
ここで、図１０におけるコンデンサ３０，３１は、整流回路の出力側すなわちインバータの入力側に接続され、インバータの電源として作用している。
図１０のようなダブルコンバータ方式の電力変換装置では、交流電源１側及び負荷６側のどちらのコンバータにも負荷６に供給される全てのエネルギーが通過するため、各コンバータが発生する損失は大きなものとなる。このため、変換効率が低下し、ランニングコストが増加するという問題があった。
【０００８】
また、整流回路、インバータともハーフブリッジとして動作するため、交流電源電圧の葯２倍の電圧が素子に印加されるため、適用素子には耐圧の高いものを選定する必要があり、これがコストを上昇させる原因となっていた。
そこで本発明は、従来のダブルコンバータをフルブリッジ化し、交流電源１及び負荷６に対する接続方法を変えることで、負荷６側のコンバータを直列コンバータとして動作させ、交流電源１の電圧が変動した場合にはその電圧変動分だけを直列コンバータが補償し、この補償に必要なエネルギー分のみを交流電源１側の並列コンバータが補償するような、いわゆる直並列変換装置を構成するようにした。
【０００９】
そこで、本発明の解決課題は、高い変換効率でランニングコストを抑制可能な電力変換装置を提供することにある。
また、本発明の他の解決課題は、交流電源の電圧変動を抑制しながら負荷に一定の電圧を供給可能な電力変換装置を提供することにある。
また、本発明の解決課題は、使用するスイッチング素子等の回路素子の耐圧を低減させてコストの減少を可能にした電力変換装置を提供することにある。
また、本発明の解決課題は、交流電源が停電した時には、第１及び第２のスイッチング素子直列回路を動作させることにより、負荷に継続的にエネルギーを供給することができる電力変換装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、それぞれダイオードが逆並列接続された第１及び第２の半導体スイッチング素子を直列接続してなる第１のスイッチング素子直列回路と、それぞれダイオードが逆並列接続された第３及び第４の半導体スイッチング素子を直列接続してなる第２のスイッチング素子直列回路と、それぞれダイオードが逆並列接続された第５及び第６の半導体スイッチング素子を直列接続してなる第３のスイッチング素子直列回路と、第１のコンデンサと、を並列に接続し、
交流電源の一端と負荷の一端とを接続し、かつ、交流電源に並列に第２のコンデンサを接続すると共に負荷に並列に第３のコンデンサを接続し、
前記交流電源の一端を第１のリアクトルを介して第１のスイッチング素子直列回路内部の直列接続点に接続すると共に、交流電源の他端をセンタータップ付の第３のリアクトルのタップに接続し、前記第３のリアクトルの一端を第２のスイッチング素子直列回路内部の直列接続点に接続し、負荷の他端を前記第３のリアクトルの他端及び第３のスイッチング素子直列回路内部の直列接続点に接続してなる電力変換装置であって、
交流電源の電圧変動分を、第２のスイッチング素子直列回路及び第３のスイッチング素子直列回路を有する直列コンバータが補償して負荷への供給電圧を一定に保ち、前記直列コンバータの補償動作による第１のコンデンサの電圧変動分を、第１のスイッチング素子直列回路及び第２のスイッチング素子直列回路を有する並列コンバータによる交流電源との間の充放電動作により補償するものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本発明の第１実施形態を示す回路図である。
図１において、第１，第２のダイオード１４，１５が逆並列接続されたＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の第１，第２の半導体スイッチング素子１０，１１の直列回路（第１のスイッチング素子直列回路という）と、第３，第４のダイオード２０，２１が逆並列接続された第３，第４の半導体スイッチング素子１８，１９の直列回路（第２のスイッチング素子直列回路という）と、第５，第６のダイオード１６，１７が逆並列接続された第５，第６の半導体スイッチング素子１２，１３の直列回路（第３のスイッチング素子直列回路という）と、第１のコンデンサ（電解コンデンサ）３０とが、それぞれ並列に接続されている。
また、交流電源１には第２のコンデンサ３２が並列に接続され、負荷６には第３のコンデンサ３３が並列に接続されている。
【００１９】
また、コンデンサ３０が出力側に接続されているスイッチング素子１０，１１，１８，１９及びダイオード１４，１５，２０，２１は、交流電源１に対して並列に接続されている。以下、これを並列コンバータと呼ぶ。
次に、図２は図１の実施形態の動作原理を説明するための図である。
図２における並列補償電流源４は前記並列コンバータを、直列補償電圧源２は前記直列コンバータを表している。このとき、直列補償電圧源２が任意の電圧を発生することで、負荷６には交流電源１（交流電圧源）と直列補償電圧源２の２つの電圧源による電圧が加算されて印加されることになる。その結果、交流電源１の電圧が変動して仮にその電圧が低下した場合でも、直列補償電圧源２による可変電圧を加算して負荷６に印加することで電源電圧の変動を補償し、負荷６に一定の電圧を供給することができる。
【００２０】
図３を用いて、図１における直列コンバータ及び並列コンバータの動作について更に説明を加える。
図３は、図１の第１〜第３のスイッチング素子直列回路におけるＮ点の電位を基準とした場合の、各スイッチング素子の直列アームの出力電圧波形の指令値を示している。
まず、交流電源１の電圧が所望の出力電圧より高いため、降圧動作を行って負荷６に一定の電圧を供給する場合について、図３（ａ）を参照しつつ説明する。この場合、スイッチング素子１８，１９を電源電圧に同期させてスイッチングすることにより、その直列アームの出力電圧は指令値▲２▼のような矩形波となる。
【００２１】
このとき、負荷６への供給電圧を低下させるために、直列コンバータを構成するスイッチング素子１２，１３のスイッチングにより、その直列アームの出力電圧波形が指令値▲３▼になるように制御する。この結果、スイッチング素子１８，１９の直列接続点とスイッチング素子１２，１３の直列接続点との間には、図３（ａ）における▲２▼−▲３▼に相当する正弦波指令値相当の電圧（電源電圧に対し逆相で振幅の小さい正弦波電圧）が出力される。
この正弦波電圧は、図２における直列補償電圧源２（直列コンバータ）の出力電圧に相当し、この電圧が交流電源１による電源電圧に重畳されるので、降圧動作が実現され、負荷６には電源電圧より低い電圧が印加される。
【００２２】
同時に、図３（ａ）の指令値▲１▼に示すように、スイッチング素子１０，１１は並列コンバータとして入力電圧相当の対向電圧を発生させながら、前記降圧動作によって変動するコンデンサ３０の電圧（図１におけるＶｄｃ）を一定に保つように、交流電源１との間で充放電動作させる。この結果、並列コンバータは、直列コンバータに対して補償分のエネルギーをやり取りする。
また、電源電圧が所望の出力電圧より低いため、昇圧動作を行って負荷６に一定の電圧を供給する場合には、スイッチング素子１２，１３を電源電圧に同期させてスイッチングすることにより、その直列アームの出力電圧波形は図３（ｂ）の指令値▲３▼に示す矩形波となる。
【００２３】
まず、交流電源１の電圧が所望の出力電圧より高いため、降圧動作を行って負荷６に一定の電圧を供給する場合について、図３（ａ）を参照しつつ説明する。
この場合、スイッチング素子１８，１９を電源電圧に同期させてスイッチングすることにより、その直列アームの出力電圧は指令値(2)のような矩形波となる。
【００２４】
このとき、負荷６への供給電圧を低下させるために、直列コンバータを構成するスイッチング素子１２，１３のスイッチングにより、その直列アームの出力電圧波形が指令値(3)になるように制御する。この結果、スイッチング素子１８，１９の直列接続点とスイッチング素子１２，１３の直列接続点との間には、図３（ａ）における(2)−(3)に相当する正弦波指令値相当の電圧（電源電圧に対し逆相で振幅の小さい正弦波電圧）が出力される。
この正弦波電圧は、図２における直列補償電圧源２（直列コンバータ）の出力電圧に相当し、この電圧が交流電源１による電源電圧に重畳されるので、降圧動作が実現され、負荷６には電源電圧より低い電圧が印加される。
【００２５】
同時に、図３（ａ）の指令値(1)に示すように、スイッチング素子１０，１１は並列コンバータとして入力電圧相当の対向電圧を発生させながら、前記降圧動作によって変動するコンデンサ３０の電圧（図１におけるＶｄｃ）を一定に保つように、交流電源１との間で充放電動作させる。この結果、並列コンバータは、直列コンバータに対して補償分のエネルギーをやり取りする。
【００２６】
また、電源電圧が所望の出力電圧より低いため、昇圧動作を行って負荷６に一定の電圧を供給する場合には、スイッチング素子１２，１３を電源電圧に同期させてスイッチングすることにより、その直列アームの出力電圧波形は図３（ｂ）の指令値(3)に示す矩形波となる。
そして、スイッチング素子１８，１９による直列アームの出力電圧波形が図３（ｂ）の指令値(2)になるように制御することにより、スイッチング素子１８，１９の直列接続点とスイッチング素子１２，１３の直列接続点との間に、図３（ｂ）における(2)−(3)に相当する正弦波指令値相当の電圧（電源電圧と同相で振幅の小さい正弦波電圧）を出力させる。
この正弦波電圧も、図２における直列補償電圧源２（直列コンバータ）の出力電圧に相当するものであり、この電圧が交流電源１による電源電圧に重畳されるので、昇圧動作が実現され、負荷６には電源電圧より高い電圧が印加される。
【００２７】
また、交流電源１の電圧が補償範囲を超えた場合には、主スイッチ５４をオフし、切替スイッチ５０を第２の切替接点５３側に接続することにより、コンデンサ３０の直流電圧をスイッチング素子１０，１１，１２，１３により交流電圧に変換して負荷６に供給することができる。
なお、主スイッチ５４や切替スイッチ５０を切り替えるための条件は、コンデンサ３０の電圧Ｖｄｃや電源電圧を検出して判断可能である。
交流電源１の電圧が補償範囲を超えた場合の直並列変換装置における補償時間は５分程度と短いため、スイッチング素子及び冷却体は小型のもので済み、低コストとなる。
【００２８】
図５は、本発明の第３実施形態を示す回路図であり、請求項３の発明に相当する。
この実施形態は、第１〜第３のスイッチング素子直列回路におけるＰ点とＮ点との間に、充放電手段６１を介して並列にエネルギー蓄積要素６０を接続したものである。
なお、図５は図４の構成に充放電手段６１及びエネルギー蓄積要素６０を付加した形で示してあるが、図１の構成にこれらを付加しても良い。
ここで、充放電手段６１は半導体スイッチ及びリアクトル等の磁気部品で構成されており、エネルギー蓄積要素６０としてはバッテリなどの二次電池やフライホイール等を使用することができる。
【００２９】
次に、図４は本発明の第２実施形態を示す回路図である。
図１との相違点は、交流電源１側に主スイッチ５４を追加し、負荷６側に切替スイッチ５０を追加したことにある。
すなわち、交流電源１の一端とスイッチング素子１８，１９の直列接続点との間には主スイッチ５４が接続されている。また、共通端子５１と第１，第２の切替接点５２，５３とを有する切替スイッチ５０を設け、負荷６の一端が共通端子５１に接続されると共に、第１の切替接点５２がスイッチング素子１８，１９の直列接続点に接続され、第２の切替接点５３がリアクトル４１とコンデンサ３３との接続点に接続されている。
【００３０】
上記動作により、交流電源１の異常時にはコンデンサ３０を電源とするスイッチング素子１０，１１，１２，１３の動作により、切替スイッチ５０を介して負荷６への給電を継続することができる。
なお、図５において、スイッチング素子等の回路素子の故障時や電源電圧の異常低下時には、図４の場合と同様の動作となる。
図６は、本発明の第４実施形態を示す回路図であり、請求項４の発明に相当する。
この実施形態は、図５の充放電手段６１を分割して交流電源１の両端に充電手段６２を接続すると共に、Ｐ点とＮ点との間に放電手段６３を接続し、これらの充電手段６２、放電手段６３に並列にエネルギー蓄積要素６０を接続したものである。なお、充電手段６２、放電手段６３、エネルギー蓄積要素６０は、図１の構成に付加しても良い。
【００３１】
この実施形態の動作は、交流電源１の正常時に充電手段６２によりエネルギー蓄積要素６０にエネルギーを蓄積しておき、交流電源１の異常時、例えば停電時には、放電手段６３を用いてエネルギー蓄積要素６０のエネルギーをコンデンサ３０に供給する。このコンデンサ３０を電源として、直列コンバータ及び並列コンバータを動作させながら負荷６に所望の電圧を継続的に供給する。
充電手段６２及び放電手段６３は半導体スイッチや磁気部品の組合せにより構成され、エネルギー蓄積要素６０には図５の実施形態と同様のものを使用可能である。
【００３２】
図７は本発明の第５実施形態を示す回路図であり、請求項５の発明に相当する。
例えば図１に示した回路構成において、第２のリアクトル４１をタップ付きリアクトル（第３のリアクトル）４２に変更し、このリアクトル４２の負荷６側の一端をスイッチング素子１２，１３の直列接続点に接続すると共に、リアクトル４２の他端をスイッチング素子１８，１９の直列接続点に接続し、交流電源１の負荷６と接続されていない側の一端をリアクトル４２のタップ端子に接続したものである。
【００３３】
このような回路構成によれば、コンデンサ３０及びスイッチング素子１８，１９，１２，１３等により構成される直列コンバータの通過電流を低減できるため、スイッチング損失が低減され、並列コンバータにおける損失低減と相まって一層の効率改善が可能になる。
なお、並列コンバータの動作は変わらないので説明を省略する。
ここで、図７におけるタップ付きリアクトル４２は、図４〜図６における第２のリアクトル４１に代えて用いることもでき、これらの発明が請求項６に相当する。
【００３４】
例えば、図４におけるリアクトル４１を除去し、タップ付きリアクトル４２の一端を切替スイッチ５０の第２の切替接点５３とスイッチング素子１２，１３の直列接続点とに接続すると共に、タップ付きリアクトル４２の他端をスイッチング素子１８，１９の直列接続点に接続し、主スイッチ５４の一端をスイッチング素子１８，１９の直列接続点から切り離してタップ付きリアクトル４２のタップ端子に接続すればよい。
更に、上記の構成に図５の充放電手段６１及びエネルギー蓄積要素６０、図６の充電手段６２，放電手段６３及びエネルギー蓄積要素６０を付加しても良い。
【００３５】
図８は本発明の第６の実施形態を示す回路図で、請求項７の発明に相当する。
図８において、第１，第２のダイオード１４，１５が逆並列接続されたＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の第１，第２の半導体スイッチング素子１０，１１の直列回路（第１のスイッチング素子直列回路という）と、第３，第４のダイオード２０，２１が逆並列接続された第３，第４の半導体スイッチング素子１８，１９の直列回路（第２のスイッチング素子直列回路という）と、第５，第６のダイオード１６，１７が逆並列接続された第５，第６の半導体スイッチング素子１２，１３の直列回路（第３のスイッチング素子直列回路という）と、第１のコンデンサ（電解コンデンサ）３０と第４のコンデンサ（電解コンデンサ）３１の直列回路（コンデンサ直列回路という）が、それぞれ並列に接続されている。
【００３６】
図６は、本発明の第４実施形態を示す回路図である。
この実施形態は、図５の充放電手段６１を分割して交流電源１の両端に充電手段６２を接続すると共に、Ｐ点とＮ点との間に放電手段６３を接続し、これらの充電手段６２、放電手段６３に並列にエネルギー蓄積要素６０を接続したものである。なお、充電手段６２、放電手段６３、エネルギー蓄積要素６０は、図１の構成に付加しても良い。
【００３７】
上記回路構成において、電圧判定回路７０が交流電源１の電圧が所定値より高いと判定した場合には、切替スイッチ９０を第１の切替接点９３側に切替えると、回路構成はコンデンサがコンデンサ３０、３１の直列回路となっていることを除けば図１と同じであり、回路動作も同じになる。また、電圧判定回路７０が交流電源１の電圧が所定値より低いと判定した場合には、切替スイッチ９０を第２の切替接点９２側に切替え、スイッチング素子１８と１９をオフ状態に維持すれば、回路構成は従来回路図１０と同様とみなせる。即ち、切替スイッチ９０を切替えることにより、【発明が解決しようとする課題】で説明した回路方式で、ハーフブリッジとフルブリッジを切替えることになる。
【００３８】
図７は本発明の第５実施形態を示す回路図である。
例えば図１に示した回路構成において、第２のリアクトル４１をタップ付きリアクトル（第３のリアクトル）４２に変更し、このリアクトル４２の負荷６側の一端をスイッチング素子１２，１３の直列接続点に接続すると共に、リアクトル４２の他端をスイッチング素子１８，１９の直列接続点に接続し、交流電源１の負荷６と接続されていない側の一端をリアクトル４２のタップ端子に接続したものである。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、直列コンバータ及び並列コンバータの動作により、交流電源の電圧変動を抑制しながら負荷に一定の電圧を供給することができ、その際に並列コンバータにおける損失を低減して従来よりも変換効率を高め、ランニングコストを低く抑えることができる。
また、コンバータをフルブリッジ構成とすることによってスイッチング素子等の耐圧を低下させ、素子の責務を軽減すると共にコストの低減も可能である。
また、従来のハーフブリッジ構成のコンバータに比べて電解コンデンサのリプル電流を抑制し、その長寿命化を図ることもできる。
更に、切替スイッチを付加することにより、１００Ｖ系と２００Ｖ系の交流入力電圧への対応が、素子耐圧を変更することなく同一の構成で可能となる。従って、信頼性が高く、量産効果の高い電源システムを提供することが可能となる。
【００４０】
ここで、図７におけるタップ付きリアクトル４２は、図４〜図６における第２のリアクトル４１に代えて用いることもできる。
例えば、図４におけるリアクトル４１を除去し、タップ付きリアクトル４２の一端を切替スイッチ５０の第２の切替接点５３とスイッチング素子１２，１３の直列接続点とに接続すると共に、タップ付きリアクトル４２の他端をスイッチング素子１８，１９の直列接続点に接続し、主スイッチ５４の一端をスイッチング素子１８，１９の直列接続点から切り離してタップ付きリアクトル４２のタップ端子に接続すればよい。
更に、上記の構成に図５の充放電手段６１及びエネルギー蓄積要素６０、図６の充電手段６２，放電手段６３及びエネルギー蓄積要素６０を付加しても良い。
【００４１】
図８は本発明の第６の実施形態を示す回路図である。
図８において、第１，第２のダイオード１４，１５が逆並列接続されたＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の第１，第２の半導体スイッチング素子１０，１１の直列回路（第１のスイッチング素子直列回路という）と、第３，第４のダイオード２０，２１が逆並列接続された第３，第４の半導体スイッチング素子１８，１９の直列回路（第２のスイッチング素子直列回路という）と、第５，第６のダイオード１６，１７が逆並列接続された第５，第６の半導体スイッチング素子１２，１３の直列回路（第３のスイッチング素子直列回路という）と、第１のコンデンサ（電解コンデンサ）３０と第４のコンデンサ（電解コンデンサ）３１の直列回路（コンデンサ直列回路という）が、それぞれ並列に接続されている。
【００４５】
図９は、第７の実施形態を示す回路図である。
図８との違いは、切替スイッチが、図８では第１の切替接点と第２の切替接点との二つを備えたものであるのに対して、図９では一つの接点しか備えていない点と、これに伴う回路構成が違うことである。図９の場合、電圧判定回路７０が交流電源１の電圧が所定値より高いと判断した場合には、切替スイッチ１００をオフにすれば、回路構成はコンデンサがコンデンサ３０、３１の直列回路となっていることを除けば図１と同じであり、回路動作も同じになる。また、電圧判定回路７０が交流電源１の電圧が所定値より低いと判定した場合には、切替スイッチ１００をオンとし、スイッチング素子１８と１９をオフ状態に維持すれば、回路構成は従来回路図１０と同様とみなせる。即ち、切替スイッチ１００をオンまたはオフにすることにより、【発明が解決しようとする課題】で説明した回路方式で、ハーフブリッジとフルブリッジを切替えることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す回路図である。
【図２】図１の実施形態の動作原理を説明するための原理図である。
【図３】図１の実施形態の動作を示す指令値の波形図である。
【図４】本発明の第２実施形態を示す回路図である。
【図５】本発明の第３実施形態を示す回路図である。
【図６】本発明の第４実施形態を示す回路図である。
【図７】本発明の第５実施形態を示す回路図である。
【図８】本発明の第６の実施形態を示す回路図である
【図９】本発明の第７の実施形態を示す回路図である。
【図１０】従来技術を示す回路図である。
【図１１】従来技術の動作原理を説明するための原理図である。
【符号の説明】
１ 交流電源
２ 直列補償電圧源
４ 並列補償電流源
６ 負荷
１０，１１，１２，１３，１８，１９ 半導体スイッチング素子
１４，１５，１６，１７，２０，２１ ダイオード
３０，３２，３３ コンデンサ
４０，４１ リアクトル
４２ タップ付きリアクトル
５０ 切替スイッチ
５１ 共通端子
５２，５３ 切替接点
５４ 主スイッチ
６０ エネルギー蓄積要素
６１ 充放電手段
６２ 充電手段
６３ 放電手段
７０ 電圧判別回路
９０、１００ 切替スイッチ
９１ 共通接点
９２、９３ 切替接点
Claims (1)
- それぞれダイオードが逆並列接続された第１及び第２の半導体スイッチング素子を直列接続してなる第１のスイッチング素子直列回路と、
それぞれダイオードが逆並列接続された第３及び第４の半導体スイッチング素子を直列接続してなる第２のスイッチング素子直列回路と、
それぞれダイオードが逆並列接続された第５及び第６の半導体スイッチング素子を直列接続してなる第３のスイッチング素子直列回路と、
第１のコンデンサと、
を並列に接続し、
交流電源の一端と負荷の一端とを接続し、かつ、交流電源に並列に第２のコンデンサを接続すると共に負荷に並列に第３のコンデンサを接続し、
前記交流電源の一端を第１のリアクトルを介して第１のスイッチング素子直列回路内部の直列接続点に接続すると共に、交流電源の他端をセンタータップ付の第３のリアクトルのタップに接続し、前記第３のリアクトルの一端を第２のスイッチング素子直列回路内部の直列接続点に接続し、負荷の他端を前記第３のリアクトルの他端及び第３のスイッチング素子直列回路内部の直列接続点に接続してなる電力変換装置であって、
交流電源の電圧変動分を、第２のスイッチング素子直列回路及び第３のスイッチング素子直列回路を有する直列コンバータが補償して負荷への供給電圧を一定に保ち、前記直列コンバータの補償動作による第１のコンデンサの電圧変動分を、第１のスイッチング素子直列回路及び第２のスイッチング素子直列回路を有する並列コンバータによる交流電源との間の充放電動作により補償することを特徴とする電力変換装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003174882A JP4001060B2 (ja) | 2003-02-18 | 2003-06-19 | 電力変換装置 |
| TW92123317A TWI268043B (en) | 2003-02-18 | 2003-08-25 | Power converter circuit |
| US10/777,786 US6940188B2 (en) | 2003-02-18 | 2004-02-12 | Electric power converting device |
| DE200460029302 DE602004029302D1 (de) | 2003-02-18 | 2004-02-17 | Stromrichterschaltung |
| EP20040003476 EP1450476B1 (en) | 2003-02-18 | 2004-02-17 | Power converter circuit |
| CNB2004100042890A CN100426644C (zh) | 2003-02-18 | 2004-02-18 | 功率变换装置 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003039058 | 2003-02-18 | ||
| JP2003174882A JP4001060B2 (ja) | 2003-02-18 | 2003-06-19 | 電力変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004312979A JP2004312979A (ja) | 2004-11-04 |
| JP4001060B2 true JP4001060B2 (ja) | 2007-10-31 |
Family
ID=32737727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003174882A Expired - Lifetime JP4001060B2 (ja) | 2003-02-18 | 2003-06-19 | 電力変換装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6940188B2 (ja) |
| EP (1) | EP1450476B1 (ja) |
| JP (1) | JP4001060B2 (ja) |
| CN (1) | CN100426644C (ja) |
| DE (1) | DE602004029302D1 (ja) |
| TW (1) | TWI268043B (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4556516B2 (ja) * | 2004-07-08 | 2010-10-06 | 富士電機システムズ株式会社 | 電力変換装置 |
| JP4771125B2 (ja) * | 2005-09-12 | 2011-09-14 | 富士電機株式会社 | 無停電電源装置 |
| WO2007105613A1 (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-20 | The University Of Tokushima | 電源補償装置、電源補償設備、無停電電源装置、および無停電電源設備 |
| CN101123400B (zh) * | 2006-08-09 | 2010-05-12 | 台达电子工业股份有限公司 | 电源转换器及其控制方法 |
| US8570151B2 (en) * | 2007-01-10 | 2013-10-29 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
| TWI330441B (en) * | 2007-04-13 | 2010-09-11 | Ablerex Electronics Co Ltd | Active power conditioner |
| JP5136102B2 (ja) * | 2008-02-12 | 2013-02-06 | 富士電機株式会社 | 無停電電源装置 |
| JP5327691B2 (ja) * | 2008-02-18 | 2013-10-30 | サンケン電気株式会社 | 無停電電源装置 |
| JP5190683B2 (ja) * | 2008-06-11 | 2013-04-24 | サンケン電気株式会社 | 交流電源装置 |
| FR2958814B1 (fr) * | 2010-04-07 | 2012-08-03 | Italo Bregoli | Elevateur rapide de tension electrique generateur de courant optimisable, a haut rendement, par complementation asservie d'une source existante a tension fixe ou fluctuante, du watt au megawatt |
| JP5963531B2 (ja) * | 2012-05-15 | 2016-08-03 | オムロン株式会社 | インバータ装置および太陽光発電システム |
| GB201301189D0 (en) * | 2013-01-23 | 2013-03-06 | Eltek As | AC-AC converter device |
| FR3042661B1 (fr) * | 2015-10-16 | 2017-12-08 | Valeo Systemes De Controle Moteur | Convertisseur dc/dc isole |
| CN109196762B (zh) * | 2016-06-02 | 2021-03-16 | 株式会社村田制作所 | 电源系统 |
| JP6732831B2 (ja) * | 2018-04-10 | 2020-07-29 | 矢崎総業株式会社 | 電源供給装置 |
| CN115776241B (zh) * | 2022-06-23 | 2023-07-21 | 中国科学院电工研究所 | 基于开关单元的ac-ac变换器及控制方法 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US26460A (en) * | 1859-12-13 | Improvement in gravel-cars | ||
| US3293498A (en) * | 1965-10-22 | 1966-12-20 | Allis Chalmers Mfg Co | Auxiliary electrical power system |
| DE2445031C2 (de) | 1974-09-20 | 1983-06-16 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Schaltungsanordnung zur Spannungsumwandlung |
| JPS59207375A (ja) | 1983-05-10 | 1984-11-24 | 三菱電機株式会社 | エレベ−タの制御装置 |
| JPS60249895A (ja) | 1984-05-25 | 1985-12-10 | Toshiba Corp | 周波数変換装置 |
| US5126585A (en) | 1990-06-19 | 1992-06-30 | Auckland Uniservices Limited | Uninterruptible power supplies |
| JP3203464B2 (ja) | 1994-06-11 | 2001-08-27 | サンケン電気株式会社 | 交流電力変換装置 |
| JPH1042559A (ja) | 1996-07-22 | 1998-02-13 | Fuji Electric Co Ltd | 昇降圧形電力調整装置 |
| JPH10201286A (ja) * | 1996-12-30 | 1998-07-31 | Zexel Corp | モータ駆動装置 |
| JP3296425B2 (ja) | 1999-03-10 | 2002-07-02 | サンケン電気株式会社 | 電力変換装置 |
| US6483730B2 (en) * | 1999-08-13 | 2002-11-19 | Powerware Corporation | Power converters with AC and DC operating modes and methods of operation thereof |
| US6271633B1 (en) | 1999-11-01 | 2001-08-07 | Philips Electronics North America Corporation | High power factor electronic ballast with fully differential circuit topology |
| TW513850B (en) | 2000-04-03 | 2002-12-11 | Shan Ken Oenki Kabushiki Kaish | Electric power converting apparatus |
| JP4389387B2 (ja) | 2000-12-28 | 2009-12-24 | 富士電機システムズ株式会社 | 無停電電源装置 |
| TWI291282B (en) | 2002-06-03 | 2007-12-11 | Fuji Electric Co Ltd | Power converter |
-
2003
- 2003-06-19 JP JP2003174882A patent/JP4001060B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 2003-08-25 TW TW92123317A patent/TWI268043B/zh not_active IP Right Cessation
-
2004
- 2004-02-12 US US10/777,786 patent/US6940188B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2004-02-17 DE DE200460029302 patent/DE602004029302D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2004-02-17 EP EP20040003476 patent/EP1450476B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2004-02-18 CN CNB2004100042890A patent/CN100426644C/zh not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1450476B1 (en) | 2010-09-29 |
| JP2004312979A (ja) | 2004-11-04 |
| EP1450476A3 (en) | 2004-09-08 |
| US6940188B2 (en) | 2005-09-06 |
| TWI268043B (en) | 2006-12-01 |
| CN100426644C (zh) | 2008-10-15 |
| TW200417122A (en) | 2004-09-01 |
| CN1525633A (zh) | 2004-09-01 |
| DE602004029302D1 (de) | 2010-11-11 |
| EP1450476A2 (en) | 2004-08-25 |
| US20050002212A1 (en) | 2005-01-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4001060B2 (ja) | 電力変換装置 | |
| US7336004B2 (en) | Topologies for using multiple energy sources for power conversions | |
| US7075193B2 (en) | Power factor correcting circuit for uninterrupted power supply | |
| US7728562B2 (en) | Voltage link control of a DC-AC boost converter system | |
| JP4669860B2 (ja) | 無停電電源装置 | |
| JP5800130B2 (ja) | 直流電源システム | |
| WO2010044164A1 (ja) | 電力変換装置 | |
| JP5082339B2 (ja) | 電力変換装置 | |
| JP4329692B2 (ja) | 電力変換装置 | |
| JP4626259B2 (ja) | 電力変換装置の制御方法 | |
| US6960901B2 (en) | Bi-directional DC/DC power converter having a neutral terminal | |
| JP4370965B2 (ja) | 電力変換装置 | |
| US6961250B2 (en) | Non-isolated AC power supply device and method for controlling the same | |
| JP4389387B2 (ja) | 無停電電源装置 | |
| JP2568271B2 (ja) | 直流無停電電源装置 | |
| JP2003067065A (ja) | バッテリ内蔵型電力変換装置 | |
| EP4239836A1 (en) | A charger, a multiplexing current conversion circuit and an uninterruptible power supply including the same | |
| JP5755967B2 (ja) | 無停電電源装置 | |
| EP3952081A1 (en) | Conversion apparatus with three-level switching circuit and method of operating the same | |
| CN116964898A (zh) | 不间断电源装置 | |
| CN117335542A (zh) | 离线式不间断电源 | |
| JP2017175689A (ja) | 電力変換装置 | |
| KR20040001646A (ko) | 비절연형 무정전 전원공급 장치 | |
| JP2015033216A (ja) | 電源装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A625 | Written request for application examination (by other person) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A625 Effective date: 20050816 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20050818 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20060703 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20060704 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070129 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070417 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070614 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070724 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070806 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100824 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4001060 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110824 Year of fee payment: 4 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110824 Year of fee payment: 4 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110824 Year of fee payment: 4 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110824 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120824 Year of fee payment: 5 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120824 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130824 Year of fee payment: 6 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |