JP4735013B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
第1インバータ1が直流電源2の電力を高周波電力に変換する。これは、第1インバータ1のスイッチング素子3がオンオフを繰り返すことにより実現されるものである。
出力電流を制御する第2インバータと、第1インバータの入力電圧検知手段と、第2インバータの出力電流検知手段と、第1インバータの各スイッチング素子のスイッチング周波数を可変することで電力変換を行う周波数制御手段と、第1インバータのフルブリッジ構成の各アームの位相差を可変することで電力変換を行う位相制御手段と、を備え、分圧コンデンサによる中間電圧と、高周波トランスの中間端子とを共振リアクトルで接続し、第1インバータの入力電圧と第2インバータの出力電流との組合せに応じて、周波数制御手段と位相制御手段とを切り換えて電力変換する電力変換装置である。これにより、入力電圧が高いときや出力電力が小さいときなど、各スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間(あるいはドレイン−ソース間)がゼロ電圧に到達しないときに、周波数制御から位相制御に切り替えて電力変換を行い、共振リアクトルに電流が流れることで、第1から第4の共振コンデンサに残留する電荷を引き抜き、各アームの動作に関わらずゼロ電圧スイッチングを維持し、装置の高効率化やノイズの低減化を実現することができる。
が流れない制御状態において、分圧コンデンサの静電容量バラツキや、高周波トランスの一次側における外側端子から中間端子までの各インダクタンスバラツキ等から、共振リアクトルに電流が流れてしまうことを確実に防ぎ、不要な損失を減らし、装置の高効率化やノイズの低減化を実現することができる。
図1において、直列接続されたスイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2、スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4とが第1インバータ11を構成し、各スイッチング素子Q1〜Q4のコレクタ−エミッタ(またはドレイン−ソース)間にはゼロ電圧スイッチング用の共振コンデンサ12a〜dが接続されている。
ル19とには電流が流れないため、分圧コンデンサ18と共振リアクトル19とを設けても、損失が増えることなく電力変換することができる。
図3は本発明の第2の実施の形態を示す。
図8において、基本的なスイッチング動作は第1および第2の実施の形態と同じく、第1のインバータ11のフルブリッジを構成するスイッチング素子Q1〜Q4を駆動するスイッチング周波数を可変し電力変換を行い、低出力・高入力電圧時は位相制御を行う。すなわち、入力電圧検知手段30と出力電流検知手段31とから電力変換が行われているか電力変換効率演算32によって判定し、周波数制御手段33あるいは位相制御手段34のいずれかを動作させ、インバータ駆動手段35を介してゼロ電圧スイッチングを維持しながら電力変換を行う。
ッチング素子のドレイン電流ピークが上昇し、スイッチング素子のオン損失が増加してしまう。同時に、共振リアクトルに流れる電流も増加することにより共振リアクトルでの損失も増加してしまう。
図13において、基本的なスイッチング動作は第2の実施の形態と同じく、高出力・低入力電圧時は、第1のインバータ11のフルブリッジを構成するスイッチング素子Q1〜Q4を駆動するスイッチング周波数を可変し電力変換を行う。64は通電時間制御手段を示す。
図16において、基本的なスイッチング動作は第1の実施の形態と同じく、高出力・低入力電圧時は、第1のインバータ14のフルブリッジを構成するスイッチング素子Q1〜Q4を駆動するスイッチング周波数を可変し電力変換を行い、低出力・高入力電圧時は位相制御を行う。
2 第1インバータ
3 高周波トランス
4 整流手段
5 第2インバータ
6 系統
7 共振コンデンサ
8 スイッチング素子
11 分圧コンデンサ
12 共振リアクトル
13 高周波トランス
14 第1インバータ
15(a)〜(d)共振コンデンサ
16 整流手段
17 第2インバータ
18 系統
20 入力電圧検知手段
21 出力電流検知手段
22 制御方式判定手段
23 周波数制御手段
24 位相制御手段
25 インバータ駆動手段
27 ゼロ電圧スイッチング限界スイッチング周波数
30 入力電力検知手段
31 出力電力検知手段
32 電力変換効率演算手段
33 周波数制御手段
34 位相制御手段
35 インバータ駆動手段
80 回路開閉手段
Claims (7)
- 直流電圧を分割する2個以上の分圧コンデンサと、1次側に中間端子を有する高周波トランスと、2個のスイッチング素子を直列接続したアームが2個からなるフルブリッジ構成の第1インバータと、各スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続した第1から第4の共振コンデンサと、高周波トランス2次側の整流手段と、出力電流を制御する第2インバータと、前記第1インバータの入力電圧検知手段と、前記第2インバータの出力電流検知手段と、前記第1インバータの各スイッチング素子のスイッチング周波数を可変することで電力変換を行う周波数制御手段と、前記第1インバータのフルブリッジ構成の各アームの位相差を可変することで電力変換を行う位相制御手段と、を備え、
分圧コンデンサによる中間電圧と、高周波トランスの中間端子とを共振リアクトルで接続し、
前記第1インバータの入力電圧と前記第2インバータの出力電流との組合せに応じて、前記周波数制御手段と前記位相制御手段とを切り換えて電力変換する構成とした電力変換装置。 - 直流電圧を分割する2個以上の分圧コンデンサと、1次側に中間端子を有する高周波トランスと、2個のスイッチング素子を直列接続したアームが2個からなるフルブリッジ構成の第1インバータと、各スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続した第1から第4の共振コンデンサと、高周波トランス2次側の整流手段と、出力電流を制御する第2インバータと、前記第1インバータの入力電力検知手段と、前記第2インバータの出力電力検知手段と、入力電力値と出力電力値とから電力変換効率を演算する電力変換効率演算手段と、前記第1インバータの各スイッチング素子のスイッチング周波数を可変することで電力変換を行う周波数制御手段と、前記第1インバータのフルブリッジ構成の各アームの位相差を可変することで電力変換を行う位相制御手段と、を備え、
分圧コンデンサによる中間電圧と、高周波トランスの中間端子とを共振リアクトルで接続し、
電力変換効率が極大となるよう、前記周波数制御手段と前記位相制御手段を併用して電力変換する構成とした電力変換装置。 - 直流電圧を分割する2個以上の分圧コンデンサと、1次側に中間端子を有する高周波トラ
ンスと、2個のスイッチング素子を直列接続したアームが2個からなるフルブリッジ構成の第1インバータと、各スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続した第1から第4の共振コンデンサと、高周波トランス2次側の整流手段と、出力電流を制御する第2インバータと、前記第1インバータの入力電圧検知手段と、前記第2インバータの出力電流検知手段と、前記第1インバータの各スイッチング素子のスイッチング周波数を可変することで電力変換を行う周波数制御手段と、前記第1インバータのフルブリッジ構成の各スイッチング素子の導通時間を可変することで電力変換を行う導通時間制御手段とを備え、
分圧コンデンサによる中間電圧と、高周波トランスの中間端子とを共振リアクトルで接続し、
前記第1インバータの入力電圧と前記第2インバータの出力電流との組合せに応じて、周波数制御手段と導通時間制御手段とを切り換えて電力変換する構成とした電力変換装置。 - 前記第1インバータのフルブリッジ構成の各アームの位相差を可変することで電力変換を行う位相制御手段と、共振リアクトルと直列に接続される回路開閉手段とを備え、
前記第1インバータの入力電圧と前記第2インバータの出力電流との組合せに応じて、前記回路開閉手段を制御することで、前記共振リアクトルを接続状態または未接続状態に切り替える構成とした請求項1又は2に記載の電力変換装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項記載の電力変換装置で直流電力を商用周波数の交流電力に変換するようにした燃料電池。
- 請求項1〜4のいずれか1項記載の電力変換装置で直流電力を商用周波数の交流電力に変換するようにした太陽電池。
- 請求項1〜4のいずれか1項記載の電力変換装置で直流電力を商用周波数の交流電力に変換するようにした風力発電装置。
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