JP5325991B2 - Power converter - Google Patents

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Description

本発明は、電力変換装置に関し、特に、ソフトスイッチングを行なう電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power converter, and more particularly, to a power converter that performs soft switching.

ソフトスイッチングを行なうソフトスイッチングインバータが開発されている。ソフトスイッチングは、スイッチ素子を通して流れる電流をゼロにしてそのスイッチ素子をオン・オフするゼロカレントスイッチング、およびスイッチ素子に印加される電圧をゼロにしてそのスイッチ素子をオン・オフするゼロボルトスイッチングを含む。ソフトスイッチングインバータでは、このようなソフトスイッチングにより、スイッチングノイズおよびスイッチング損失を低減することができる。   Soft switching inverters that perform soft switching have been developed. Soft switching includes zero current switching in which the current flowing through the switch element is zeroed to turn the switch element on and off, and zero voltage switching in which the voltage applied to the switch element is zeroed to turn on and off the switch element. In the soft switching inverter, switching noise and switching loss can be reduced by such soft switching.

ソフトスイッチングインバータの一例が、Frederik W. Combrink et al, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL.21, NO.1, JANUARY 2006 (非特許文献1)および特表平5−502365号公報(特許文献1)に開示されている。   Examples of soft switching inverters are Frederik W. Combrink et al, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL.21, NO.1, JANUARY 2006 (Non-patent Document 1) and Japanese Translation of PCT Publication No. 5-502365 (Patent Document 1). Is disclosed.

特表平5−502365号公報Japanese National Patent Publication No. 5-502365

Frederik W. Combrink et al, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL.21, NO.1, JANUARY 2006Frederik W. Combrink et al, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL.21, NO.1, JANUARY 2006

しかしながら、非特許文献1に記載のソフトスイッチングインバータでは、主ダイオードDnおよびDpにおいてスイッチング損失が生じてしまう。たとえば主ダイオードDnについて説明すると、非特許文献1のFig.2に示すシーケンスでは、時刻0から時刻t1の期間においてスナバコンデンサCrnが電源電圧レベルに充電される。そして、時刻t4から時刻t5の期間において、主スイッチGnがオフ制御され、主スイッチGpがオン制御される。そうすると、主ダイオードDnから主スイッチGpへの転流が始まる。そして、直流電源Vpから主スイッチGpを通して流れる電流が増加して負荷電流に等しくなると同時に主ダイオードDnを通して流れる電流はゼロとなって主ダイオードDnがオフし、この転流が完了する。   However, in the soft switching inverter described in Non-Patent Document 1, switching loss occurs in the main diodes Dn and Dp. For example, the main diode Dn will be described. In the sequence shown in FIG. 2, the snubber capacitor Crn is charged to the power supply voltage level during the period from time 0 to time t1. In the period from time t4 to time t5, the main switch Gn is turned off and the main switch Gp is turned on. Then, commutation from the main diode Dn to the main switch Gp starts. Then, the current flowing from the DC power source Vp through the main switch Gp increases and becomes equal to the load current. At the same time, the current flowing through the main diode Dn becomes zero and the main diode Dn is turned off, and this commutation is completed.

ここで、スナバコンデンサCrnが電源電圧レベルに充電されていることから、主ダイオードDnがオフとなった瞬間、主ダイオードDnには電源電圧が印加される。一般に、ダイオードがオフする際に発生するスイッチング損失は、オフ直後にダイオードに印加される電圧にほぼ比例する。このため、非特許文献1に記載のソフトスイッチングインバータでは、主ダイオードDnにおいて大きなスイッチング損失が発生してしまう。また、特許文献1には、このような問題点を解決するための構成は開示されていない。   Here, since the snubber capacitor Crn is charged to the power supply voltage level, the power supply voltage is applied to the main diode Dn at the moment when the main diode Dn is turned off. In general, the switching loss that occurs when a diode is turned off is substantially proportional to the voltage applied to the diode immediately after the diode is turned off. For this reason, in the soft switching inverter described in Non-Patent Document 1, a large switching loss occurs in the main diode Dn. Further, Patent Document 1 does not disclose a configuration for solving such a problem.

この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、主スイッチと並列に接続された主ダイオードにおけるスイッチング損失を低減することが可能な電力変換装置を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a power conversion device capable of reducing switching loss in a main diode connected in parallel with the main switch. .

この発明のある局面に係わる電力変換装置は、第1電極および第2電極を有する第1の直流電源と、上記第1の直流電源の第2電極に接続される第1電極、および第2電極を有する第2の直流電源とから供給された直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する電力変換装置であって、上記第1の直流電源の第1電極に結合される第1端と、上記負荷に結合される第2端とを有する第1の主スイッチと、上記第1の主スイッチと導通方向が逆になるように、上記第1の主スイッチと並列接続される第1の主ダイオードと、上記第1の主スイッチおよび上記第1の主ダイオードと並列接続される第1のスナバコンデンサと、上記第1の主スイッチと導通方向が同じになるように、上記第1のスナバコンデンサと直列接続され、かつ上記第1のスナバコンデンサと上記第1の主スイッチの第2端との間に接続される第1のスナバダイオードと、上記第1の直流電源および上記第2の直流電源の接続ノードと上記第1のスナバコンデンサおよび上記第1のスナバダイオードの接続ノードとの間に接続され、かつ互いに直列接続される第1の補助スイッチおよび第1の補助リアクトルと、上記第1の主スイッチの第2端に結合される第1端と、上記第2の直流電源の第2電極に結合される第2端とを有し、上記第1の主スイッチと導通方向が同じになるように設けられる第2の主スイッチと、上記第2の主スイッチと導通方向が逆になるように、上記第2の主スイッチと並列接続される第2の主ダイオードと、上記第2の主スイッチおよび上記第2の主ダイオードと並列接続される第2のスナバコンデンサと、上記第2の主スイッチと導通方向が同じになるように、上記第2のスナバコンデンサと直列接続され、かつ上記第2のスナバコンデンサと上記第2の主スイッチの第1端との間に接続される第2のスナバダイオードと、上記第1の直流電源および上記第2の直流電源と上記第1の補助スイッチまたは上記第1の補助リアクトルとの接続ノードと上記第2のスナバコンデンサおよび上記第2のスナバダイオードの接続ノードとの間に接続され、かつ互いに直列接続される第2の補助スイッチおよび第2の補助リアクトルと、上記第1のスナバコンデンサに印加される電圧が所定値以上になった場合または上記第2のスナバコンデンサに印加される電圧が所定値以上になった場合、上記第1の直流電源および上記第2の直流電源から上記第1のスナバコンデンサまたは上記第2のスナバコンデンサへ流れようとする充電電流を他の電流経路へ流すための保護回路と、上記第1の主スイッチ、上記第2の主スイッチ、上記第1の補助スイッチおよび上記第2の補助スイッチをオン制御およびオフ制御する制御回路とを備える。上記制御回路は、上記電力変換装置から上記負荷へ電流が流れる正期間において、上記第2の主ダイオードがオンしている間に上記第2の補助スイッチをオン制御することにより上記第2のスナバコンデンサを放電し、上記負荷から上記電力変換装置へ電流が流れる負期間において、上記第1の主ダイオードがオンしている間に上記第1の補助スイッチをオン制御することにより上記第1のスナバコンデンサを放電する。   A power converter according to an aspect of the present invention includes a first DC power source having a first electrode and a second electrode, a first electrode connected to the second electrode of the first DC power source, and a second electrode A power converter for converting DC power supplied from a second DC power supply having AC power to AC power to be supplied to a load, the first end coupled to the first electrode of the first DC power supply; A first main switch having a second end coupled to the load, and a first main switch connected in parallel with the first main switch such that a conduction direction is opposite to that of the first main switch. The first snubber capacitor, the first snubber capacitor connected in parallel with the first main switch and the first main diode, and the first snubber so as to have the same conduction direction as the first main switch. A first capacitor connected in series, and A first snubber diode connected between the capacitor and the second end of the first main switch; a connection node between the first DC power source and the second DC power source; and the first snubber capacitor. And a first auxiliary switch and a first auxiliary reactor connected in series with each other and connected to a connection node of the first snubber diode, and coupled to a second end of the first main switch. A second main switch having a first end and a second end coupled to the second electrode of the second DC power supply, the second main switch being provided to have the same conduction direction as the first main switch; The second main diode connected in parallel with the second main switch, and in parallel with the second main switch and the second main diode, so that the conduction direction is opposite to that of the second main switch. The second connected And the second snubber capacitor and the first end of the second main switch are connected in series so that the conduction direction of the capacitor is the same as that of the second main switch. A second snubber diode connected between the first DC power source and the second DC power source and the first auxiliary switch or the first auxiliary reactor, and the second snubber. A second auxiliary switch and a second auxiliary reactor connected between the capacitor and the connection node of the second snubber diode and connected in series with each other; and a voltage applied to the first snubber capacitor is predetermined. When the voltage exceeds a predetermined value or when the voltage applied to the second snubber capacitor exceeds a predetermined value, the first DC power supply and the second DC power supply A protection circuit for allowing a charging current to flow from the first to the first snubber capacitor or the second snubber capacitor to another current path, the first main switch, the second main switch, the second And a control circuit that controls on and off of the one auxiliary switch and the second auxiliary switch. The control circuit controls the second snubber by turning on the second auxiliary switch while the second main diode is on during a positive period in which current flows from the power converter to the load. The first snubber is controlled by turning on the first auxiliary switch while the first main diode is on during a negative period in which a capacitor is discharged and current flows from the load to the power converter. Discharge the capacitor.

本発明によれば、主スイッチと並列に接続された主ダイオードにおけるスイッチング損失を低減することができる。   According to the present invention, the switching loss in the main diode connected in parallel with the main switch can be reduced.

本発明の第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the soft switching inverter which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際の電流の流れを時系列的に示す図である。It is a figure which shows the flow of an electric current when the soft switching inverter which concerns on the 1st Embodiment of this invention performs power conversion in time series. 本発明の第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際の電流の流れを時系列的に示す図である。It is a figure which shows the flow of an electric current when the soft switching inverter which concerns on the 1st Embodiment of this invention performs power conversion in time series. 本発明の第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際のスイッチ制御手順を示す図である。It is a figure which shows the switch control procedure when the soft switching inverter which concerns on the 1st Embodiment of this invention performs power conversion. 本発明の第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際の電流の流れを時系列的に示す図である。It is a figure which shows the flow of an electric current when the soft switching inverter which concerns on the 1st Embodiment of this invention performs power conversion in time series. 本発明の第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際の電流の流れを時系列的に示す図である。It is a figure which shows the flow of an electric current when the soft switching inverter which concerns on the 1st Embodiment of this invention performs power conversion in time series. 本発明の第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータの変形例の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the modification of the soft switching inverter which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the soft switching inverter which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the soft switching inverter which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the soft switching inverter which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際のスイッチ制御手順を示す図である。It is a figure which shows the switch control procedure when the soft switching inverter which concerns on the 5th Embodiment of this invention performs power conversion. 本発明の第5の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際の電流の流れを時系列的に示す図である。It is a figure which shows the electric current flow at the time series when the soft switching inverter which concerns on the 5th Embodiment of this invention performs power conversion. 本発明の第5の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際の電流の流れを時系列的に示す図である。It is a figure which shows the electric current flow at the time series when the soft switching inverter which concerns on the 5th Embodiment of this invention performs power conversion. 本発明の第5の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際の電流の流れを時系列的に示す図である。It is a figure which shows the electric current flow at the time series when the soft switching inverter which concerns on the 5th Embodiment of this invention performs power conversion. 本発明の第5の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際の電流の流れを時系列的に示す図である。It is a figure which shows the electric current flow at the time series when the soft switching inverter which concerns on the 5th Embodiment of this invention performs power conversion. 本発明の第5の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際のスイッチ制御手順の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a switch control procedure when the soft switching inverter which concerns on the 5th Embodiment of this invention performs power conversion.

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

<第1の実施の形態>
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータの構成を示す図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a soft switching inverter according to a first embodiment of the present invention.

図1を参照して、ソフトスイッチングインバータ(電力変換装置)101は、電源端子TP,TC,TNと、交流出力端子TOUTと、主スイッチGp,Gnと、主ダイオードDp,Dnと、スナバコンデンサCrp,Crnと、スナバダイオードDrp,Drnと、補助スイッチSrp,Srnと、補助リアクトルLrp,Lrnと、制御回路11と、保護回路51とを備える。保護回路51は、変圧器Trと、クランプダイオードDfとを含む。変圧器Trは、1次巻線Ls1,Ls2と、2次巻線Lfとを含む。なお、ソフトスイッチングインバータ101は、直流電源Vp,Vnを備える構成であってもよい。   Referring to FIG. 1, a soft switching inverter (power conversion device) 101 includes power supply terminals TP, TC, TN, an AC output terminal TOUT, main switches Gp, Gn, main diodes Dp, Dn, and a snubber capacitor Crp. , Crn, snubber diodes Drp, Drn, auxiliary switches Srp, Srn, auxiliary reactors Lrp, Lrn, a control circuit 11, and a protection circuit 51. Protection circuit 51 includes a transformer Tr and a clamp diode Df. The transformer Tr includes primary windings Ls1, Ls2 and a secondary winding Lf. The soft switching inverter 101 may be configured to include DC power supplies Vp and Vn.

主スイッチGp,Gnは、たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。補助スイッチSrp,Srnは、たとえば逆阻止サイリスタである。   The main switches Gp and Gn are, for example, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors). The auxiliary switches Srp and Srn are, for example, reverse blocking thyristors.

直流電源VpおよびVnは直列接続されている。すなわち、直流電源Vpは、電源端子TPに接続された正電極と、電源端子TCに接続された負電極とを有する。直流電源Vnは、直流電源Vpの負電極および電源端子TCに接続された正電極と、電源端子TNに接続された負電極とを有する。   DC power supplies Vp and Vn are connected in series. That is, the DC power supply Vp has a positive electrode connected to the power supply terminal TP and a negative electrode connected to the power supply terminal TC. DC power supply Vn has a negative electrode of DC power supply Vp, a positive electrode connected to power supply terminal TC, and a negative electrode connected to power supply terminal TN.

主スイッチGpは、直流電源Vpの正電極に結合されたコレクタと、交流出力端子TOUTを介して負荷に結合されたエミッタとを有する。すなわち、主スイッチGpは、電源端子TPに接続されたコレクタと、トランスTrの1次巻線Ls1の第1端に接続されたエミッタとを有する。主ダイオードDpは、主スイッチGpと導通方向が逆になるように、主スイッチGpと並列接続されている。すなわち、主ダイオードDpは、主スイッチGpのコレクタに接続されたカソードと、主スイッチGpのエミッタに接続されたアノードとを有する。スナバコンデンサCrpは、主スイッチGpおよび主ダイオードDpと並列接続されている。スナバダイオードDrpは、主スイッチGpと導通方向が同じになるように、主スイッチGpおよび主ダイオードDpと並列接続され、かつスナバコンデンサCrpと直列接続されている。すなわち、スナバダイオードDrpは、スナバコンデンサCrpの第2端および補助リアクトルLrpの第2端に接続されたアノードと、主スイッチGpのエミッタおよび主ダイオードDpのアノードに接続されたカソードとを有する。補助スイッチSrpおよび補助リアクトルLrpは、直流電源Vpおよび直流電源Vnの接続ノードすなわち電源端子TCとスナバコンデンサCrpおよびスナバダイオードDrpの接続ノードとの間に接続され、かつ互いに直列接続されている。すなわち、補助スイッチSrpは、電源端子TCに接続されたアノードと、補助リアクトルLrpの第1端に接続されたカソードとを有する。補助リアクトルLrpは、補助スイッチSrpのカソードに接続された第1端と、スナバコンデンサCrpおよびスナバダイオードDrpの接続ノードに接続された第2端とを有する。   Main switch Gp has a collector coupled to the positive electrode of DC power supply Vp and an emitter coupled to a load via AC output terminal TOUT. That is, the main switch Gp has a collector connected to the power supply terminal TP and an emitter connected to the first end of the primary winding Ls1 of the transformer Tr. The main diode Dp is connected in parallel with the main switch Gp so that the conduction direction is opposite to that of the main switch Gp. That is, the main diode Dp has a cathode connected to the collector of the main switch Gp and an anode connected to the emitter of the main switch Gp. The snubber capacitor Crp is connected in parallel with the main switch Gp and the main diode Dp. The snubber diode Drp is connected in parallel with the main switch Gp and the main diode Dp so as to have the same conduction direction as the main switch Gp, and is connected in series with the snubber capacitor Crp. That is, snubber diode Drp has an anode connected to the second end of snubber capacitor Crp and the second end of auxiliary reactor Lrp, and a cathode connected to the emitter of main switch Gp and the anode of main diode Dp. Auxiliary switch Srp and auxiliary reactor Lrp are connected between a connection node of DC power supply Vp and DC power supply Vn, that is, between a power supply terminal TC and a connection node of snubber capacitor Crp and snubber diode Drp, and are connected in series with each other. That is, auxiliary switch Srp has an anode connected to power supply terminal TC and a cathode connected to the first end of auxiliary reactor Lrp. Auxiliary reactor Lrp has a first end connected to the cathode of auxiliary switch Srp and a second end connected to a connection node of snubber capacitor Crp and snubber diode Drp.

主スイッチGnは、主スイッチGpのエミッタに結合されたコレクタと、直流電源Vnの負電極に結合されたエミッタとを有し、主スイッチGpと導通方向が同じになるように設けられている。すなわち、主スイッチGnは、トランスTrの1次巻線Ls2の第2端に接続されたコレクタと、電源端子TNに接続されたエミッタとを有する。主ダイオードDnは、主スイッチGnと導通方向が逆になるように、主スイッチGnと並列接続されている。すなわち、主ダイオードDnは、主スイッチGnのコレクタに接続されたカソードと、主スイッチGnのエミッタに接続されたアノードとを有する。スナバコンデンサCrnは、主スイッチGnおよび主ダイオードDnと並列接続されている。スナバダイオードDrnは、主スイッチGnと導通方向が同じになるように、主スイッチGnおよび主ダイオードDnと並列接続され、かつスナバコンデンサCrnと直列接続されている。すなわち、スナバダイオードDrnは、スナバコンデンサCrnの第1端および補助リアクトルLrnの第2端に接続されたカソードと、主スイッチGnのコレクタおよび主ダイオードDnのカソードに接続されたアノードとを有する。補助スイッチSrnおよび補助リアクトルLrnは、直流電源Vpおよび直流電源Vnと補助スイッチSrpとの接続ノードすなわち電源端子TCとスナバコンデンサCrnおよびスナバダイオードDrnの接続ノードとの間に接続され、かつ互いに直列接続されている。すなわち、補助スイッチSrnは、電源端子TCに接続されたカソードと、補助リアクトルLrnの第1端に接続されたアノードとを有する。補助リアクトルLrnは、補助スイッチSrnのアノードに接続された第1端と、スナバコンデンサCrnおよびスナバダイオードDrnの接続ノードに接続された第2端とを有する。   The main switch Gn has a collector coupled to the emitter of the main switch Gp and an emitter coupled to the negative electrode of the DC power supply Vn, and is provided so as to have the same conduction direction as the main switch Gp. That is, the main switch Gn has a collector connected to the second end of the primary winding Ls2 of the transformer Tr and an emitter connected to the power supply terminal TN. The main diode Dn is connected in parallel with the main switch Gn so that the conduction direction is opposite to that of the main switch Gn. That is, the main diode Dn has a cathode connected to the collector of the main switch Gn and an anode connected to the emitter of the main switch Gn. The snubber capacitor Crn is connected in parallel with the main switch Gn and the main diode Dn. The snubber diode Drn is connected in parallel with the main switch Gn and the main diode Dn so as to have the same conduction direction as the main switch Gn, and is connected in series with the snubber capacitor Crn. In other words, snubber diode Drn has a cathode connected to the first end of snubber capacitor Crn and the second end of auxiliary reactor Lrn, and an anode connected to the collector of main switch Gn and the cathode of main diode Dn. Auxiliary switch Srn and auxiliary reactor Lrn are connected between DC power supply Vp and a connection node between DC power supply Vn and auxiliary switch Srp, that is, between power supply terminal TC and a connection node of snubber capacitor Crn and snubber diode Drn, and connected in series with each other. Has been. That is, auxiliary switch Srn has a cathode connected to power supply terminal TC and an anode connected to the first end of auxiliary reactor Lrn. Auxiliary reactor Lrn has a first end connected to the anode of auxiliary switch Srn and a second end connected to a connection node of snubber capacitor Crn and snubber diode Drn.

保護回路51は、主スイッチGpのエミッタと主スイッチGnのコレクタとの間に接続されている。保護回路51において、1次巻線Ls1,Ls2は、主スイッチGpのエミッタと主スイッチGnのコレクタとの間に接続されている。すなわち、1次巻線Ls1は、主スイッチGpのエミッタおよびスナバダイオードDrpのカソードに接続された第1端と、交流出力端子TOUTおよび1次巻線Ls2の第1端に接続された第2端とを有する。1次巻線Ls2は、交流出力端子TOUTおよび1次巻線Ls1の第2端に接続された第1端と、主スイッチGnのコレクタおよびスナバダイオードDrnのアノードに接続された第2端とを有する。1次巻線Ls1,Ls2は、巻き方向が同じである。   The protection circuit 51 is connected between the emitter of the main switch Gp and the collector of the main switch Gn. In the protection circuit 51, the primary windings Ls1 and Ls2 are connected between the emitter of the main switch Gp and the collector of the main switch Gn. That is, the primary winding Ls1 has a first end connected to the emitter of the main switch Gp and the cathode of the snubber diode Drp, and a second end connected to the AC output terminal TOUT and the first end of the primary winding Ls2. And have. The primary winding Ls2 has a first end connected to the AC output terminal TOUT and the second end of the primary winding Ls1, and a second end connected to the collector of the main switch Gn and the anode of the snubber diode Drn. Have. The primary windings Ls1 and Ls2 have the same winding direction.

2次巻線Lfは、直流電源Vpの正電極と直流電源Vnの負電極との間に接続され、1次巻線Ls1,Ls2と磁気結合されている。すなわち、2次巻線Lfは、クランプダイオードDfのアノードに接続された第1端と、電源端子TNに接続された第2端とを有する。2次巻線Lfは、1次巻線Ls1,Ls2と巻き方向が逆である。また、変圧器Trの1次巻線と2次巻線との巻数比は1:nであり、たとえばn>2である。   The secondary winding Lf is connected between the positive electrode of the DC power source Vp and the negative electrode of the DC power source Vn, and is magnetically coupled to the primary windings Ls1 and Ls2. That is, the secondary winding Lf has a first end connected to the anode of the clamp diode Df and a second end connected to the power supply terminal TN. The secondary winding Lf has a winding direction opposite to that of the primary windings Ls1 and Ls2. Further, the turns ratio of the primary winding and the secondary winding of the transformer Tr is 1: n, for example, n> 2.

クランプダイオードDfは、直流電源Vpの正電極と直流電源Vnの負電極との間に接続され、2次巻線Lfと直列接続されている。すなわち、クランプダイオードDfは、電源端子TPに接続されたカソードと、2次巻線Lfの第1端に接続されたアノードとを有する。   The clamp diode Df is connected between the positive electrode of the DC power supply Vp and the negative electrode of the DC power supply Vn, and is connected in series with the secondary winding Lf. That is, the clamp diode Df has a cathode connected to the power supply terminal TP and an anode connected to the first end of the secondary winding Lf.

ソフトスイッチングインバータ101は、直流電源Vp,Vnから供給される直流電力を主アームである主スイッチGp,Gnによってスイッチングすることにより、直流電源Vpおよび直流電源Vnから供給される直流電力を交流電力に変換し、交流出力端子TOUTを介して負荷に供給する。   The soft switching inverter 101 switches the DC power supplied from the DC power supplies Vp and Vn by the main switches Gp and Gn which are main arms, thereby converting the DC power supplied from the DC power supply Vp and the DC power supply Vn into AC power. The voltage is converted and supplied to the load via the AC output terminal TOUT.

スナバコンデンサCrpは、主スイッチGpがオフした時に主スイッチGpに電圧が印加されないようにするために設けられる。スナバコンデンサCrnは、主スイッチGnがオフした時に主スイッチGnに電圧が印加されないようにするために設けられる。   The snubber capacitor Crp is provided to prevent voltage from being applied to the main switch Gp when the main switch Gp is turned off. The snubber capacitor Crn is provided to prevent a voltage from being applied to the main switch Gn when the main switch Gn is turned off.

非特許文献1のFig.2に示すソフトスイッチングインバータのアノードリアクトルLbpは、主スイッチGpがオンした時に主スイッチGpを通して電流が流れないようにするために設けられる。また、アノードリアクトルLbnは、主スイッチGnがオンした時に主スイッチGnを通して電流が流れないようにするために設けられる。これに対して、ソフトスイッチングインバータ101では、アノードリアクトルLbpおよびLbnが設けられていないが、変圧器Trの1次巻線Ls1およびLs2がアノードリアクトルLbpおよびLbnの役割を兼ねている。   FIG. An anode reactor Lbp of the soft switching inverter shown in FIG. 2 is provided to prevent current from flowing through the main switch Gp when the main switch Gp is turned on. The anode reactor Lbn is provided to prevent current from flowing through the main switch Gn when the main switch Gn is turned on. On the other hand, in the soft switching inverter 101, the anode reactors Lbp and Lbn are not provided, but the primary windings Ls1 and Ls2 of the transformer Tr also serve as the anode reactors Lbp and Lbn.

制御回路11は、主スイッチGp,Gnおよび補助スイッチSrp,Srnをそれぞれスイッチング制御する。   The control circuit 11 performs switching control on the main switches Gp and Gn and the auxiliary switches Srp and Srn, respectively.

保護回路51は、直流電源Vpの正電極と直流電源Vnの負電極との間の電流経路PTを有する。保護回路51は、変圧器Trを用いることにより、主スイッチGpおよびGnに印加される最大電圧を直流電源VpおよびVnの出力電圧の2倍よりも小さい最大値VMに抑制する。   The protection circuit 51 has a current path PT between the positive electrode of the DC power supply Vp and the negative electrode of the DC power supply Vn. By using the transformer Tr, the protection circuit 51 suppresses the maximum voltage applied to the main switches Gp and Gn to the maximum value VM smaller than twice the output voltage of the DC power sources Vp and Vn.

次に、本発明の第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際の動作について図面を用いて説明する。まず、ソフトスイッチングインバータ101から負荷へ電流が流れる正期間の動作について説明し、次に、負荷からソフトスイッチングインバータ101へ電流が流れる負期間の動作について説明する。   Next, the operation when the soft switching inverter according to the first embodiment of the present invention performs power conversion will be described with reference to the drawings. First, the operation in the positive period in which current flows from the soft switching inverter 101 to the load will be described, and then the operation in the negative period in which current flows from the load to the soft switching inverter 101 will be described.

[正期間の動作]
図2および図3は、本発明の第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際の電流の流れを時系列的に示す図である。図4は、本発明の第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際のスイッチ制御手順を示す図である。ここでは、直流電源Vpの出力電圧をVpとし、直流電源Vnの出力電圧をVnとする。
[Period operation]
2 and 3 are diagrams showing a current flow in time series when the soft switching inverter according to the first embodiment of the present invention performs power conversion. FIG. 4 is a diagram showing a switch control procedure when the soft switching inverter according to the first embodiment of the present invention performs power conversion. Here, the output voltage of the DC power supply Vp is Vp, and the output voltage of the DC power supply Vn is Vn.

図2および図3において、スナバコンデンサCrpおよびCrnの横に付された「+,−」は、スナバコンデンサに電荷が蓄積されている状態および電荷の極性を示し、「0」は、スナバコンデンサの電荷がゼロである状態を示す。   2 and 3, “+, −” attached to the side of the snubber capacitors Crp and Crn indicates the state in which the charge is accumulated in the snubber capacitor and the polarity of the charge, and “0” indicates the snubber capacitor. It shows a state where the charge is zero.

図4の横軸は時間を示しており、この横軸に沿って並ぶ「正期間」の各数字は、図2および図3に示す各ステップを示している。   The horizontal axis in FIG. 4 indicates time, and the numbers of “positive period” along the horizontal axis indicate the steps shown in FIGS. 2 and 3.

図2〜図4を参照して、まず、主スイッチGpをオン制御し、主スイッチGnをオフ制御し、補助スイッチSrpおよびSrnをオフ制御しており、主スイッチGpを通して直流電源Vpから負荷へ電流が流れている状態(ステップ1)から説明する。   2 to 4, first, main switch Gp is on-controlled, main switch Gn is off-controlled, and auxiliary switches Srp and Srn are off-controlled, and from DC power supply Vp to load through main switch Gp. The description starts from a state where a current is flowing (step 1).

この状態において、主スイッチGpをオフ制御する。そうすると、直流電源Vpからの電流がスナバコンデンサCrpへ転流する。これにより、スナバコンデンサCrpが充電され、スナバコンデンサCrpにおける電圧が直流電源VpおよびVnの出力電圧(Vp+Vn)に等しくなると主ダイオードDnが導通する。主ダイオードDnが導通すると、直流電源Vnからの電流が主ダイオードDnを通して負荷へ流れる。(ステップ2)。   In this state, the main switch Gp is turned off. Then, the current from the DC power supply Vp is commutated to the snubber capacitor Crp. As a result, the snubber capacitor Crp is charged, and the main diode Dn becomes conductive when the voltage at the snubber capacitor Crp becomes equal to the output voltages (Vp + Vn) of the DC power supplies Vp and Vn. When the main diode Dn becomes conductive, a current from the DC power supply Vn flows to the load through the main diode Dn. (Step 2).

ここで、ステップ2の開始時において、主スイッチGpをオフ制御するとスナバコンデンサCrpへ電流が流れる。主スイッチGpがオフした時、スナバコンデンサCrpの電荷はゼロであるため、主スイッチGpに電圧が印加されない。これにより、ゼロボルトスイッチングが実現される。   Here, when the main switch Gp is controlled to be off at the start of step 2, a current flows to the snubber capacitor Crp. When the main switch Gp is turned off, since the electric charge of the snubber capacitor Crp is zero, no voltage is applied to the main switch Gp. Thereby, zero volt switching is realized.

次に、スナバコンデンサCrpと1次巻線Ls1およびLs2における励磁インダクタンスとの共振によりスナバコンデンサCrpからスナバダイオードDrpへ流れる電流が減少してゆく。   Next, the current flowing from the snubber capacitor Crp to the snubber diode Drp decreases due to resonance between the snubber capacitor Crp and the exciting inductance in the primary windings Ls1 and Ls2.

また、スナバコンデンサCrpと変圧器Trの1次巻線Ls1およびLs2における励磁インダクタンスとの共振電流によりスナバコンデンサCrpが充電される。このとき、変圧器Trの1次巻線Ls1およびLs2の直列回路には直流電源VpおよびVnの出力電圧(Vp+Vn)とスナバコンデンサCrpにおける電圧Vcとの差の電圧が印加される。1次巻線Ls1およびLs2はそれぞれ上記差電圧の1/2の電圧を分担することになる。すなわち、1次巻線Ls1およびLs2に印加される電圧の値VLは、以下の式で表わされる。   Further, the snubber capacitor Crp is charged by the resonance current between the snubber capacitor Crp and the exciting inductance in the primary windings Ls1 and Ls2 of the transformer Tr. At this time, the voltage difference between the output voltages (Vp + Vn) of the DC power sources Vp and Vn and the voltage Vc at the snubber capacitor Crp is applied to the series circuit of the primary windings Ls1 and Ls2 of the transformer Tr. The primary windings Ls1 and Ls2 each share a voltage that is ½ of the difference voltage. That is, the value VL of the voltage applied to the primary windings Ls1 and Ls2 is expressed by the following equation.

VL={(Vp+Vn)−Vc}/2
変圧器Trの巻数比は1:nであるので、2次側にはn×VLの電圧が誘起される。スナバコンデンサCrpにおける電圧Vcが上昇し、変圧器Trの2次側電圧が出力電圧(Vp+Vn)に達すると、クランプダイオードDfがオンしてスナバダイオードDrpがオフする。このときの電圧Vcの最大値VMは、以下の式で表わされる。
VL = {(Vp + Vn) -Vc} / 2
Since the turns ratio of the transformer Tr is 1: n, a voltage of n × VL is induced on the secondary side. When the voltage Vc in the snubber capacitor Crp increases and the secondary voltage of the transformer Tr reaches the output voltage (Vp + Vn), the clamp diode Df is turned on and the snubber diode Drp is turned off. The maximum value VM of the voltage Vc at this time is expressed by the following equation.

VM=(1+2/n)×(Vp+Vn)
そして、図2のステップ3に示す破線のように電流が流れ、スナバコンデンサCrpへ流れる電流はゼロとなり、スナバコンデンサCrpは充電されなくなる。これにより、スナバコンデンサCrpにおける電圧VcはVMにクランプされる。その後、クランプダイオードDfを通して流れる電流が減少してやがてゼロになるとクランプダイオードDfがオフし、電流経路PTを通した転流が終了する(ステップ3)。
VM = (1 + 2 / n) × (Vp + Vn)
Then, a current flows as indicated by a broken line shown in Step 3 of FIG. 2, the current flowing to the snubber capacitor Crp becomes zero, and the snubber capacitor Crp is not charged. As a result, the voltage Vc at the snubber capacitor Crp is clamped to VM. Thereafter, when the current flowing through the clamp diode Df decreases and eventually becomes zero, the clamp diode Df is turned off, and commutation through the current path PT is completed (step 3).

次に、主スイッチGpをオフ制御してから所定時間Tb経過時に主スイッチGnをオン制御する。しかしながら、主ダイオードDnから負荷への電流は主スイッチGnの導通方向と電流極性が逆であるため主スイッチGnは導通せず、主ダイオードDnを通して負荷へ電流が流れ続ける(ステップ4)。すなわち、主スイッチGnをオン制御した時は主スイッチGnを通して電流が流れない。これにより、ゼロカレントスイッチングが実現される。   Next, the main switch Gn is turned on when the predetermined time Tb has elapsed since the main switch Gp was turned off. However, since the current from the main diode Dn to the load has a current polarity opposite to that of the main switch Gn, the main switch Gn does not conduct and the current continues to flow to the load through the main diode Dn (step 4). That is, when the main switch Gn is on-controlled, no current flows through the main switch Gn. Thereby, zero current switching is realized.

次に、主スイッチGnをオン制御してから所定時間Td経過時に補助スイッチSrnをオン制御する。これにより、スナバコンデンサCrnの放電が始まる。この放電が完了してスナバコンデンサCrnにおける電圧がゼロになるとスナバダイオードDrnが導通する(ステップ5)。   Next, the auxiliary switch Srn is turned on when a predetermined time Td has elapsed since the main switch Gn was turned on. Thereby, discharge of the snubber capacitor Crn starts. When this discharge is completed and the voltage at the snubber capacitor Crn becomes zero, the snubber diode Drn becomes conductive (step 5).

次に、スナバダイオードDrnが導通すると補助リアクトルLrnに直流電源Vnからの電圧が印加される。このため、補助スイッチSrnを通して流れる電流は減衰してゆき、ゼロになると補助スイッチSrnおよびスナバダイオードDrnがともにオフとなる(ステップ6)。   Next, when the snubber diode Drn becomes conductive, the voltage from the DC power source Vn is applied to the auxiliary reactor Lrn. Therefore, the current flowing through the auxiliary switch Srn is attenuated, and when it becomes zero, both the auxiliary switch Srn and the snubber diode Drn are turned off (step 6).

次に、補助スイッチSrnをオン制御してから所定時間Tc経過時に主スイッチGnをオフ制御する。すなわち、主ダイオードDnが引き続き導通しており、直流電源Vnからの電流が主ダイオードDnを通して負荷へ流れている状態において、主スイッチGnをオフ制御する(ステップ7)。このとき、主スイッチGnはオン制御されているが導通していないため、状態の変化はない。   Next, when the auxiliary switch Srn is turned on, the main switch Gn is turned off when a predetermined time Tc has elapsed. That is, the main switch Gn is turned off in a state where the main diode Dn continues to be conductive and the current from the DC power source Vn flows to the load through the main diode Dn (step 7). At this time, the main switch Gn is on-controlled, but is not conducting, so there is no change in state.

次に、主スイッチGnをオフ制御してから所定時間Tb経過時に主スイッチGpをオン制御する。そうすると、主ダイオードDnから主スイッチGpへの転流が始まる。そして、直流電源Vpから主スイッチGpを通して流れる電流が増加して負荷電流に等しくなると同時に主ダイオードDnを通して流れる電流はゼロとなって主ダイオードDnがオフし、この転流が完了する。   Next, the main switch Gp is turned on when a predetermined time Tb elapses after the main switch Gn is turned off. Then, commutation from the main diode Dn to the main switch Gp starts. Then, the current flowing from the DC power source Vp through the main switch Gp increases and becomes equal to the load current. At the same time, the current flowing through the main diode Dn becomes zero and the main diode Dn is turned off, and this commutation is completed.

ここで、主ダイオードDnがオフとなった瞬間、スナバダイオードDrnが導通する。このとき、スナバコンデンサCrnの電荷はゼロであるため、直流電源Vpから主スイッチGpを通して流れる電流はスナバコンデンサCrnへ流れる。すなわち、主ダイオードDnには電圧が印加されないことから、主ダイオードDnにはスイッチング損失が発生しない。これにより、ゼロボルトスイッチングが実現される(ステップ8)。   Here, the snubber diode Drn becomes conductive at the moment when the main diode Dn is turned off. At this time, since the electric charge of the snubber capacitor Crn is zero, the current flowing from the DC power source Vp through the main switch Gp flows to the snubber capacitor Crn. That is, since no voltage is applied to the main diode Dn, no switching loss occurs in the main diode Dn. Thereby, zero volt switching is realized (step 8).

次に、スナバコンデンサCrnと1次巻線Ls1およびLs2における励磁インダクタンスとの共振によりスナバコンデンサCrnからスナバダイオードDrnへ流れる電流が減少してゆく。   Next, the current flowing from the snubber capacitor Crn to the snubber diode Drn decreases due to resonance between the snubber capacitor Crn and the excitation inductance in the primary windings Ls1 and Ls2.

また、スナバコンデンサCrnと変圧器Trの1次巻線Ls1およびLs2における励磁インダクタンスとの共振電流によりスナバコンデンサCrnが充電される。このとき、変圧器Trの1次巻線Ls1およびLs2の直列回路には直流電源VpおよびVnの出力電圧(Vp+Vn)とスナバコンデンサCrnにおける電圧Vcとの差の電圧が印加される。1次巻線Ls1およびLs2はそれぞれ上記差電圧の1/2の電圧を分担することになる。すなわち、1次巻線Ls1およびLs2に印加される電圧の値VLは、以下の式で表わされる。   Further, the snubber capacitor Crn is charged by a resonance current between the snubber capacitor Crn and the exciting inductance in the primary windings Ls1 and Ls2 of the transformer Tr. At this time, a difference voltage between the output voltage (Vp + Vn) of the DC power sources Vp and Vn and the voltage Vc at the snubber capacitor Crn is applied to the series circuit of the primary windings Ls1 and Ls2 of the transformer Tr. The primary windings Ls1 and Ls2 each share a voltage that is ½ of the difference voltage. That is, the value VL of the voltage applied to the primary windings Ls1 and Ls2 is expressed by the following equation.

VL={(Vp+Vn)−Vc}/2
変圧器Trの巻数比は1:nであるので、2次側にはn×VLの電圧が誘起される。スナバコンデンサCrnにおける電圧Vcが上昇し、変圧器Trの2次側電圧が出力電圧(Vp+Vn)に達すると、クランプダイオードDfがオンしてスナバダイオードDrnがオフする。このときの電圧Vcの最大値VMは、以下の式で表わされる。
VL = {(Vp + Vn) -Vc} / 2
Since the turns ratio of the transformer Tr is 1: n, a voltage of n × VL is induced on the secondary side. When the voltage Vc in the snubber capacitor Crn rises and the secondary voltage of the transformer Tr reaches the output voltage (Vp + Vn), the clamp diode Df is turned on and the snubber diode Drn is turned off. The maximum value VM of the voltage Vc at this time is expressed by the following equation.

VM=(1+2/n)×(Vp+Vn)
そして、図3のステップ9に示す破線のように電流が流れ、スナバコンデンサCrnへ流れる電流はゼロとなり、スナバコンデンサCrnは充電されなくなる。これにより、スナバコンデンサCrnにおける電圧VcはVMにクランプされる。その後、クランプダイオードDfを通して流れる電流が減少してやがてゼロになるとクランプダイオードDfがオフし、電流経路PTを通した転流が終了する(ステップ9)。
VM = (1 + 2 / n) × (Vp + Vn)
Then, a current flows as indicated by a broken line shown in Step 9 of FIG. 3, the current flowing to the snubber capacitor Crn becomes zero, and the snubber capacitor Crn is not charged. As a result, the voltage Vc at the snubber capacitor Crn is clamped to VM. Thereafter, when the current flowing through the clamp diode Df decreases and eventually becomes zero, the clamp diode Df is turned off, and commutation through the current path PT is completed (step 9).

次に、直流電源Vpからの電流が主スイッチGpを通して負荷へ電流が流れている(ステップ10)。   Next, the current from the DC power source Vp flows to the load through the main switch Gp (step 10).

次に、主スイッチGpをオン制御してから所定時間Td経過時に補助スイッチSrpをオン制御する。これにより、スナバコンデンサCrpの放電が始まる。この放電が完了してスナバコンデンサCrpにおける電圧がゼロになるとスナバダイオードDrpが導通する(ステップ11)。   Next, the auxiliary switch Srp is turned on when a predetermined time Td has elapsed since the main switch Gp was turned on. As a result, the snubber capacitor Crp begins to discharge. When this discharge is completed and the voltage at the snubber capacitor Crp becomes zero, the snubber diode Drp conducts (step 11).

次に、スナバダイオードDrpが導通すると補助リアクトルLrpに直流電源Vpからの電圧が印加される。このため、補助スイッチSrpを通して流れる電流は減衰してゆき、ゼロになると補助スイッチSrpおよびスナバダイオードDrpがともにオフし、ステップ1の状態に戻る(ステップ12)。   Next, when the snubber diode Drp is turned on, a voltage from the DC power source Vp is applied to the auxiliary reactor Lrp. For this reason, the current flowing through the auxiliary switch Srp attenuates, and when it becomes zero, both the auxiliary switch Srp and the snubber diode Drp are turned off and the state returns to the state of Step 1 (Step 12).

本発明の第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータでは、共振によってスナバコンデンサCrpまたはCrnが電源電圧Vsよりも高い電圧まで過充電されようとする際、スナバコンデンサにおける電圧Vcが電圧値VMに達すると、変圧器Trの1次巻線Ls1およびLs2を通して電流を流そうとするエネルギーが変圧器Trの2次巻線Lfへ移り、スナバコンデンサを通して充電電流が流れなくなる。このため、スナバコンデンサの充電が止まり、スナバコンデンサの最大電圧はVMにクランプされる。ここで、変圧器Trの巻数比nをn>2とすることにより、VMはVsの2倍以下となる。また、nを大きくすればVM≒(Vp+Vn)となるため、スナバコンデンサにおける電圧Vcを電源電圧Vsに限りなく近い値に抑制することができる。   In the soft switching inverter according to the first embodiment of the present invention, when the snubber capacitor Crp or Crn is overcharged to a voltage higher than the power supply voltage Vs by resonance, the voltage Vc at the snubber capacitor becomes the voltage value VM. When it reaches, the energy to flow current through the primary windings Ls1 and Ls2 of the transformer Tr moves to the secondary winding Lf of the transformer Tr, and the charging current does not flow through the snubber capacitor. For this reason, the charging of the snubber capacitor is stopped, and the maximum voltage of the snubber capacitor is clamped to VM. Here, by setting the turn ratio n of the transformer Tr to n> 2, VM becomes equal to or less than twice Vs. Further, if n is increased, VM≈ (Vp + Vn). Therefore, the voltage Vc at the snubber capacitor can be suppressed to a value as close as possible to the power supply voltage Vs.

[負期間の動作]
図5および図6は、本発明の第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際の電流の流れを時系列的に示す図である。ここでは、直流電源Vpの出力電圧をVpとし、直流電源Vnの出力電圧をVnとする。
[Negative period operation]
5 and 6 are diagrams showing the current flow in time series when the soft switching inverter according to the first embodiment of the present invention performs power conversion. Here, the output voltage of the DC power supply Vp is Vp, and the output voltage of the DC power supply Vn is Vn.

図5および図6において、スナバコンデンサCrpおよびCrnの横に付された「+,−」は、スナバコンデンサに電荷が蓄積されている状態および電荷の極性を示し、「0」は、スナバコンデンサの電荷がゼロである状態を示す。   In FIG. 5 and FIG. 6, “+, −” attached to the side of the snubber capacitors Crp and Crn indicates the state in which the charge is accumulated in the snubber capacitor and the polarity of the charge, and “0” indicates the snubber capacitor. It shows a state where the charge is zero.

図4の横軸は時間を示しており、この横軸に沿って並ぶ「負期間」の各数字は、図5および図6に示す各ステップを示している。   The horizontal axis in FIG. 4 indicates time, and the numbers of “negative periods” arranged along the horizontal axis indicate the steps shown in FIGS. 5 and 6.

図4〜図6を参照して、まず、主スイッチGnをオン制御し、主スイッチGpをオフ制御し、補助スイッチSrnおよびSrpをオフ制御しており、主スイッチGnを通して直流電源Vnから負荷へ電流が流れている状態(ステップ21)から説明する。   4 to 6, first, main switch Gn is on-controlled, main switch Gp is off-controlled, and auxiliary switches Srn and Srp are off-controlled, and from DC power supply Vn to load through main switch Gn. The description starts from the state in which current is flowing (step 21).

この状態において、主スイッチGnをオフ制御する。そうすると、負荷からの電流がスナバコンデンサCrnへ転流する。これにより、スナバコンデンサCrnが充電され、スナバコンデンサCrnにおける電圧が直流電源VnおよびVpの出力電圧(Vn+Vp)に等しくなると主ダイオードDpが導通する。主ダイオードDpが導通すると、負荷からの電流が主ダイオードDpを通して直流電源Vpへ流れる(ステップ22)。   In this state, the main switch Gn is turned off. Then, the current from the load is commutated to the snubber capacitor Crn. As a result, the snubber capacitor Crn is charged, and the main diode Dp conducts when the voltage at the snubber capacitor Crn becomes equal to the output voltages (Vn + Vp) of the DC power supplies Vn and Vp. When the main diode Dp becomes conductive, a current from the load flows to the DC power source Vp through the main diode Dp (step 22).

ここで、ステップ22の開始時において、主スイッチGnをオフ制御するとスナバコンデンサCrnへ電流が流れる。そして、主スイッチGnがオフした時、スナバコンデンサCrnの電荷はゼロであるため、主スイッチGnに電圧が印加されない。これにより、ゼロボルトスイッチングが実現される。   Here, when the main switch Gn is controlled to be off at the start of step 22, a current flows to the snubber capacitor Crn. When the main switch Gn is turned off, no charge is applied to the main switch Gn because the electric charge of the snubber capacitor Crn is zero. Thereby, zero volt switching is realized.

次に、スナバコンデンサCrnと1次巻線Ls1およびLs2における励磁インダクタンスとの共振によりスナバダイオードDrnからスナバコンデンサCrnへ流れる電流が減少してゆく。   Next, the current flowing from the snubber diode Drn to the snubber capacitor Crn decreases due to resonance between the snubber capacitor Crn and the exciting inductance in the primary windings Ls1 and Ls2.

また、スナバコンデンサCrnと変圧器Trの1次巻線Ls1およびLs2における励磁インダクタンスとの共振電流によりスナバコンデンサCrnが充電される。このとき、変圧器Trの1次巻線Ls1およびLs2の直列回路には直流電源VnおよびVpの出力電圧(Vn+Vp)とスナバコンデンサCrnにおける電圧Vcとの差の電圧が印加される。1次巻線Ls1およびLs2はそれぞれ上記差電圧の1/2の電圧を分担することになる。すなわち、1次巻線Ls1およびLs2に印加される電圧の値VLは、以下の式で表わされる。   Further, the snubber capacitor Crn is charged by a resonance current between the snubber capacitor Crn and the exciting inductance in the primary windings Ls1 and Ls2 of the transformer Tr. At this time, the difference voltage between the output voltage (Vn + Vp) of the DC power sources Vn and Vp and the voltage Vc at the snubber capacitor Crn is applied to the series circuit of the primary windings Ls1 and Ls2 of the transformer Tr. The primary windings Ls1 and Ls2 each share a voltage that is ½ of the difference voltage. That is, the value VL of the voltage applied to the primary windings Ls1 and Ls2 is expressed by the following equation.

VL={(Vn+Vp)−Vc}/2
変圧器Trの巻数比は1:nであるので、2次側にはn×VLの電圧が誘起される。スナバコンデンサCrnにおける電圧Vcが上昇し、変圧器Trの2次側電圧が出力電圧(Vn+Vp)に達すると、クランプダイオードDfがオンしてスナバダイオードDrnがオフする。このときの電圧Vcの最大値VMは、以下の式で表わされる。
VL = {(Vn + Vp) -Vc} / 2
Since the turns ratio of the transformer Tr is 1: n, a voltage of n × VL is induced on the secondary side. When the voltage Vc at the snubber capacitor Crn rises and the secondary voltage of the transformer Tr reaches the output voltage (Vn + Vp), the clamp diode Df is turned on and the snubber diode Drn is turned off. The maximum value VM of the voltage Vc at this time is expressed by the following equation.

VM=(1+2/n)×(Vn+Vp)
そして、図5のステップ23に示す破線のように電流が流れ、スナバコンデンサCrnへ流れる電流はゼロとなり、スナバコンデンサCrnは充電されなくなる。これにより、スナバコンデンサCrnにおける電圧VcはVMにクランプされる。その後、クランプダイオードDfを通して流れる電流が減少してやがてゼロになるとクランプダイオードDfがオフし、電流経路PTを通した転流が終了する(ステップ23)。
VM = (1 + 2 / n) × (Vn + Vp)
Then, a current flows as shown by a broken line in step 23 of FIG. 5, the current flowing to the snubber capacitor Crn becomes zero, and the snubber capacitor Crn is not charged. As a result, the voltage Vc at the snubber capacitor Crn is clamped to VM. Thereafter, when the current flowing through the clamp diode Df decreases and eventually becomes zero, the clamp diode Df is turned off, and commutation through the current path PT is completed (step 23).

次に、主スイッチGnをオフ制御してから所定時間Tb経過時に主スイッチGpをオン制御する。しかしながら、負荷から主ダイオードDpへの電流は主スイッチGpの導通方向と電流極性が逆であるため主スイッチGpは導通せず、主ダイオードDpを通して直流電源Vpへ電流が流れ続ける(ステップ24)。すなわち、主スイッチGpをオン制御した時は主スイッチGpを通して電流が流れない。これにより、ゼロカレントスイッチングが実現される。   Next, the main switch Gp is turned on when a predetermined time Tb elapses after the main switch Gn is turned off. However, since the current from the load to the main diode Dp has a current polarity opposite to that of the main switch Gp, the main switch Gp does not conduct, and the current continues to flow to the DC power source Vp through the main diode Dp (step 24). That is, when the main switch Gp is on-controlled, no current flows through the main switch Gp. Thereby, zero current switching is realized.

次に、主スイッチGpをオン制御してから所定時間Td経過時に補助スイッチSrpをオン制御する。これにより、スナバコンデンサCrpの放電が始まる。この放電が完了してスナバコンデンサCrpにおける電圧がゼロになるとスナバダイオードDrpが導通する(ステップ25)。   Next, the auxiliary switch Srp is turned on when a predetermined time Td has elapsed since the main switch Gp was turned on. As a result, the snubber capacitor Crp begins to discharge. When this discharge is completed and the voltage at the snubber capacitor Crp becomes zero, the snubber diode Drp conducts (step 25).

次に、スナバダイオードDrpが導通すると補助リアクトルLrpに直流電源Vpからの電圧が印加される。このため、補助スイッチSrpを通して流れる電流は減衰してゆき、ゼロになると補助スイッチSrpおよびスナバダイオードDrpがともにオフとなる(ステップ26)。   Next, when the snubber diode Drp is turned on, a voltage from the DC power source Vp is applied to the auxiliary reactor Lrp. Therefore, the current flowing through the auxiliary switch Srp is attenuated, and when it becomes zero, both the auxiliary switch Srp and the snubber diode Drp are turned off (step 26).

次に、補助スイッチSrpをオン制御してから所定時間Tc経過時に主スイッチGpをオフ制御する。すなわち、主ダイオードDpが引き続き導通しており、負荷からの電流が主ダイオードDpを通して直流電源Vpへ流れている状態において、主スイッチGpをオフ制御する(ステップ27)。このとき、主スイッチGpはオン制御されているが導通していないため、状態の変化はない。   Next, when the auxiliary switch Srp is turned on, the main switch Gp is turned off when the predetermined time Tc has elapsed. In other words, the main switch Gp is turned off in a state where the main diode Dp continues to be conductive and the current from the load flows to the DC power source Vp through the main diode Dp (step 27). At this time, the main switch Gp is on-controlled, but is not conducting, so there is no change in state.

次に、主スイッチGpをオフ制御してから所定時間Tb経過時に主スイッチGnをオン制御する。そうすると、主ダイオードDpから主スイッチGnへの転流が始まる。そして、直流電源Vnから主スイッチGnを通して流れる電流が増加して負荷電流に等しくなると同時に主ダイオードDpを通して流れる電流はゼロとなって主ダイオードDpがオフし、この転流が完了する。   Next, the main switch Gn is turned on when the predetermined time Tb has elapsed since the main switch Gp was turned off. Then, commutation from the main diode Dp to the main switch Gn starts. Then, the current flowing from the DC power source Vn through the main switch Gn increases and becomes equal to the load current. At the same time, the current flowing through the main diode Dp becomes zero, and the main diode Dp is turned off, and this commutation is completed.

ここで、主ダイオードDpがオフとなった瞬間、スナバダイオードDrpが導通する。このとき、スナバコンデンサCrpの電荷はゼロであるため、直流電源Vpからの電流はスナバコンデンサCrpへ流れる。すなわち、主ダイオードDpには電圧が印加されないことから、主ダイオードDpにはスイッチング損失が発生しない。これにより、ゼロボルトスイッチングが実現される(ステップ28)。   Here, the snubber diode Drp conducts at the moment when the main diode Dp is turned off. At this time, since the electric charge of the snubber capacitor Crp is zero, the current from the DC power source Vp flows to the snubber capacitor Crp. That is, since no voltage is applied to the main diode Dp, no switching loss occurs in the main diode Dp. Thereby, zero volt switching is realized (step 28).

次に、スナバコンデンサCrpと1次巻線Ls1およびLs2における励磁インダクタンスとの共振によりスナバコンデンサCrpからスナバダイオードDrpへ流れる電流が減少してゆく。   Next, the current flowing from the snubber capacitor Crp to the snubber diode Drp decreases due to resonance between the snubber capacitor Crp and the exciting inductance in the primary windings Ls1 and Ls2.

また、スナバコンデンサCrpと変圧器Trの1次巻線Ls1およびLs2における励磁インダクタンスとの共振電流によりスナバコンデンサCrpが充電される。このとき、変圧器Trの1次巻線Ls1およびLs2の直列回路には直流電源VnおよびVpの出力電圧(Vn+Vp)とスナバコンデンサCrpにおける電圧Vcとの差の電圧が印加される。1次巻線Ls1およびLs2はそれぞれ上記差電圧の1/2の電圧を分担することになる。すなわち、1次巻線Ls1およびLs2に印加される電圧の値VLは、以下の式で表わされる。   Further, the snubber capacitor Crp is charged by the resonance current between the snubber capacitor Crp and the exciting inductance in the primary windings Ls1 and Ls2 of the transformer Tr. At this time, a difference voltage between the output voltage (Vn + Vp) of the DC power sources Vn and Vp and the voltage Vc at the snubber capacitor Crp is applied to the series circuit of the primary windings Ls1 and Ls2 of the transformer Tr. The primary windings Ls1 and Ls2 each share a voltage that is ½ of the difference voltage. That is, the value VL of the voltage applied to the primary windings Ls1 and Ls2 is expressed by the following equation.

VL={(Vn+Vp)−Vc}/2
変圧器Trの巻数比は1:nであるので、2次側にはn×VLの電圧が誘起される。スナバコンデンサCrpにおける電圧Vcが上昇し、変圧器Trの2次側電圧が出力電圧(Vn+Vp)に達すると、クランプダイオードDfがオンしてスナバダイオードDrpがオフする。このときの電圧Vcの最大値VMは、以下の式で表わされる。
VL = {(Vn + Vp) -Vc} / 2
Since the turns ratio of the transformer Tr is 1: n, a voltage of n × VL is induced on the secondary side. When the voltage Vc at the snubber capacitor Crp increases and the secondary voltage of the transformer Tr reaches the output voltage (Vn + Vp), the clamp diode Df is turned on and the snubber diode Drp is turned off. The maximum value VM of the voltage Vc at this time is expressed by the following equation.

VM=(1+2/n)×(Vn+Vp)
そして、図6のステップ29に示す破線のように電流が流れ、スナバコンデンサCrpへ流れる電流はゼロとなり、スナバコンデンサCrpは充電されなくなる。これにより、スナバコンデンサCrpにおける電圧VcはVMにクランプされる。その後、クランプダイオードDfを通して流れる電流が減少してやがてゼロになるとクランプダイオードDfがオフし、電流経路PTを通した転流が終了する(ステップ29)。
VM = (1 + 2 / n) × (Vn + Vp)
Then, a current flows as indicated by a broken line shown in step 29 of FIG. 6, the current flowing to the snubber capacitor Crp becomes zero, and the snubber capacitor Crp is not charged. As a result, the voltage Vc at the snubber capacitor Crp is clamped to VM. Thereafter, when the current flowing through the clamp diode Df decreases and eventually becomes zero, the clamp diode Df is turned off, and commutation through the current path PT is completed (step 29).

次に、負荷からの電流が主スイッチGnを通して直流電源Vnへ流れる(ステップ30)。   Next, a current from the load flows to the DC power source Vn through the main switch Gn (step 30).

次に、主スイッチGnをオン制御してから所定時間Td経過時に補助スイッチSrnをオン制御する。これにより、スナバコンデンサCrnの放電が始まる。この放電が完了してスナバコンデンサCrnにおける電圧がゼロになるとスナバダイオードDrnが導通する(ステップ31)。   Next, the auxiliary switch Srn is turned on when a predetermined time Td has elapsed since the main switch Gn was turned on. Thereby, discharge of the snubber capacitor Crn starts. When this discharge is completed and the voltage at the snubber capacitor Crn becomes zero, the snubber diode Drn becomes conductive (step 31).

次に、スナバダイオードDrnが導通すると補助リアクトルLrnに直流電源Vnからの電圧が印加される。このため、補助スイッチSrnを通して流れる電流は減衰してゆき、ゼロになると補助スイッチSrnおよびスナバダイオードDrnがともにオフし、ステップ21の状態に戻る(ステップ32)。   Next, when the snubber diode Drn becomes conductive, the voltage from the DC power source Vn is applied to the auxiliary reactor Lrn. For this reason, the current flowing through the auxiliary switch Srn is attenuated, and when it becomes zero, both the auxiliary switch Srn and the snubber diode Drn are turned off, and the state returns to the state of step 21 (step 32).

本発明の第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータでは、共振によってスナバコンデンサCrnまたはCrpが電源電圧Vsよりも高い電圧まで過充電されようとする際、スナバコンデンサにおける電圧Vcが電圧値VMに達すると、変圧器Trの1次巻線Ls1およびLs2を通して電流を流そうとするエネルギーが変圧器Trの2次巻線Lfへ移り、スナバコンデンサを通して充電電流が流れなくなる。このため、スナバコンデンサの充電が止まり、スナバコンデンサの最大電圧はVMにクランプされる。ここで、変圧器Trの巻数比nをn>2とすることにより、VMはVsの2倍以下となる。また、nを大きくすればVM≒(Vn+Vp)となるため、スナバコンデンサにおける電圧Vcを電源電圧Vsに限りなく近い値に抑制することができる。   In the soft switching inverter according to the first embodiment of the present invention, when the snubber capacitor Crn or Crp is about to be overcharged to a voltage higher than the power supply voltage Vs by resonance, the voltage Vc at the snubber capacitor becomes the voltage value VM. When it reaches, the energy to flow current through the primary windings Ls1 and Ls2 of the transformer Tr moves to the secondary winding Lf of the transformer Tr, and the charging current does not flow through the snubber capacitor. For this reason, the charging of the snubber capacitor is stopped, and the maximum voltage of the snubber capacitor is clamped to VM. Here, by setting the turn ratio n of the transformer Tr to n> 2, VM becomes equal to or less than twice Vs. Further, if n is increased, VM≈ (Vn + Vp), so that the voltage Vc at the snubber capacitor can be suppressed to a value as close as possible to the power supply voltage Vs.

ソフトスイッチングインバータ101は、正期間の動作として、図2および図3に示すステップ1〜12の動作を繰り返し行ない、そして、負期間の動作として、図5および図6に示すステップ21〜32の動作を繰り返し行なう。ソフトスイッチングインバータ101は、このような正期間の動作および負期間の動作を交互に行なうことにより、負荷に交流電力を供給する。   The soft switching inverter 101 repeats the operations of Steps 1 to 12 shown in FIGS. 2 and 3 as the positive period operation, and the operations of Steps 21 to 32 shown in FIGS. 5 and 6 as the negative period operation. Repeat. Soft switching inverter 101 supplies alternating current power to the load by alternately performing such positive period operation and negative period operation.

ところで、非特許文献1に記載のソフトスイッチングインバータでは、主スイッチと並列に接続された主ダイオードにおいてスイッチング損失が生じてしまうという問題点があった。   Incidentally, the soft switching inverter described in Non-Patent Document 1 has a problem that a switching loss occurs in a main diode connected in parallel with the main switch.

しかしながら、本発明の第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータでは、制御回路11は、正期間において、主ダイオードDnがオンしている間に補助スイッチSrnをオン制御することによりスナバコンデンサCrnを放電し、また、負期間において、主ダイオードDpがオンしている間に補助スイッチSrpをオン制御することによりスナバコンデンサCrpを放電する。   However, in the soft switching inverter according to the first embodiment of the present invention, the control circuit 11 controls the snubber capacitor Crn by turning on the auxiliary switch Srn while the main diode Dn is on during the positive period. In the negative period, the snubber capacitor Crp is discharged by turning on the auxiliary switch Srp while the main diode Dp is on.

このような構成により、主スイッチと並列に接続された主ダイオードがオフする際に印加される電圧をゼロにすることができるため、当該主ダイオードにおけるスイッチング損失を低減することができる。   With such a configuration, the voltage applied when the main diode connected in parallel with the main switch is turned off can be made zero, so that the switching loss in the main diode can be reduced.

また、本発明の第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータでは、制御回路11は、主スイッチGpをオフ制御してから所定時間経過時に主スイッチGnをオン制御し、主スイッチGnをオン制御してから所定時間経過時に補助スイッチSrnをオン制御し、補助スイッチSrnをオン制御してから所定時間経過時に主スイッチGnをオフ制御し、主スイッチGnをオフ制御してから所定時間経過時に主スイッチGpをオン制御し、主スイッチGpをオン制御してから所定時間経過時に補助スイッチSrpをオン制御し、補助スイッチSrpをオン制御してから所定時間経過時に主スイッチGpをオフ制御する。   In the soft switching inverter according to the first embodiment of the present invention, the control circuit 11 controls the main switch Gn to be on when the predetermined time has elapsed since the main switch Gp is turned off, and the main switch Gn is turned on. When the predetermined time elapses, the auxiliary switch Srn is turned on. After the auxiliary switch Srn is turned on, the main switch Gn is turned off when the predetermined time elapses. After the main switch Gn is turned off, the main switch Gn is turned off. The switch Gp is turned on, the auxiliary switch Srp is turned on when a predetermined time elapses after the main switch Gp is turned on, and the main switch Gp is turned off when a predetermined time elapses after the auxiliary switch Srp is turned on.

このようなスイッチ制御を行なうことにより、正期間および負期間の両方において同じスイッチ制御を行なうことができる。すなわち、負荷電流の極性に関わらずスイッチ制御手順を同一にすることができるため、負荷電流の極性を判別してスイッチ制御手順を変更する必要がなくなり、制御の簡易化を図ることができる。   By performing such switch control, the same switch control can be performed in both the positive period and the negative period. That is, since the switch control procedure can be made the same regardless of the polarity of the load current, it is not necessary to change the switch control procedure by determining the polarity of the load current, and the control can be simplified.

また、非特許文献1に記載のソフトスイッチングインバータは、負荷電流がある程度大きい場合を前提としている。たとえば非特許文献1のFig.2に示すシーケンスでは、負荷電流が非常に小さい場合には、時刻0から時刻t1の期間におけるスナバコンデンサCrpの充電が極めて遅くなるため、時刻t1から時刻t3の期間の動作に移行するまでの時間が長くなる。すなわち主ダイオードDnへの転流時間が非常に長くなってしまう。   The soft switching inverter described in Non-Patent Document 1 is premised on a case where the load current is large to some extent. For example, FIG. In the sequence shown in FIG. 2, when the load current is very small, the charging of the snubber capacitor Crp in the period from the time 0 to the time t1 becomes extremely slow, and thus the time until the operation shifts to the operation in the period from the time t1 to the time t3. Becomes longer. That is, the commutation time to the main diode Dn becomes very long.

このような現象を回避するために、時刻0すなわち主スイッチGpをオフする時刻から所定時間経過時に主スイッチGnをオンすることが考えられる。時刻0から時刻t1の期間におけるスナバコンデンサCrpの充電中に主スイッチGnがオンすると、スナバコンデンサCrpとアノードリアクトルLbpおよびLbnとの共振によりスナバコンデンサCrpが充電される。そして、スナバコンデンサCrpの電圧が電源電圧に達すると主スイッチGnを通して流れる電流が減少し始める。そして、主スイッチGnを通して流れる電流がゼロになると主スイッチGnがオフして主ダイオードDnが導通することにより、時刻t2から時刻t3の期間の動作に移行する。   In order to avoid such a phenomenon, it can be considered that the main switch Gn is turned on when a predetermined time elapses from time 0, that is, the time when the main switch Gp is turned off. When the main switch Gn is turned on during the charging of the snubber capacitor Crp from the time 0 to the time t1, the snubber capacitor Crp is charged by resonance between the snubber capacitor Crp and the anode reactors Lbp and Lbn. When the voltage of the snubber capacitor Crp reaches the power supply voltage, the current flowing through the main switch Gn starts to decrease. When the current flowing through the main switch Gn becomes zero, the main switch Gn is turned off and the main diode Dn is turned on, thereby shifting to the operation from the time t2 to the time t3.

ところが、上記のような共振を利用してスナバコンデンサCrpを充電すると、スナバコンデンサCrpは電源電圧よりも高い電圧まで過充電される。負荷電流が限りなくゼロに近い場合には、スナバコンデンサCrpは、上記共振によって最大で電源電圧の倍まで充電される。スナバコンデンサCrpの充電電圧は主スイッチGnおよび主ダイオードDnに印加されるので、これらの素子には電源電圧の2倍以上の耐電圧(Break Down Voltage)が要求される。このため、ソフトスイッチングインバータが大きくなり、また、コストもかかるという問題点があった。   However, when the snubber capacitor Crp is charged using the resonance as described above, the snubber capacitor Crp is overcharged to a voltage higher than the power supply voltage. When the load current is extremely close to zero, the snubber capacitor Crp is charged up to twice the power supply voltage by the resonance. Since the charging voltage of the snubber capacitor Crp is applied to the main switch Gn and the main diode Dn, these elements are required to have a breakdown voltage (Break Down Voltage) that is twice or more the power supply voltage. For this reason, there existed a problem that a soft switching inverter became large and cost also took.

しかしながら、本発明の第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータでは、保護回路51は、直流電源Vpおよび直流電源VnからスナバコンデンサCrpまたはスナバコンデンサCrnへ流れようとする充電電流を、スナバコンデンサCrpに印加される電圧が所定値以上になった場合またはスナバコンデンサCrnに印加される電圧が所定値以上になった場合、電流経路PTを介して直流電源Vpの正電極および直流電源Vnの負電極間に流す。   However, in the soft switching inverter according to the first embodiment of the present invention, the protection circuit 51 supplies the snubber capacitor Crp with a charging current that tends to flow from the DC power source Vp and the DC power source Vn to the snubber capacitor Crp or the snubber capacitor Crn. When the voltage applied to the capacitor exceeds a predetermined value, or when the voltage applied to the snubber capacitor Crn exceeds the predetermined value, the positive electrode of the DC power source Vp and the negative electrode of the DC power source Vn via the current path PT Shed in between.

より具体的には、保護回路51は、直流電源Vpおよび直流電源Vnの出力電圧とスナバコンデンサCrpに印加される電圧との差の電圧、あるいは直流電源Vpおよび直流電源Vnの出力電圧とスナバコンデンサCrnに印加される電圧との差の電圧を受けて、受けた電圧を昇圧した電圧を生成し、生成した電圧に基づいて、電流経路PTを介して直流電源Vpの正電極および直流電源Vnの負電極間に充電電流を流すか否かを切り替える。   More specifically, the protection circuit 51 includes the voltage difference between the output voltage of the DC power supply Vp and the DC power supply Vn and the voltage applied to the snubber capacitor Crp, or the output voltage of the DC power supply Vp and the DC power supply Vn and the snubber capacitor. In response to the voltage difference from the voltage applied to Crn, a voltage obtained by boosting the received voltage is generated. Based on the generated voltage, the positive electrode of the DC power supply Vp and the DC power supply Vn are connected via the current path PT. Switches whether or not a charging current flows between the negative electrodes.

すなわち、本発明の第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータでは、変圧器を挿入し、その巻数比を1:n(n>2)とすることにより、スナバコンデンサの最大充電電圧を電源電圧の2倍以内に抑制する。すなわち、保護回路51は、共振によってスナバコンデンサが電源電圧よりも高い電圧まで過充電されるようとする際、スナバコンデンサに印加される電圧が所定電圧に達すると、変圧器の1次巻線へ電流を流そうとするエネルギーを変圧器の2次巻線へ移す。これにより、スナバコンデンサを通して充電電流を流れなくして充電を止め、スナバコンデンサに印加される電圧をクランプする。そして、トランスTrの巻数比nをn>2とすることにより、クランプ電圧が電源電圧の2倍以下となり、nを大きくすればスナバコンデンサに印加される電圧を電源電圧に限りなく近い値に抑制することができる。   That is, in the soft switching inverter according to the first embodiment of the present invention, the maximum charging voltage of the snubber capacitor is set to the power supply voltage by inserting a transformer and setting the turns ratio to 1: n (n> 2). To within 2 times. In other words, when the snubber capacitor is overcharged to a voltage higher than the power supply voltage due to resonance, the protection circuit 51 turns to the primary winding of the transformer when the voltage applied to the snubber capacitor reaches a predetermined voltage. The energy to pass current is transferred to the secondary winding of the transformer. As a result, the charging current stops flowing through the snubber capacitor and charging is stopped, and the voltage applied to the snubber capacitor is clamped. By setting the turn ratio n of the transformer Tr to n> 2, the clamp voltage becomes less than twice the power supply voltage, and if n is increased, the voltage applied to the snubber capacitor is suppressed to a value close to the power supply voltage. can do.

したがって、主スイッチおよび主ダイオードに印加される電圧も制限されるので、これらの素子の耐圧を低くできることから、装置を小型化できるとともに、コストも低減することができる。逆に、これらの素子の耐圧を変更せず同じ耐圧の素子を用いることにより、従来よりも高い出力電圧を得ることができる。すなわち、スナバコンデンサの充電電圧を抑制することにより、主スイッチおよび主ダイオードの電圧利用率が向上するため、同じ耐圧を有する素子を用いてより高い出力電圧を得ることができる。   Therefore, since the voltage applied to the main switch and the main diode is also limited, the breakdown voltage of these elements can be lowered, so that the apparatus can be downsized and the cost can be reduced. Conversely, by using elements having the same breakdown voltage without changing the breakdown voltage of these elements, an output voltage higher than that of the prior art can be obtained. That is, since the voltage utilization factor of the main switch and the main diode is improved by suppressing the charging voltage of the snubber capacitor, a higher output voltage can be obtained using elements having the same breakdown voltage.

なお、保護回路は、図1に示す構成に限定されるものではなく、スナバコンデンサCrpに印加される電圧が所定値以上になった場合またはスナバコンデンサCrnに印加される電圧が所定値以上になった場合、直流電源Vpおよび直流電源VnからスナバコンデンサCrpまたはスナバコンデンサCrnへ流れようとする充電電流を他の電流経路へ逃がす構成であればよい。   The protection circuit is not limited to the configuration shown in FIG. 1, and the voltage applied to the snubber capacitor Crp exceeds a predetermined value or the voltage applied to the snubber capacitor Crn exceeds a predetermined value. In this case, any configuration may be employed as long as the charging current that is about to flow from the DC power source Vp and the DC power source Vn to the snubber capacitor Crp or the snubber capacitor Crn is released to another current path.

図7は、本発明の第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータの変形例の構成を示す図である。   FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a modification of the soft switching inverter according to the first embodiment of the present invention.

図7を参照して、このソフトスイッチングインバータは、ソフトスイッチングインバータ101と比べて、保護回路51の代わりに保護回路52を備える。保護回路52は、変圧器Trと、クランプダイオードDfと、直流電源Vbとを含む。直流電源Vbは、クランプダイオードDfのカソードに接続された正電極と、クランプダイオードDfのアノードに接続された負電極とを有する。   With reference to FIG. 7, the soft switching inverter includes a protection circuit 52 instead of the protection circuit 51 as compared with the soft switching inverter 101. Protection circuit 52 includes a transformer Tr, a clamp diode Df, and a DC power supply Vb. DC power supply Vb has a positive electrode connected to the cathode of clamp diode Df and a negative electrode connected to the anode of clamp diode Df.

本発明の第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータでは、クランプダイオードDfのカソードが直流電源Vpの正電極に接続されている構成であるとしたが、これに限定するものではない。すなわち、図7に示すように、保護回路52が直流電源VpおよびVnとは別の直流電源Vbを含む構成であってもよい。   In the soft switching inverter according to the first embodiment of the present invention, the cathode of the clamp diode Df is connected to the positive electrode of the DC power supply Vp. However, the present invention is not limited to this. That is, as shown in FIG. 7, the protection circuit 52 may include a DC power supply Vb different from the DC power supplies Vp and Vn.

保護回路52は、スナバコンデンサCrpに印加される電圧が所定値以上になった場合またはスナバコンデンサCrnに印加される電圧が所定値以上になった場合、直流電源Vpおよび直流電源VnからスナバコンデンサCrpまたはスナバコンデンサCrnへ流れようとする充電電流をクランプダイオードDf経由で直流電源Vbへ流す。   When the voltage applied to the snubber capacitor Crp exceeds a predetermined value or when the voltage applied to the snubber capacitor Crn exceeds a predetermined value, the protection circuit 52 detects the snubber capacitor Crp from the DC power source Vp and the DC power source Vn. Alternatively, a charging current that is about to flow to the snubber capacitor Crn is passed to the DC power source Vb via the clamp diode Df.

このような構成であれば、トランスTrによって直流電源VpおよびVnの出力電圧とスナバコンデンサの電圧Vcとの差の電圧を昇圧しなくても、スナバコンデンサに印加される電圧が直流電源VpおよびVnの出力電圧のたとえば2倍になる前にクランプダイオードDfをオンすることができるため、スナバコンデンサに印加される電圧を直流電源VpおよびVnの出力電圧の2倍以下に制限することが可能である。   With such a configuration, the voltage applied to the snubber capacitor can be applied to the DC power sources Vp and Vn without boosting the difference voltage between the output voltage of the DC power sources Vp and Vn and the voltage Vc of the snubber capacitor by the transformer Tr. For example, the clamp diode Df can be turned on before the output voltage is doubled, for example, so that the voltage applied to the snubber capacitor can be limited to less than twice the output voltage of the DC power supplies Vp and Vn. .

次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。   Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

<第2の実施の形態>
本実施の形態は、第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータと比べてトランスの代替回路を備えたソフトスイッチングインバータに関する。以下で説明する内容以外は第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータと同様である。
<Second Embodiment>
The present embodiment relates to a soft switching inverter provided with an alternative circuit for a transformer as compared with the soft switching inverter according to the first embodiment. The contents other than those described below are the same as those of the soft switching inverter according to the first embodiment.

図8は、本発明の第2の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータの構成を示す図である。   FIG. 8 is a diagram showing a configuration of the soft switching inverter according to the second embodiment of the present invention.

図8を参照して、ソフトスイッチングインバータ102は、本発明の第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータと比べて、保護回路51の代わりに保護回路53を備える。保護回路53は、アノードリアクトルLbと、クランプダイオードDfと、直流電源Vbとを含む。アノードリアクトルLbは、主スイッチGpのエミッタに接続された第1端と、主スイッチGnのコレクタに接続された第2端とを有する。直流電源VbおよびクランプダイオードDfは、アノードリアクトルLbの両端間において互いに直列接続されている。すなわち、直流電源Vbは、クランプダイオードDfのカソードに接続された正電極と、アノードリアクトルLbの第1端に接続された負電極とを有する。クランプダイオードDfは、アノードリアクトルLbの第2端に接続されたアノードを有する。   Referring to FIG. 8, soft switching inverter 102 includes a protection circuit 53 instead of protection circuit 51 as compared with the soft switching inverter according to the first embodiment of the present invention. Protection circuit 53 includes an anode reactor Lb, a clamp diode Df, and a DC power supply Vb. Anode reactor Lb has a first end connected to the emitter of main switch Gp and a second end connected to the collector of main switch Gn. The DC power supply Vb and the clamp diode Df are connected in series between both ends of the anode reactor Lb. That is, DC power supply Vb has a positive electrode connected to the cathode of clamp diode Df and a negative electrode connected to the first end of anode reactor Lb. The clamp diode Df has an anode connected to the second end of the anode reactor Lb.

保護回路53は、スナバコンデンサCrpに印加される電圧が所定値以上になった場合またはスナバコンデンサCrnに印加される電圧が所定値以上になった場合、直流電源Vpおよび直流電源VnからスナバコンデンサCrpまたはスナバコンデンサCrnへ流れようとする充電電流をクランプダイオードDf経由で直流電源Vbへ逃がす。   When the voltage applied to the snubber capacitor Crp exceeds a predetermined value or when the voltage applied to the snubber capacitor Crn exceeds a predetermined value, the protection circuit 53 generates a snubber capacitor Crp from the DC power source Vp and the DC power source Vn. Alternatively, the charging current that is about to flow to the snubber capacitor Crn is released to the DC power source Vb via the clamp diode Df.

このように、保護回路においてトランスを用いないことも可能である。一方、本発明の第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータのように、保護回路にトランスを用いる構成では、直流電源を別途設ける必要がなくなるため、構成の簡易化を図ることができる。   Thus, it is possible not to use a transformer in the protection circuit. On the other hand, in the configuration using a transformer in the protection circuit as in the soft switching inverter according to the first embodiment of the present invention, it is not necessary to separately provide a DC power supply, and therefore the configuration can be simplified.

その他の構成および動作は第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータと同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。   Since other configurations and operations are the same as those of the soft switching inverter according to the first embodiment, detailed description thereof will not be repeated here.

<第3の実施の形態>
本実施の形態は、第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータと比べてアノードリアクトルを追加したソフトスイッチングインバータに関する。以下で説明する内容以外は第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータと同様である。
<Third Embodiment>
The present embodiment relates to a soft switching inverter in which an anode reactor is added as compared with the soft switching inverter according to the first embodiment. The contents other than those described below are the same as those of the soft switching inverter according to the first embodiment.

図9は、本発明の第3の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータの構成を示す図である。   FIG. 9 is a diagram showing a configuration of the soft switching inverter according to the third embodiment of the present invention.

図9を参照して、ソフトスイッチングインバータ103は、本発明の第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータと比べて、さらに、アノードリアクトルLbp,Lbnを備える。   Referring to FIG. 9, soft switching inverter 103 further includes anode reactors Lbp and Lbn as compared with the soft switching inverter according to the first embodiment of the present invention.

アノードリアクトルLbpは、スナバダイオードDrpのカソード、主スイッチGpのエミッタおよび主ダイオードDpのアノードに接続された第1端と、1次巻線Ls1の第1端に接続された第2端とを有する。アノードリアクトルLbnは、1次巻線Ls2の第2端に接続された第1端と、スナバダイオードDrnのアノード、主スイッチGnのコレクタおよび主ダイオードDnのカソードに接続された第2端とを有する。   Anode reactor Lbp has a first end connected to the cathode of snubber diode Drp, the emitter of main switch Gp, and the anode of main diode Dp, and a second end connected to the first end of primary winding Ls1. . Anode reactor Lbn has a first end connected to the second end of primary winding Ls2, and a second end connected to the anode of snubber diode Drn, the collector of main switch Gn, and the cathode of main diode Dn. .

その他の構成および動作は第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータと同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。   Since other configurations and operations are the same as those of the soft switching inverter according to the first embodiment, detailed description thereof will not be repeated here.

<第4の実施の形態>
本実施の形態は、第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータと比べてアノードリアクトルを追加したソフトスイッチングインバータに関する。以下で説明する内容以外は第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータと同様である。
<Fourth embodiment>
The present embodiment relates to a soft switching inverter in which an anode reactor is added as compared with the soft switching inverter according to the first embodiment. The contents other than those described below are the same as those of the soft switching inverter according to the first embodiment.

図10は、本発明の第4の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータの構成を示す図である。   FIG. 10 is a diagram showing a configuration of the soft switching inverter according to the fourth embodiment of the present invention.

図10を参照して、ソフトスイッチングインバータ104は、本発明の第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータと比べて、さらに、アノードリアクトルLbp,Lbnを備える。   Referring to FIG. 10, soft switching inverter 104 further includes anode reactors Lbp and Lbn as compared with the soft switching inverter according to the first embodiment of the present invention.

アノードリアクトルLbpは、電源端子TPおよびクランプダイオードDfのカソードに接続された第1端と、スナバコンデンサCrpの第1端、主スイッチGpのコレクタおよび主ダイオードDpのカソードに接続された第2端とを有する。アノードリアクトルLbnは、電源端子TNおよび2次巻線Lfの第2端に接続された第1端と、スナバコンデンサCrnの第2端、主スイッチGnのエミッタおよび主ダイオードDnのアノードに接続された第2端とを有する。   The anode reactor Lbp has a first end connected to the power supply terminal TP and the cathode of the clamp diode Df, a first end of the snubber capacitor Crp, a collector of the main switch Gp, and a second end connected to the cathode of the main diode Dp. Have The anode reactor Lbn is connected to the first end connected to the power supply terminal TN and the second end of the secondary winding Lf, the second end of the snubber capacitor Crn, the emitter of the main switch Gn, and the anode of the main diode Dn. And a second end.

その他の構成および動作は第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータと同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。   Since other configurations and operations are the same as those of the soft switching inverter according to the first embodiment, detailed description thereof will not be repeated here.

<第5の実施の形態>
本実施の形態は、補助スイッチSrp,Srnのオン制御のタイミングの点において第1の実施の形態と異なる。以下で説明する内容以外は第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータと同様である。したがって本実施の形態に係るソフトスイッチングインバータの構成は、図1に示した構成と同様である。
<Fifth embodiment>
The present embodiment is different from the first embodiment in the timing of the on control of the auxiliary switches Srp and Srn. The contents other than those described below are the same as those of the soft switching inverter according to the first embodiment. Therefore, the configuration of the soft switching inverter according to the present embodiment is the same as the configuration shown in FIG.

図11は、本発明の第5の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際のスイッチ制御手順を示す図である。   FIG. 11 is a diagram illustrating a switch control procedure when the soft switching inverter according to the fifth embodiment of the present invention performs power conversion.

図11および図4を参照して、第5の実施の形態では、制御回路11は、主スイッチGpと補助スイッチSrpとを同時にオン制御する。同様に、制御回路11は、主スイッチGnと補助スイッチSrnとを同時にオン制御する。この点において、第5の実施の形態に係るスイッチング制御は第1の実施の形態に係るスイッチング制御と異なる。   With reference to FIG. 11 and FIG. 4, in the fifth embodiment, the control circuit 11 simultaneously turns on the main switch Gp and the auxiliary switch Srp. Similarly, the control circuit 11 simultaneously controls the main switch Gn and the auxiliary switch Srn on. In this respect, the switching control according to the fifth embodiment is different from the switching control according to the first embodiment.

補助スイッチSrpのオン時間および補助スイッチSrnのオン時間はTeである。補助スイッチSrpがオン制御されてから主スイッチGpがオフ制御されるまでの時間Tcは、主スイッチGpのオン時間に等しい。同様に、補助スイッチSrnがオン制御されてから主スイッチGnがオフ制御されるまでの時間Tcは、主スイッチGnのオン時間に等しい。   The on-time of the auxiliary switch Srp and the on-time of the auxiliary switch Srn are Te. The time Tc from when the auxiliary switch Srp is turned on until the main switch Gp is turned off is equal to the on time of the main switch Gp. Similarly, the time Tc from when the auxiliary switch Srn is turned on until the main switch Gn is turned off is equal to the on time of the main switch Gn.

さらに、第5の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータの動作は、以下の点において第1の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータの動作と異なる。正期間の動作に関し、ステップ4,11,12の動作が省略されるとともに、ステップ5、8、9の動作がステップ5A、8A、9Aの動作にそれぞれ置き換えられる。同様に負期間の動作に関し、ステップ24,31,32の動作が省略されるとともに、ステップ25、28、29の動作がステップ25A、28A、29Aの動作にそれぞれ置き換えられる。   Furthermore, the operation of the soft switching inverter according to the fifth embodiment differs from the operation of the soft switching inverter according to the first embodiment in the following points. Regarding the operation in the positive period, the operations in steps 4, 11, and 12 are omitted, and the operations in steps 5, 8, and 9 are replaced with the operations in steps 5A, 8A, and 9A, respectively. Similarly, regarding the operation in the negative period, the operations in steps 24, 31, and 32 are omitted, and the operations in steps 25, 28, and 29 are replaced with the operations in steps 25A, 28A, and 29A, respectively.

以下、第5の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータの動作に関し、特にステップ5A、8A、9A、25A、28A、29Aの動作について詳細に説明する。図11に示した他のステップにおけるソフトスイッチングインバータの動作は、図2、3、5、6に示された対応するステップの動作と同じであるので、詳細な説明は以後繰り返さない。   Hereinafter, regarding the operation of the soft switching inverter according to the fifth embodiment, the operations of Steps 5A, 8A, 9A, 25A, 28A, and 29A will be described in detail. Since the operation of the soft switching inverter in the other steps shown in FIG. 11 is the same as the operation of the corresponding steps shown in FIGS. 2, 3, 5, 6, detailed description will not be repeated hereinafter.

[正期間の動作]
図12および図13は、本発明の第5の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際の電流の流れを時系列的に示す図である。
[Period operation]
12 and 13 are diagrams showing the current flow in time series when the soft switching inverter according to the fifth embodiment of the present invention performs power conversion.

図11、図12および図13を参照して、まずステップ1,2の動作が実行される。これにより、主スイッチGpから主ダイオードDnへの転流、すなわち電流経路PTを通した転流が完了する(ステップ3)。   Referring to FIGS. 11, 12 and 13, the operations of steps 1 and 2 are first executed. Thereby, commutation from the main switch Gp to the main diode Dn, that is, commutation through the current path PT is completed (step 3).

次に、主スイッチGpをオフ制御してから所定時間Tb経過時に、主スイッチGnと補助スイッチSrnとを同時にオン制御する。このとき主スイッチGnは導通せず、主ダイオードDnを通して負荷へ電流が流れ続けるのでゼロカレントスイッチングが実現される。また、スナバコンデンサCrnの放電が始まる。この放電が完了してスナバコンデンサCrnにおける電圧がゼロになるとスナバダイオードDrnが導通する(ステップ5A)。   Next, when the predetermined time Tb has elapsed since the main switch Gp was turned off, the main switch Gn and the auxiliary switch Srn are simultaneously turned on. At this time, the main switch Gn does not conduct and current continues to flow to the load through the main diode Dn, so that zero current switching is realized. Also, the snubber capacitor Crn starts to discharge. When this discharge is completed and the voltage at the snubber capacitor Crn becomes zero, the snubber diode Drn becomes conductive (step 5A).

ステップ5Aの動作に続けてステップ6,7の動作が実行される。ステップ7の動作の後に、ステップ8Aの動作が実行される。具体的には、主スイッチGnをオフ制御してから所定時間Tb経過時に主スイッチGpおよび補助スイッチSrpを同時にオン制御する。これにより主ダイオードDnから主スイッチGpへの転流が始まる。そして、直流電源Vpから主スイッチGpを通して流れる電流が増加して負荷電流に等しくなると同時に主ダイオードDnを通して流れる電流はゼロとなって主ダイオードDnがオフし、この転流が完了する(ステップ8A)。   Following the operation of step 5A, the operations of steps 6 and 7 are executed. After the operation of step 7, the operation of step 8A is executed. Specifically, the main switch Gp and the auxiliary switch Srp are simultaneously turned on when a predetermined time Tb has elapsed since the main switch Gn was turned off. Thereby, commutation from the main diode Dn to the main switch Gp starts. Then, the current flowing from the DC power source Vp through the main switch Gp increases and becomes equal to the load current. At the same time, the current flowing through the main diode Dn becomes zero and the main diode Dn is turned off, and this commutation is completed (step 8A). .

主ダイオードDnがオフとなった瞬間、スナバダイオードDrnが導通する。このとき、スナバコンデンサCrnの電荷はゼロであるため、直流電源Vpから主スイッチGpを通して流れる電流はスナバコンデンサCrnへ流れる。すなわち、主ダイオードDnには電圧が印加されないことから、主ダイオードDnにはスイッチング損失が発生しない。これにより、ゼロボルトスイッチングが実現される。さらにステップ8Aの開始時点で補助スイッチSrpがオン制御されることで、補助スイッチSrpが導通を開始して同時にスナバコンデンサCrpの放電が始まる。この放電が完了してスナバコンデンサCrpにおける電圧がゼロになるとスナバダイオードDrpが導通する。スナバダイオードDrpが導通すると補助リアクトルLrpに直流電源Vpからの電圧が印加される(ステップ8A)。   At the moment when the main diode Dn is turned off, the snubber diode Drn becomes conductive. At this time, since the electric charge of the snubber capacitor Crn is zero, the current flowing from the DC power source Vp through the main switch Gp flows to the snubber capacitor Crn. That is, since no voltage is applied to the main diode Dn, no switching loss occurs in the main diode Dn. Thereby, zero volt switching is realized. Further, when the auxiliary switch Srp is turned on at the start of step 8A, the auxiliary switch Srp starts to conduct and simultaneously the discharge of the snubber capacitor Crp starts. When this discharge is completed and the voltage at the snubber capacitor Crp becomes zero, the snubber diode Drp conducts. When the snubber diode Drp is turned on, a voltage from the DC power source Vp is applied to the auxiliary reactor Lrp (step 8A).

スナバコンデンサCrnと1次巻線Ls1およびLs2における励磁インダクタンスとの共振によりスナバコンデンサCrnからスナバダイオードDrnへ流れる電流が減少してゆく。   The current flowing from the snubber capacitor Crn to the snubber diode Drn is decreased by the resonance between the snubber capacitor Crn and the exciting inductance in the primary windings Ls1 and Ls2.

また、スナバコンデンサCrnと変圧器Trの1次巻線Ls1およびLs2における励磁インダクタンスとの共振電流によりスナバコンデンサCrnが充電される。このとき、変圧器Trの1次巻線Ls1およびLs2の直列回路には直流電源VpおよびVnの出力電圧(Vp+Vn)とスナバコンデンサCrnにおける電圧Vcとの差の電圧が印加される。1次巻線Ls1およびLs2はそれぞれ上記差電圧の1/2の電圧を分担することになる。すなわち、1次巻線Ls1およびLs2に印加される電圧の値VLは、以下の式で表わされる。   Further, the snubber capacitor Crn is charged by a resonance current between the snubber capacitor Crn and the exciting inductance in the primary windings Ls1 and Ls2 of the transformer Tr. At this time, a difference voltage between the output voltage (Vp + Vn) of the DC power sources Vp and Vn and the voltage Vc at the snubber capacitor Crn is applied to the series circuit of the primary windings Ls1 and Ls2 of the transformer Tr. The primary windings Ls1 and Ls2 each share a voltage that is ½ of the difference voltage. That is, the value VL of the voltage applied to the primary windings Ls1 and Ls2 is expressed by the following equation.

VL={(Vp+Vn)−Vc}/2
変圧器Trの巻数比は1:nであるので、2次側にはn×VLの電圧が誘起される。スナバコンデンサCrnにおける電圧Vcが上昇し、変圧器Trの2次側電圧が出力電圧(Vp+Vn)に達すると、クランプダイオードDfがオンしてスナバダイオードDrnがオフする(ステップ9A)。
VL = {(Vp + Vn) -Vc} / 2
Since the turns ratio of the transformer Tr is 1: n, a voltage of n × VL is induced on the secondary side. When the voltage Vc at the snubber capacitor Crn increases and the secondary voltage of the transformer Tr reaches the output voltage (Vp + Vn), the clamp diode Df is turned on and the snubber diode Drn is turned off (step 9A).

このときの電圧Vcの最大値VMは、以下の式で表わされる。
VM=(1+2/n)×(Vp+Vn)
そして、図13のステップ9Aに示す破線のように電流が流れ、スナバコンデンサCrnへ流れる電流はゼロとなり、スナバコンデンサCrnは充電されなくなる。これにより、スナバコンデンサCrnにおける電圧VcはVMにクランプされる。その後、クランプダイオードDfを通して流れる電流が減少してやがてゼロになるとクランプダイオードDfがオフし、電流経路PTを通した転流が終了する(ステップ9A)。
The maximum value VM of the voltage Vc at this time is expressed by the following equation.
VM = (1 + 2 / n) × (Vp + Vn)
Then, a current flows as shown by a broken line in Step 9A of FIG. 13, the current flowing to the snubber capacitor Crn becomes zero, and the snubber capacitor Crn is not charged. As a result, the voltage Vc at the snubber capacitor Crn is clamped to VM. Thereafter, when the current flowing through the clamp diode Df decreases and eventually becomes zero, the clamp diode Df is turned off, and commutation through the current path PT is completed (step 9A).

直流電源Vpからの電流が主スイッチGpを通して負荷へ電流が流れる(ステップ10)。さらに、補助スイッチSrpを通して流れる電流は減衰してゼロになる。その電流が0になると補助スイッチSrpおよびスナバダイオードDrpがともにオフする。したがって、ソフトスイッチングインバータの動作はステップ1に戻る。   A current from the DC power source Vp flows to the load through the main switch Gp (step 10). Furthermore, the current flowing through the auxiliary switch Srp is attenuated to zero. When the current becomes 0, both the auxiliary switch Srp and the snubber diode Drp are turned off. Therefore, the operation of the soft switching inverter returns to step 1.

[負期間の動作]
図14および図15は、本発明の第5の実施の形態に係るソフトスイッチングインバータが電力変換を行なう際の電流の流れを時系列的に示す図である。
[Negative period operation]
14 and 15 are diagrams showing the current flow in time series when the soft switching inverter according to the fifth embodiment of the present invention performs power conversion.

図11、図14および図15を参照して、まず、ステップ21,22,23の動作が順次実行される。ステップ22の開始時において、主スイッチGnをオフ制御するとスナバコンデンサCrnへ電流が流れる。主スイッチGnがオフした時、スナバコンデンサCrnの電荷はゼロであるため、主スイッチGnに電圧が印加されない。これにより、ゼロボルトスイッチングが実現される。   Referring to FIGS. 11, 14 and 15, first, operations of steps 21, 22 and 23 are sequentially executed. At the start of step 22, when the main switch Gn is turned off, a current flows to the snubber capacitor Crn. When the main switch Gn is turned off, since the electric charge of the snubber capacitor Crn is zero, no voltage is applied to the main switch Gn. Thereby, zero volt switching is realized.

次に、主スイッチGnをオフ制御してから所定時間Tb経過時に主スイッチGpと補助スイッチSrpとを同時にオン制御する。このとき主スイッチGpは導通せず、主ダイオードDpを通して直流電源Vpへ電流が流れ続けるのでゼロカレントスイッチングが実現される。また、スナバコンデンサCrpの放電が始まる。この放電が完了してスナバコンデンサCrpにおける電圧がゼロになるとスナバダイオードDrpが導通する(ステップ25A)。   Next, the main switch Gp and the auxiliary switch Srp are simultaneously turned on when the predetermined time Tb has elapsed since the main switch Gn was turned off. At this time, the main switch Gp does not conduct, and current continues to flow to the DC power source Vp through the main diode Dp, so that zero current switching is realized. In addition, the snubber capacitor Crp starts to discharge. When this discharge is completed and the voltage at the snubber capacitor Crp becomes zero, the snubber diode Drp conducts (step 25A).

ステップ25Aの動作に続けてステップ26,27の動作が実行される。ステップ27の動作の後に、ステップ28Aの動作が実行される。具体的には、主スイッチGpをオフ制御してから所定時間Tb経過時に主スイッチGnおよび補助スイッチSrnを同時にオン制御する。これにより主ダイオードDpから主スイッチGnへの転流が始まる。そして、直流電源Vnから主スイッチGnを通して流れる電流が増加して負荷電流に等しくなると同時に主ダイオードDpを通して流れる電流はゼロとなって主ダイオードDpがオフし、この転流が完了する(ステップ28A)。   Following the operation of step 25A, the operations of steps 26 and 27 are executed. After the operation of step 27, the operation of step 28A is executed. Specifically, the main switch Gn and the auxiliary switch Srn are simultaneously turned on when a predetermined time Tb has elapsed since the main switch Gp was turned off. This starts commutation from the main diode Dp to the main switch Gn. Then, the current flowing from the DC power source Vn through the main switch Gn increases to be equal to the load current, and at the same time, the current flowing through the main diode Dp becomes zero and the main diode Dp is turned off, and this commutation is completed (step 28A). .

主ダイオードDpがオフとなった瞬間、スナバダイオードDrpが導通する。このとき、スナバコンデンサCrpの電荷はゼロであるため、直流電源Vpからの電流はスナバコンデンサCrpへ流れる。すなわち、主ダイオードDpには電圧が印加されないことから、主ダイオードDpにはスイッチング損失が発生しない。これにより、ゼロボルトスイッチングが実現される。さらにステップ28Aの開始時点で補助スイッチSrnがオン制御されることで、補助スイッチSrnが導通を開始して同時にスナバコンデンサCrnの放電が始まる。この放電が完了してスナバコンデンサCrnにおける電圧がゼロになるとスナバダイオードDrnが導通する。スナバダイオードDrnが導通すると補助リアクトルLrnに直流電源Vnからの電圧が印加される(ステップ28A)。   At the moment when the main diode Dp is turned off, the snubber diode Drp becomes conductive. At this time, since the electric charge of the snubber capacitor Crp is zero, the current from the DC power source Vp flows to the snubber capacitor Crp. That is, since no voltage is applied to the main diode Dp, no switching loss occurs in the main diode Dp. Thereby, zero volt switching is realized. Further, when the auxiliary switch Srn is turned on at the start of step 28A, the auxiliary switch Srn starts to conduct and simultaneously the discharge of the snubber capacitor Crn starts. When this discharge is completed and the voltage at the snubber capacitor Crn becomes zero, the snubber diode Drn becomes conductive. When the snubber diode Drn becomes conductive, the voltage from the DC power source Vn is applied to the auxiliary reactor Lrn (step 28A).

スナバコンデンサCrpと1次巻線Ls1およびLs2における励磁インダクタンスとの共振によりスナバコンデンサCrpからスナバダイオードDrpへ流れる電流が減少してゆく。   The current flowing from the snubber capacitor Crp to the snubber diode Drp decreases due to resonance between the snubber capacitor Crp and the exciting inductance in the primary windings Ls1 and Ls2.

また、スナバコンデンサCrpと変圧器Trの1次巻線Ls1およびLs2における励磁インダクタンスとの共振電流によりスナバコンデンサCrpが充電される。このとき、変圧器Trの1次巻線Ls1およびLs2の直列回路には直流電源VnおよびVpの出力電圧(Vn+Vp)とスナバコンデンサCrpにおける電圧Vcとの差の電圧が印加される。1次巻線Ls1およびLs2はそれぞれ上記差電圧の1/2の電圧を分担することになる。すなわち、1次巻線Ls1およびLs2に印加される電圧の値VLは、以下の式で表わされる。   Further, the snubber capacitor Crp is charged by the resonance current between the snubber capacitor Crp and the exciting inductance in the primary windings Ls1 and Ls2 of the transformer Tr. At this time, a difference voltage between the output voltage (Vn + Vp) of the DC power sources Vn and Vp and the voltage Vc at the snubber capacitor Crp is applied to the series circuit of the primary windings Ls1 and Ls2 of the transformer Tr. The primary windings Ls1 and Ls2 each share a voltage that is ½ of the difference voltage. That is, the value VL of the voltage applied to the primary windings Ls1 and Ls2 is expressed by the following equation.

VL={(Vn+Vp)−Vc}/2
変圧器Trの巻数比は1:nであるので、2次側にはn×VLの電圧が誘起される。スナバコンデンサCrpにおける電圧Vcが上昇し、変圧器Trの2次側電圧が出力電圧(Vn+Vp)に達すると、クランプダイオードDfがオンしてスナバダイオードDrpがオフする。このときの電圧Vcの最大値VMは、以下の式で表わされる。
VL = {(Vn + Vp) -Vc} / 2
Since the turns ratio of the transformer Tr is 1: n, a voltage of n × VL is induced on the secondary side. When the voltage Vc at the snubber capacitor Crp increases and the secondary voltage of the transformer Tr reaches the output voltage (Vn + Vp), the clamp diode Df is turned on and the snubber diode Drp is turned off. The maximum value VM of the voltage Vc at this time is expressed by the following equation.

VM=(1+2/n)×(Vn+Vp)
そして、図6のステップ29に示す破線のように電流が流れ、スナバコンデンサCrpへ流れる電流はゼロとなり、スナバコンデンサCrpは充電されなくなる。これにより、スナバコンデンサCrpにおける電圧VcはVMにクランプされる。その後、クランプダイオードDfを通して流れる電流が減少してやがてゼロになるとクランプダイオードDfがオフし、電流経路PTを通した転流が終了する(ステップ29A)。
VM = (1 + 2 / n) × (Vn + Vp)
Then, a current flows as indicated by a broken line shown in step 29 of FIG. 6, the current flowing to the snubber capacitor Crp becomes zero, and the snubber capacitor Crp is not charged. As a result, the voltage Vc at the snubber capacitor Crp is clamped to VM. Thereafter, when the current flowing through the clamp diode Df decreases and eventually becomes zero, the clamp diode Df is turned off, and commutation through the current path PT is completed (step 29A).

負荷からの電流が主スイッチGnを通して直流電源Vnへ流れる(ステップ10)。さらに、補助スイッチSrnを通して流れる電流は減衰してゼロになる。その電流が0になると補助スイッチSrpおよびスナバダイオードDrnがともにオフする。したがって、ソフトスイッチングインバータの動作はステップ21に戻る。   A current from the load flows to the DC power source Vn through the main switch Gn (step 10). Furthermore, the current flowing through the auxiliary switch Srn is attenuated to zero. When the current becomes 0, both the auxiliary switch Srp and the snubber diode Drn are turned off. Therefore, the operation of the soft switching inverter returns to step 21.

このように、本発明の第5の実施の形態によれば、制御回路11は、主スイッチGpをオフ制御してから所定時間経過時に主スイッチGnと補助スイッチSrnとを同時にオン制御する。同様に、制御回路11は、主スイッチGnをオフ制御してから所定時間経過時に主スイッチGpと補助スイッチSrpとを同時にオン制御する。これによって、第1の実施の形態に係るスイッチング制御よりも簡素化された制御が可能となる。   Thus, according to the fifth embodiment of the present invention, the control circuit 11 simultaneously controls the main switch Gn and the auxiliary switch Srn to be turned on when a predetermined time has elapsed since the main switch Gp was turned off. Similarly, the control circuit 11 simultaneously turns on the main switch Gp and the auxiliary switch Srp when a predetermined time elapses after the main switch Gn is turned off. As a result, it is possible to perform control more simplified than the switching control according to the first embodiment.

さらに、図16に示されるように、主スイッチGpと補助スイッチSrpとが同時にオン制御およびオフ制御されるとともに、主スイッチGnと補助スイッチSrnとが同時にオン制御およびオフ制御されてもよい。この場合のソフトスイッチングインバータの動作は図12〜図15に示した動作と同様である。制御回路11が図16に示されたスイッチング制御を実行することによって、制御回路11の制御をより簡素化することができる。   Further, as shown in FIG. 16, the main switch Gp and the auxiliary switch Srp may be simultaneously controlled to be on and off, and the main switch Gn and the auxiliary switch Srn may be simultaneously controlled to be on and off. The operation of the soft switching inverter in this case is the same as the operation shown in FIGS. When the control circuit 11 performs the switching control shown in FIG. 16, the control of the control circuit 11 can be further simplified.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

11 制御回路、51,52,53 保護回路、101 ソフトスイッチングインバータ(電力変換装置)、Vp,Vn 直流電源、TP,TC,TN 電源端子、TOUT 交流出力端子、Gp,Gn 主スイッチ、Dp,Dn 主ダイオード、Crp,Crn スナバコンデンサ、Drp,Drn スナバダイオード、Srp,Srn 補助スイッチ、Lrp,Lrn 補助リアクトル、Tr 変圧器、Df クランプダイオード、Ls1,Ls2 1次巻線、Lf 2次巻線、Vb 直流電源、Lb,Lbp,Lbn アノードリアクトル。   11 control circuit, 51, 52, 53 protection circuit, 101 soft switching inverter (power conversion device), Vp, Vn DC power supply, TP, TC, TN power supply terminal, TOUT AC output terminal, Gp, Gn main switch, Dp, Dn Main diode, Crp, Crn snubber capacitor, Drp, Drn snubber diode, Srp, Srn auxiliary switch, Lrp, Lrn auxiliary reactor, Tr transformer, Df clamp diode, Ls1, Ls2 primary winding, Lf secondary winding, Vb DC power supply, Lb, Lbp, Lbn Anode reactor.

Claims (4)

第1電極および第2電極を有する第1の直流電源(Vp)と、前記第1の直流電源(Vp)の第2電極に接続される第1電極、および第2電極を有する第2の直流電源(Vn)とから供給された直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する電力変換装置であって、
前記第1の直流電源(Vp)の第1電極に結合される第1端と、前記負荷に結合される第2端とを有する第1の主スイッチ(Gp)と、
前記第1の主スイッチ(Gp)と導通方向が逆になるように、前記第1の主スイッチ(Gp)と並列接続される第1の主ダイオード(Dp)と、
前記第1の主スイッチ(Gp)および前記第1の主ダイオード(Dp)と並列接続される第1のスナバコンデンサ(Crp)と、
前記第1の主スイッチ(Gp)と導通方向が同じになるように、前記第1のスナバコンデンサ(Crp)と直列接続され、かつ前記第1のスナバコンデンサ(Crp)と前記第1の主スイッチ(Gp)の第2端との間に接続される第1のスナバダイオード(Drp)と、
前記第1の直流電源(Vp)および前記第2の直流電源(Vn)の接続ノードと前記第1のスナバコンデンサ(Crp)および前記第1のスナバダイオード(Drp)の接続ノードとの間に接続され、かつ互いに直列接続される第1の補助スイッチ(Srp)および第1の補助リアクトル(Lrp)と、
前記第1の主スイッチ(Gp)の第2端に結合される第1端と、前記第2の直流電源(Vn)の第2電極に結合される第2端とを有し、前記第1の主スイッチ(Gp)と導通方向が同じになるように設けられる第2の主スイッチ(Gn)と、
前記第2の主スイッチ(Gn)と導通方向が逆になるように、前記第2の主スイッチ(Gn)と並列接続される第2の主ダイオード(Dn)と、
前記第2の主スイッチ(Gn)および前記第2の主ダイオード(Dn)と並列接続される第2のスナバコンデンサ(Crn)と、
前記第2の主スイッチ(Gn)と導通方向が同じになるように、前記第2のスナバコンデンサ(Crn)と直列接続され、かつ前記第2のスナバコンデンサ(Crn)と前記第2の主スイッチ(Gn)の第1端との間に接続される第2のスナバダイオード(Drn)と、
前記第1の直流電源(Vp)および前記第2の直流電源(Vn)と前記第1の補助スイッチ(Srp)または前記第1の補助リアクトル(Lrp)との接続ノードと前記第2のスナバコンデンサ(Crn)および前記第2のスナバダイオード(Drn)の接続ノードとの間に接続され、かつ互いに直列接続される第2の補助スイッチ(Srn)および第2の補助リアクトル(Lrn)と、
前記第1のスナバコンデンサ(Crp)に印加される電圧が所定値以上になった場合または前記第2のスナバコンデンサ(Crn)に印加される電圧が所定値以上になった場合、前記第1の直流電源(Vp)および前記第2の直流電源(Vn)から前記第1のスナバコンデンサ(Crp)または前記第2のスナバコンデンサ(Crn)へ流れようとする充電電流を他の電流経路へ流すための保護回路(51,52,53)と、
前記第1の主スイッチ(Gp)、前記第2の主スイッチ(Gn)、前記第1の補助スイッチ(Srp)および前記第2の補助スイッチ(Srn)をオン制御およびオフ制御する制御回路(11)とを備え、
前記制御回路(11)は、前記電力変換装置から前記負荷へ電流が流れる正期間において、前記第2の主ダイオード(Dn)がオンしている間に前記第2の補助スイッチ(Srn)をオン制御することにより前記第2のスナバコンデンサ(Crn)を放電し、前記負荷から前記電力変換装置へ電流が流れる負期間において、前記第1の主ダイオード(Dp)がオンしている間に前記第1の補助スイッチ(Srp)をオン制御することにより前記第1のスナバコンデンサ(Crp)を放電する、電力変換装置。
A first DC power source (Vp) having a first electrode and a second electrode, a first electrode connected to a second electrode of the first DC power source (Vp), and a second DC having a second electrode A power conversion device that converts DC power supplied from a power source (Vn) into AC power and supplies it to a load,
A first main switch (Gp) having a first end coupled to the first electrode of the first DC power supply (Vp) and a second end coupled to the load;
A first main diode (Dp) connected in parallel with the first main switch (Gp) so that a conduction direction is opposite to that of the first main switch (Gp);
A first snubber capacitor (Crp) connected in parallel with the first main switch (Gp) and the first main diode (Dp);
The first snubber capacitor (Crp) and the first main switch are connected in series with the first snubber capacitor (Crp) so that the conduction direction is the same as that of the first main switch (Gp). A first snubber diode (Drp) connected between the second end of (Gp);
Connected between a connection node of the first DC power supply (Vp) and the second DC power supply (Vn) and a connection node of the first snubber capacitor (Crp) and the first snubber diode (Drp). And a first auxiliary switch (Srp) and a first auxiliary reactor (Lrp) connected in series with each other;
A first end coupled to a second end of the first main switch (Gp) and a second end coupled to a second electrode of the second DC power source (Vn); A second main switch (Gn) provided to have the same conduction direction as the main switch (Gp) of
A second main diode (Dn) connected in parallel with the second main switch (Gn) so that a conduction direction is opposite to that of the second main switch (Gn);
A second snubber capacitor (Crn) connected in parallel with the second main switch (Gn) and the second main diode (Dn);
The second snubber capacitor (Crn) and the second main switch are connected in series with the second snubber capacitor (Crn) so as to have the same conduction direction as the second main switch (Gn). A second snubber diode (Drn) connected between the first end of (Gn);
A connection node between the first DC power source (Vp) and the second DC power source (Vn) and the first auxiliary switch (Srp) or the first auxiliary reactor (Lrp) and the second snubber capacitor A second auxiliary switch (Srn) and a second auxiliary reactor (Lrn) connected in series between each other (Crn) and a connection node of the second snubber diode (Drn);
When the voltage applied to the first snubber capacitor (Crp) exceeds a predetermined value or when the voltage applied to the second snubber capacitor (Crn) exceeds a predetermined value, the first snubber capacitor (Crp) In order to flow a charging current from the DC power source (Vp) and the second DC power source (Vn) to the first snubber capacitor (Crp) or the second snubber capacitor (Crn) to another current path. Protection circuit (51, 52, 53),
A control circuit (11) for controlling on and off of the first main switch (Gp), the second main switch (Gn), the first auxiliary switch (Srp), and the second auxiliary switch (Srn). )
The control circuit (11) turns on the second auxiliary switch (Srn) while the second main diode (Dn) is on during a positive period in which current flows from the power converter to the load. The second snubber capacitor (Crn) is discharged by the control, and the first main diode (Dp) is turned on during the negative period in which current flows from the load to the power converter. A power converter that discharges the first snubber capacitor (Crp) by turning on one auxiliary switch (Srp).
前記制御回路(11)は、前記第1の主スイッチ(Gp)をオフ制御してから所定時間経過時に前記第2の主スイッチ(Gn)をオン制御し、前記第2の主スイッチ(Gn)をオン制御してから所定時間経過時に前記第2の補助スイッチ(Srn)をオン制御し、前記第2の補助スイッチ(Srn)をオン制御してから所定時間経過時に前記第2の主スイッチ(Gn)をオフ制御し、前記第2の主スイッチ(Gn)をオフ制御してから所定時間経過時に前記第1の主スイッチ(Gp)をオン制御し、前記第1の主スイッチ(Gp)をオン制御してから所定時間経過時に前記第1の補助スイッチ(Srp)をオン制御し、前記第1の補助スイッチ(Srp)をオン制御してから所定時間経過時に前記第1の主スイッチ(Gp)をオフ制御する、請求の範囲第1項に記載の電力変換装置。   The control circuit (11) controls the second main switch (Gn) to turn on when the predetermined time elapses after the first main switch (Gp) is turned off to control the second main switch (Gn). The second auxiliary switch (Srn) is turned on when a predetermined time has elapsed since the ON control of the second auxiliary switch (Srn) and the second main switch (Srn) is turned on when the second auxiliary switch (Srn) is turned on. Gn) is turned off, the first main switch (Gp) is turned on when a predetermined time elapses after the second main switch (Gn) is turned off, and the first main switch (Gp) is turned on. The first auxiliary switch (Srp) is turned on when a predetermined time elapses after being turned on, and the first main switch (Gp) is turned on when the predetermined time elapses after the first auxiliary switch (Srp) is turned on. ) Off control, Power converter according to paragraph 1 range determined. 前記制御回路(11)は、前記第1の主スイッチ(Gp)をオフ制御してから所定時間経過時に前記第2の主スイッチ(Gn)と前記第2の補助スイッチ(Srn)とを同時にオン制御し、前記第2の補助スイッチ(Srn)をオフ制御した後に前記第2の主スイッチ(Gn)をオフ制御し、前記第2の主スイッチ(Gn)をオフ制御してから所定時間経過時に前記第1の主スイッチ(Gp)と前記第1の補助スイッチ(Srp)とを同時にオン制御し、前記第1の補助スイッチ(Srp)をオフ制御した後に前記第1の主スイッチ(Gp)をオフ制御する、請求の範囲第1項に記載の電力変換装置。   The control circuit (11) simultaneously turns on the second main switch (Gn) and the second auxiliary switch (Srn) when a predetermined time elapses after the first main switch (Gp) is turned off. The second auxiliary switch (Srn) is turned off, the second main switch (Gn) is turned off, and the second main switch (Gn) is turned off. The first main switch (Gp) and the first auxiliary switch (Srp) are simultaneously turned on, and the first auxiliary switch (Srp) is turned off, and then the first main switch (Gp) is turned on. The power conversion device according to claim 1, which is turned off. 前記制御回路(11)は、前記第1の主スイッチ(Gp)をオフ制御してから所定時間経過時に前記第2の主スイッチ(Gn)と前記第2の補助スイッチ(Srn)とを同時にオン制御し、所定のオン期間が経過後に前記第2の主スイッチ(Gn)と前記第2の補助スイッチ(Srn)とを同時にオフ制御し、前記第2の主スイッチ(Gn)と前記第2の補助スイッチ(Srn)とをオフ制御してから所定時間経過時に前記第1の主スイッチ(Gp)と前記第1の補助スイッチ(Srp)とを同時にオン制御し、所定のオン期間が経過後に前記第1の主スイッチ(Gp)と前記第1の補助スイッチ(Srp)とを同時にオフ制御する、請求の範囲第1項に記載の電力変換装置。   The control circuit (11) simultaneously turns on the second main switch (Gn) and the second auxiliary switch (Srn) when a predetermined time elapses after the first main switch (Gp) is turned off. The second main switch (Gn) and the second auxiliary switch (Srn) are simultaneously turned off after a predetermined on-period has elapsed, and the second main switch (Gn) and the second main switch (Gn) The first main switch (Gp) and the first auxiliary switch (Srp) are simultaneously turned on when a predetermined time elapses after the auxiliary switch (Srn) is turned off. The power conversion device according to claim 1, wherein the first main switch (Gp) and the first auxiliary switch (Srp) are simultaneously turned off.
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