JP5467029B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
電力変換部は、マトリクス状に配置された複数の双方向スイッチング素子を有し、リアクトルの一方端と、リアクトルの他方端と、蓄電池の負極とに接続されている。このように構成すれば、蓄電池の電圧をリアクトルにより昇圧または降圧して負荷に供給するマトリクスコンバータを電力変換部にもつ電源装置でも、蓄電池の充放電を通して確実に電力変換部を駆動制御することができる。
まず、図1を参照して、第1実施形態による電源装置100の概略的な構成について説明する。
40Vの直流電圧を降圧して、単相交流電圧を出力する場合には、図2および図3に示すように、制御回路2は、電力変換部8の双方向スイッチング素子81aを常にオンにする。また制御回路2は、双方向スイッチング素子81eと81fとを常にどちらか一つがオンとなるようにオン/オフする。そして、図2に示すように、双方向スイッチング素子81fがオンのときには、蓄電池5、リアクトル10、双方向スイッチング素子81a、負荷7、双方向スイッチング素子81fを介して電流が流れる。また、図3に示すように、双方向スイッチング素子81eがオンのときには、リアクトル10、双方向スイッチング素子81a、負荷7、双方向スイッチング素子81eを介して電流が流れる。制御回路2が図2および図3の状態を繰り返すようにゲート信号を出力することにより、蓄電池5の直流電圧が降圧されて、負荷7に供給される。ここで、蓄電池5の直流電圧をVDCとし、双方向スイッチング素子81fがオン状態である時間の比率をTon(=オンの時間/(オンの時間+オフの時間))とした場合、負荷7に供給される電圧瞬時値Voutは、下記の式(1)により表わされる。
40Vの直流電圧を昇圧して、単相交流電圧を出力する場合には、図4および図5に示すように、制御回路2は、電力変換部8の双方向スイッチング素子81aを常にオンにする。また制御回路2は、双方向スイッチング素子81cと81fとを常にどちらか一つがオンとなるようにオン/オフする。そして、図4に示すように、双方向スイッチング素子81cがオンのときには、蓄電池5、リアクトル10、双方向スイッチング素子81a、双方向スイッチング素子81cを介して電流が流れる。また、図5に示すように、双方向スイッチング素子81fがオンのときには、蓄電池5、リアクトル10、双方向スイッチング素子81a、負荷7、双方向スイッチング素子81fを介して電流が流れる。制御回路2が図4および図5の状態を繰り返すようにゲート信号を出力することにより、蓄電池5の直流電圧が昇圧されて、負荷7に供給される。ここで、蓄電池5の直流電圧をVDCとし、双方向スイッチング素子81cがオン状態である時間の比率をTonとした場合、負荷7に供給される電圧瞬時値Voutは、下記の式(2)により表わされる。
40Vの直流電圧を降圧して、負荷7に負の電圧(向きが逆の電圧)が印加される。具体的には、図6および図7に示すように、制御回路2は、電力変換部8の双方向スイッチング素子81dを常にオンにする。また制御回路2は、双方向スイッチング素子81bと81cとを常にどちらか一つがオンとなるようにオン/オフする。そして、図6に示すように、双方向スイッチング素子81cがオンのときには、蓄電池5、リアクトル10、双方向スイッチング素子81d、負荷7、双方向スイッチング素子81cを介して電流が流れる。また、図7に示すように、双方向スイッチング素子81bがオンのときには、リアクトル10、双方向スイッチング素子81d、負荷7、双方向スイッチング素子81bを介して電流が流れる。制御回路2が図6および図7の状態を繰り返すようにゲート信号を出力することにより、蓄電池5の直流電圧が降圧されて、負荷7に供給される。このとき、負荷7に印加される電圧の向きは、上記正の降圧モードの際とは逆(負の電圧)になる。なお、負荷7に印加される電圧瞬時値は、上記の式(1)により表わされる。
40Vの直流電圧を昇圧して、負荷7に負の電圧(向きが逆の電圧)が印加される。具体的には、図8および図9に示すように、制御回路2は、電力変換部8の双方向スイッチング素子81dを常にオンにする。また制御回路2は、双方向スイッチング素子81cと81fとを常にどちらか一つがオンとなるようにオン/オフする。そして、図8に示すように、双方向スイッチング素子81fがオンのときには、蓄電池5、リアクトル10、双方向スイッチング素子81d、双方向スイッチング素子81fを介して電流が流れる。また、図9に示すように、双方向スイッチング素子81cがオンのときには、蓄電池5、リアクトル10、双方向スイッチング素子81d、負荷7、双方向スイッチング素子81cを介して電流が流れる。制御回路2が図8および図9の状態を繰り返すようにゲート信号を出力することにより、蓄電池5の直流電圧が昇圧されて、負荷7に供給される。このとき、負荷7に印加される電圧の向きは、上記正の昇圧モードの際とは逆(負の電圧)になる。なお、負荷7に印加される電圧瞬時値は、上記の式(2)により表わされる。
交流電圧を降圧して40Vの蓄電池5に充電する場合には、図10および図11に示すように、制御回路2は、電力変換部8の双方向スイッチング素子81aを常にオンにする。また制御回路2は、双方向スイッチング素子81cと81fとを常にどちらか一つがオンとなるようにオン/オフする。そして、図10に示すように、双方向スイッチング素子81fがオンのときには、商用電源6、双方向スイッチング素子81a、リアクトル10、蓄電池5、双方向スイッチング素子81fを介して電流が流れる。また、図11に示すように、双方向スイッチング素子81cがオンのときには、リアクトル10、蓄電池5、双方向スイッチング素子81c、双方向スイッチング素子81aを介して電流が流れる。制御回路2が図10および図11の状態を繰り返すようにゲート信号を出力することにより、商用電源6の交流電圧が降圧されて、蓄電池5に充電される。なお、蓄電池5に印加される電圧VDCは、商用電源6の電圧瞬時値をVout、双方向スイッチング素子81fがオン状態である時間比率をTon(=オンの時間/(オンの時間+オフの時間))とした場合、下記の式(3)により表わされる。
交流電圧を昇圧して40Vの蓄電池5に充電する場合には、図12および図13に示すように、制御回路2は、電力変換部8の双方向スイッチング素子81aを常にオンにする。また制御回路2は、双方向スイッチング素子81eと81fとを常にどちらか一つがオンとなるようにオン/オフする。そして、図12に示すように、双方向スイッチング素子81eがオンのときには、商用電源6、双方向スイッチング素子81a、リアクトル10、双方向スイッチング素子81eを介して電流が流れる。また、図13に示すように、双方向スイッチング素子81fがオンのときには、商用電源6、双方向スイッチング素子81a、リアクトル10、蓄電池5、双方向スイッチング素子81fを介して電流が流れる。制御回路2が図12および図13の状態を繰り返すようにゲート信号を出力することにより、商用電源6の交流電圧が昇圧されて、蓄電池5に充電される。なお、蓄電池5に印加される電圧VDCは、商用電源6の電圧の瞬時値をVout、双方向スイッチング素子8eがオン状態である時間の比率をTonとした場合、下記の式(4)により表わされる。
交流電圧を降圧して40Vの蓄電池5に充電する場合には、図14および図15に示すように、制御回路2は、電力変換部8の双方向スイッチング素子81dを常にオンにする。また制御回路2は、双方向スイッチング素子81cと81fとを常にどちらか一つがオンとなるようにオン/オフする。なお、双方向スイッチング素子81cがオンのときには、双方向スイッチング素子81fはオフにされる。そして、図14に示すように、双方向スイッチング素子81cがオンのときには、商用電源6、双方向スイッチング素子81d、リアクトル10、蓄電池5、双方向スイッチング素子81cを介して電流が流れる。また、図15に示すように、双方向スイッチング素子81fがオンのときには、リアクトル10、蓄電池5、双方向スイッチング素子81f、双方向スイッチング素子81dを介して電流が流れる。制御回路2が図14および図15の状態を繰り返すようにゲート信号を出力することにより、商用電源6の交流電圧が降圧されて、蓄電池5に充電される。なお、蓄電池5に印加される電圧の大きさは、上記の式(3)により表わされる。
交流電圧を昇圧して40Vの蓄電池5に充電する場合には、図16および図17に示すように、制御回路2は、電力変換部8の双方向スイッチング素子81dは、常にオンにする。また制御回路2は、双方向スイッチング素子81bと81cとを常にどちらか一つがオンとなるようにオン/オフする。なお、双方向スイッチング素子81bがオンのときには、双方向スイッチング素子81cはオフにされる。そして、図16に示すように、双方向スイッチング素子81bがオンのときには、商用電源6、双方向スイッチング素子81d、リアクトル10、双方向スイッチング素子81bを介して電流が流れる。また、図17に示すように、双方向スイッチング素子81cがオンのときには、商用電源6、双方向スイッチング素子81d、リアクトル10、蓄電池5、双方向スイッチング素子81cを介して電流が流れる。制御回路2が図16および図17の状態を繰り返すようにゲート信号を出力することにより、商用電源6の交流電圧が昇圧されて、蓄電池5に充電される。なお、蓄電池5に印加される電圧の大きさは、上記の式(4)により表わされる。
次に、図21を参照して、第2実施形態について説明する。この第2実施形態では、蓄電池5の電圧が商用電源6(負荷7)の電圧よりも小さい上記第1実施形態と異なり、蓄電池5の電圧が商用電源6(負荷7)のピーク電圧と略等しい。
次に、図22を参照して、第3実施形態について説明する。
6 商用電源
7 負荷
8、8a 電力変換部
9、9a スナバ回路
10 リアクトル
31 主制御電源(制御電源)
32 DC/DC変換器(直流電圧変換部)
33 選択回路
33a ダイオード
41、42 スイッチ(選択スイッチ)
81a、81b、81c、81d、81e、81f 双方向スイッチング素子
91a、91b、91c、91d、91e、91f ダイオード(整流素子)
92a、92b、92c、92d ダイオード(整流素子)
93 コンデンサ
100、101、102 電源装置
Claims (9)
- 入力側に直流電源としての蓄電池が接続され、出力側に負荷または商用電源が選択して接続され、双方向に電力変換が可能な電力変換部と、
整流素子およびコンデンサを含み、少なくとも前記整流素子により出力交流電圧を整流して前記コンデンサを充電し、前記電力変換部の動作時に生じるサージ電圧を吸収するスナバ回路と、
前記電力変換部を駆動するための電源電圧を作り出す主制御電源と、
前記蓄電池に基づく直流電圧と前記スナバ回路のコンデンサに充電された直流充電電圧との高い方の電圧を選択して前記主制御電源に供給する選択回路と、を備えた電源装置。 - 前記電力変換部は、マトリクス状に配置された複数の双方向スイッチング素子を有する請求項1に記載の電源装置。
- 前記蓄電池の正極と前記電力変換部との間に設けられるリアクトルと、
前記電力変換部の出力側に、前記電力変換器と並列に接続されたコンデンサと、をさらに備え、
前記電力変換部は、マトリクス状に配置された複数の双方向スイッチング素子を有し、前記リアクトルの一方端と、前記リアクトルの他方端と、前記蓄電池の負極とに接続されている、請求項1に記載の電源装置。 - 前記蓄電池からの第1直流電圧を第2直流電圧に変換する直流電圧変換部をさらに備え、
前記選択回路は、前記直流電圧変換部により変換された前記第2直流電圧と、前記スナバ回路のコンデンサの直流充電電圧との高い方の電圧を選択して前記主制御電源に供給するように構成されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電源装置。 - 前記直流電圧変換部は、前記第1直流電圧を前記第2直流電圧に昇圧するように構成されている、請求項4に記載の電源装置。
- 前記直流電圧変換部により昇圧される前記第2直流電圧は、前記スナバ回路のコンデンサの直流充電電圧よりも低くなるように設定されている、請求項5に記載の電源装置。
- 少なくとも前記電力変換部の起動時および停止時には、前記直流電圧変換部により昇圧された前記第2直流電圧が前記選択回路により選択されて前記主制御電源に供給されるように構成されている、請求項5または6に記載の電源装置。
- 前記選択回路は、ダイオードにより構成されている、請求項1〜7のいずれか1項に記載の電源装置。
- 前記電力変換部の出力に対して、前記負荷もしくは前記商用電源を選択的に接続する選択スイッチをさらに備え、
前記蓄電池の充電時には前記選択スイッチを前記電力変換部の出力に対して前記商用電源が接続されるように切り替えることにより前記商用電源により前記スナバ回路のコンデンサが充電され、前記電力変換部が前記商用電源の交流電圧を直流電圧に変換して前記蓄電池を充電し、前記電力変換部の双方向スイッチング素子のゲート遮断時に生じるサージ電圧を前記スナバ回路が吸収するように構成されている、請求項2〜8のいずれか1項に記載の電源装置。
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