JP5687498B2 - 電力変換システム - Google Patents
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各サーバ装置103−1〜103−Nのそれぞれの構成は全て同じであるので以下ではサーバ装置103−1を例にして説明する。
しかし、従来技術では、上記したように交流電源から負荷までの電力変換の変換段数が4段であるのに対し、本発明では、前記複数の各電力変換手段によって交流電圧を分割するとともに該分割された交流電圧を直流電圧に変換して出力し、各降圧手段によって分割された直流電圧を負荷が要求する直流電圧にさらに電力変換(降圧)しているので交流電源から負荷までの電力変換の変換段数が2段である。
しかし、従来技術では、上記したように交流電源から負荷までの電力変換の変換段数が4段であるのに対し、本発明では、直流電源装置を構成する電力変換手段によって交流電圧を分割するとともに該分割された交流電圧を直流電圧に電力変換(降圧)して出力し、サーバ装置を構成する複数の各降圧手段のそれぞれによって分割された直流電圧を、サーバ装置を構成する負荷が要求する直流電圧にさらに電力変換(降圧)しているので交流電源から負荷までの電力変換の変換段数が2段である。
従って、前記各降圧手段の前段に配置された直流電源装置を構成する電力変換手段に異常が生じた場合においても蓄電池から前記各降圧手段への電力供給が継続されるので負荷への電力供給が停止することがない。
その他、次のような第1及び第2の電力変換システムを構成してもよい。
第1の構成の電力変換システムは、交流電源から供給された交流電圧(交流電力)を直流電圧(直流電力)に変換する電力変換手段と、入力側が互いに直列に接続され、その直列接続された入力側全体における一端と他端の間に電力変換手段からの直流電圧が入力されるように構成された複数の降圧手段であって、各降圧手段がそれぞれ、入力側と出力側が絶縁されていると共に出力側に個別に負荷が接続されており、且つ各降圧手段の出力が並列に接続されていることにより全ての負荷に対して各降圧手段からの出力電圧を供給可能に構成されている、複数の降圧手段と、を備えて構成されている。
上記構成の電力変換システムでは、電力変換手段によって交流電圧から電力変換された直流電圧を複数の降圧手段で分割するとともに該各降圧手段のそれぞれが分割された直流電圧をさらに電力変換(降圧)して負荷に出力しているので、交流電源から負荷までの電力変換の変換段数が2段である。
従って、交流電源から負荷までの変換段数は、従来技術では4段であるのに対し本発明の電力変換システムでは2段となり、変換段数が2段に減少するので電力変換効率のさらなる向上が図れる。
第2の構成の電力変換システムは、交流電源から供給された交流電圧を直流電圧に変換する電力変換手段を有する直流電源装置と、複数の降圧手段及び該各降圧手段のそれぞれの出力側に接続された複数の負荷を有するサーバ装置と、を備え、複数の降圧手段は、入力側が互いに直列に接続され、その直列接続された入力側全体における一端と他端の間に電力変換手段からの直流電圧が入力され、各降圧手段はそれぞれ入力側と出力側が絶縁されていて、且つ各降圧手段の出力が並列に接続されていることにより全ての負荷に対して各降圧手段からの出力電圧を供給可能に構成されている。
上記構成の電力変換システムでは、直流電源装置を構成する電力変換手段によって交流電圧から電力変換された直流電圧を、サーバ装置を構成する複数の降圧手段で分割するとともに該各降圧手段のそれぞれが分割された直流電圧をさらに電力変換(降圧)して負荷に出力しているので、交流電源から負荷までの電力変換の変換段数が2段である。
従って、交流電源から負荷までの変換段数は、従来技術では4段であるのに対し本発明の電力変換システムでは2段となり、変換段数が2段に減少するので電力変換効率のさらなる向上が図れる。
また、従来技術では19インチラックが直流電源装置としてのHVDCに接続された構成となっているのに対し、本発明では直流電源装置が19インチラックに含まれた構成となっているため、19インチラック内のサーバ装置と直流電源装置を接続するコネクタケーブルの長さを短くすることができる。従って、コネクタケーブルにかかるコストを低減することができる。
以下に本発明の第1の実施形態について図1を参照して説明する。図1は第1の実施形態の電力変換システムの構成を表す図である。
19インチラック2−1〜2−Nは、それぞれ交流電源9から供給される交流電圧(例えば200V)を第1の直流電圧(例えば380V)に変換するAC−DCコンバータ5を含む直流電源部3と、サーバ装置4を備えて構成されている。
2レベルコンバータ5´は、いわゆるマルチレベルコンバータの一態様として知られており、いわゆる「三相電圧形インバータ」と同様の回路構成であり、オンオフ機能を有するスイッチング素子10〜15と、それぞれ各スイッチング素子10〜15に逆並列に接続され整流機能を有するダイオードD1〜D6と、互いに直列に接続され出力電圧(ノードN3-1とノードN3-nの間の電圧)を脈動分の少ない電圧にする平滑コンデンサC1a〜CNa(Nは2以上の整数)とを備えて構成されている。
尚、上記した2レベルコンバータ5´の代わりに、例えば、5レベルコンバータを用いてもよい。この5レベルコンバータとしては、5レベルダイオードクランプ形、5レベルフライングキャパシタ形及び5レベルチェーンリンク形等が知られている。
上記同様に複数の各DC−DCコンバータ6−2〜6−Nについては、それぞれDC−DCコンバータ6−2〜6−Nのハイサイドにおける入力側ノード(ノードN3-2〜ノードN3-(n-1))がそれぞれ平滑コンデンサC2a〜CNaを介して各平滑コンデンサC2a〜CNaに対応するローサイドの入力側ノード(ノードN3-3〜ノードN3-n)に接続されている。
スイッチング素子16〜19は自己消孤機能を有する半導体スイッチ素子であり、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、MOSFET等が用いられる。
トランス20は一次側コイルL1と二次側コイルL2,L3を備えて構成されている。二次側コイルL2,L3はノードN5を介して互いに直列に接続されている。二次側コイルL2の一端にはダイオードD11のアノードが接続され、他端にはダイオードD12のアノードが接続されている。コイルL4の一端にはダイオードD11、D12のカソードが接続されており、他端にはコンデンサCbの一端が接続されている。コンデンサCbの他端はノードN5に接続されている。
2レベルコンバータ5´を構成するスイッチング素子10〜15のスイッチング制御について、単相(例えば、U相)で考えると、例えばスイッチング素子10、13を一対とし、スイッチング素子11、12を一対として交互にオンオフするとともにダイオードD1〜D4による全波整流を行うことにより交流電源9からの交流電圧(例えばAC200V)を直流電圧(例えばDC380V)に変換する。
互いに直列に接続された各DC−DCコンバータ6−1〜6−Nのそれぞれの入力側には、平滑コンデンサC1a〜CNaの容量が全て同一である場合に380/Nボルトの電圧が
発生する。
DC−DCコンバータ6−1では、スイッチング素子16、19を一対とし、スイッチング素子17、18を一対とし交互にオンオフすることにより一次側コイルL1にはプラス48ボルトとマイナス48ボルトの直流電圧(高周波)が交互に発生する。
具体的には、蓄電池7の正極がノードN3-1に接続され負極がノードN3-nに接続されて構成されている。蓄電池7を接続することにより、前記各DC−DCコンバータ6−1〜6−Nの前段に配置された直流電源装置3を構成するAC―DCコンバータ5に異常が生じた場合においても蓄電池7から各DC−DCコンバータ6−1〜6−Nへの電力供給が継続されるので負荷8−1〜8−Nへの電力供給が停止することがない。
[第2の実施形態]
以下に本発明の第2の実施形態について図3を参照して説明する。図3は第2の実施形態に係る電力変換システム30の構成を表す図である。
単位セルコンバータ35−1は、オンオフ機能を有するスイッチング素子41〜44と、それぞれスイッチング素子41〜44に逆並列に接続され整流機能を有するダイオードD13〜D16と、出力電圧を脈動分の少ない電圧にする平滑コンデンサC1aとを備えて構成されている。
以下に、AC−DCコンバータ5が、例えば、単位セルコンバータを8個直列に接続されて構成された場合を例にとってマルチセルコンバータの動作について説明する。
Claims (3)
- 入力側が互いに直列に接続された複数の電力変換手段であって、その直列接続された入力側全体における一端と他端の間に交流電源から供給された交流電圧が入力され、各前記電力変換手段がそれぞれ入力電圧を直流電圧に変換して出力するように構成された、複数の電力変換手段と、
入力側と出力側が絶縁され、入力側が各前記電力変換手段の出力側にそれぞれ個別に接続されている複数の降圧手段とを備え、
前記複数の降圧手段の出力が並列に接続されている
ことを特徴とする電力変換システム。 - 複数の電力変換手段を有する直流電源装置を備え、
前記複数の電力変換手段は、入力側が互いに直列に接続され、その直列接続された入力側全体における一端と他端の間に交流電源から供給された交流電圧が入力され、各前記電力変換手段がそれぞれ入力電圧を直流電圧に変換して出力するように構成されており、
さらに、入力側と出力側が絶縁されていて入力側が各前記電力変換手段の出力側にそれぞれ個別に接続されている複数の降圧手段と該各降圧手段のそれぞれの出力側に接続された複数の負荷とを有するサーバ装置とを備え、
前記複数の降圧手段の出力が並列に接続されている
ことを特徴とする電力変換システム。 - 前記各降圧手段の前段に蓄電池が接続されている
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電力変換システム。
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