JP5851501B2 - 電圧変換器 - Google Patents
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Description
その入力端を介し変圧器内の対応する二次分巻巻線の第1端に接続されており、出力端が出力直流電圧の供給に使用されるフルブリッジ型の第1二次整流器と、
第1二次整流器の入力端同士を結ぶ直列接続体が二次分巻巻線との協働で形成されるよう二次分巻巻線の第2端間に挿入された第1二次コンデンサと、
その入力端に第1二次コンデンサ及び各二次分巻巻線の第2端が接続される一方、その出力が第1二次整流器のそれと同極性になるよう、第1二次整流器に並列接続されたフルブリッジ型の第2二次整流器と、
を設ける。
上掲の変圧器に備わる一次巻線の個数を2個とし、また
それら一次巻線上に交流電圧を発生させる手段として、
入力交流電圧を整流するフルブリッジ型又はセンターポイント型の第1一次整流器と、
その出力端を介し変圧器内の対応する一次巻線に接続されたフルブリッジ型の一次インバータと、
一次インバータの出力端同士を結ぶ直列接続体が一次巻線との協働で形成されるよう一次巻線間に挿入された第1一次コンデンサと、
その入力端を介し第1一次コンデンサ、出力端を介し一次インバータの入力端に接続されており、一次インバータに対し逆並列なフルブリッジ型の第2一次整流器と、
を設けるのが望ましい。
が、伴う実施形態では
が成り立っているときである。なお、UEは入力電圧、UAは出力電圧、
(以下、便宜上uと表示する。電子出願機で表示出来ないため)は変圧器の変圧比のことである。
E=2・CP1・UCZ 2
の如く常に電圧UZの値で決まるエネルギEが出力側に余さずパルス輸送される、という効果がある。この式によれば、パルスのエネルギEは電圧UCZの自乗に従い増大する。そのため、上述したサイクルの反復周波数がfならば、輸送される電力Pは
P=4・f・CP1・UCZ 2
となる。従って、その入力端から見た電圧変換器の振る舞いは抵抗Rのような振る舞いとなり、その値は
P=UCZ 2/R
R=1/(4・f・CP1)
の如く周波数fに応じた値となる。これは、入力電圧が正弦波なら入力電流もまた正弦波になる、ということである。
u=n2/n1
が高く設定されているほど少なくなる。しかし、変圧比uが
umax≒2UA/UE(eff)
を上回るほどであると、電流パルスが顕著に大きくなって電力損失が有意に増大する。電流パルスの減衰に費やされる時間も長くなり、それにつれ最高周波数の低下ひいては最大電力の減少が生じる。
CS1=CP1/u2
が適用されている。但し、詳細には、寄生効果及び寄生キャパシタンスを補償する目的で、コンデンサCS1のキャパシタンスはこの式で定まる値より約5〜10%大きめの値に設定されている。
|UE|<UA/u 又は |UE|<UA/(2u)
であるとき「仮想負荷」として作動する。この負荷には、先に説明した従来例及び実施形態ならば電流不足が生じる期間でも電流が流れ続ける。その結果、PFC条件が好適に満たされることとなる。
P=UE 2/R
ひいては
R=1/(4・f・CP1)
で表される抵抗の如き振る舞いとなる。第2二次コンデンサCS2の働きで更なる共振回路が形成され、半導体スイッチ(T2,T3)に流れる電流がその開放前に0まで減衰するため、昇圧変換段階でのスイッチング損失は概ね回避されることとなる。
CS2=CS1/4=CP1/(4u2)
であるものが追加されている。但し、詳細には、寄生容量及び寄生キャパシタンスを補償する目的で、コンデンサCS2のキャパシタンスはこの式で定まる値より約5〜10%大きめに設定されている。
P=4・f・CP1・UE 2
で与えられる。このように、本変換器で輸送される電力Pは駆動周波数fに正比例する。制御変圧器TR2,TR3が低周波で飽和するのを防ぐため、パルス幅は相応の制限を受けている。
|UE|<UA/u 又は |UE|<UA/(2u)
が成り立つ域内だけである。図10〜図12に、インバータWR1がパルス動作している期間に関し且つ三通りの動作条件に亘り、コンデンサCP1,CS1,CS2に加わる電圧UCP1,UCS1,UCS2や一次電流IPの典型的な推移例を示す。
P=IE・UE 及び P=4・f・CP1・UE 2
の関係により変圧器の一次分巻巻線WP1,WP2に流れる電流が同じ値に保たれる。なお、ここでいう周波数fは、中間回路コンデンサCZ、第1一次コンデンサCP1及び一次分巻巻線WP1,WP2で形成される発振回路の発振周波数ではなく、一次インバータWR1のスイッチング周波数のことである。
Claims (38)
- 1個又は複数個の一次巻線(WP1,WP2)及び複数個の二次分巻巻線(WS1,WS2)を有する変圧器(TR1)と、
入力交流電圧(UE)より周波数が高い交流電圧をその入力交流電圧(UE)に応じ変圧器の一次巻線(WP1,WP2)上に発生させる手段と、
を備え、入力電圧(UE)を出力直流電圧(UA)に変換する電圧変換器(1a〜1g)であって、
その入力端を介し変圧器(TR1)内の対応する二次分巻巻線(WS1,WS2)の第1端に接続されており、出力端が出力直流電圧(UA)の供給に使用されるフルブリッジ型の第1二次整流器(GS1)と、
第1二次整流器(GS1)の入力端同士を結ぶ直列接続体が二次分巻巻線(WS1,WS2)との協働で形成されるよう二次分巻巻線(WS1,WS2)の第2端間に挿入された第1二次コンデンサ(CS1)と、
その入力端に第1二次コンデンサ(CS1)及び各二次分巻巻線(WS1,WS2)の第2端が接続される一方、その出力が第1二次整流器(GS1)のそれと同極性になるよう、第1二次整流器(GS1)に並列接続されたフルブリッジ型の第2二次整流器(GS2)と、
を備えることを特徴とする電圧変換器。 - 請求項1記載の電圧変換器(1a〜1g)であって、
上掲の変圧器(TR1)に備わる一次巻線の個数が2個(WP1,WP2)であり、
それら一次巻線(WP1,WP2)上に交流電圧を発生させる手段が、
入力交流電圧(UE)を整流するフルブリッジ型又はセンターポイント型の第1一次整流器(GP1)と、
その出力端を介し変圧器(TR1)内の対応する一次分巻巻線(WP1,WP2)に接続されたフルブリッジ型の一次インバータ(WR1)と、
一次インバータ(WR1)の出力端間を結ぶ直列接続体が一次巻線(WP1,WP2)との協働で形成されるよう一次巻線(WP1,WP2)間に挿入された第1一次コンデンサ(CP1)と、
その入力端を介し第1一次コンデンサ(CP1)、出力端を介し一次インバータ(WR1)の入力端に接続されており、一次インバータ(WR1)に対し逆並列なフルブリッジ型の第2一次整流器(GP2)と、
を有することを特徴とする電圧変換器。 - 請求項2記載の電圧変換器(1a〜1g)であって、一次インバータ(WR1)を駆動する第1制御変圧器(TR2)を備えることを特徴とする電圧変換器。
- 請求項1乃至3のいずれか一項記載の電圧変換器(1a〜1g)であって、第2二次コンデンサ(CS2)及び1個又は複数個のスイッチング素子からなる直列接続体を介し第1二次整流器(GS1)の入力端間が接続されたことを特徴とする電圧変換器。
- 請求項1乃至3のいずれか一項記載の電圧変換器(1a〜1g)であって、第2二次コンデンサ(CS2)、2個のトランジスタ(T2,T3)、並びにそのトランジスタ(T2,T3)それぞれに逆並列接続された内蔵又は外付けのダイオード(D5,D6)からなる直列接続体を介し第1二次整流器(GS1)の入力端間が接続されており、それらトランジスタ(T2,T3)間で順バイアス方向が逆なことを特徴とする電圧変換器。
- 請求項4記載の電圧変換器(1a〜1g)であって、上掲のスイッチング素子を駆動する第2制御変圧器(TR3)を備えることを特徴とする電圧変換器。
- 請求項5記載の電圧変換器(1a〜1g)であって、上掲のトランジスタ(T2,T3)を駆動する第2制御変圧器(TR3)を備えることを特徴とする電圧変換器。
- 請求項4又は6記載の電圧変換器(1a〜1g)であって、第1、第2又はその双方の二次整流器(GS1,GS2)が非作動状態であるとき上掲のスイッチング素子を暫時オン状態にするコントローラ(CTR1,CTR2)を伴うことを特徴とする電圧変換器。
- 請求項5又は7記載の電圧変換器(1a〜1g)であって、第1、第2又はその双方の二次整流器(GS1,GS2)が非作動状態であるとき上掲のトランジスタ(T2,T3)を暫時オン状態にするコントローラ(CTR1,CTR2)を伴うことを特徴とする電圧変換器。
- 請求項2記載の電圧変換器(1a〜1g)であって、そのセンタータップが第1一次整流器(GP1)の出力端に接続された単巻変圧器(TR4)と、単巻変圧器(TR4)に備わるエンドタップの接続先を一次巻線(WP1,WP2)及び第1一次コンデンサ(CP1)を孕む直列接続体と中間回路内正電位部位との間で随時切替可能なスイッチング素子と、を備えることを特徴とする電圧変換器。
- 請求項2記載の電圧変換器(1a〜1g)であって、第1一次コンデンサ(CP1)に対し補助第1一次コンデンサ(CP1’)、第1二次コンデンサ(CS1)に対し補助第1二次コンデンサ(CS1’)、第2二次コンデンサ(CS2)に対し補助第2二次コンデンサ(CS2’)を随時並列接続可能なことを特徴とする電圧変換器。
- 請求項1乃至11のいずれか一項記載の電圧変換器(1a〜1g)であって、上掲の変圧器(TR1)が磁界漏れ変圧器であることを特徴とする電圧変換器。
- 請求項1乃至11のいずれか一項記載の電圧変換器(1a〜1g)であって、上掲の変圧器(TR1)が密結合型の変圧器であり、その一次巻線(WP1,WP2)、二次分巻巻線(WS1,WS2)又はその双方に外部チョーク(L1,L2,L3,L4)が接続されたことを特徴とする電圧変換器。
- 1個又は複数個の一次巻線並びに第1及び第2二次分巻巻線を有し、それらの巻線がめいめいに第1及び第2端を有する変圧器と、
入力交流電流をより高周波の交流電流に変換して変圧器の一次巻線に供給するAC/AC変換回路と、
その第1入力端を介し第1二次分巻巻線の第1端、第2入力端を介し第2二次分巻巻線の第1端に接続されており、出力端が出力直流電圧の供給に使用されるフルブリッジ型の第1二次整流器と、
その第1端を介し第1二次分巻巻線の第2端、第2端を介し第2二次分巻巻線の第2端に接続された第1二次コンデンサと、
その第1入力端を介し第1二次分巻巻線の第2端及び第1二次コンデンサの第1端、第2入力端を介し第2二次分巻巻線の第2端及び第1二次コンデンサの第2端に接続されており、出力端に第1二次整流器のそれと同極性の出力が現れるフルブリッジ型の第2二次整流器と、
を備える電圧変換器。 - 請求項14記載の電圧変換器であって、更に、
その第1端を介し第1二次整流器の第1入力端、第2端を介し第1二次整流器の第2入力端に接続された第2二次コンデンサと、
第2二次コンデンサに直列接続されたスイッチと、
を備える電圧変換器。 - 請求項15記載の電圧変換器であって、更に、
上掲のスイッチたる第1トランジスタと、
第1トランジスタに逆並列接続された第1ダイオードと、
を備える電圧変換器。 - 請求項16記載の電圧変換器であって、更に、
第2二次コンデンサの第2端に接続された第2トランジスタと、
第2トランジスタに逆並列接続された第2ダイオードと、
を備え、第1トランジスタ、第2二次コンデンサ及び第2トランジスタを有する直列接続体に沿い第1・第2トランジスタ間で順バイアス方向が異なる電圧変換器。 - 請求項17記載の電圧変換器であって、更に、第1、第2又はその双方の二次整流器が非作動状態であるとき第1及び第2トランジスタを制御するコントローラを備える電圧変換器。
- 請求項17記載の電圧変換器であって、更に、第1及び第2トランジスタを可制御的に駆動する制御変圧器を備える電圧変換器。
- 請求項19記載の電圧変換器であって、更に、制御変圧器の二次巻線が第1及び第2トランジスタの制御入力端に接続された電圧変換器。
- 請求項14記載の電圧変換器であって、更に、第1又は第2二次分巻巻線に直列接続された1個又は複数個のチョークを備える電圧変換器。
- 請求項14記載の電圧変換器であって、更に、第1二次コンデンサに対し並列になるよう第1二次分巻巻線の第2端と第2二次分巻巻線の第2端との間に随時挿入される補助第1二次コンデンサを備える電圧変換器。
- 請求項22記載の電圧変換器であって、更に、
その第1端を介し第1二次整流器の第1入力端、第2端を介し第1二次整流器の第2入力端に接続された第2二次コンデンサと、
第2二次コンデンサに直列接続されたスイッチと、
第2二次コンデンサに対し並列になるよう第1二次整流器の第1端・第2端間に随時挿入される補助第2二次コンデンサと、
を備える電圧変換器。 - 請求項23記載の電圧変換器であって、更に、
上記スイッチとして第2二次コンデンサの第1端に接続された第1トランジスタと、
第2二次コンデンサの第2端に接続された第2トランジスタと、
を備え、第1トランジスタ、第2二次コンデンサ及びそれと並列な補助第2二次コンデンサ、並びに第2トランジスタを有する直列接続体に沿い第1・第2トランジスタ間で順バイアス方向が異なる電圧変換器。 - その一次側に第1及び第2一次分巻巻線、二次側に第1及び第2二次分巻巻線を有し、それらの巻線がめいめいに第1及び第2端を有する変圧器と、
入力交流電流を整流する第1一次整流器と、
その第1出力端を介し第1一次分巻巻線の第1端、第2出力端を介し第2一次分巻巻線の第1端に接続されており、入力端が第1一次整流器からの整流済電流受入に使用されるフルブリッジ型の一次インバータと、
その第1入力端を介し第1一次分巻巻線の第2端、第2入力端を介し第2一次分巻巻線の第2端、出力端を介し一次インバータの入力端に接続された第2一次整流器と、
その第1端を介し第1一次分巻巻線の第2端及び第2一次整流器の第1入力端、第2端を介し第2一次分巻巻線の第2端及び第2一次整流器の第2入力端に接続された第1一次コンデンサと、
その第1入力端を介し第1二次分巻巻線の第1端、第2入力端を介し第2二次分巻巻線の第1端に接続されており、出力端が出力直流電圧の供給に使用されるフルブリッジ型の第1二次整流器と、
その第1端を介し第2二次分巻巻線の第1端、第2端を介し第2二次分巻巻線の第2端に接続された第1二次コンデンサと、
その第1入力端を介し第1二次分巻巻線の第2端及び第1二次コンデンサの第1端、第2入力端を介し第2二次分巻巻線の第2端及び第1二次コンデンサの第2端に接続されており、出力端に第1二次整流器のそれと同極性の出力が現れるフルブリッジ型の第2二次整流器と、
を備える電圧変換器。 - 請求項25記載の電圧変換器であって、更に、一次インバータを可制御的に駆動する第1制御変圧器を備える電圧変換器。
- 請求項26記載の電圧変換器であって、更に、
その第1端を介し第1二次整流器の第1入力端、第2端を介し第1二次整流器の第2入力端に接続された第2二次コンデンサと、
第2二次コンデンサに直列接続されておりその第2二次コンデンサの第1端に接続された第1トランジスタを有するスイッチと、
第2二次コンデンサの第2端に接続された第2トランジスタと、
第1及び第2トランジスタを可制御的に駆動する第2制御変圧器と、
を備える電圧変換器。 - 請求項27記載の電圧変換器であって、更に、
そのセンタータップが第1一次整流器の出力端に接続されており、且つ第1及び第2エンドタップを有する単巻変圧器と、
単巻変圧器の第1エンドタップを第1一次分巻巻線の第1端、第2エンドタップを第2一次分巻巻線の第1端に可制御的に接続させる1個又は複数個の単巻変圧器制御スイッチと、
を備える電圧変換器。 - 請求項27記載の電圧変換器であって、更に、
一次側及び二次側のうち一次側に第1一次整流器の出力端が接続された絶縁変圧器と、
絶縁変圧器の二次側を第1及び第2一次分巻巻線の第1端に可制御的に接続させる1個又は複数個の絶縁変圧器制御スイッチと、
を備える電圧変換器。 - 請求項25記載の電圧変換器であって、更に、
そのセンタータップが第1一次整流器の出力端に接続されており、且つ第1及び第2エンドタップを有する単巻変圧器と、
単巻変圧器の第1エンドタップを第1一次分巻巻線の第1端、第2エンドタップを第2一次分巻巻線の第1端に可制御的に接続させる1個又は複数個の単巻変圧器制御スイッチと、
を備える電圧変換器。 - 請求項25記載の電圧変換器であって、更に、
一次側及び二次側のうち一次側に第1一次整流器の出力端が接続された絶縁変圧器と、
絶縁変圧器の二次側を第1及び第2一次分巻巻線の第1端に可制御的に接続させる1個又は複数個の絶縁変圧器制御スイッチと、
を備える電圧変換器。 - 請求項25記載の電圧変換器であって、更に、第1又は第2一次分巻巻線に直列接続された1個又は複数個のチョークを備える電圧変換器。
- 請求項32記載の電圧変換器であって、更に、
第1又は第2一次分巻巻線に直列接続された1個又は複数個の補助チョークを備え、
上掲の変圧器が密結合型である電圧変換器。 - 請求項25記載の電圧変換器であって、更に、上掲の変圧器として磁界漏れ変圧器を備える電圧変換器。
- 請求項25記載の電圧変換器であって、更に、第1一次コンデンサに対し並列になるよう第1一次分巻巻線の第2端と第2一次分巻巻線の第2端との間に随時挿入される補助第1一次コンデンサを備える電圧変換器。
- 請求項35記載の電圧変換器であって、更に、第1二次コンデンサに対し並列になるよう第1二次分巻巻線の第2端と第2二次分巻巻線の第2端との間に随時挿入される補助第1二次コンデンサを備える電圧変換器。
- 請求項36記載の電圧変換器であって、更に、
その第1端を介し第1二次整流器の第1入力端、第2端を介し第1二次整流器の第2入力端に接続された第2二次コンデンサと、
第2二次コンデンサに直列接続されたスイッチと、
第2二次コンデンサに対し並列になるよう第1二次整流器の第1入力端・第2入力端間に随時挿入される補助第2二次コンデンサと、
を備える電圧変換器。 - その一次側に第1及び第2一次分巻巻線、二次側に第1及び第2二次分巻巻線を有し、それらの巻線がめいめいに第1及び第2端を有する変圧器と、
入力交流電流を整流する第1一次整流器と、
その第1出力端を介し第1一次分巻巻線の第1端、第2出力端を介し第2一次分巻巻線の第1端に接続されており、入力端が第1一次整流器からの整流済電流受入に使用されるフルブリッジ型の一次インバータと、
その第1入力端を介し第1一次分巻巻線の第2端、第2入力端を介し第2一次分巻巻線の第2端、出力端を介し一次インバータの入力端に接続された第2一次整流器と、
その第1端を介し第1一次分巻巻線の第2端及び第2一次整流器の第1入力端、第2端を介し第2一次分巻巻線の第2端及び第2一次整流器の第2入力端に接続された第1一次コンデンサと、
その第1入力端を介し第1二次分巻巻線の第1端、第2入力端を介し第2二次分巻巻線の第1端に接続されており、出力端が出力直流電圧の供給に使用されるフルブリッジ型の第1二次整流器と、
その第1端を介し第1二次整流器の第1入力端、第2端を介し第1二次整流器の第2入力端に接続された第2二次コンデンサと、
第2二次コンデンサに直列接続されており第1トランジスタを有するスイッチと、
第1トランジスタに逆並列接続された第1ダイオードと、
第2二次コンデンサの第2端に接続された第2トランジスタと、
第2トランジスタに逆並列接続された第2ダイオードと、
を備え、第1トランジスタ、第2二次コンデンサ及び第2トランジスタを有する直列接続体に沿い第1及び第2トランジスタ間で順バイアス方向が異なる電圧変換器。
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