JP5882481B2 - 電力変換器及びそのプリチャージ回路 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換器及びそのプリチャージ回路に関する。

知られている様式では、電力変換器は主として、
− ＤＣ電圧源に接続されており、正電力ライン及び負電力ラインを備えるＤＣ電力バスと、
− 正電力ラインと負電力ラインとに接続されたバスキャパシタと、
− ＤＣ電力バスに接続されており、複数のスイッチングアーム（switching arm）が装備され、電気負荷に可変電圧を供給するように制御されるインバータモジュールと、
− バスキャパシタ用のプリチャージ回路であって、電力ラインとバスキャパシタとに接続されたプリチャージ抵抗とも呼ばれる制限抵抗と、制限抵抗に並列に接続されたプリチャージリレーとを備え、前記プリチャージリレーはバスキャパシタの充電が完了したときに閉路するように制御される、プリチャージ回路と、
を備える。

また、電力変換器は、一方でＡＣ電圧を供給する電源に接続され、他方でＤＣ電力バスに接続された、整流器モジュールを備えることができる。

電力変換器を制御するために、電力変換器に組み込まれたスイッチモード電源を用いることが知られている。このスイッチモード電源は、スタートアップアセンブリを用いる。

また、電力変換器は、米国特許第５４５９６５２号の文書から知られている。

本発明の目的は、スイッチモード電源のスタートアップアセンブリとバスキャパシタのプリチャージ回路が変換器の損失の低減に寄与する電力変換器を提案することである。

この目的は、電気負荷を制御するように意図された電力変換器であって、
− 正電力ライン及び負電力ラインが装備されたＤＣ電力バスと、
− バスキャパシタと、
− 前記正電力ラインと前記バスキャパシタとに接続された制限抵抗（limiting resistor）であって、前記バスキャパシタは前記負電力ラインに接続されている、制限抵抗と、
− スイッチモード電源（switch mode power supply）と、
− 前記ＤＣ電力バスの前記負電力ラインに接続された前記スイッチモード電源のスタートアップアセンブリ（start-up assembly）とを備え、
前記変換器は、
− 第１の状態において、前記正電力ラインを前記スイッチモード電源の前記スタートアップアセンブリに接続し、又は第２の状態において、前記制限抵抗を短絡するように前記正電力ラインを前記バスキャパシタに接続するように構成された選択手段と、
− 前記選択手段を前記第１の状態又は前記第２の状態に制御するように構成された制御ユニットと、
を備える電力変換器により達成される。

１つの詳細によれば、前記スイッチモード電源の前記スタートアップアセンブリは、直列に接続されたスタートアップ抵抗及びキャパシタと、前記キャパシタに並列に接続されたツェナーダイオードとを備える。

他の詳細によれば、前記変換器は、前記スイッチモード電源の前記スタートアップアセンブリに並列に接続された放電抵抗（discharge resistor）を備える。

他の特徴及び利点は、例として示され、以下に規定される添付の図面において表される実施形態を参照して、以下の詳細な説明において明らかになる。

本発明の電力変換器を表す図である。 変形実施形態での本発明の電力変換器を表す図である。

図１を参照すると、電力変換器は主として以下を備える。

− ＤＣ電圧源に接続されており、正電力ライン１０及び負電力ライン１１を備えるＤＣ電力バス。

− 正電力ライン１０と負電力ライン１１とに接続されており、バス電圧を一定値に維持するように意図されたバスキャパシタＣｂｕｓ。一部の変換器は、直列に接続された複数のバスキャパシタを備えることができる。

− 複数のスイッチングアームを備え、各スイッチングアームは少なくとも２つのトランジスタを備えるインバータモジュール１２であって、該インバータモジュールは、電力変換器に接続された電気負荷Ｃに可変電圧を供給するように意図されたインバータモジュール１２。

また、電力変換器は、一方でＡＣ電圧を供給する電源１５に接続され、他方で前記バスにＤＣ電圧を供給するためのＤＣ電力バスに接続された、電圧整流器モジュール１３を備えることができる。整流器モジュール１３を用いて、電力変換器は、可変速ドライブ（variable-speed drive）の機能を発揮する。

また、電力変換器は、バスキャパシタＣｂｕｓ用のプリチャージ回路を備える。このプリチャージ回路は、可変速ドライブを開始後にバスキャパシタＣｂｕｓに供給される充電電流を制限するために用いられる。このプリチャージ回路は、プリチャージ抵抗とも呼ばれる制限抵抗ＲＬと、制限抵抗ＲＬに並列に接続され、バスキャパシタＣｂｕｓの充電が完了した後に制限抵抗ＲＬを短絡するように意図され、プリチャージリレーと呼ばれるリレーとから構成される。制限抵抗ＲＬ及びプリチャージリレーから構成されたプリチャージ回路は通常、一方でＤＣ電力バスの正ラインに接続され、他方でバスキャパシタに接続されている。制限抵抗ＲＬ及びプリチャージリレーは、バスキャパシタＣｂｕｓのプリチャージ回路内に配置されており、それらは、（図１のように）バスキャパシタＣｂｕｓに直接直列に接続されていてもよいし、（図２のように）ＤＣ電力バスの正電力ライン１０上に直列に配置されていてもよい。

更に、電力変換器はまた、スイッチモード電源（ＳＭＰＳ）を備える。スイッチモード電源ＳＭＰＳは、ＤＣ電力バスにより供給される電圧により電力供給され、補助回路及びトランジスタ監視及び制御部に電力供給するために用いられる。ＤＣ電力バスが十分な電圧に達していない間は、インバータモジュールを制御することはできない。

スイッチモード電源をスタートアップするためには、直列に接続されたスタートアップ抵抗Ｒ１、キャパシタＣ１と、キャパシタＣ１の電圧を制限するようにキャパシタＣ１に並列に接続されたツェナーダイオードＤｚ１とを備えるスタートアップアセンブリ１４を用いることが知られている。このアセンブリは、バスの正電力ライン１０と、バスの負電力ライン１１とに接続されるように意図されている。これは、スイッチモード電源の監視回路に電力供給することと、スイッチモード電源がスタートアップできるようにスイッチモード電源ＳＭＰＳの端子間に電圧を印加することを可能にする。スイッチモード電源がスタートアップを完了した後に、スタートアップアセンブリ１４はバスから切断され、スイッチモード電源ＳＭＰＳはバスの２つの電力ライン１０、１１に接続された２つの接続ラインを通じてバスにより通常に電力供給される。

本発明の目的は、プリチャージ回路の制限抵抗ＲＬの短絡機能と、スタートアップアセンブリ１４の切断とをプール（pool）することである。実際、プリチャージ回路及びスタートアップアセンブリは、同時、即ち、バスキャパシタＣｂｕｓの充電が完了したときに不要になる。従って、本発明は、単一のリレーＳ１を用いて両方の機能を発揮することにある。このリレーＳ１は、制御ユニット１６により２つの状態の間で制御され、即ち、バスキャパシタＣｂｕｓの充電電流がスタートアップアセンブリ１４の制限抵抗ＲＬ及びスタートアップ抵抗Ｒ１を通過する第１の状態ｓｔ１と、制限抵抗ＲＬが短絡されスタートアップアセンブリ１４がＤＣ電力バスの正電力ライン１０から切断される第２の状態ｓｔ２との間で制御される。上述の２つの機能を達成するために、使用されるリレーＳ１は、例えばＳＰＤＴ（図１に示すような単極双投（Single Pole Double Throw））タイプとなる。リレーＳ１は、ＤＣ電力バスの正電力ライン１０に接続されており、２つの電極（pole）を備え、これらの電極の各々は状態ｓｔ１、ｓｔ２の１つを規定する。本発明によれば、電力変換器はまた、スタートアップアセンブリ１４に並列に接続された放電抵抗Ｒ２を備えることができる。この放電抵抗Ｒ２は、電力変換器がオフに切り換えられときにバスキャパシタＣｂｕｓを速やかに放電することと、この抵抗Ｒ２がバスキャパシタＣｂｕｓの端子に永続的に接続（plug in）されたときの追加的な損失を避けることを可能にする。この放電抵抗Ｒ２は、リレーＳ１がその第１の状態ｓｔ１にあるときに、バスに接続される。

Claims (3)

1. 電気負荷（Ｃ）を制御するように意図された電力変換器であって、
   正電力ライン（１０）及び負電力ライン（１１）が装備されたＤＣ電力バスと、
   バスキャパシタ（Ｃｂｕｓ）と、
   前記正電力ライン（１０）と前記バスキャパシタ（Ｃｂｕｓ）とに接続された制限抵抗（ＲＬ）であって、前記バスキャパシタは前記負電力ライン（１１）に接続されている、制限抵抗（ＲＬ）と、
   前記正電力ライン（１０）と前記負電力ライン（１１）とに接続されたスイッチモード電源（ＳＭＰＳ）と、
   前記ＤＣ電力バスの前記負電力ライン（１１）に接続された前記スイッチモード電源のスタートアップアセンブリ（１４）とを備え、
   前記電力変換器は、
   第１の状態（ｓｔ１）において、前記正電力ライン（１０）を前記スイッチモード電源の前記スタートアップアセンブリ（１４）に接続し、又は第２の状態（ｓｔ２）において、前記制限抵抗を短絡するように前記正電力ライン（１０）を前記バスキャパシタ（Ｃｂｕｓ）に接続するように構成された選択手段と、
   前記選択手段を前記第１の状態（ｓｔ１）又は前記第２の状態（ｓｔ２）に制御するように構成された制御ユニット（１６）と、
   を備えることを特徴とする電力変換器。
2. 前記スイッチモード電源（ＳＭＰＳ）の前記スタートアップアセンブリ（１４）は、直列に接続されたスタートアップ抵抗（Ｒ１）及びキャパシタ（Ｃ１）と、前記キャパシタ（Ｃ１）に並列に接続されたツェナーダイオード（Ｄｚ１）とを備えることを特徴とする請求項１に記載の電力変換器。
3. 前記電力変換器は、前記スイッチモード電源の前記スタートアップアセンブリ（１４）に並列に接続された放電抵抗（Ｒ２）を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換器。

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