JP6119508B6 - 電力変換装置の電源回路、およびそれを備える電力変換装置 - Google Patents
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Description
ここに開示される発明は、電力変換装置の電源回路、およびそれを備える電力変換装置に関する。
特許文献1−3は、電力変換装置の電源回路、およびそれを備える電力変換装置を開示する。この電力変換装置は、交流電源を含む交流系統と、直流電源を含む直流系統との間に設けられ、それらの間における必要な電力変換を提供する。直流電源は、充放電が可能な直流の電池と、直流電力を供給する直流発電機器としての太陽電池とを含むことができる。電力変換装置は、例えばインバータ回路を制御するための制御回路を有する。従来の装置では、制御回路に電力を供給するために、複数の電源のそれぞれに対応した形式の複数の電源回路を備える。例えば、AC/DC変換器と、DC/DC変換器との両方を備える。
従来技術の構成では、複数の独立した電源回路が設けられる。このため、回路規模が大きくなり、部品点数の増加、コストの増加といった問題点がある。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、電力変換装置の電源回路、およびそれを備える電力変換装置にはさらなる改良が求められている。
発明の目的のひとつは、改良された電力変換装置の電源回路、およびそれを備える電力変換装置を提供することである。
発明の目的のひとつは、比較的小規模の回路によって複数の電源から制御回路のための電源を得ることができる電力変換装置の電源回路、およびそれを備える電力変換装置を提供することである。
発明の目的の他のひとつは、交流系統から制御回路への電力供給と、直流系統から制御回路への電力供給とを絶縁トランスを共有して実現できるとともに、直流系統のみから電力を供給する場合に効率的な電力供給が可能な電力変換装置の電源回路、およびそれを備える電力変換装置を提供することである。
ここに開示される発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。
開示される発明のひとつにより電力変換装置の電源回路が提供される。発明は、交流電源(11)と直流電源(12、13)との間に設けられ片方向または双方向の電力変換を提供する変換回路(15)と、この変換回路を制御する制御回路(31)とを備える電力変換装置(14)に設けられ、制御回路に電力を供給する電力変換装置の電源回路において、交流電源から供給される電力によって交流駆動される第1の一次コイル(41、42)と、直流電源から供給される電力によって交流駆動される第2の一次コイル(44、45)と、第1の一次コイルおよび第2の一次コイルの両方と磁気的に結合した二次コイル(47)とを有する絶縁型のトランス(40)と、二次コイルに誘起される交流電力を整流して制御回路の電源として供給する出力回路(54)と、交流電源および直流電源のうちの一方の電源からの出力電圧が一方の電源から制御回路に電力を供給できる水準にあるとき、他方の電源から供給される電力による他方の電源に対応付けられた一次コイルの交流駆動を禁止する禁止回路(80、380、480、580)とを備え、禁止回路は、一方の電源からの出力電圧を検出する検出回路(81)と、一方の電源側と他方の電源側との間において電気的な絶縁を提供し、検出回路によって制御され、他方の電源による一次コイルの交流駆動を禁止するフォトカプラまたはフォトリレーによって提供されている絶縁素子(82)とを備え、絶縁素子は、他方の電源に対応付けられた一次コイルへの通電回路上に直列に設けられ、一次コイルへの通電回路を開閉することで通電を断続することを特徴とする。
この構成によると、一方の電源から供給される電力によってそれに対応付けられた一次コイルが交流駆動され、制御回路に電力が供給される。この場合に、禁止回路は、他方の電源から供給される電力によってその他方の電源に対応付けられた一次コイルが交流駆動されることを禁止する。これにより、トランスに設けられた2つの一次コイルが同時的に交流駆動されることが阻止される。これにより、トランスの二次側および出力回路を共通化した比較的小規模の回路によって複数の電源から制御回路のための電源を得ることができる。
以下において、図面を参照しながら、発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。また、後続の実施形態においては、先行する実施形態で説明した事項に対応する部分に百以上の位だけが異なる参照符号を付することにより対応関係を示し、重複する説明を省略する場合がある。
(第1実施形態)
図1において、電力変換システム10は、複数の電源の間に構築されている。複数の電源は、交流電源11と、電池12と、太陽電池13とを含む。電力変換システム10は、交流電源11と、電池12と、太陽電池13とに接続された電力変換装置14を備える。
図1において、電力変換システム10は、複数の電源の間に構築されている。複数の電源は、交流電源11と、電池12と、太陽電池13とを含む。電力変換システム10は、交流電源11と、電池12と、太陽電池13とに接続された電力変換装置14を備える。
交流電源11は、広域電力網によって提供される。交流電源11は、種々の形式によって提供することができ、図示の例では、単相3線形式によって提供されている。交流電源11は、第1相AC1、第2相AC2、および中間相NCを提供する。交流電源11は、例えばAC200Vである。交流電源11は、系統電源11とも呼ばれる。交流電源11は、電力変換システム10における交流系統を提供する。交流電源11は、電力変換装置14が提供する回路において、インバータ回路16の交流端に接続されている。交流電源11は、追加的に、または代替的に、建物内または施設敷地内に構築された構内電力網、または中小規模の交流発電装置を備えることができる。
電池12は、充放電可能な比較的大容量の二次電池である。電池12は、例えばリチウムイオン電池などによって提供することができる。電池12は、直流電源および直流負荷として機能する。電池12は、電力変換システム10において直流電力を入出力可能な双方向型の直流電源を提供する。
太陽電池13は、太陽光を受けて直流電力を出力する半導体素子である。太陽電池13は直流電源として機能する。太陽電池13は、電力変換システム10において直流電力を供給、すなわち出力可能な出力型の直流電源を提供する。
電池12と太陽電池13とは、直流電源12、13とも呼ばれる。電池12と太陽電池13とは、電力変換システム10における直流系統を提供する。電池12と太陽電池13とは、電力変換システム10において並列に位置付けられる。電池12と太陽電池13とは、電力変換装置14が提供する回路において、インバータ回路16の直流端に並列に接続されている。直流系統は、追加的に、または代替的に、他の直流電源を含むことができる。例えば、直流系統は、酸素と水素との反応によって発電する燃料電池を含むことができる。直流系統は、小規模な交流発電機と整流回路とを含む直流発電装置を含むことができる。直流系統は、電力変換装置14と接続、分離が可能な移動可能な電池を含むことができる。
電力変換装置14は、複数の電源と接続されている。電力変換装置14は、少なくともひとつの交流電源11と、少なくともひとつの直流電源12、13とに接続されている。電力変換装置14は、複数の電源の間において必要とされる電力変換を提供する。電力変換装置14は、交流系統と直流系統との間に設けられ、それらの間における必要とされる電力変換を提供する。電力変換装置14は、少なくともひとつの交流電源11と、少なくともひとつの直流電源12との間において、交流から直流、および直流から交流の双方向の電力変換を提供する。さらに、電力変換装置14は、複数の直流電源12、13の間において必要とされる電力変換を提供する。電力変換装置14は、太陽電池13から電池12へ給電するための直流から直流への単方向の電力変換を提供する。
電力変換装置14は、複数のスイッチ素子Q1−Q7を含む変換回路15を備える。変換回路15は非絶縁型かつ双方向型の電力変換回路を提供する。複数のスイッチ素子Q1−Q7は、IGBT素子または電力用MOS−FET素子などの電力用スイッチ素子によって提供することができる。
変換回路15は、交流系統と直流系統との間に設けられたインバータ回路16を備える。インバータ回路16は、交流端と直流端とを提供する。インバータ回路16は、交流電源11の相数に対応したブリッジ回路によって提供される。インバータ回路16は、スイッチ素子Q2、Q3、Q5、Q6および複数のコンデンサを含む。ハイサイドのスイッチ素子Q2、Q3の間、およびローサイドのスイッチ素子Q5、Q6の間に直流端が提供される。スイッチ素子Q2、Q5の間、およびスイッチ素子Q3、Q6の間に交流端が提供される。
変換回路15は、電池12とインバータ回路16との間に設けられた双方向型のコンバータ回路17を備える。コンバータ回路17は、スイッチ素子Q1、Q2、リアクトルL1、およびコンデンサを含む。コンバータ回路17は、インバータ16の直流端から電池12への電力供給および電圧変換を提供する。コンバータ回路17は、電池12からインバータ16の直流端への電力供給および電圧変換を提供する。コンバータ回路17は、電池12から出力される電力の電圧を昇圧し直流端に供給する昇圧型のコンバータ回路である。コンバータ回路17は、直流端に得られる電力の電圧を降圧し電池12に供給する降圧型のコンバータ回路である。
変換回路15は、太陽電池13とインバータ回路16との間に設けられた単方向型のコンバータ回路18を備える。コンバータ回路18は、スイッチ素子Q7、ダイオード素子D1、リアクトルL2、およびコンデンサを含む。コンバータ回路18は、太陽電池13からインバータ16の直流端への電力供給および電圧変換を提供する。コンバータ回路18は、太陽電池13から出力される電力の電圧を昇圧し直流端に供給する昇圧型のコンバータ回路である。
インバータ回路16とコンバータ回路17とは、交流電源11と電池12との間において直列に設けられている。この結果、インバータ回路16とコンバータ回路17とは、交流電源11から電池12への順方向の電力供給および電圧変換を提供する。インバータ回路16とコンバータ回路17とは、電池12から交流電源11への逆潮流と呼ばれる電力供給および電圧変換を提供する。インバータ回路16とコンバータ回路17とは、交流電源11と直流電源12との間における双方向の電力変換を提供する双方向型の交流直流変換回路を提供している。
インバータ回路16とコンバータ回路18とは、交流電源11と太陽電池13との間において直列に設けられている。この結果、インバータ回路16とコンバータ回路18とは、太陽電池13から交流電源11への電力供給および電圧変換を提供する。インバータ回路16とコンバータ回路18とは、交流電源11と直流電源13との間における単方向の電力変換を提供する単方向型の交流直流変換回路を提供している。
コンバータ回路17とコンバータ回路18とは、インバータ回路16の直流端において並列に接続されている。この結果、インバータ回路16の直流端には電池12と太陽電池13とが並列接続される。コンバータ回路17とコンバータ回路18とは、電池12と太陽電池13との間において直列に設けられている。コンバータ回路17、18は、太陽電池13から電池12への電力供給および電圧変換を提供する。コンバータ回路17、18は、複数の直流電源の間における電力変換を提供する単方向型の直流直流変換回路を提供している。
交流電源11とインバータ回路16との間には、フィルタ回路21が設けられている。フィルタ回路21は、交流電源11とインバータ回路16との間において直列に設けられた多段のフィルタ回路を含む。フィルタ回路21は、複数のコモンモードコイルと、複数のコンデンサとを含む。コモンモードコイルは、プラス線Pとマイナス線Nとの間に電磁的な結合を提供するように設けられている。複数のコンデンサは、プラス線Pとマイナス線Nとの間に接続された線間コンデンサと、接地接続のための接地コンデンサとを含む。
電池12とコンバータ回路17との間には、フィルタ回路22が設けられている。フィルタ回路22は、多段のフィルタ回路を含む。フィルタ回路22は、複数のコモンモードコイルと、複数のコンデンサとを含む。コモンモードコイルは、プラス線Pとマイナス線Nとの間に電磁的な結合を提供するように設けられている。複数のコンデンサは、プラス線Pとマイナス線Nとの間に接続された線間コンデンサと、接地接続のための接地コンデンサとを含む。
太陽電池13とコンバータ回路18との間には、フィルタ回路23が設けられている。フィルタ回路23は、多段のフィルタ回路を含む。フィルタ回路23は、複数のコモンモードコイルと、複数のコンデンサとを含む。コモンモードコイルは、プラス線Pとマイナス線Nとの間に電磁的な結合を提供するように設けられている。複数のコンデンサは、プラス線Pとマイナス線Nとの間に接続された線間コンデンサと、接地接続のための接地コンデンサとを含む。
交流電源11とフィルタ回路21との間には、交流電源11のためのフィルタ回路24が設けられている。フィルタ回路24は、複数のコンデンサを含む。複数のコンデンサは、第1相AC1と中間相NCとの間、および第2相AC2と中間相NCとの間に接続された線間コンデンサと、接地接続のための接地コンデンサとを含む。
交流電源11とインバータ回路16との間、より詳細にはフィルタ回路21とフィルタ回路24との間には、遮断器25が設けられている。遮断器25は、フィルタ回路21とフィルタ回路24との間において電気的な接続を開閉する。遮断器25は、交流電源11とインバータ回路16との間の電気的な接続を開閉する。
電池12とコンバータ回路17との間、より詳細には電池12とフィルタ回路22との間には、遮断器26が設けられている。遮断器26は、電池12とフィルタ回路22との間において電気的な接続を開閉する。遮断器26は、電池12とコンバータ回路17との間の電気的な接続を開閉する。
電力変換装置14は、電気的な回路における共通の接地電位を提供するための接地部材28を備える。例えば、接地部材28は、電力変換装置14のケースによって提供することができる。交流電源11の中間線NCは、接地接続G1によって接地部材28に接続されている。電池12のマイナス線Nは、接地接続G2によって接地部材28に接続されている。太陽電池13のマイナス線Nは、接地接続G3によって接地部材28に接続されている。フィルタ回路21の接地コンデンサは、接地接続G4によって接地部材28に接続されている。フィルタ回路22の接地コンデンサは、接地接続G5によって接地部材28に接続されている。フィルタ回路23の接地コンデンサは、接地接続G6によって接地部材28に接続されている。フィルタ回路24の接地コンデンサは、接地接続G7によって接地部材28に接続されている。
電力変換装置14は、変換回路15を制御するための制御回路31を備える。制御回路31は、スイッチ素子Q1−Q7を制御する。制御回路31は、遮断器25、26を制御してもよい。制御回路31は、大電力が流れる回路15−18、21−26から電気的に絶縁された回路である。制御回路31は、電力変換装置14を制御するための制御装置を提供する。
制御回路31は、電子制御装置(Electronic Control Unit)である。制御装置は、少なくともひとつの演算処理装置(CPU)と、プログラムとデータとを記憶する記憶媒体としての少なくともひとつのメモリ装置(MMR)とを有する。制御装置は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納している。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクなどによって提供されうる。制御装置は、ひとつのコンピュータ、またはデータ通信装置によってリンクされた一組のコンピュータ資源によって提供されうる。プログラムは、制御装置によって実行されることによって、制御装置をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される方法を実行するように制御装置を機能させる。制御装置は、多様な要素を提供する。それらの要素の少なくとも一部は、機能を実行するための手段と呼ぶことができ、別の観点では、それらの要素の少なくとも一部は、構成的なブロック、またはモジュールと呼ぶことができる。
制御回路31は、スイッチ素子Q1−Q7を駆動するための信号伝達系統に、制御系統と電力系統とを電気的に絶縁するための絶縁素子を備えることができる。絶縁素子は、入出力間において高い絶縁耐圧を提供できる信号伝達素子によって提供される場合がある。
電力変換装置14は、電源回路32を備える。電源回路32は、制御回路31に電力を供給する。電源回路32は、電力変換装置14に接続される少なくとも2つの電源から電力を受ける。電源回路32は、電力変換装置14に接続される直流系統と交流系統との両方に接続され、それら両方から電力を受ける。電源回路32は、交流電源11に接続され、交流電源11から電力を受ける。電源回路32は、複数の直流電源12、13の少なくともひとつに接続され、直流電力を受ける。図示の例では、電源回路32は、複数の直流電源12、13のすべてと接続され、複数の直流電源12、13のすべてから電力を受けることができる。電源回路32は、電力変換装置14に接続されたすべての電源11、12、13と接続され、それらのすべてから電力を受けることができる。
図2において、電力変換装置14は、制御回路31と、電源回路32とを備える。電源回路32は、交流電源11、電池12、および太陽電池13のなかの少なくともひとつから制御回路31へ電力を供給する。電源回路32は、交流電源11または直流電源12、13から制御回路31へ電力を供給する。電源回路32は、制御回路31に電気的に接続された回路系統と、電源11、12、13に電気的に接続された回路系統とを電気的に絶縁するための複数の回路素子40、56、57、82を備える。
電源回路32は、一次側と二次側とが電気的に絶縁された絶縁型のトランス40を備える。トランス40は、電圧を変換する機能を提供するとともに、制御回路31に属する回路系統と、電源11、12、13に属する回路系統とを電気的に絶縁する機能を提供する。さらに、トランス40は、交流電源11からの電力供給経路と、直流電源12、13からの電力供給経路とにおいて共通に利用される。
トランス40は、複数のコイル41−47を有する。トランス40は、交流電源11から供給される電力によって励起(励磁)される第1の一次コイル41、42を備える。トランス40は、第1の追加的な二次コイル43を備える。トランス40は、直流電源12、13から供給される電力によって励起(励磁)される第2の一次コイル44、45を備える。トランス40は、第2の追加的な二次コイル46を備える。トランス40は、制御回路31に電力を供給するための主二次コイル47を備える。第1の一次コイル41、42と主二次コイル47との間の第1の電磁的な結合によって交流電源11から制御回路31へ電力が供給される。第2の一次コイル44、45と主二次コイル47との間の第2の電磁的な結合によって直流電源12、13から制御回路31へ電力が供給される。トランス40は、これら第1および第2の電磁的な結合を共通の主二次コイル47を利用して提供する。複数のコイル41−47の相互間の巻数は、一次側の電圧範囲と、二次側に設けられた制御回路31に必要な電圧とを考慮した巻数と、比率とに設定されている。
この実施形態では、インバータ回路16のスイッチ素子が高い周波数でスイッチング制御される。このため、交流電源11の出力を整流して得られるマイナス線Nの電位と、直流電源12、13のマイナス線Nの電位とに差が生じる。よって、電源回路32においては、交流電源11に接続される回路系統と、直流電源12、13に接続される回路系統とは電気的に絶縁することが望ましい。そこで、トランス40は、交流電源11のための第1の一次コイル41、42と、直流電源12、13のための第2の一次コイル44、45とを備える。これにより、交流電源11に接続される回路系統と、直流電源12、13に接続される回路系統との間に良好な電気的な絶縁が提供される。
電源回路32は、交流電源11から電力供給を受ける入力回路51を備える。入力回路51は、フィルタ回路FLT、全波整流のためのダイオードブリッジ回路、および平滑用のコンデンサを備える。入力回路51は、トランス40の第1の一次コイル41、42に電力を供給する。電源回路32は、電池12から電力供給を受ける入力回路52を備える。入力回路52は、フィルタ回路FLT、および逆電力阻止用のダイオードを備える。電源回路32は、太陽電池13から電力供給を受ける入力回路53を備える。入力回路53は、フィルタ回路FLT、および逆電力阻止用のダイオードを備える。入力回路52、53は、トランス40の第2の一次コイル44、45に電力を供給する。
電源回路32は、主二次コイル47に誘起される電力を制御回路31に出力する出力回路54を備える。出力回路54は、トランス40の二次側と制御回路31との間に設けられた二次側回路54とも呼ばれる。出力回路54は、整流のためのダイオード回路および平滑のためのコンデンサを備える。出力回路54は、半波整流回路または全波整流回路として構成することができる。
電源回路32は、出力回路54に出力される電力、例えば電圧を後述の制御回路60、70にフィードバックするためのフィードバック回路55を備える。フィードバック回路55は、出力回路54に出力される電圧が過電圧になることを阻止するための信号をフィードバックする。フィードバック回路55は、複数の抵抗器、複数のコンデンサ、およびツェナーダイオードを備える。
電源回路32は、出力回路54の電圧をフィードバックする信号伝達経路に設けられたフォトカプラ56、57を備える。フォトカプラ56、57は、発光素子PDと受光素子PSとを有する。フォトカプラ56、57においては、発光素子PDの発光強度に応答して、受光素子PSが回路を開閉することにより信号が伝達される。フォトカプラ56、57は絶縁素子とも呼ばれる。
電源回路32は、第1の交流駆動回路60を備える。第1の交流駆動回路60は、入力回路51から供給される電力によって第1の一次コイル41、42を交流駆動する。言い換えると、第1の交流駆動回路60は、交流電源11から供給される電力によって、第1の一次コイル41、42に交流を供給し、第1の一次コイル41、42を励起する。さらに、第1の交流駆動回路60は、第1の一次コイル41、42への通電を制御することにより、二次コイル43、47に誘起される電力を制御する。第1の交流駆動回路60は、第1の一次コイル41、42への電力供給をパルス幅変調(PWM)する。第1の交流駆動回路60は、パルス幅変調のデューティ比を調節することにより、二次コイル43、47に誘起される電力を調節する。
第1の交流駆動回路60は、入力回路51と第1の一次コイル41、42との間に直列に接続されたスイッチ素子61を有する。スイッチ素子61は、大電力に耐えることができる電力用スイッチ素子である。スイッチ素子61は、IGBTまたは電力用MOS−FETによって提供することができる。スイッチ素子61は、交流電源11から第1の一次コイル41、42に供給される電力を断続する。
第1の交流駆動回路60は、PWM制御回路62を備える。PWM制御回路62は、集積回路によって提供することができる。PWM制御回路62は、電源端子Vcc、および過電圧検出のための入力端子OVPを有する。PWM制御回路62は、スイッチ素子61の断続を制御するための制御信号を出力する出力端子OUTを備える。PWM制御回路62は、過電流検出のための入力端子CS、および二次側の電圧を検出するための入力端子FBを備える。
第1の交流駆動回路60は、第1の一次コイル41、42と閉回路を構成するように接続されたスナバ回路63を備える。スナバ回路63は、並列接続された抵抗器とコンデンサとを含む。さらに、スナバ回路63は、抵抗器とコンデンサとに直列接続されたダイオードを含む。第1の交流駆動回路60は、PWM制御回路62の電源を供給する電源回路64を備える。電源回路64は、入力回路51から、および第1の補助二次コイル43から、電源端子Vccに電力を供給する。電源回路64は、平滑用のコンデンサと、入力回路51から電力を供給する抵抗器とを備える。さらに、電源回路64は、第1の補助二次コイル43から電力を供給するためのダイオードおよび抵抗器を備える。第1の交流駆動回路60は、第1の補助二次コイル43に誘起される電力に基づいて過電圧を検出する検出回路65を備える。検出回路65は、入力端子OVPに信号を入力する。第1の交流駆動回路60は、第1の一次コイル41、42に流れる電流を検出する検出回路66を備える。検出回路66は、入力端子CSに信号を入力する。
電源回路32は、第1の交流駆動回路60を備える。第1の交流駆動回路60は、入力回路51から供給される電力によって第1の一次コイル41、42を励起する。さらに、第1の交流駆動回路60は、第1の一次コイル41、42への通電を断続することにより、二次コイル43、47に誘起される電力を制御する。第1の交流駆動回路60は、第1の一次コイル41、42への電力供給をパルス幅変調(PWM)する。第1の交流駆動回路60は、パルス幅変調のデューティ比を調節することにより、二次コイル43、47に誘起される電力を調節する。
電源回路32は、第2の交流駆動回路70を備える。第2の交流駆動回路70は、入力回路52、53から供給される電力によって第2の一次コイル44、45を交流駆動する。言い換えると、第2の交流駆動回路70は、直流電源12、13から供給される電力によって、第2の一次コイル44、45に交流を供給し、第2の一次コイル44、45を励起する。さらに、第2の交流駆動回路70は、第2の一次コイル44、45への通電を制御することにより、二次コイル46、47に誘起される電力を制御する。第2の交流駆動回路70は、第2の一次コイル44、45への電力供給をパルス幅変調(PWM)する。第2の交流駆動回路70は、パルス幅変調のデューティ比を調節することにより、二次コイル46、47に誘起される電力を調節する。
第2の交流駆動回路70は、入力回路52、53と第2の一次コイル44、45との間に直列に接続されたスイッチ素子71を有する。スイッチ素子71は、大電力に耐えることができる電力用スイッチ素子である。スイッチ素子71は、IGBTまたは電力用MOS−FETによって提供することができる。スイッチ素子71は、直流電源12、13から第2の一次コイル44、45に供給される電力を断続する。
第2の交流駆動回路70は、PWM制御回路72を備える。PWM制御回路72は、集積回路によって提供することができる。PWM制御回路72は、電源端子Vcc、および過電圧検出のための入力端子OVPを有する。PWM制御回路72は、スイッチ素子71の断続を制御するための制御信号を出力する出力端子OUTを備える。PWM制御回路72は、過電流検出のための入力端子CS、および二次側の電圧を検出するための入力端子FBを備える。
第2の交流駆動回路70は、第2の一次コイル44、45と閉回路を構成するように接続されたスナバ回路73を備える。スナバ回路73は、並列接続された抵抗器とコンデンサとを含む。さらに、スナバ回路73は、抵抗器とコンデンサとに直列接続されたダイオードを含む。第2の交流駆動回路70は、PWM制御回路72の電源を供給する電源回路74を備える。電源回路74は、入力回路52、53から、および第2の補助二次コイル46から、電源端子Vccに電力を供給する。電源回路74は、平滑用のコンデンサと、入力回路52、53から電力を供給する抵抗器とを備える。さらに、電源回路74は、第2の補助二次コイル46から電力を供給するためのダイオードおよび抵抗器を備える。第2の交流駆動回路70は、第2の補助二次コイル46に誘起される電力に基づいて過電圧を検出する検出回路75を備える。検出回路75は、入力端子OVPに信号を入力する。第2の交流駆動回路70は、第2の一次コイル44、45に流れる電流を検出する検出回路76を備える。検出回路76は、入力端子CSに信号を入力する。
電源回路32は、禁止回路80を備える。禁止回路80は、第1の一次コイル41、42と、第2の一次コイル44、45とのうち、いずれか一方だけを選択的に励起することを許容し、それら両方が励起されることを禁止する。禁止回路80は、2つの一次コイルの同時的な交流駆動を阻止し、2つの一次コイルの一方だけが交流駆動されるように交流駆動回路60、70を制御する選択回路とも呼ぶことができる。
複数の電源を提供する交流電源11と直流電源12、13とのうち、少なくとも一方は、その出力電力が、制御回路31へ電力供給できる水準と、制御回路31へ電力供給できない水準とに変動する変動電源である。図示の例では、電池12と太陽電池13とは変動電源である。制御回路31へ電力供給できない出力電力の水準は、主二次コイル47に定格電力が誘起されるように第2の一次コイル44、45を励起できない水準とも言い換えることができる。残る他方の電源は、変動電源より出力水準の変動が少ない非変動電源である。図示の例では、交流電源11は非変動電源である。禁止回路80は、変動電源の出力電力に応答して、励起される一次コイルを選択する選択動作を提供する。
禁止回路80は、変動電源から制御回路31へ電力を供給できるときに、その変動電源に対応する第2の一次コイル44、45がその変動電源によって励起されることを許容する。このとき、禁止回路80は、非変動電源に対応する第1の一次コイル41、42がその非変動電源によって励起されることを禁止する。このとき、第1の一次コイル41、42が励起されないから、非変動電源の出力電力の水準が第1の一次コイル41、42を励起できる水準にあっても、主二次コイル47の出力への影響が抑制される。
禁止回路80は、変動電源から制御回路31へ電力を供給できないときに、その変動電源に対応する第2の一次コイル44、45がその変動電源によって励起されることを許容する。このとき、禁止回路80は、非変動電源に対応する第1の一次コイル41、42がその非変動電源によって励起されることを許容する。このとき、第1の一次コイル41、42と、第2の一次コイル44、45との両方が励起され得る状態におかれる。しかし、変動電源の出力電力の水準は、制御回路31へ電力を供給できないから、第2の一次コイル44、45が励起されても、主二次コイル47の出力への影響は小さく抑制される。
禁止回路80は、直流電源12、13から入力回路52、53を経由して入力される電圧を検出する検出回路81を備える。検出回路81は、入力回路52、53のプラス線Pとマイナス線Nとの間に直列接続された複数の抵抗器を含む分圧回路と、ツェナーダイオードとを備える。
禁止回路80は、絶縁素子82を備える。絶縁素子82は、制御のための入力信号端子と入力信号によって断続される出力端子とをもち、入出力間を電気的に絶縁する絶縁型のスイッチ素子とも呼ぶことができる。絶縁素子82は、光学的な結合を利用する絶縁型の信号伝達素子によって提供されている。絶縁素子82は、フォトカプラまたはフォトリレーと呼ばれる素子によって提供されている。絶縁素子82は、発光素子PDと受光素子PSとを有する。絶縁素子82は、検出回路81に接続された発光素子PDを備える。絶縁素子82は、第1の一次コイル41、42、およびスイッチ素子61と直列に設けられた受光素子PSを備える。
絶縁素子82においては、発光素子PDの発光強度に応答して、受光素子PSが回路を開閉する。絶縁素子82は、直流電源12、13から供給される電圧が所定の閾値を下回るときに第1の一次コイル41、42への通電を許容する。絶縁素子82は、直流電源12、13から供給される電圧が所定の閾値を上回るときに第1の一次コイル41、42への通電を禁止する。検出回路81および絶縁素子82は、直流電源12、13から供給される電圧が所定の閾値と等しいとき、上記許容または禁止のいずれかを提供するように構成することができる。
絶縁素子82の発光素子PDは、検出回路81により検出された検出電圧が所定の閾値電圧を上回ると発光し、検出電圧が所定の閾値電圧を下回ると消灯する。絶縁素子82の受光素子PSは、発光素子PDの光を受けると、回路を開き、発光素子PDから光を受けなくなると、回路を閉じる。絶縁素子82は、発光素子PDへの制御入力がないノーマル時に、受光素子PSが回路を閉じるノーマルクローズ型の継電素子である。
検出回路81と絶縁素子82とによって提供される上記所定の閾値は、直流電源12、13から制御回路31に電力を供給できるか否かの閾値に相当する。よって、直流電源12、13の出力電力が、制御回路31に電力を供給できる水準にあるとき、検出回路81と絶縁素子82とは第1の一次コイル41、42への通電を禁止する。これにより、交流電源11から制御回路31へのトランス40を経由する電力供給が禁止される。また、直流電源12、13の出力電力が、制御回路31に電力を供給できない水準にあるとき、検出回路81と絶縁素子82とは第1の一次コイル41、42への通電を許容する。これにより、交流電源11から制御回路31へのトランス40を経由する電力供給が可能となる。
図3において、トランス40は、複数のコイル41−47に対応する複数のタップを有する。トランス40は、コイル41−47を巻くための巻胴としてのボビン48と、磁路を提供する鉄心としてのコア49とを有する。
図4において、コイル41−47は、ボビン48上に多層に巻かれている。隣接するコイルの間には、層間絶縁テープ40aが配置され、層間の絶縁が確保されている。それぞれのコイルの軸方向の両端にはバリアテープ40bが配置されている。
この実施形態では、電力変換システム10が提供される。電力変換システム10は、交流電源11、直流電源12、13、およびそれらの間に設けられ片方向または双方向の電力変換を提供する電力変換装置14を備える。電力変換装置14は、直流から交流および交流から直流に電力変換するスイッチング回路とも呼ばれる変換回路15を備えることができる。電力変換装置14は、変換回路15を制御する制御回路31と、制御回路31を駆動するための電力を供給する絶縁型の電源回路32とを備える。
絶縁型の電源回路32は、トランス40を備える。トランス40は、交流電源11から供給される電力によって励起(励磁または励振とも呼ばれる)される一次コイル41、42を備える。電源回路32は、一次コイル41、42への通電をPWM制御することにより、一次コイル41、42を交流駆動する、すなわち励振するための交流駆動回路60を備える。トランス40は、直流電源12、13から供給される電力によって励起(励磁または励振とも呼ばれる)される一次コイル44、45を備える。電源回路32は、一次コイル44、45への通電をPWM制御することにより、一次コイル44、45を交流駆動する、すなわち励振するための交流駆動回路70を備える。トランス40は、第1の一次コイル41、42および第2の一次コイル44、45の両方と磁気的に結合した主二次コイル47を備える。言い換えると、複数のコイル41、42;44、45;47は、同一の磁気回路、すなわちコア49上に配置されている。
電源回路32は、主二次コイル47に誘起される交流電力を整流し、平滑して制御回路31の電源として供給する出力回路54を備える。電源回路32は、交流電源11および直流電源12、13のうちの一方の電源からの出力電圧が一方の電源から制御回路31に電力を供給できる水準にあるとき、他方の電源から供給される電力による他方の電源に対応付けられた一次コイル41、42の交流駆動を禁止する禁止回路80を備える。
電源回路32は、交流電源11および直流電源12、13のうちの一方の電源からの出力電圧を検出する検出回路81を備える。電源回路32は、検出回路81によって制御される絶縁素子82を備える。絶縁素子82は、一方の電源側と他方の電源側との間において電気的な絶縁を提供する。絶縁素子82は、検出回路81によって制御され、他方の電源による一次コイル41、42の交流駆動を禁止する。これら検出回路81と絶縁素子82とによって禁止回路80が提供されている。
検出回路81と絶縁素子82は、他方の電源(例えば交流電源11)による、その他方の電源に対応付けられた一次コイル(例えば第1の一次コイル41、42)の交流駆動を制御する。検出回路81と絶縁素子82とは、一方の電源から制御回路31に電力を供給できるときに、他方の電源によるトランス40の交流駆動、すなわち励振を禁止する。この機能は、検出回路81が設けられた一方の電源(例えば直流電源12、13)からその一方の電源に対応付けられた第2の一次コイル44、45を交流駆動して主二次コイル47に電力を送ることができるようになった場合に提供される。この場合に、検出回路81から絶縁素子82を通して、他方の電源に対応付けられた第1の一次コイル41、42の交流駆動を停止させる。
この実施形態によると、電力変換装置の制御回路31のための電源を、交流電源11と直流電源12、13との間で選択することができる。電源回路32においては、制御回路31を含む制御系統と、電源11、12、13を含む電力系統とを電気的に絶縁するトランス40が、交流電源11からの電力供給経路と、直流電源12、13からの電力供給経路とにおいて少なくとも部分的に共有される。特に、少なくとも電源回路20の二次側回路の部品47、54が共有される。この実施形態では、トランス40の一次側には、交流電源11だけで励起される第1の一次コイル41、42と、直流電源12、13だけで励起される第2の一次コイル44、45とが設けられる。これら2つの一次コイルは、その一方だけが有効に励起される。さらに、上記2つの電力供給経路の切換が、電源回路32のトランス40の一次側に設けた交流駆動回路60、70において提供される。
この実施形態によると、交流電源11によって励起される第1の一次コイル41、42への通電回路には、直流電源12、13の出力電圧に応じて開閉可能な絶縁素子82が設けられている。これにより、直流電源12、13から制御回路31に電力を供給できるときには、制御回路31に電力を供給しない交流電源11から通電されうる第1の一次コイル41、42への通電回路が絶縁素子82によって開かれる。この結果、交流電源11および第1の交流駆動回路60によってトランス40が励起されることが回避される。これにより、直流電源12、13から第2の交流駆動回路70を経由する第2の一次コイル44、45の励起への外的な影響が抑制される。
また、第1の一次コイル41、42および第2の一次コイル44、45を同時に励起(交流励磁)するためには、トランス40のコア49を磁気的に飽和させないようにその断面積を大きく設定する必要がある。また、第1の一次コイル41、42および第2の一次コイル44、45の交流が同期していないと磁界が打ち消し合うタイミングが生じるから損失を生じることもある。また、コア49における磁気的な過飽和は、損失となる。この実施形態によると、トランス40における特別な配慮を要することなく複数の電源から制御回路31に電力を供給できる。また、二次側のコイルや二次側の回路を冗長しなくてよい。
このように、この実施形態によると、トランス40の主二次コイル47と、二次側の出力回路54とを共用しながら、交流電源11または直流電源12、13から制御回路31に電力を供給することができる。このため、電力変換装置の電源回路、およびそれを備える電力変換装置の回路規模が抑制される。また、電力変換装置の電源回路、およびそれを備える電力変換装置のコストが抑制される。
(第2実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、第1の一次コイル41、42への通電回路上に絶縁素子82を配置した。これに代えて、この実施形態では、絶縁素子83の開閉状態はPWM制御回路62に入力される。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、第1の一次コイル41、42への通電回路上に絶縁素子82を配置した。これに代えて、この実施形態では、絶縁素子83の開閉状態はPWM制御回路62に入力される。
図5に図示されるように、この実施形態では、禁止回路280が提供される。禁止回路280においては、絶縁素子83の受光素子PSは、PWM制御回路62の入力端子INに接続されている。PWM制御回路62は、入力端子INが接地されると、スイッチ素子61を開状態、すなわちオフ状態に継続的に維持する。この結果、交流電源11から第1の一次コイル41、42への通電が禁止される。
この実施形態によると、絶縁素子83は、第1の交流駆動回路60または第2の交流駆動回路70に信号を与えることにより他方の電源による一次コイルの交流駆動を禁止する。絶縁素子83によって交流電源11の系統と、直流電源12、13の系統との間の電気的な絶縁が図られる。また、直流電源12、13の出力電力が制御回路31へ電力供給できる水準にあるときには、禁止回路280と、それに応答する第1の交流駆動回路60とによって、第1の一次コイル41、42への通電が禁止される。
(第3実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、禁止回路80、280は、第1の一次コイル41、42への通電のみを禁止または許可した。これに代えて、この実施形態では、第2の一次コイル44、45への通電も禁止または許可される。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、禁止回路80、280は、第1の一次コイル41、42への通電のみを禁止または許可した。これに代えて、この実施形態では、第2の一次コイル44、45への通電も禁止または許可される。
図6に図示されるように、この実施形態では、禁止回路380が提供される。禁止回路380は、絶縁素子84を備える。絶縁素子84はフォトカプラまたはフォトリレーと呼ばれる素子である。絶縁素子84は、発光素子PDと受光素子PSとを有する。絶縁素子84は、検出回路81に接続された発光素子PDを備える。絶縁素子84は、第2の一次コイル44、45、およびスイッチ素子71と直列に設けられた受光素子PSを備える。絶縁素子84は入力側と出力側との間に絶縁素子を提供する。
絶縁素子84においては、発光素子PDの発光強度に応答して、受光素子PSが回路を開閉する。絶縁素子84は、直流電源12、13から供給される電圧が所定の閾値を下回るときに第2の一次コイル44、45への通電を禁止する。絶縁素子84は、直流電源12、13から供給される電圧が所定の閾値を上回るときに第2の一次コイル44、45への通電を許容する。検出回路81および絶縁素子84は、直流電源12、13から供給される電圧が所定の閾値と等しいとき、上記許容または禁止のいずれかを提供するように構成することができる。
絶縁素子84の発光素子PDは、検出回路81により検出された検出電圧が所定の閾値電圧を上回ると発光し、検出電圧が所定の閾値電圧を下回ると消灯する。絶縁素子84の受光素子PSは、発光素子PDの光を受けると、回路を閉じ、発光素子PDから光を受けなくなると、回路を開く。絶縁素子84は、発光素子PDへの制御入力がないノーマル時に、受光素子PSが回路を開くノーマルオープン型の継電素子である。
検出回路81と絶縁素子84とによって提供される上記所定の閾値は、直流電源12、13から制御回路31に電力を供給できるか否かの閾値に相当する。よって、直流電源12、13の出力電力が、制御回路31に電力を供給できる水準にあるとき、検出回路81と絶縁素子84とは第2の一次コイル44、45への通電を許容する。これにより、直流電源12、13から制御回路31へのトランス40を経由する電力供給が許容される。また、直流電源12、13の出力電力が、制御回路31に電力を供給できない水準にあるとき、検出回路81と絶縁素子84とは第2の一次コイル44、45への通電を禁止する。これにより、直流電源12、13から制御回路31へのトランス40を経由する電力供給が禁止される。
この構成によると、禁止回路380は、さらに、一方の電源(直流電源12、13)からの出力電圧が一方の電源から制御回路31に電力を供給できない水準にあるとき、一方の電源から供給される電力による一方の電源に対応付けられた一次コイル44、45の交流駆動を禁止する。直流電源12、13の出力電力が小さいときに、第2の一次コイル44、45への電力供給を禁止できる。このため、直流電源12、13の電力消費を抑制することができる。
(第4実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、禁止回路80、280、380は、交流電源11、または直流電源12、13を選択する。これに加えて、直流電源12、13に含まれる複数の電源の間に禁止回路を付加してもよい。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、禁止回路80、280、380は、交流電源11、または直流電源12、13を選択する。これに加えて、直流電源12、13に含まれる複数の電源の間に禁止回路を付加してもよい。
図7に図示されるように、この実施形態では、禁止回路480が提供される。禁止回路480は、太陽電池13の出力電圧を検出する検出回路85を備える。検出回路85は、太陽電池13の出力端子間に直列接続された複数の抵抗器を含む分圧回路と、ツェナーダイオードとを備える。禁止回路480は、絶縁素子86を備える。絶縁素子86はフォトカプラまたはフォトリレーと呼ばれる素子である。絶縁素子86は、発光素子PDと受光素子PSとを有する。絶縁素子86は、検出回路85に接続された発光素子PDを備える。絶縁素子85は、入力回路52のプラス線Pに直列に設けられた受光素子PSを備える。
絶縁素子86においては、発光素子PDの発光強度に応答して、受光素子PSが回路を開閉する。絶縁素子86は、太陽電池13から供給される電圧が所定の閾値を下回るときに電池12から第2の一次コイル44、45への通電を許容する。絶縁素子86は、太陽電池13から供給される電圧が所定の閾値を上回るときに電池12から第2の一次コイル44、45への通電を禁止する。検出回路85および絶縁素子86は、太陽電池13から供給される電圧が所定の閾値と等しいとき、上記許容または禁止のいずれかを提供するように構成することができる。
絶縁素子86の発光素子PDは、検出回路85により検出された検出電圧が所定の閾値電圧を上回ると発光し、検出電圧が所定の閾値電圧を下回ると消灯する。絶縁素子86の受光素子PSは、発光素子PDの光を受けると、回路を開き、発光素子PDから光を受けなくなると、回路を閉じる。絶縁素子86は、発光素子PDへの制御入力がないノーマル時に、受光素子PSが回路を閉じるノーマルクローズ型の継電素子である。
検出回路85と絶縁素子86とによって提供される上記所定の閾値は、電池12の電力を用いることなく太陽電池13だけから制御回路31に電力を供給できるか否かの閾値に相当する。よって、太陽電池13の出力電力が、制御回路31に電力を供給できる水準にあるとき、検出回路85と絶縁素子86とは、電池12から第2の一次コイル44、45への通電を禁止する。これにより、電池12から制御回路31へのトランス40を経由する電力供給が禁止される。また、太陽電池13の出力電力が、制御回路31に電力を供給できない水準にあるとき、検出回路85と絶縁素子86とは、電池12から第2の一次コイル44、45への通電を許容する。これにより、電池12から制御回路31へのトランス40を経由する電力供給が可能となる。
この構成では、直流電源12、13は、複数の直流電源を有する。禁止回路480は、一方の直流電源(太陽電池13)からの出力電圧が一方の直流電源から制御回路31に電力を供給できる水準にあるとき、他方の直流電源(電池12)からの電力供給を遮断する。禁止回路480は、一方の直流電源(太陽電池13)からの出力電圧を検出する検出回路85と、一方の直流電源(太陽電池13)からの出力電圧が一方の直流電源から制御回路31に電力を供給できる水準にあるとき、他方の直流電源(電池12)からの電力供給を遮断する開閉素子86とを備える。
この構成によると、電池12の電力より、太陽電池13の電力が優先的に利用される。なお、検出回路81および絶縁素子82によって、交流電源11の電力より、直流電源12、13の電力が優先的に利用されるから、電源回路32においては、電源利用の優先度が、太陽電池13>電池12>交流電源11の順位となる。例えば、直流電源12、13の出力電力が十分に高い場合には、交流電源11の電圧に係わらず、直流電源12、13が制御回路31の電源として利用される。また、太陽電池13の出力電力が十分に高い場合には、電池12の電圧に係わらず、太陽電池13が制御回路31の電源として利用される。また、太陽電池13の出力電力が不十分である場合には、電池12が制御回路31の電源として利用される。さらに、太陽電池13と電池12との両方の出力電力が不十分である場合には、交流電源11が制御回路31の電源として利用される。
(第5実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、禁止回路480は、検出回路85および絶縁素子86を利用した。これに代えて、半導体スイッチ素子を利用した開閉回路を利用してもよい。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、禁止回路480は、検出回路85および絶縁素子86を利用した。これに代えて、半導体スイッチ素子を利用した開閉回路を利用してもよい。
図8に図示されるように、この実施形態では、禁止回路580が提供される。禁止回路580は、検出回路87、スイッチ素子88、および制御回路89を備える。制御回路89は、太陽電池13の出力端子間に直列接続された複数の抵抗器を含む分圧回路を備える。スイッチ素子88は、入力回路52のプラス線Pに直列に配置され、このプラス線Pを開閉する。スイッチ素子88は、トランジスタ素子によって提供される。制御回路89は、ロジックICのNOT回路と、スイッチ素子88のベースを制御する前段のトランジスタ素子と、複数の抵抗器とを備える。NOT回路の電源は、電池12から直列接続された抵抗器による分圧回路を経由して供給されている。
制御回路89は、太陽電池13が十分に発電するとNOT回路によって前段トランジスタ素子をオフ状態に駆動する。これにより、スイッチ素子88がオフ状態に駆動される。これによって電池12か制御回路31への電力供給が遮断され、太陽電池13だけから制御回路31へ電力が供給される。太陽電池13が十分に発電しない場合、制御回路89は、前段トランジスタ素子をオン状態に駆動する。これにより、電池12から制御回路31へ電力が供給される。さらに、電池12が十分な電力を供給できない場合、NOT回路は前段トランジスタ素子をオフ状態に駆動する。これにより、電池12の電圧に基づいて、電池12から制御回路31への電力供給が停止される。
この構成では、直流電源12、13は、複数の直流電源を有する。禁止回路580は、一方の直流電源(太陽電池13)からの出力電圧が一方の直流電源から制御回路31に電力を供給できる水準にあるとき、他方の直流電源(電池12)からの電力供給を遮断する。禁止回路580は、一方の直流電源(太陽電池13)からの出力電圧を検出する検出回路87と、一方の直流電源(太陽電池13)からの出力電圧が一方の直流電源から制御回路31に電力を供給できる水準にあるとき、他方の直流電源(電池12)からの電力供給を遮断する開閉素子88とを備える。
(第6実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、トランス40を採用した。これに代えて、図9に図示されるトランス640を採用することができる。この実施形態では、第1の補助二次コイル43と、第2の補助二次コイル46とが、層間絶縁テープを用いることなく巻かれている。第1の一次コイル41、42と、第2の一次コイル44、45とは、ほぼ同じ電圧になるため同じ巻数とすることができる。第1の補助二次コイル43と、第2の補助二次コイル46とは、同じ電圧になるため同じ巻数とすることができる。第1の補助二次コイル43と、第2の補助二次コイル46とは、そこに誘起される電圧が小さい。よって、一緒に巻くことによって巻き工数を低減することができる。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、トランス40を採用した。これに代えて、図9に図示されるトランス640を採用することができる。この実施形態では、第1の補助二次コイル43と、第2の補助二次コイル46とが、層間絶縁テープを用いることなく巻かれている。第1の一次コイル41、42と、第2の一次コイル44、45とは、ほぼ同じ電圧になるため同じ巻数とすることができる。第1の補助二次コイル43と、第2の補助二次コイル46とは、同じ電圧になるため同じ巻数とすることができる。第1の補助二次コイル43と、第2の補助二次コイル46とは、そこに誘起される電圧が小さい。よって、一緒に巻くことによって巻き工数を低減することができる。
(第7実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、トランス40、640を採用した。これに代えて、図10に図示されるトランス740を採用することができる。この実施形態では、ボビン748が採用される。ボビン748は、コア49の磁束通過方向のほぼ中央部に主二次コイル47のための胴部を有する。ボビン748は、主二次コイル47の両側に、第1のコイル群41、42、43と、第2のコイル群44、45、46とが位置するように2つの胴部を有する。この構成では、層間絶縁テープ740aおよびバリアテープ740bが採用されている。この構成によると、コイル間の浮遊容量が低減される。浮遊容量が低減されることにより、スイッチ素子Q1−Q7をスイッチング駆動したときに生じるノイズの漏洩、特に、交流電源11への漏洩、および直流電源12、13への漏洩が抑制される。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、トランス40、640を採用した。これに代えて、図10に図示されるトランス740を採用することができる。この実施形態では、ボビン748が採用される。ボビン748は、コア49の磁束通過方向のほぼ中央部に主二次コイル47のための胴部を有する。ボビン748は、主二次コイル47の両側に、第1のコイル群41、42、43と、第2のコイル群44、45、46とが位置するように2つの胴部を有する。この構成では、層間絶縁テープ740aおよびバリアテープ740bが採用されている。この構成によると、コイル間の浮遊容量が低減される。浮遊容量が低減されることにより、スイッチ素子Q1−Q7をスイッチング駆動したときに生じるノイズの漏洩、特に、交流電源11への漏洩、および直流電源12、13への漏洩が抑制される。
(他の実施形態)
上記実施形態では、禁止回路80等は、直流電源12、13の出力電圧を検出して、この出力電圧が閾値を上回るときには交流電源11による第1の一次コイル41、42の交流駆動を禁止し、この出力電圧が閾値を下回るときには交流電源11による第1の一次コイル41、42の交流駆動を許容した。これに代えて、または加えて、交流電源11の出力電圧を検出し、この出力電圧が閾値を上回るときには直流電源12、13による第2の一次コイル44、45の交流駆動を禁止し、この出力電圧が閾値を下回るときには直流電源12、13による第2の一次コイル44、45の交流駆動を許容してもよい。
上記実施形態では、禁止回路80等は、直流電源12、13の出力電圧を検出して、この出力電圧が閾値を上回るときには交流電源11による第1の一次コイル41、42の交流駆動を禁止し、この出力電圧が閾値を下回るときには交流電源11による第1の一次コイル41、42の交流駆動を許容した。これに代えて、または加えて、交流電源11の出力電圧を検出し、この出力電圧が閾値を上回るときには直流電源12、13による第2の一次コイル44、45の交流駆動を禁止し、この出力電圧が閾値を下回るときには直流電源12、13による第2の一次コイル44、45の交流駆動を許容してもよい。
上記実施形態では、絶縁素子としてフォトカプラまたはフォトリレーと呼ばれる光学的な結合を利用する絶縁型の信号伝達素子を採用した。これに代えて、絶縁素子は、種々の電気部品によって提供することができる。
例えば、絶縁素子は、トランス、絶縁型のスイッチ素子、または制御端子と被制御端子との間の絶縁耐圧が高い半導体スイッチ素子によって提供できる。絶縁型のスイッチ素子は、フォトカプラまたはフォトリレーと呼ばれる光を利用する信号伝達素子によって提供することができる。また、絶縁型のスイッチ素子は、容量性の結合を利用する容量性絶縁素子と呼ばれる信号伝達素子によって提供することができる。また、絶縁型のスイッチ素子は、磁気的な結合を利用する信号伝達素子によって提供することができる。また、絶縁型のスイッチ素子は、電磁的な作用により機械的な接点を開閉するリレースイッチによって提供することができる。また、絶縁耐圧が高い半導体スイッチ素子は、IGBT、MOSFETなどの半導体素子によって提供することができる。第1の一次コイル41、42と直列に配置される絶縁素子は、双方向の通電を許容する必要があるから、2つの半導体スイッチ素子を並列逆方向に接続することにより、双方向通電可能な構成とすることが望ましい。
上記実施形態では、変換回路15は、双方向の電力変換を提供する。これに代えて、例えば交流から直流への電力変換を提供する片方向の電力変換を提供する変換回路を用いてもよい。
発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。発明は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。各実施形態は追加的な部分をもつことができる。各実施形態の部分は、省略される場合がある。実施形態の部分は、他の実施形態の部分と置き換え、または組み合わせることも可能である。上記実施形態の構造、作用、効果は、あくまで例示である。発明の技術的範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。発明のいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
10 電力変換システム、11 交流電源、12 電池(直流電源)、
13 太陽電池(直流電源)、14 電力変換装置、15 変換回路、
16 インバータ回路、17−18 コンバータ回路、21−24 フィルタ回路、
25−26 遮断器、28 接地部材、31 制御回路、32 電源回路、
40、640、740 トランス、41−47 コイル、51−53 入力回路、
54 出力回路、55 フィードバック回路、56、57 フォトカプラ、
60 第1の交流駆動回路、70 第2の交流駆動回路、
80、280、380、480、580 禁止回路、81、85、87 検出回路、
82、83、84、86 絶縁素子、88 スイッチ素子、89 制御回路、
Q1−Q7 スイッチ素子、L1−L2 リアクトル、FLT フィルタ回路、
G1−G7 接地接続、P プラス線、N マイナス線、AC1 第1相、
AC2 第2相、NC 中間相、PD 発光素子、PS 受光素子。
13 太陽電池(直流電源)、14 電力変換装置、15 変換回路、
16 インバータ回路、17−18 コンバータ回路、21−24 フィルタ回路、
25−26 遮断器、28 接地部材、31 制御回路、32 電源回路、
40、640、740 トランス、41−47 コイル、51−53 入力回路、
54 出力回路、55 フィードバック回路、56、57 フォトカプラ、
60 第1の交流駆動回路、70 第2の交流駆動回路、
80、280、380、480、580 禁止回路、81、85、87 検出回路、
82、83、84、86 絶縁素子、88 スイッチ素子、89 制御回路、
Q1−Q7 スイッチ素子、L1−L2 リアクトル、FLT フィルタ回路、
G1−G7 接地接続、P プラス線、N マイナス線、AC1 第1相、
AC2 第2相、NC 中間相、PD 発光素子、PS 受光素子。
Claims (8)
- 交流電源(11)と直流電源(12、13)との間に設けられ片方向または双方向の電力変換を提供する変換回路(15)と、この変換回路を制御する制御回路(31)とを備える電力変換装置(14)に設けられ、前記制御回路に電力を供給する電力変換装置の電源回路において、
前記交流電源から供給される電力によって交流駆動される第1の一次コイル(41、42)と、前記直流電源から供給される電力によって交流駆動される第2の一次コイル(44、45)と、前記第1の一次コイルおよび前記第2の一次コイルの両方と磁気的に結合した二次コイル(47)とを有する絶縁型のトランス(40)と、
前記二次コイルに誘起される交流電力を整流して前記制御回路の電源として供給する出力回路(54)と、
前記交流電源および前記直流電源のうちの一方の電源からの出力電圧が前記一方の電源から前記制御回路に電力を供給できる水準にあるとき、他方の電源から供給される電力による前記他方の電源に対応付けられた前記一次コイルの交流駆動を禁止する禁止回路(80、380、480、580)とを備え、
前記禁止回路は、
前記一方の電源からの出力電圧を検出する検出回路(81)と、
前記一方の電源側と前記他方の電源側との間において電気的な絶縁を提供し、前記検出回路によって制御され、前記他方の電源による前記一次コイルの交流駆動を禁止するフォトカプラまたはフォトリレーによって提供されている絶縁素子(82)とを備え、
前記絶縁素子は、前記他方の電源に対応付けられた前記一次コイルへの通電回路上に直列に設けられ、前記一次コイルへの通電回路を開閉することで通電を断続することを特徴とする電力変換装置の電源回路。 - さらに、
前記交流電源(11)から前記第1の一次コイル(41、42)への通電を制御することにより前記第1の一次コイルを交流駆動する第1の交流駆動回路60と、
前記直流電源(12、13)から前記第2の一次コイル(44、45)への通電を制御することにより前記第2の一次コイルを交流駆動する第2の交流駆動回路(70)とを備えることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置の電源回路。 - 前記禁止回路(380)は、さらに、
前記一方の電源からの出力電圧が前記一方の電源から前記制御回路に電力を供給できない水準にあるとき、前記一方の電源から供給される電力による前記一方の電源に対応付けられた前記一次コイルの交流駆動を禁止することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電力変換装置の電源回路。 - 前記一方の電源は前記直流電源であり、
前記他方の電源は前記交流電源であり、
前記禁止回路は、前記直流電源からの出力電圧が前記直流電源から前記制御回路に電力を供給できる水準にあるとき、前記交流電源から供給される電力による前記一次コイルの交流駆動を禁止することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の電力変換装置の電源回路。 - 前記直流電源は、複数の直流電源(12、13)を有し、
前記禁止回路(480、580)は、
一方の直流電源(13)からの出力電圧が前記一方の直流電源から前記制御回路に電力を供給できる水準にあるとき、他方の直流電源(12)からの電力供給を遮断することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の電力変換装置の電源回路。 - 前記禁止回路(480、580)は、
前記一方の直流電源(13)からの出力電圧を検出する検出回路(85、87)と、
前記一方の直流電源(13)からの出力電圧が前記一方の直流電源から前記制御回路に電力を供給できる水準にあるとき、他方の直流電源からの電力供給を遮断する開閉素子(86、88)とを備えることを特徴とする請求項5に記載の電力変換装置の電源回路。 - 請求項1から請求項6のいずれかに記載の電力変換装置の電源回路(32)と、
前記交流電源(11)と前記直流電源(12、13)との間に設けられ片方向または双方向の電力変換を提供する変換回路(15)と、
前記電源回路から電力を供給され、前記変換回路を制御する制御回路(31)とを備えることを特徴とする電力変換装置。 - 前記変換回路(15)は、双方向の電力変換を提供することを特徴とする請求項7に記載の電力変換装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013172580A JP6119508B6 (ja) | 2013-08-22 | 電力変換装置の電源回路、およびそれを備える電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2013172580A JP6119508B6 (ja) | 2013-08-22 | 電力変換装置の電源回路、およびそれを備える電力変換装置 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015042087A JP2015042087A (ja) | 2015-03-02 |
JP6119508B2 JP6119508B2 (ja) | 2017-04-26 |
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