JP6257925B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
図1は、第1の実施形態にかかる電力変換装置100の回路構成を示す図である。図1に示すように、電力変換装置100は、架線から直流電力をパンタグラフ101を介して集電し、車輪102を通して接地される。電力変換装置100は、パンタグラフ101の入力側から順に、昇圧リアクトル1、昇圧チョッパ2、ハーフブリッジ回路3、トランス4、ダイオード整流器5、フィルタ6が接続されており、各部の動作を制御する制御部110の制御のもと、パンタグラフ101からの直流電力を所定電圧の直流電力に変換して、フィルタ6の出力端子111、112より出力するDC/DCコンバータである。
図2は、第2の実施形態にかかる電力変換装置100aの回路構成を示す図である。図2に示すように、電力変換装置100aは、昇圧リアクトル1に代えて、LCLフィルタ10を備えていることが第1の実施形態と異なる。
図3は、第3の実施形態にかかる電力変換装置100bの回路構成を示す図である。図3に示すように、電力変換装置100bは、前述した実施形態のダイオード22をスイッチング素子23とした昇圧チョッパ20を備えていることが第1の実施形態と異なる。
図4は、第4の実施形態にかかる電力変換装置100cの回路構成を示す図である。図4に示すように、電力変換装置100cは、前述した実施形態のダイオード整流器5に代えて同期整流器50を備えていることが第1の実施形態と異なる。
図5は、第5の実施形態にかかる電力変換装置100dの回路構成を示す図である。図5に示すように、電力変換装置100dは、2つのスイッチング素子(71と72、73と74、又は75と76)が直列に接続されたレグを3組み有する6in1モジュール70を用いて昇圧チョッパとハーフブリッジを形成している点が第1の実施形態とは異なる。
図6は、第6の実施形態にかかる電力変換装置100eの回路構成を示す図である。図6に示すように、電力変換装置100eは、昇圧チョッパ2a、ハーフブリッジ回路3aと、昇圧チョッパ2b、ハーフブリッジ回路3bとの組みを直列に接続している。ハーフブリッジ回路3a、3bは、2分圧のコンデンサ31、32と、制御部110の制御の下でスイッチング動作を行う直列に接続されたスイッチング素子33、34とを備える。そして、電力変換装置100eでは、上述した各組みのトランス4a、4bから出力される交流電力をダイオード整流器5a、5bで整流した後に合成し、例えば図5に示すようなリアクトル61をなくしてコンデンサ62のみとしたフィルタ6aを介して出力端子111、112より出力する。ここで、昇圧チョッパ2a、2bにかかる昇圧リアクトル13は、各組みで共通化されるため、1つとなる。なお、第6の実施形態では2組みを直列に接続する構成を例示したが、2組み以上の直列構成であってもよいことは言うまでもないことである。
図7は、第7の実施形態にかかる電力変換装置100fの回路構成を示す図である。図7に示すように、電力変換装置100fは、昇圧チョッパ2a、ハーフブリッジ回路3aと、昇圧チョッパ2b、ハーフブリッジ回路3bとの組みを並列に接続している。そして、電力変換装置100fでは、上述した各組みのトランス4a、4bから出力される交流電力をダイオード整流器5a、5bで整流した後に合成し、フィルタ6aを介して出力端子111、112より出力する。なお、第7の実施形態では2組みを並列に接続する構成を例示したが、2組み以上の並列構成であってもよいことは言うまでもないことである。また、第6の実施形態で例示した直列構成と組み合わせて、n直列×m並列の構成としてもよい。
図8は、第8の実施形態にかかる電力変換装置100gの回路構成を示す図である。図8に示すように、電力変換装置100gは、ハーフブリッジ回路3a、3bから出力される交流電力をセンタータップ付トランス4c、4dで変換する。そして、センタータップ付トランス4c、4dで変換された交流電力はダイオード整流器5cで整流される。ダイオード整流器5cは、ダイオード59によりカレントダブラー方式で整流する整流回路である。
図12は、第9の実施形態にかかる電力変換装置100hの回路構成を例示する図である。図12に示すように、電力変換装置100hは、パンタグラフ101からLCLフィルタ10に至る入力側に、ダイオード103、入力スイッチ104、充電抵抗105、充電抵抗短絡用スイッチ106を備えている。ここで、入力スイッチ104、充電抵抗短絡用スイッチ106は、電力変換装置100hにおける電力変換を開始する際に、制御部110の制御の下で投入されるスイッチである。
Claims (13)
- 架線より供給される直流電力を所定の電圧値に昇圧する昇圧チョッパと、
前記昇圧チョッパから出力される直流電力を、商用周波数よりも周波数の高い交流電力に変換するハーフブリッジ回路と、
前記ハーフブリッジ回路から出力される商用周波数よりも周波数の高い前記交流電力を、一次コイル及び二次コイルの巻数比に対応した昇圧比で変換して出力するトランスと、
前記トランスから出力される交流電力を整流して出力端子より出力する出力部と、
を備える電力変換装置。 - 前記昇圧チョッパ及び前記ハーフブリッジ回路の少なくとも一方で用いられる素子にSiC(炭化珪素)を用いる、
請求項1に記載の電力変換装置。 - リアクトルとコンデンサとを用いたLCフィルタを備え、
前記架線より供給される直流電力は前記LCフィルタを介して前記昇圧チョッパに入力される、
請求項1又は2に記載の電力変換装置。 - 前記昇圧チョッパは、当該昇圧チョッパのチョッピングに同期してスイッチングされるスイッチング素子により入力側へ電流が逆流することを阻止する、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記出力部は、前記交流電力の周波数に同期してスイッチングされるスイッチング素子により前記交流電力を整流する、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 2つのスイッチング素子が直列に接続されたレグを3組み有する素子モジュールを備え、
前記昇圧チョッパは、前記素子モジュールの1レグを使用し、
前記ハーフブリッジ回路は、前記素子モジュールで並列に接続された2つのレグを使用する構成である、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記ハーフブリッジ回路は、2分圧するコンデンサと、前記交流電力に変換するためのスイッチング素子とを備え、当該スイッチング素子を、前記コンデンサと、前記トランスの漏れインダクタンスとの共振周波数に合わせて駆動させる、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記ハーフブリッジ回路のスイッチング素子を駆動させるスイッチング周波数は、前記共振周波数よりも高い周波数である、
請求項7に記載の電力変換装置。 - 前記昇圧チョッパと、前記ハーフブリッジ回路との組みを複数直列に接続し、
前記出力部は、各組みのトランスから出力される交流電力を整流して合成した後に出力する、
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記昇圧チョッパと、前記ハーフブリッジ回路との組みを複数並列に接続し、
前記出力部は、各組みのトランスから出力される交流電力を整流して合成した後に出力する、
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 直列又は並列に接続された複数の前記昇圧チョッパをインターリーブ動作させる、
請求項9又は10に記載の電力変換装置。 - 前記出力部は、前記交流電力をカレントダブラー方式の整流回路で整流する、
請求項1乃至11のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記架線より供給される直流電力を前記昇圧チョッパへ入力させるスイッチを備え、
前記スイッチは、電力変換を開始する際に、前記ハーフブリッジ回路を動作させた後に投入される、
請求項1乃至12のいずれか一項に記載の電力変換装置。
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