JP6365877B2 - 直流−直流変換装置 - Google Patents
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Description
図4において、Ci4は直流入力電圧Ei4が印加されるコンデンサであり、その両端には、IGBT等の半導体スイッチング素子Q4とダイオードD4とが逆方向に直列接続されている。ダイオードD4の両端には、直流リアクトルL4とコンデンサCo4とが直列に接続され、コンデンサCo4の両端から直流出力電圧Eo4が得られるようになっている。
この従来技術では、スイッチング素子Q4をオン・オフするデューティ比を調整することにより、Ei4>Eo4の範囲で出力電圧Eo4を任意の大きさに制御することができる。
図5において、入力電圧Ei5が印加される分圧用コンデンサCi5a,Ci5bの直列回路には、スイッチング素子Q5a,ダイオードD5a,D5b,スイッチング素子Q5bからなる直列回路が並列に接続されている。また、ダイオードD5a,D5bの直列回路の両端には、直流リアクトルL5とコンデンサCo5とが直列に接続され、コンデンサCo5の両端から直流出力電圧Eo5が得られるようになっている。
このような特徴から、図5の回路によれば、図4と同じ定格電圧の素子を用いた場合に図4の2倍の入力電圧に対応させることができる。すなわち、Ei5=2Ei4である電力変換装置に適用することができる。
1700[V]定格の汎用IGBTは、3300[V]定格のIGBTに比べて損失が非常に少ないため、図5に示す回路構成によれば、損失の低減やスイッチング周波数の高周波化が可能となり、直流リアクトルL5ひいては装置全体の小型化、低コスト化に寄与することとなる。
容量値が等しいn(nは3以上の整数)個の分圧コンデンサが直列に接続されたコンデンサ直列回路と、
前記コンデンサ直列回路に並列に接続され、かつ、n個の前記スイッチング素子により構成されたスイッチング素子直列回路と前記コンデンサ直列回路の両端電圧より大きい耐圧を有する耐圧回路とを直列接続してなる回路と、
前記スイッチング素子直列回路と前記耐圧回路との接続点と前記コンデンサ直列回路の一端との間に接続され、かつ、直流リアクトルと入出力用コンデンサとを直列接続してなる回路と、
2個の前記分圧コンデンサ同士の接続点とこれらの分圧コンデンサと同じ段にある2個の前記スイッチング素子同士の接続点との間にそれぞれ接続された複数のダイオードからなるダイオード群と、
を備え、
前記スイッチング素子直列回路内の少なくとも1個のスイッチング素子と、当該スイッチング素子と前記耐圧回路との間に他のスイッチング素子がある場合には当該他のスイッチング素子と、をオンしてから、前記スイッチング素子直列回路を構成する全てのスイッチング素子をオフ状態にすることにより、
前記コンデンサ直列回路の両端電圧を降圧して前記入出力用コンデンサに供給するものである。
容量値が等しいn(nは3以上の整数)個の分圧コンデンサが直列に接続されたコンデンサ直列回路と、
前記コンデンサ直列回路に並列に接続され、かつ、n個の前記スイッチング素子により構成されたスイッチング素子直列回路と前記コンデンサ直列回路の両端電圧より大きい耐圧を有する耐圧回路とを直列接続してなる回路と、
前記スイッチング素子直列回路と前記耐圧回路との接続点と前記コンデンサ直列回路の一端との間に接続され、かつ、直流リアクトルと入出力用コンデンサとを直列接続してなる回路と、
2個の前記分圧コンデンサ同士の接続点とこれらの分圧コンデンサと同じ段にある2個の前記スイッチング素子同士の接続点との間にそれぞれ接続された複数のダイオードからなるダイオード群と、
を備え、
前記スイッチング素子直列回路を構成する全てのスイッチング素子をオンしてから、前記スイッチング素子直列回路内の少なくとも1個のスイッチング素子と、当該スイッチング素子と前記入出力用コンデンサの負極との間に他のスイッチング素子がある場合には当該他のスイッチング素子と、をオフすることにより、
前記入出力用コンデンサの両端電圧を昇圧して前記コンデンサ直列回路に供給するものである。
前記耐圧回路を、前記スイッチング素子直列回路に対して逆方向に接続された複数のダイオードの直列回路によって構成したものである。
特に、本発明では、例えばチョッパの入力フィルタ回路を構成する直流リアクトル及びコンデンサをそのまま流用可能であるから、装置の小型軽量化、低コスト化に寄与するところが大きい。
図1は、本発明の第1実施形態を示す回路構成図であり、本発明を降圧型直流−直流変換装置(降圧チョッパ)に適用した場合のものである。
これらのダイオードD1e,D1f,D1g,D1h,D1i,D1jは、ダイオード群41を構成している。
なお、Ech1は、ダイオード直列回路31の両端電圧、IL1は直流リアクトルL1を流れる電流である。
ここで、コンデンサ直列回路11を構成するコンデンサCi1a,Ci1b,Ci1c,Ci1dの容量値を全て等しくすると、入力電圧Ei1は、これらのコンデンサCi1a,Ci1b,Ci1c,Ci1dによって均等に分圧されるので、各コンデンサCi1a,Ci1b,Ci1c,Ci1dの電圧はEi1/4となる。
降圧出力モード1〜4において所定数のスイッチング素子をオンさせる動作、及び、零電圧モード0において全てのスイッチング素子をオフさせる動作(全ゲートオフ動作)は、図示されていない制御回路によって容易に実現可能である。
なお、図2では、降圧出力モード1〜4が零電圧モード0を挟んで時系列的に順次、選択されるようになっているが、降圧出力モード1〜4は所望の出力電圧に応じて任意に選択されるものである。
従って、仮に入力電圧Ei1が3000[V]であった場合、スイッチング素子1個当たりの印加電圧は750[V]となり、入力電圧Ei1の変動を考慮したとしても、定格電圧が1700[V]の汎用IGBTを使用することが可能になる。入力電圧Ei1が更に高くなった場合には、直流入力部の分圧用コンデンサの直列接続数と、これに対応するスイッチング素子の直列接続数とを、更に増加させれば良い。
また、分圧用コンデンサ同士の接続点とスイッチング素子同士の接続点との間に接続されたダイオード群41についても、同様に所定の耐圧を持たせるために、各段でダイオードの直列接続数がそれぞれ異なっている。
なお、D3a,D3b,D3c,D3dはダイオード直列回路32を構成するダイオード、Q3a,Q3b,Q3c,Q3dはスイッチング素子直列回路22を構成するスイッチング素子であり、これらの直列回路32,22は逆方向に直列接続されている。
これらのダイオードD3e,D3f,D3g,D3h,D3i,D3jは、ダイオード群42を構成している。
また、Ei3<Eo3という条件のもとで、出力電圧値に応じて任意のモードを選択することが可能である。
D1a〜D1j,D3a〜D3j:ダイオード
Q1a〜Q1d,Q3a〜Q3d:半導体スイッチング素子
L1,L3:直流リアクトル
11,12:コンデンサ直列回路
21,22:スイッチング素子直列回路(耐圧回路)
31,32:ダイオード直列回路
41,42:ダイオード群
Claims (3)
- 半導体スイッチング素子のオン・オフにより、直流入力電圧を所定の大きさの直流電圧に変換する直流−直流変換装置において、
容量値が等しいn(nは3以上の整数)個の分圧コンデンサが直列に接続されたコンデンサ直列回路と、
前記コンデンサ直列回路に並列に接続され、かつ、n個の前記スイッチング素子により構成されたスイッチング素子直列回路と前記コンデンサ直列回路の両端電圧より大きい耐圧を有する耐圧回路とを直列接続してなる回路と、
前記スイッチング素子直列回路と前記耐圧回路との接続点と前記コンデンサ直列回路の一端との間に接続され、かつ、直流リアクトルと入出力用コンデンサとを直列接続してなる回路と、
2個の前記分圧コンデンサ同士の接続点とこれらの分圧コンデンサと同じ段にある2個の前記スイッチング素子同士の接続点との間にそれぞれ接続された複数のダイオードからなるダイオード群と、
を備え、
前記スイッチング素子直列回路内の少なくとも1個のスイッチング素子と、当該スイッチング素子と前記耐圧回路との間に他のスイッチング素子がある場合には当該他のスイッチング素子と、をオンしてから、前記スイッチング素子直列回路を構成する全てのスイッチング素子をオフ状態にすることにより、
前記コンデンサ直列回路の両端電圧を降圧して前記入出力用コンデンサに供給することを特徴とする直流−直流変換装置。 - 半導体スイッチング素子のオン・オフにより、直流入力電圧を所定の大きさの直流電圧に変換する直流−直流変換装置において、
容量値が等しいn(nは3以上の整数)個の分圧コンデンサが直列に接続されたコンデンサ直列回路と、
前記コンデンサ直列回路に並列に接続され、かつ、n個の前記スイッチング素子により構成されたスイッチング素子直列回路と前記コンデンサ直列回路の両端電圧より大きい耐圧を有する耐圧回路とを直列接続してなる回路と、
前記スイッチング素子直列回路と前記耐圧回路との接続点と前記コンデンサ直列回路の一端との間に接続され、かつ、直流リアクトルと入出力用コンデンサとを直列接続してなる回路と、
2個の前記分圧コンデンサ同士の接続点とこれらの分圧コンデンサと同じ段にある2個の前記スイッチング素子同士の接続点との間にそれぞれ接続された複数のダイオードからなるダイオード群と、
を備え、
前記スイッチング素子直列回路を構成する全てのスイッチング素子をオンしてから、前記スイッチング素子直列回路内の少なくとも1個のスイッチング素子と、当該スイッチング素子と前記入出力用コンデンサの負極との間に他のスイッチング素子がある場合には当該他のスイッチング素子と、をオフすることにより、
前記入出力用コンデンサの両端電圧を昇圧して前記コンデンサ直列回路に供給することを特徴とする直流−直流変換装置。 - 請求項1または2に記載した直流−直流変換装置において、
前記耐圧回路を、前記スイッチング素子直列回路に対して逆方向に接続された複数のダイオードの直列回路によって構成したことを特徴とする直流−直流変換装置。
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