JP7199043B2 - 電力変換システム、及び仮想直流電圧生成回路 - Google Patents
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Description
本開示の別の一態様に係る電力変換システムは、第1回路と、第2回路と、を備え、前記第1回路の第1内側端子と前記第2回路の第2内側端子との間で電力の伝達を行う電力変換システムである。前記第1回路は、前記第1内側端子及び第1外側端子を有し、前記第1外側端子に交流電源又は交流負荷が電気的に接続される。前記第2回路は、少なくとも前記第2内側端子を有する。前記電力変換システムは、第3回路を更に備える。前記第3回路は、第3内側端子及び第3外側端子を有する。前記電力変換システムでは、前記第1内側端子と前記第2内側端子と前記第3内側端子とが同一の接続部に電気的に接続されている。前記第3回路は、スイッチング素子、及び前記スイッチング素子に電気的に接続されるトランスを有する。前記第3回路は、前記スイッチング素子及び前記トランスを介して前記トランスの二次巻線の両端間に出力電圧を出力するように構成されている。前記出力電圧の波形は、立ち上がり部と、立ち下がり部と、平坦部と、を含む。前記立ち上がり部では、前記出力電圧が第1電位から前記第1電位よりも高い第2電位に変化する。前記立ち下がり部では、前記出力電圧が前記第2電位から前記第1電位に変化する。前記平坦部では、前記出力電圧が前記第1電位又は前記第2電位に維持される。前記接続部は、平滑用のコンデンサを含まない。
本開示の別の一態様に係る電力変換システムは、第1回路と、第2回路と、を備え、前記第1回路の第1内側端子と前記第2回路の第2内側端子との間で電力の伝達を行う電力変換システムである。前記第1回路は、前記第1内側端子及び第1外側端子を有し、前記第1外側端子に交流電源又は交流負荷が電気的に接続される。前記第2回路は、少なくとも前記第2内側端子を有する。前記電力変換システムは、第3回路を更に備える。前記第3回路は、第3内側端子及び第3外側端子を有する。前記電力変換システムでは、前記第1内側端子と前記第2内側端子と前記第3内側端子とが同一の接続部に電気的に接続されている。前記第3回路は、スイッチング素子、及び前記スイッチング素子に電気的に接続されるトランスを有する。前記第3回路は、前記スイッチング素子及び前記トランスを介して前記トランスの二次巻線の両端間に出力電圧を出力するように構成されている。前記出力電圧の波形は、立ち上がり部と、立ち下がり部と、平坦部と、を含む。前記立ち上がり部では、前記出力電圧が第1電位から前記第1電位よりも高い第2電位に変化する。前記立ち下がり部では、前記出力電圧が前記第2電位から前記第1電位に変化する。前記平坦部では、前記出力電圧が前記第1電位又は前記第2電位に維持される。前記第1回路は、前記スイッチング素子としての第3スイッチング素子とは異なる第1スイッチング素子を有する。前記第2回路は、前記第1スイッチング素子及び前記第3スイッチング素子とは異なる第2スイッチング素子を有する。前記第1回路は、前記第1スイッチング素子のオン/オフを制御することによって矩形波状の第1出力電流を前記第1内側端子に出力するように構成されている。前記第2回路は、前記第2スイッチング素子のオン/オフを制御することによって矩形波状の第2出力電流を前記第2内側端子に出力するように構成されている。
(1)概要
以下、本実施形態に係る電力変換システム10の概要について、図1を参照して説明する。
次に、本実施形態に係る電力変換システム10の構成について、図1を参照して説明する。
第1回路1は、例えば、DC/ACコンバータである。具体的には、第1回路1は、後述する端子P1,N1間の直流電圧を矩形波状の交流電圧に変換する三相インバータ回路である。第1回路1は、図1に示すように、ブリッジ接続された6つの第1スイッチング素子Q11~Q16を備えている。また、第1回路1は、2つの第1内側端子111,112と、3つの第1外側端子113~115と、を更に備えている。
第2回路2は、例えば、DC/DCコンバータである。具体的には、第2回路2は、太陽電池70から入力される直流電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路である。第2回路2は、図1に示すように、コンデンサC2と、インダクタL1と、2つの第2スイッチング素子Q21,Q22と、を備えている。また、第2回路2は、2つの第2内側端子211,212と、2つの第2外側端子213,214と、を更に備えている。
第3回路(仮想直流電圧生成回路)3は、例えば、DC/DCコンバータである。第3回路3は、図1に示すように、コンデンサC1と、トランス33と、4つの第3スイッチング素子Q31~Q34と、を備えている。また、第3回路3は、2つの第3内側端子341,342と、2つの第3外側端子343,344と、を更に備えている。
フィルタ回路4は、第1回路1から出力された矩形波状の交流電圧を平滑化する。これにより、第1回路1から出力された矩形波状の交流電圧は、パルス幅に応じた振幅を持つ正弦波状の交流電圧に変換される。
スナバ回路5は、端子P1,N1に電気的に接続されている。つまり、スナバ回路5は、第3回路3のトランス33に電気的に接続されている。
制御回路6は、例えば、プロセッサ及びメモリを有するマイクロコンピュータで構成されている。つまり、制御回路6は、プロセッサ及びメモリを有するコンピュータシステムで実現されている。そして、プロセッサが適宜のプログラムを実行することにより、コンピュータシステムが制御回路6として機能する。プログラムは、メモリに予め記録されていてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通じて、又はメモリカード等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。
接続部7には、図1に示すように、第1内側端子111,112を介して第1回路1が電気的に接続されている。さらに、接続部7には、第2内側端子211,212を介して第2回路2が電気的に接続されている。さらに、接続部7には、第3内側端子341,342を介して第3回路3が電気的に接続されている。言い換えると、第1回路1の第1内側端子111,112と第2回路2の第2内側端子211,212と第3回路3の第3内側端子341,342とが同一の接続部7に電気的に接続されている。つまり、本実施形態に係る電力変換システム10では、第1回路1と第2回路2と第3回路3とが直流側で電気的に接続されている。
(3.1)電力変換システムの動作
次に、本実施形態に係る電力変換システム10の動作について、図2~図4を参照して説明する。
次に、本実施形態に係る電力変換システム10のシミュレーション結果について、図5A~図8Cを参照して説明する。
実施形態1は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。実施形態1は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下、実施形態1の変形例を列挙する。
実施形態1では、第3回路3がセンタータップ方式のコンバータ回路であるが、第3回路3は、図9A及び図9Bに示すように、一次側回路31の代わりに、一次側回路31A又は一次側回路31Bを有していてもよい。さらに、第3回路3は、図10に示すように、二次側回路32の代わりに、二次側回路32Aを有していてもよい。つまり、第3回路3は、一次側回路31,31A,31Bのいずれかと、二次側回路32,32Aのいずれかと、を有していればよい。言い換えると、第3回路3は、一次側回路31,31A,31Bのいずれかと、二次側回路32,32Aのいずれかと、を組み合わせることができる。以下、変形例1に係る電力変換システム10について、図9A、図9B及び図10を参照して説明する。なお、変形例1に係る電力変換システム10は、第3回路3以外の構成については実施形態1に係る電力変換システム10と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
電力変換システム10は、スナバ回路5の代わりに、スナバ回路5A~5Dのいずれかを備えていてもよい。以下、変形例2に係る電力変換システム10について、図11A~図11Dを参照して説明する。なお、変形例2に係る電力変換システム10は、スナバ回路5A~5D以外の構成については実施形態1に係る電力変換システム10と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
以下、実施形態1のその他の変形例を列挙する。
実施形態1に係る電力変換システム10では、1つの第1回路1及び1つの第2回路2に対して1つの第3回路3が接続されているが、例えば、図12及び図13に示すように、2つの第1回路1A,1B及び2つの第2回路2A,2Bに対して1つの第3回路3が接続されてもよい。以下、実施形態2に係る電力変換システム10Aについて、図12及び図13を参照して説明する。なお、実施形態2に係る電力変換システム10Aの第1回路1A,1B、第2回路2A,2B及び第3回路3の各々については、実施形態1に係る電力変換システム10の第1回路1、第2回路2及び第3回路3の各々と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。また、図12及び図13では、図示を簡略化するために、スナバ回路5及び制御回路6の図示を省略している。
以上説明したように、第1の態様に係る電力変換システム(10;10A)は、第1回路(1)と、第2回路(2)と、を備え、第1回路(1)の第1内側端子(111,112)と第2回路(2)の第2内側端子(211,212)との間で直流電力の伝達を行う。第1回路(1)は、第1内側端子(111,112)及び第1外側端子(113~115)を有し、第1外側端子(113~115)に交流電源又は交流負荷が電気的に接続される。第2回路(2)は、少なくとも第2内側端子(211,212)を有する。電力変換システム(10;10A)は、第3回路(3)を更に備える。第3回路(3)は、第3内側端子(341,342)及び第3外側端子(343,344)を有する。電力変換システム(10;10A)では、第1内側端子(111,112)と第2内側端子(211,212)と第3内側端子(341,342)とが同一の接続部(7)に電気的に接続されている。第3回路(3)は、スイッチング素子(Q31~Q34)、及びスイッチング素子(Q31~Q34)に電気的に接続されるトランス(33)を有する。第3回路(3)は、スイッチング素子(Q31~Q34)及びトランス(33)を介してトランス(33)の二次巻線(332)の両端間に出力電圧(VT)を出力する。二次巻線(332)は第3内側端子(341,342)に電気的に接続されている。出力電圧(VT)の波形(W1)は、立ち上がり部(W11)と、立ち下がり部(W13)と、平坦部(W12)と、を含む。立ち上がり部(W11)では、出力電圧(VT)が第1電位(VT1)から第1電位(VT1)よりも高い第2電位(VT2)に変化する。立ち下がり部(W13)では、出力電圧(VT)が第2電位(VT2)から第1電位(VT1)に変化する。平坦部(W12)では、出力電圧(VT)が第1電位(VT1)又は第2電位(VT2)に維持される。
111,112 第1内側端子
113~115 第1外側端子
Q11~Q16 第1スイッチング素子
2 第2回路
211,212 第2内側端子
213,214 第2外側端子
Q21,Q22 第2スイッチング素子
3 第3回路(直流電圧生成回路)
33 トランス
341,342 第3内側端子
343,344 第3外側端子
Q31~Q34 第3スイッチング素子(スイッチング素子)
5,5A,5B,5C,5D スナバ回路
6 制御回路
7 接続部
10,10A 電力変換システム
I1 第1出力電流
I2 第2出力電流
T1 第1期間
Td1 反転期間
VT 出力電圧
VT1 第1電位
VT2 第2電位
W1 出力電圧の波形
W11 立ち上がり部
W12 平坦部
W13 立ち下がり部
Claims (13)
- 第1内側端子及び第1外側端子を有し、前記第1外側端子に交流電源又は交流負荷が電気的に接続される第1回路と、
少なくとも第2内側端子を有する第2回路と、を備え、
前記第1回路の前記第1内側端子と前記第2回路の前記第2内側端子との間で電力の伝達を行う電力変換システムであって、
第3内側端子及び2つの第3外側端子を有する第3回路を更に備え、
前記第1内側端子と前記第2内側端子と前記第3内側端子とが同一の接続部に電気的に接続されており、
前記第3回路は、スイッチング素子、及び前記スイッチング素子に電気的に接続されるトランスを有し、前記スイッチング素子及び前記トランスを介して前記トランスの二次巻線の両端間に出力電圧を出力するように構成されており、
前記2つの第3外側端子の少なくとも一方と、前記トランスの一次巻線の両端の少なくとも一方との間には、コイル及びコンデンサ以外の素子であって前記スイッチング素子としての一次側スイッチング素子を含む少なくとも1つの素子が電気的に直列に接続されており、
前記接続部と、前記トランスの二次巻線の両端の少なくとも一方との間には、コイル及びコンデンサ以外の素子であって前記スイッチング素子としての二次側スイッチング素子を含む少なくとも1つの素子が電気的に直列に接続されており、
前記出力電圧の波形は、
前記出力電圧が第1電位から前記第1電位よりも高い第2電位に変化する立ち上がり部と、
前記出力電圧が前記第2電位から前記第1電位に変化する立ち下がり部と、
前記出力電圧が前記第1電位又は前記第2電位に維持される平坦部と、を含む、
電力変換システム。 - 第1内側端子及び第1外側端子を有し、前記第1外側端子に交流電源又は交流負荷が電気的に接続される第1回路と、
少なくとも第2内側端子を有する第2回路と、を備え、
前記第1回路の前記第1内側端子と前記第2回路の前記第2内側端子との間で電力の伝達を行う電力変換システムであって、
第3内側端子及び第3外側端子を有する第3回路を更に備え、
前記第1内側端子と前記第2内側端子と前記第3内側端子とが同一の接続部に電気的に接続されており、
前記第3回路は、スイッチング素子、及び前記スイッチング素子に電気的に接続されるトランスを有し、前記スイッチング素子及び前記トランスを介して前記トランスの二次巻線の両端間に出力電圧を出力するように構成されており、
前記出力電圧の波形は、
前記出力電圧が第1電位から前記第1電位よりも高い第2電位に変化する立ち上がり部と、
前記出力電圧が前記第2電位から前記第1電位に変化する立ち下がり部と、
前記出力電圧が前記第1電位又は前記第2電位に維持される平坦部と、を含み、
前記接続部は、平滑用のコンデンサを含まない、
電力変換システム。 - 第1内側端子及び第1外側端子を有し、前記第1外側端子に交流電源又は交流負荷が電気的に接続される第1回路と、
少なくとも第2内側端子を有する第2回路と、を備え、
前記第1回路の前記第1内側端子と前記第2回路の前記第2内側端子との間で電力の伝達を行う電力変換システムであって、
第3内側端子及び第3外側端子を有する第3回路を更に備え、
前記第1内側端子と前記第2内側端子と前記第3内側端子とが同一の接続部に電気的に接続されており、
前記第3回路は、スイッチング素子、及び前記スイッチング素子に電気的に接続されるトランスを有し、前記スイッチング素子及び前記トランスを介して前記トランスの二次巻線の両端間に出力電圧を出力するように構成されており、
前記出力電圧の波形は、
前記出力電圧が第1電位から前記第1電位よりも高い第2電位に変化する立ち上がり部と、
前記出力電圧が前記第2電位から前記第1電位に変化する立ち下がり部と、
前記出力電圧が前記第1電位又は前記第2電位に維持される平坦部と、を含み、
前記第1回路は、前記スイッチング素子としての第3スイッチング素子とは異なる第1スイッチング素子を有し、
前記第2回路は、前記第1スイッチング素子及び前記第3スイッチング素子とは異なる第2スイッチング素子を有し、
前記第1回路は、前記第1スイッチング素子のオン/オフを制御することによって矩形波状の第1出力電流を前記第1内側端子に出力するように構成され、
前記第2回路は、前記第2スイッチング素子のオン/オフを制御することによって矩形波状の第2出力電流を前記第2内側端子に出力するように構成されている、
電力変換システム。 - 前記接続部は、平滑用のコンデンサを含まない、
請求項1又は3に記載の電力変換システム。 - 前記第1回路は、前記スイッチング素子としての第3スイッチング素子とは異なる第1スイッチング素子を有し、
前記第2回路は、前記第1スイッチング素子及び前記第3スイッチング素子とは異なる第2スイッチング素子を有し、
前記第1回路は、前記第1スイッチング素子のオン/オフを制御することによって矩形波状の第1出力電流を前記第1内側端子に出力するように構成され、
前記第2回路は、前記第2スイッチング素子のオン/オフを制御することによって矩形波状の第2出力電流を前記第2内側端子に出力するように構成されている、
請求項1又は2に記載の電力変換システム。 - 前記第1スイッチング素子をオン/オフするための第1駆動信号、前記第2スイッチング素子をオン/オフするための第2駆動信号、及び前記第3スイッチング素子をオン/オフするための第3駆動信号が同期している、
請求項3又は5に記載の電力変換システム。 - 前記第1スイッチング素子のオンタイミング及びオフタイミングの一方と、前記第2スイッチング素子のオンタイミング及びオフタイミングの一方と、が同期している、
請求項6に記載の電力変換システム。 - 前記第1回路及び前記第2回路の各々は、前記トランスの一次巻線に印加される電圧の極性が反転する反転期間を含む第1期間に、前記第3回路との間で電力の伝達を行わないように構成されている、
請求項3、5~7のいずれか1項に記載の電力変換システム。 - 前記第1期間の始点から前記反転期間の始点までの期間の長さである第1時間長は、前記反転期間の終点から前記第1期間の終点までの期間の長さである第2時間長以上である、
請求項8に記載の電力変換システム。 - 前記第1回路と前記第2回路との一方において異常を検知した場合に、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子の少なくとも一方をオフしてから所定時間が経過した後に前記第3スイッチング素子をオフする制御回路を更に備える、
請求項3、5~9のいずれか1項に記載の電力変換システム。 - 前記接続部に電気的に接続されるスナバ回路を更に備える、
請求項1~10のいずれか1項に記載の電力変換システム。 - 前記第1回路及び前記第2回路の各々を複数備え、
前記複数の第1回路の各々の前記第1内側端子と前記複数の第2回路の各々の前記第2内側端子と前記第3回路の前記第3内側端子とが前記接続部に電気的に接続されている、
請求項1~11のいずれか1項に記載の電力変換システム。 - 請求項1~12のいずれか1項に記載の電力変換システムに前記第3回路として用いられる、
仮想直流電圧生成回路。
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