JPH0795762A - スナバエネルギー回生方式 - Google Patents
スナバエネルギー回生方式Info
- Publication number
- JPH0795762A JPH0795762A JP5236823A JP23682393A JPH0795762A JP H0795762 A JPH0795762 A JP H0795762A JP 5236823 A JP5236823 A JP 5236823A JP 23682393 A JP23682393 A JP 23682393A JP H0795762 A JPH0795762 A JP H0795762A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- snubber
- energy
- voltage
- circuit
- regeneration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 少ない部品点数に加えて、スナバコンデンサ
の電圧変化を補助スイッチのゲート制御に利用すること
により、回生およびソフトスイッチングを行わせるため
の制御回路や電圧・電流検出回路が不要となり、きわめ
て簡単な回路構成となるスナバエネルギー回生方式を提
供すること。 【構成】 電力用半導体スイッチング素子の両端にスナ
バコンデンサを設け、このスナバコンデンサのエネルギ
ーを回生する回生用補助スイッチ素子と回生用リアクト
ルを設け、スナバコンデンサの電圧変化によって自動的
に回生用補助スイッチ素子をオン・オフさせ、スナバコ
ンデンサに蓄えられたエネルギーを電源または負荷に回
生するように回路構成したことを特徴とするスナバエネ
ルギー回生方式。
の電圧変化を補助スイッチのゲート制御に利用すること
により、回生およびソフトスイッチングを行わせるため
の制御回路や電圧・電流検出回路が不要となり、きわめ
て簡単な回路構成となるスナバエネルギー回生方式を提
供すること。 【構成】 電力用半導体スイッチング素子の両端にスナ
バコンデンサを設け、このスナバコンデンサのエネルギ
ーを回生する回生用補助スイッチ素子と回生用リアクト
ルを設け、スナバコンデンサの電圧変化によって自動的
に回生用補助スイッチ素子をオン・オフさせ、スナバコ
ンデンサに蓄えられたエネルギーを電源または負荷に回
生するように回路構成したことを特徴とするスナバエネ
ルギー回生方式。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】半導体電力変換装置(ＡＣ-ＤＣ,
ＤＣ-ＤＣコンバータやＤＣ-ＡＣインバータなど)の高
効率化を図るもので、スナバコンデンサを利用したスナ
バエネルギー回生方式に関するものである。
ＤＣ-ＤＣコンバータやＤＣ-ＡＣインバータなど)の高
効率化を図るもので、スナバコンデンサを利用したスナ
バエネルギー回生方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
半導体電力変換器の小型化・軽量化、波形改善の面より
スイッチングの高周波化が計られているが、これに伴う
スイッチング損失やスナバ損失の増加および電磁障害の
発生などが問題となっている。この技術的課題に対し
て、いわゆる“ソフトスイッチング方式"が種々提案さ
れている。
半導体電力変換器の小型化・軽量化、波形改善の面より
スイッチングの高周波化が計られているが、これに伴う
スイッチング損失やスナバ損失の増加および電磁障害の
発生などが問題となっている。この技術的課題に対し
て、いわゆる“ソフトスイッチング方式"が種々提案さ
れている。
【０００３】これには大別して、(1)スナバ回路とスナ
バエネルギー回生回路を用いる、(2)共振形変換器を用
いる、の２方式がある。
バエネルギー回生回路を用いる、(2)共振形変換器を用
いる、の２方式がある。
【０００４】(1)のスナバエネルギー回生方式は種々開
発されているが、ある特定の変換回路のみに適用可能で
汎用性の無いものや、回路構成が複雑となる例も多い。
また、(2)については最近盛んに提案されているが、(a)
回路構成や転流動作が複雑、(b)素子の電流・電圧定格
が大きくなる、(c)従来のＰＷＭ制御が使えないなど、
効率や制御上に問題点を残している。
発されているが、ある特定の変換回路のみに適用可能で
汎用性の無いものや、回路構成が複雑となる例も多い。
また、(2)については最近盛んに提案されているが、(a)
回路構成や転流動作が複雑、(b)素子の電流・電圧定格
が大きくなる、(c)従来のＰＷＭ制御が使えないなど、
効率や制御上に問題点を残している。
【０００５】本発明は、上記(1)に属するもので、スナ
バコンデンサに蓄えられるエネルギーを簡単かつ有効に
回生できる回路に関するものであり、これによってソフ
トスイッチングとＰＷＭ制御が可能となる。
バコンデンサに蓄えられるエネルギーを簡単かつ有効に
回生できる回路に関するものであり、これによってソフ
トスイッチングとＰＷＭ制御が可能となる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】添付図面を参照して本発
明の要旨を説明する。
明の要旨を説明する。
【０００７】電力用半導体スイッチング素子の両端にス
ナバコンデンサを設け、このスナバコンデンサのエネル
ギーを回生する回生用補助スイッチ素子と回生用リアク
トルを設け、スナバコンデンサの電圧変化によって自動
的に回生用補助スイッチ素子をオン・オフさせ、スナバ
コンデンサに蓄えられたエネルギーを電源または負荷に
回生するように回路構成したことを特徴とするスナバエ
ネルギー回生方式に係るものである。
ナバコンデンサを設け、このスナバコンデンサのエネル
ギーを回生する回生用補助スイッチ素子と回生用リアク
トルを設け、スナバコンデンサの電圧変化によって自動
的に回生用補助スイッチ素子をオン・オフさせ、スナバ
コンデンサに蓄えられたエネルギーを電源または負荷に
回生するように回路構成したことを特徴とするスナバエ
ネルギー回生方式に係るものである。
【０００８】
【作用】図１に本発明を昇圧形ＤＣ／ＤＣコンバータに
適用した実施例を示す。本実施例を用いて動作を説明す
ると、主スイッチＳがオフ状態ではダイオードＤがオン
し、スナバコンデンサＣsは図の極性でes＝Ｅco(電源電
圧Ｅよりやや高い値)に充電されている。
適用した実施例を示す。本実施例を用いて動作を説明す
ると、主スイッチＳがオフ状態ではダイオードＤがオン
し、スナバコンデンサＣsは図の極性でes＝Ｅco(電源電
圧Ｅよりやや高い値)に充電されている。
【０００９】(1)ＳをオンさせるとＥcoが補助スイッチ
Ｔs(ＭＯＳＦＥＴ)のゲート・ソース間に加わり、これ
をオンさせる。
Ｔs(ＭＯＳＦＥＴ)のゲート・ソース間に加わり、これ
をオンさせる。
【００１０】(2)Ｃsの電荷はＣs→Ｓ→Ｌs→Ｔsの経路
で共振的に放電する。主スイッチＳの電流は、アノード
リアクトルlおよび回生用リアクトルＬsの存在により零
電流スイッチングが可能となる。
で共振的に放電する。主スイッチＳの電流は、アノード
リアクトルlおよび回生用リアクトルＬsの存在により零
電流スイッチングが可能となる。
【００１１】(3)Ｅco≒ＯとなればＴsは自然にオフし、
この時最大値をとるＬsの電流はＬs→Ｄs→Ｃの経路で
負荷側(波線のように結べば電源側)に回生される。
この時最大値をとるＬsの電流はＬs→Ｄs→Ｃの経路で
負荷側(波線のように結べば電源側)に回生される。
【００１２】(4)Ｓをオフさせる場合には、その瞬時に
はec＝Ｏであり、零電圧スイッチングとなる。
はec＝Ｏであり、零電圧スイッチングとなる。
【００１３】回生動作の理論波形を図２に示し、オシロ
スコープでの実測波形を模写したものを図３に示す。
スコープでの実測波形を模写したものを図３に示す。
【００１４】以上のような零電圧・電流スイッチングと
スナバエネルギーの回生を行うことによりスイッチング
損失を軽減し、装置の効率を上げることができる。な
お、補助スイッチ素子ＴsとしてはＭＯＳＦＥＴやＩＧ
ＢＴのような電圧駆動形素子を用いることが、回生の原
理上適している。
スナバエネルギーの回生を行うことによりスイッチング
損失を軽減し、装置の効率を上げることができる。な
お、補助スイッチ素子ＴsとしてはＭＯＳＦＥＴやＩＧ
ＢＴのような電圧駆動形素子を用いることが、回生の原
理上適している。
【００１５】また、補助スイッチＴsのゲート駆動には
スナバコンデンサ電圧が利用される。従って、ゲートに
定格電圧以上の電圧が加わらないように抵抗rとツェナ
ーダイオードＺＤ(図１)を接続するとともに、コンデン
サ電圧が０付近まで下がった時、補助スイッチＴsを急
速にターンオフさせるための回路上の工夫が必要であ
る。
スナバコンデンサ電圧が利用される。従って、ゲートに
定格電圧以上の電圧が加わらないように抵抗rとツェナ
ーダイオードＺＤ(図１)を接続するとともに、コンデン
サ電圧が０付近まで下がった時、補助スイッチＴsを急
速にターンオフさせるための回路上の工夫が必要であ
る。
【００１６】
【実施例】図１に昇圧形コンバータに適用した場合の第
１実施例を示す。この作動については作用の項において
説明したが、本実施例のエネルギー回生回路は、主要部
品として補助スイッチ素子、インダクターおよびダイオ
ードを各１個だけ用いたシンプルな構成としている。そ
して、スナバコンデンサ電圧の変化を巧みに利用し、主
スイッチＳのオンに従属して補助スイッチＴsが自動的
にオンとなり、コンデンサ電圧が零になれば補助スイッ
チＴsは自動的にオフし、スナバエネルギーが自然に負
荷(または電源)に回生される。したがって、回生用補助
スイッチのオン・オフを制御する特別な回路を必要とし
ない構成となる。
１実施例を示す。この作動については作用の項において
説明したが、本実施例のエネルギー回生回路は、主要部
品として補助スイッチ素子、インダクターおよびダイオ
ードを各１個だけ用いたシンプルな構成としている。そ
して、スナバコンデンサ電圧の変化を巧みに利用し、主
スイッチＳのオンに従属して補助スイッチＴsが自動的
にオンとなり、コンデンサ電圧が零になれば補助スイッ
チＴsは自動的にオフし、スナバエネルギーが自然に負
荷(または電源)に回生される。したがって、回生用補助
スイッチのオン・オフを制御する特別な回路を必要とし
ない構成となる。
【００１７】本発明は電圧源を持つほとんど全ての電力
変換回路に適用できる汎用性を持っている。以下に代表
的な応用例を示す。
変換回路に適用できる汎用性を持っている。以下に代表
的な応用例を示す。
【００１８】図４は一石フォワードコンバータへ適用し
た第二実施例であり、図のようにトランスＴの一次側に
接続されたスナバコンデンサのエネルギーを同様の原理
で電源に回生できる。主スイッチＳの両端にスナバコン
デンサを接続する場合も同様である。なお補助スイッチ
Ｔsのゲート回路は簡単のため、抵抗のみで表現してい
る(以下も同じ)。
た第二実施例であり、図のようにトランスＴの一次側に
接続されたスナバコンデンサのエネルギーを同様の原理
で電源に回生できる。主スイッチＳの両端にスナバコン
デンサを接続する場合も同様である。なお補助スイッチ
Ｔsのゲート回路は簡単のため、抵抗のみで表現してい
る(以下も同じ)。
【００１９】図５は、プッシュプルコンバータ(または
インバータ)へ適用した第三実施例であり、１個の補助
スイッチを２個の主スイッチで共用できる。
インバータ)へ適用した第三実施例であり、１個の補助
スイッチを２個の主スイッチで共用できる。
【００２０】図６はブリッジ形インバータへ適用した第
四実施例であり、その１アーム分を示す。このような回
路構成の場合は、上側のスイッチの回生用トランジスタ
にＰ形ＭＯＳＦＥＴを、下側にはＮ形ＭＯＳＦＥＴを用
いることで、上下完全に対称な回路とすることができ
る。
四実施例であり、その１アーム分を示す。このような回
路構成の場合は、上側のスイッチの回生用トランジスタ
にＰ形ＭＯＳＦＥＴを、下側にはＮ形ＭＯＳＦＥＴを用
いることで、上下完全に対称な回路とすることができ
る。
【００２１】
【発明の効果】本発明は、半導体電力回路に用いられる
スナバコンデンサのエネルギー回生方式に関するもので
あり、次のような利点を持っている。
スナバコンデンサのエネルギー回生方式に関するもので
あり、次のような利点を持っている。
【００２２】(1)少ない部品点数に加えて、スナバコン
デンサの電圧変化を補助スイッチのゲート制御に利用す
ることにより、回生およびソフトスイッチングを行わせ
るための制御回路や電圧・電流検出回路が不要となり、
きわめて簡単な回路構成となる。
デンサの電圧変化を補助スイッチのゲート制御に利用す
ることにより、回生およびソフトスイッチングを行わせ
るための制御回路や電圧・電流検出回路が不要となり、
きわめて簡単な回路構成となる。
【００２３】(2)電圧源を持つほとんど全ての電力変換
回路に適用できる、汎用性に富む回路方式である。
回路に適用できる、汎用性に富む回路方式である。
【００２４】(3)挿入するアノードリアクトルのインダ
クタンスは零電流スイッチングに最適な値を、またスナ
バコンデンサ容量は零電圧スイッチングや素子耐圧の面
より独自に最適値を選定できるなど回路設計得上の自由
度がある。
クタンスは零電流スイッチングに最適な値を、またスナ
バコンデンサ容量は零電圧スイッチングや素子耐圧の面
より独自に最適値を選定できるなど回路設計得上の自由
度がある。
【００２５】これらの特性を活かし、回生回路の最適設
計を行えば、半導体電力変換装置の高効率化が可能であ
り、簡単な回路構成であるため、経済面からも実用化が
期待できる。
計を行えば、半導体電力変換装置の高効率化が可能であ
り、簡単な回路構成であるため、経済面からも実用化が
期待できる。
【図１】本発明を昇圧形コンバータに適用した第一実施
例の概略構成図であり、動作原理の説明図として利用す
る。
例の概略構成図であり、動作原理の説明図として利用す
る。
【図２】本発明の動作波形の理論波形を示した説明図で
ある。
ある。
【図３】本発明の動作波形の実測波形を示したものでオ
シロスコープの波形を模写した説明図である。
シロスコープの波形を模写した説明図である。
【図４】本発明を一石フォワードコンバータへ適用した
第二実施例の概略構成図である。
第二実施例の概略構成図である。
【図５】本発明をプッシュプルコンバータ (またはイン
バータ) へ適用した第三実施例の概略構成図である。
バータ) へ適用した第三実施例の概略構成図である。
【図６】本発明をブリッジ形インバータへ適用した第四
実施例の概略構成図である。
実施例の概略構成図である。
Claims (1)
- 【請求項１】 電力用半導体スイッチング素子の両端に
スナバコンデンサを設け、このスナバコンデンサのエネ
ルギーを回生する回生用補助スイッチ素子と回生用リア
クトルを設け、スナバコンデンサの電圧変化によって自
動的に回生用補助スイッチ素子をオン・オフさせ、スナ
バコンデンサに蓄えられたエネルギーを電源または負荷
に回生するように回路構成したことを特徴とするスナバ
エネルギー回生方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5236823A JPH0795762A (ja) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | スナバエネルギー回生方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5236823A JPH0795762A (ja) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | スナバエネルギー回生方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0795762A true JPH0795762A (ja) | 1995-04-07 |
Family
ID=17006316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5236823A Pending JPH0795762A (ja) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | スナバエネルギー回生方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0795762A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007274778A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Yokohama National Univ | 双方向昇降圧チョッパ回路 |
| JP2014187861A (ja) * | 2013-03-21 | 2014-10-02 | Mitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. | コンバーター |
-
1993
- 1993-09-22 JP JP5236823A patent/JPH0795762A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007274778A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Yokohama National Univ | 双方向昇降圧チョッパ回路 |
| JP2014187861A (ja) * | 2013-03-21 | 2014-10-02 | Mitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. | コンバーター |
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