JP2003134841A - 高周波絶縁トランスによる双方向ｄｃ−ａｃ変換装置 - Google Patents
高周波絶縁トランスによる双方向ｄｃ−ａｃ変換装置Info
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- JP2003134841A JP2003134841A JP2001361762A JP2001361762A JP2003134841A JP 2003134841 A JP2003134841 A JP 2003134841A JP 2001361762 A JP2001361762 A JP 2001361762A JP 2001361762 A JP2001361762 A JP 2001361762A JP 2003134841 A JP2003134841 A JP 2003134841A
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Abstract
(57)【要約】
［課題］ ＡＣ−ＤＣ変換装置の変換回路を、簡素化し
て使用部品を少なくし、従来装置よりも小型化、軽量化
して低コスト化すると共に、双方向ＤＣ−ＡＣ変換装置
としての総合性能の高効率化を実現させ、太陽光発電や
燃料電池発電のＤＣ−ＡＣインバータのみならず、各種
のインバータや、アンプ回路、各種のコンバータの主回
路等として広範囲に応用する事ができるものとする。 ［解決手段］ 高周波絶縁トランスＴ１の一次側回路１
は、入力チョークＬ１と複数の一次側スイッチＱ１、Ｑ
２により、チョークインプット型の電圧共振型に構成
し、二次側回路２は、複数のスイッチＳ１、Ｓ２による
双方向スイッチ３と、共振コンデンサＣ１と、出力チョ
ークＬ２、出力コンデンサＣ２による出力フイルターに
より構成した事を基本回路とし、一次側回路１の複数の
一次側スイッチをブリッジ回路、及び、ハーフブリッジ
回路に構成し、二次側回路２の双方向スイッチ３を構成
するスイッチをブリッジ回路に構成した事を特徴として
いる。
て使用部品を少なくし、従来装置よりも小型化、軽量化
して低コスト化すると共に、双方向ＤＣ−ＡＣ変換装置
としての総合性能の高効率化を実現させ、太陽光発電や
燃料電池発電のＤＣ−ＡＣインバータのみならず、各種
のインバータや、アンプ回路、各種のコンバータの主回
路等として広範囲に応用する事ができるものとする。 ［解決手段］ 高周波絶縁トランスＴ１の一次側回路１
は、入力チョークＬ１と複数の一次側スイッチＱ１、Ｑ
２により、チョークインプット型の電圧共振型に構成
し、二次側回路２は、複数のスイッチＳ１、Ｓ２による
双方向スイッチ３と、共振コンデンサＣ１と、出力チョ
ークＬ２、出力コンデンサＣ２による出力フイルターに
より構成した事を基本回路とし、一次側回路１の複数の
一次側スイッチをブリッジ回路、及び、ハーフブリッジ
回路に構成し、二次側回路２の双方向スイッチ３を構成
するスイッチをブリッジ回路に構成した事を特徴として
いる。
Description
【０００１】［発明の属する技術分野］太陽光発電や燃
料電池発電による自然エネルギー利用において、発電し
た電気エネルギーを直流から交流に変換する際に使用す
るもので、高周波絶縁トランスを利用し、高効率化を実
現する電圧共振と、双方向スイッチの長所を組み合わせ
た双方向ＤＣ（直流）−ＡＣ（交流）変換装置であり、
ＡＣ−ＤＣ変換装置としも使用可能な変換装置である。
料電池発電による自然エネルギー利用において、発電し
た電気エネルギーを直流から交流に変換する際に使用す
るもので、高周波絶縁トランスを利用し、高効率化を実
現する電圧共振と、双方向スイッチの長所を組み合わせ
た双方向ＤＣ（直流）−ＡＣ（交流）変換装置であり、
ＡＣ−ＤＣ変換装置としも使用可能な変換装置である。
【０００２】［従来の技術］太陽電池や燃料電池で発電
されたＤＣ（直流）電力は、ＡＣ（交流）電力に変換す
る装置が必要である。従来、電気エネルギーを変換装置
には、ＤＣ−ＤＣコンバータ変換部とＤＣ−ＡＣインバ
ータ変換部があり、双方向変換装置は、図５に例示する
通り、変換回路は、左側のＤＣ−ＤＣコンバータ部と、
右側のＤＣ−ＡＣインバータ部の併合回路として構成さ
れているので、構成部品が多く回路も複雑化していてコ
ストが高く、かつ、機能が重複していて無駄が多かっ
た。
されたＤＣ（直流）電力は、ＡＣ（交流）電力に変換す
る装置が必要である。従来、電気エネルギーを変換装置
には、ＤＣ−ＤＣコンバータ変換部とＤＣ−ＡＣインバ
ータ変換部があり、双方向変換装置は、図５に例示する
通り、変換回路は、左側のＤＣ−ＤＣコンバータ部と、
右側のＤＣ−ＡＣインバータ部の併合回路として構成さ
れているので、構成部品が多く回路も複雑化していてコ
ストが高く、かつ、機能が重複していて無駄が多かっ
た。
【０００３】［発明が解決しようとする課題］従来の電
気エネルギー変換装置は回路が複雑であり、太陽発電や
燃料電池発電の自然エネルギーの普及を促進するために
は、部品が少なく、故障発生確率が低く、かつ、安全性
が高く低コスト化が図られ、小型軽量である等、高度に
簡素化され画期的な総合性能を有する変換回路が要求さ
れる。
気エネルギー変換装置は回路が複雑であり、太陽発電や
燃料電池発電の自然エネルギーの普及を促進するために
は、部品が少なく、故障発生確率が低く、かつ、安全性
が高く低コスト化が図られ、小型軽量である等、高度に
簡素化され画期的な総合性能を有する変換回路が要求さ
れる。
【０００４】［課題を解決するための手段］本発明に係
るＤＣ−ＡＣ変換装置は、電圧共振型高周波絶縁トラン
スを使用し、トランスの二次側に複数のスイッチにより
構成される双方向スイッチを接続して、高周波絶縁トラ
ンスによる電圧共振と双方向スイッチの組み合わせの主
回路を構成し、少ない部品で、高周波トランスの二次側
電圧からダイレクトな正弦波を生成し、効率よくＤＣ
（直流）からＡＣ（交流）に変換するものである。
るＤＣ−ＡＣ変換装置は、電圧共振型高周波絶縁トラン
スを使用し、トランスの二次側に複数のスイッチにより
構成される双方向スイッチを接続して、高周波絶縁トラ
ンスによる電圧共振と双方向スイッチの組み合わせの主
回路を構成し、少ない部品で、高周波トランスの二次側
電圧からダイレクトな正弦波を生成し、効率よくＤＣ
（直流）からＡＣ（交流）に変換するものである。
【０００５】即ち、高周波絶縁トランスの一次側回路
は、入力チョークと複数の一次側スイッチによりチョー
クインプット型の電圧共振型に構成し、二次側回路は、
複数のスイッチによる双方向スイッチと共振コンデンサ
と、出力チョーク、出力コンデンサによる出力フイルタ
ーにより構成した事を基本回路とする。又、一次側回路
の複数の一次側スイッチをブリッジ回路、及び、ハーフ
ブリッジ回路に構成し、二次側回路の双方向スイッチを
構成する複数のスイッチをブリッジ回路に構成する高周
波絶縁トランスによる双方向ＤＣ−ＡＣ変換装置であ
る。
は、入力チョークと複数の一次側スイッチによりチョー
クインプット型の電圧共振型に構成し、二次側回路は、
複数のスイッチによる双方向スイッチと共振コンデンサ
と、出力チョーク、出力コンデンサによる出力フイルタ
ーにより構成した事を基本回路とする。又、一次側回路
の複数の一次側スイッチをブリッジ回路、及び、ハーフ
ブリッジ回路に構成し、二次側回路の双方向スイッチを
構成する複数のスイッチをブリッジ回路に構成する高周
波絶縁トランスによる双方向ＤＣ−ＡＣ変換装置であ
る。
【０００６】本発明は、双方向スイッチを使用する事に
より、ＤＣ−ＤＣコンバータ変換部とＤＣ−ＡＣインバ
ータ変換部を統合し、両機能を具備して機能の重複を無
くした変換回路である。これにより、図５に例示する従
来の回路と比較して、二次側回路の整流ダイオードＤ
１、Ｄ２や平滑チョークフイルターＬ３が削除される
等、回路が大幅に簡略化され部品数を減少させる事が容
易になる。
より、ＤＣ−ＤＣコンバータ変換部とＤＣ−ＡＣインバ
ータ変換部を統合し、両機能を具備して機能の重複を無
くした変換回路である。これにより、図５に例示する従
来の回路と比較して、二次側回路の整流ダイオードＤ
１、Ｄ２や平滑チョークフイルターＬ３が削除される
等、回路が大幅に簡略化され部品数を減少させる事が容
易になる。
【０００７】［発明の実施の形態］本発明は、図１に示
す通り高周波絶縁トランスＴ１を使用し、トランスの一
次側回路１は、入力チョークＬ１と複数の一次側スイッ
チＱ１、Ｑ２により電圧共振型に構成し、トランスの二
次側回路２は、共振コンデンサＣ１と複数のスイッチＳ
１、Ｓ２から成る双方向スイッチ３と、出力チョークＬ
２、出力コンデンサＣ２から成るフイルターにより構成
する。
す通り高周波絶縁トランスＴ１を使用し、トランスの一
次側回路１は、入力チョークＬ１と複数の一次側スイッ
チＱ１、Ｑ２により電圧共振型に構成し、トランスの二
次側回路２は、共振コンデンサＣ１と複数のスイッチＳ
１、Ｓ２から成る双方向スイッチ３と、出力チョークＬ
２、出力コンデンサＣ２から成るフイルターにより構成
する。
【０００８】従って、高周波絶縁トランスＴ１の等価イ
ンダクタと、二次側回路２の共振コンデンサＣ１から成
る二次側電圧共振により、電圧が０の時にスイッチング
してスイッチングロスを少なくし、更に高周波化によ
り、効率よくエネルギー変換する事ができる。従来の回
路と比較すると、電圧共振により高周波絶縁トランスＴ
１の駆動ＩＧＢＴのピーク電流が少なくなり高効率化を
図る事ができ、二次側整流ダイオードや平滑チョークコ
イル等の削除により、性能を維持して使用部品を少なく
し回路構成を簡素化する事ができる。
ンダクタと、二次側回路２の共振コンデンサＣ１から成
る二次側電圧共振により、電圧が０の時にスイッチング
してスイッチングロスを少なくし、更に高周波化によ
り、効率よくエネルギー変換する事ができる。従来の回
路と比較すると、電圧共振により高周波絶縁トランスＴ
１の駆動ＩＧＢＴのピーク電流が少なくなり高効率化を
図る事ができ、二次側整流ダイオードや平滑チョークコ
イル等の削除により、性能を維持して使用部品を少なく
し回路構成を簡素化する事ができる。
【０００９】本発明は電圧共振により、高周波絶縁トラ
ンスＴ１の端子電圧は正弦波電圧となり、鉄損や銅損は
動作周波数の範囲のスペクトラムを考慮した設計を行う
事ができる。又、高周波絶縁トランスＴ１の内部に流れ
る電流は矩形状となるため、電流共振と比較して、トラ
ンスのコイルの電流の実効値とＩＧＢＴ素子の実効値が
少なくなり、ＩＧＢＴの定格を適正に選択する事が可能
であり、高周波絶縁トランスＴ１のコアはプラスマイナ
スでダイナミックにふる事ができるので小型化が可能で
ある。
ンスＴ１の端子電圧は正弦波電圧となり、鉄損や銅損は
動作周波数の範囲のスペクトラムを考慮した設計を行う
事ができる。又、高周波絶縁トランスＴ１の内部に流れ
る電流は矩形状となるため、電流共振と比較して、トラ
ンスのコイルの電流の実効値とＩＧＢＴ素子の実効値が
少なくなり、ＩＧＢＴの定格を適正に選択する事が可能
であり、高周波絶縁トランスＴ１のコアはプラスマイナ
スでダイナミックにふる事ができるので小型化が可能で
ある。
【００１０】本発明の変換回路は、太陽光発電や燃料電
池発電のＤＣ−ＡＣインバータのみならず、単相系統連
系インバータ、自立インバータ、三相連系インバータ、
三相三線式連系インバータ、アンプ回路、単相整流コン
バータ、三相整流コンバータ等の主回路として広範囲な
応用分野が存在する。又、入力、出力の入れ替えによ
り、ＡＣ−ＤＣ変換装置が構成できる利点がある。
池発電のＤＣ−ＡＣインバータのみならず、単相系統連
系インバータ、自立インバータ、三相連系インバータ、
三相三線式連系インバータ、アンプ回路、単相整流コン
バータ、三相整流コンバータ等の主回路として広範囲な
応用分野が存在する。又、入力、出力の入れ替えによ
り、ＡＣ−ＤＣ変換装置が構成できる利点がある。
【００１１】［実施例１］図２は本発明の実施例の一次
側回路図で、高周波絶縁トランスＴ１の一次側スイッチ
を構成する複数のスイッチを４個使用し、この４個のス
イッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４をブリッジ回路に構成し
た実施例である。本発明に係る変換回路は、各スイッチ
に印加される電圧が入力電圧の約１、５倍となるので、
本実施例は入力電圧が高く大出力容量の装置に有利とな
り、又、スイッチの数は増加するが、トランスの一次巻
線にセンタータップを必要としないのでトランス製作が
容易になる利点がある。
側回路図で、高周波絶縁トランスＴ１の一次側スイッチ
を構成する複数のスイッチを４個使用し、この４個のス
イッチＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４をブリッジ回路に構成し
た実施例である。本発明に係る変換回路は、各スイッチ
に印加される電圧が入力電圧の約１、５倍となるので、
本実施例は入力電圧が高く大出力容量の装置に有利とな
り、又、スイッチの数は増加するが、トランスの一次巻
線にセンタータップを必要としないのでトランス製作が
容易になる利点がある。
【００１２】［実施例２］図３は、本発明の実施例の一
次側回路図で、高周波絶縁トランスＴ１の一次側回路の
スイッチＱ１、Ｑ２及び入力コンデンサＣ３、Ｃ４をハ
ーフブリッジ回路に構成した実施例である。本実施例は
大出力容量の場合、Ｃ２、Ｃ４に大容量のコンデンサが
必要になる欠点があるが、基本回路と同様にスイッチが
２個でよく、スイッチの耐電圧は入力電圧の約１、５倍
であり、大出力容量を必要としない場合には有利であ
る。
次側回路図で、高周波絶縁トランスＴ１の一次側回路の
スイッチＱ１、Ｑ２及び入力コンデンサＣ３、Ｃ４をハ
ーフブリッジ回路に構成した実施例である。本実施例は
大出力容量の場合、Ｃ２、Ｃ４に大容量のコンデンサが
必要になる欠点があるが、基本回路と同様にスイッチが
２個でよく、スイッチの耐電圧は入力電圧の約１、５倍
であり、大出力容量を必要としない場合には有利であ
る。
【００１３】［実施例３］図４は、本発明の実施例の二
次側回路図で、高周波絶縁トランスＴ１の二次側回路の
双方向スイッチを構成する複数のスイッチを４個使用
し、この４個のスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４をブリ
ッジ回路に構成した実施例である。本実施例は、図１に
示す基本回路に比し出力電圧を２倍にする事ができる。
又、スイッチの数は増加するが、トランスにセンタータ
ップを必要としないので、トランスの製作が容易となる
利点がある。
次側回路図で、高周波絶縁トランスＴ１の二次側回路の
双方向スイッチを構成する複数のスイッチを４個使用
し、この４個のスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４をブリ
ッジ回路に構成した実施例である。本実施例は、図１に
示す基本回路に比し出力電圧を２倍にする事ができる。
又、スイッチの数は増加するが、トランスにセンタータ
ップを必要としないので、トランスの製作が容易となる
利点がある。
【００１４】［発明の効果］本発明に係る変換回路は、
非常に簡素化して使用部品を少なくする事により、従来
装置よりも小型化、軽量化して低コストとなり、又、双
方向ＤＣ−ＡＣ変換装置としての総合性能の高効率化を
実現させる事ができる。従って、太陽光発電や燃料電池
発電のＤＣ−ＡＣインバータのみならず、単相系統連
系、自立型、三相連系、三相三線式連系等の各種インバ
ータやアンプ回路、及び単相整流、三相整流等の各種コ
ンバータの主回路として広範囲に応用する事ができるも
のである。又、入力、出力の入れ替えにより、ＤＣ−Ａ
Ｃ変換装置としてだけでなく、ＡＣ−ＤＣ変換装置に構
成する事ができる実効を有するものである。
非常に簡素化して使用部品を少なくする事により、従来
装置よりも小型化、軽量化して低コストとなり、又、双
方向ＤＣ−ＡＣ変換装置としての総合性能の高効率化を
実現させる事ができる。従って、太陽光発電や燃料電池
発電のＤＣ−ＡＣインバータのみならず、単相系統連
系、自立型、三相連系、三相三線式連系等の各種インバ
ータやアンプ回路、及び単相整流、三相整流等の各種コ
ンバータの主回路として広範囲に応用する事ができるも
のである。又、入力、出力の入れ替えにより、ＤＣ−Ａ
Ｃ変換装置としてだけでなく、ＡＣ−ＤＣ変換装置に構
成する事ができる実効を有するものである。
【図１】本発明の基本回路図である。
【図２】本発明の実施例で、トランスの一次側回路のス
イッチをブリッジ回路に構成した一次側回路図である。
イッチをブリッジ回路に構成した一次側回路図である。
【図３】本発明の実施例で、トランスの一次側回路のス
イッチ及び入力コンデンサをハーフブリッジ回路に構成
した一次側回路図である。
イッチ及び入力コンデンサをハーフブリッジ回路に構成
した一次側回路図である。
【図４】本発明の実施例で、トランスの二次側回路の双
方向スイッチをブリッジ回路に構成した二次側回路図で
ある。
方向スイッチをブリッジ回路に構成した二次側回路図で
ある。
【図５】従来のＤＣ−ＤＣコンバータ変換部とＤＣ−Ａ
Ｃインバータ変換部を併合した、従来の変換装置の回路
図である。
Ｃインバータ変換部を併合した、従来の変換装置の回路
図である。
１・・・・・トランスの一次側回路
２・・・・・トランスの二次側回路
３・・・・・双方向スイツチ
Ｃ１・・・・共振コンデンサ
Ｃ２．Ｃ６．Ｃ７・・・出力コンデンサ
Ｃ３．Ｃ４．Ｃ５・・・入力コンデンサ
Ｄ１．Ｄ２・・・・・・ダイオード
Ｌ１・・・・入力チョーク
Ｌ２・・・・出力チョーク
Ｑ１．Ｑ２．Ｑ３．Ｑ４．Ｑ５・・・一次側スイッチ
Ｑ６．Ｑ７．Ｑ８．Ｑ９・・・・・・二次側スイッチ
Ｓ１．Ｓ２．Ｓ３．Ｓ４・・・・・・スイッチ
Ｔ１．Ｔ２・・・・・・高周波絶縁トランス
Claims (4)
- 【請求項１】 高周波絶縁トランスの一次側回路１は、
入力チョークと複数の一次側スイッチにより、チョーク
インプット型の電圧共振型に構成し、二次側回路２は、
複数のスイッチによる双方向スイッチ３と、共振コンデ
ンサと出力チョーク、出力コンデンサによる出力フイル
ターにより構成した事を特徴とする高周波絶縁トランス
による双方向ＤＣ−ＡＣ変換装置。 - 【請求項２】 請求項１の一次側回路１の一次側スイッ
チを、４個のスイッチによりブリッジ回路に構成する事
を特徴とする請求項１の高周波絶縁トランスによる双方
向ＤＣ−ＡＣ変換装置。 - 【請求項３】 請求項１の一次側回路１を、２個の一次
側スイッチに２個の入力コンデンサを接続してハーフブ
リッジ回路に構成する事を特徴とする請求項１の高周波
絶縁トランスによる双方向ＤＣ−ＡＣ変換装置。 - 【請求項４】 請求項１の二次側回路２複数のスイッチ
による双方向スイッチ３を、４個のスイッチによりブリ
ッジ回路に構成した事を特徴とする高周波絶縁トランス
による双方向ＤＣ−ＡＣ変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001361762A JP2003134841A (ja) | 2001-10-23 | 2001-10-23 | 高周波絶縁トランスによる双方向ｄｃ−ａｃ変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001361762A JP2003134841A (ja) | 2001-10-23 | 2001-10-23 | 高周波絶縁トランスによる双方向ｄｃ−ａｃ変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003134841A true JP2003134841A (ja) | 2003-05-09 |
Family
ID=19172366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001361762A Pending JP2003134841A (ja) | 2001-10-23 | 2001-10-23 | 高周波絶縁トランスによる双方向ｄｃ−ａｃ変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003134841A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011521606A (ja) * | 2008-04-09 | 2011-07-21 | テールズ | 電気的ネットワーク |
| CN103782499A (zh) * | 2011-09-09 | 2014-05-07 | 株式会社村田制作所 | 具有正弦波变压器电压的隔离开关模式dc/dc转换器 |
| CN106817042A (zh) * | 2015-11-27 | 2017-06-09 | 伊顿公司 | Dc-ac变换器及其控制方法 |
-
2001
- 2001-10-23 JP JP2001361762A patent/JP2003134841A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011521606A (ja) * | 2008-04-09 | 2011-07-21 | テールズ | 電気的ネットワーク |
| CN103782499A (zh) * | 2011-09-09 | 2014-05-07 | 株式会社村田制作所 | 具有正弦波变压器电压的隔离开关模式dc/dc转换器 |
| CN106817042A (zh) * | 2015-11-27 | 2017-06-09 | 伊顿公司 | Dc-ac变换器及其控制方法 |
| CN106817042B (zh) * | 2015-11-27 | 2020-10-13 | 伊顿智能动力有限公司 | Dc-ac变换器及其控制方法 |
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