JP2005287241A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 交流電圧源の電圧変動を抑制して負荷に一定の電圧供給を行う際の、ランニングコストを抑え且つ適用素子の耐圧を低減する。
【解決手段】 逆並列にダイオードを接続したスイッチング素子を二つ直列に接続した、３つのアームＡ１〜Ａ３とコンデンサ３０とを並列に接続し、アームＡ１及びＡ２とコンデンサ３０とで構成される直列コンバータＸを、交流電源１と負荷６との間に交流電源１側にリアクトル４０を介して直列に接続し、アームＡ２及びＡ３とコンデンサ３０とで構成される並列コンバータＹを、交流電源１と負荷６との間に負荷６側にリアクトル４１を介して並列に接続する。アームＡ１及びＡ２を、これら間の電圧が降圧時には電源電圧と逆相となるように、また昇圧時には同相となるようにＰＷＭ制御し、アームＡ３を、降圧又は昇圧動作により消費するコンデンサ３０のエネルギを充放電するようＰＷＭ制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、交流電源の電圧変動を抑制しつつ、負荷に一定電圧を供給する電力変換装置に関する。

従来、電源から負荷に安定した電圧を供給するための電力変換装置として数々のものが提案されている。例えば、一般的な回路方式として、交流電源を一度直流に変換した後、再度交流に変換する、いわゆるダブルコンバータ構成の回路が用いられている（例えば特許文献１参照）。
このようなダブルコンバータ構成の回路として、例えば、図６に示す回路方式が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

この方式では、図６に示すように、交流電源１からリアクトル４０を介して、直列に接続されたスイッチング素子１０及び１１のＰＷＭ制御による整流動作により、スイッチング素子１０及び１１と並列に接続され且つ直列に接続されたコンデンサ３１及び３２にエネルギを蓄積し、コンデンサ３１及び３２の電圧Ｖｄｃが直流となるように制御、変換した後、前記スイッチング素子１０及び１１、またコンデンサ３１及び３２と並列に接続され、且つ直列に接続されたスイッチング素子１４及び１５のＰＷＭ制御によるインバータ回路によって、平滑されたコンデンサ３１、３２の直流電圧から安定した任意の交流電圧を生成し、これを負荷６に供給するようになっている。

なお、図６中のコンデンサ３３はフィルタコンデンサである。また、リアクトル４１とコンデンサ３４とでＬＣフィルタを構成している。また、前記スイッチング素子１０及び１１、１４及び１５には、それぞれ逆並列にダイオード１６及び１７、２０及び２１が接続されている。
一方、電源電圧変動を補償し、且つ負荷に安定した電圧を供給する回路方式として、例えば図７に示す回路方式が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

この方式では、図７に示すように、交流電源１の電圧変動が生じた場合に、直列に接続されたスイッチング素子１０及び１１のＰＷＭ制御によるインバータ回路によって、スイッチング素子１０及びステップＳ１１と並列に接続され且つ直列に接続されたコンデンサ３１及び３２の直流電源から、電圧変動相当の交流電圧を、交流電源１と直列に接続されたトランス４２を介して出力し、交流電源１とトランス４２とを介して出力された電圧の和が一定となるように制御される。この際、前記コンデンサ３１及び３２と並列に接続され且つ直列に接続されたスイッチング素子１４及び１５のＰＷＭ制御による整流動作によって、交流電源１からリアクトル４１を介してコンデンサ３１及び３２にエネルギを蓄積しながら、コンデンサ３１及び３２の電圧が直流となるように制御、変換される。

なお、図７中、コンデンサ３４はフィルタコンデンサである。また、リアクトル４０とコンデンサン３３とでＬＣフィルタを構成している。また、前記スイッチング素子１０及び１１、１４及び１５には、それぞれ逆並列にダイオード１６及び１７、２０及び２１が接続されている。
特許第３２０３４６４号 特開平１１−１７８２１６号公報 特開平２−２３１９６５号公報 ＯＨＭ１９９９年１１月号別冊「パワーエレクトロニクスガイドブック」オーム 社

ここで、前記図６に示すような、交流電源を一度直流に変換した後、再度交流に変換する、ダブルコンバータ構成の回路の動作原理は、図８に示す通りであって、交流電源１側のスイッチング素子１０及び１１と、これらスイッチング素子１０及び１１のそれぞれに逆並列に接続されたダイオード１６及び１７と、コンデンサ３１及び３２とで構成されるコンバータが整流回路として作用するため、この整流回路は負荷６に必要な全エネルギが通過する並列電流源５とみなすことができる。

また、負荷６側のスイッチング素子１４及び１５と、これらスイッチング素子１４及び１５のそれぞれに逆並列に接続されたダイオード２０及び２１と、コンデンサ３１及び３２とで構成されるコンバータはいわゆるインバータ回路として動作し、負荷６に所定の電圧を供給するため、当然負荷６が必要とする全エネルギが通過する並列電圧源３とみなすことができる。なお、前記コンデンサ３１及び３２は、整流回路とインバータ回路の共通部分、且つ電源として作用している。
このように、ダブルコンバータ方式の回路にあっては、交流電源１側及び負荷６側のどちらのコンバータにおいても負荷６に供給するための全てのエネルギが通過するため、各コンバータの発生する損失は大きなものとなり、変換効率を低下させる一要因となっており、ランニングコストを増加させる要因となっている。

一方、前記図７に示すような回路方式の動作原理は、図９に示す通りである。つまり、図９において、並列電流源４は、図７におけるスイッチング素子１４及び１５のＰＷＭ制御による整流回路を表し、また、直列電圧源２は図７におけるスイッチング素子１０及び１１のＰＷＭ制御によるインバータ回路を表している。このとき、直列電圧源２が任意の電圧を発生することで、負荷６には交流電圧源１と直列電圧源２との２つの電圧源の電圧が加算された電圧が印加されることになる。その結果、交流電圧源１の電圧が低下した場合であっても直列電圧源２の電圧を加算することで負荷６に一定の電圧を供給することができることがわかる。つまり、直並列に構成されている各回路は、電源変動を補償するエネルギのみを担当するので、図６や図８に示す、ダブルコンバータ方式の回路と比較して損失が少ないことがわかる。

また、図６及び図７に示した、従来の回路方式にあっては、整流回路及びインバータ回路共、ハーフブリッジ回路として動作するため、適用素子はその耐圧が高いものを選定する必要がある。
例えば、交流電源電圧を２００〔Ｖ〕とした場合、コンデンサ３１及び３２の両端にかかる電圧は、「√２×２００＋√２×２００（なお、√２は、２の平方根であることを表す。）」となり、５６５．７〔Ｖ〕となる。よって、１０００〔Ｖ〕級の耐圧の高い素子が必要になり、汎用性に欠けるためコストが増大し、また、耐圧が高くなるにつれて素子のスイッチング速度が遅くなるため素子損失が大きくなる。さらにコンバータ回路が高圧となるので回路構成が大きくなってしまうという問題がある。

これを回避するために、例えば、ハーフブリッジで構成されているコンバータ回路を、フルブリッジ化することも考えられ、例えば、前記特許文献３に記載されているように、ダブルコンバータ方式の回路を単純にフルブリッジ化する方法等も提案されている。
しかしながら、前記図７に示すような回路を単純にフルブリッジ化する場合、インバータ回路と整流回路との両方をフルブリッジ構成とする必要があり、また、トランスを要するため、コストや回路効率の面で問題が残る。
そこで、この発明は、上記従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、交流電圧源の電圧変動を抑制して負荷に一定の電圧供給を行う際に、ランニングコストを抑え且つ適用素子の耐圧を低減することの可能な電力変換装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る電力変換装置は、交流電源と負荷との間に介挿され、前記交流電源の電源電圧の変動に関わらず前記負荷へ一定電圧を供給するようにした電力変換装置において、二つのスイッチング素子が直列に接続された第１のアーム及び第２のアームと蓄電用コンデンサとが並列に接続されて構成され且つ前記交流電源と負荷との間に直列に接続される第１のコンバータと、前記第２のアームと並列に接続され且つ二つのスイッチング素子が直列に接続された第３のアームと前記第２のアーム及び前記蓄電用コンデンサとで構成され、前記交流電源と負荷との間に並列に接続される第２のコンバータと、を備え、前記第１のコンバータを、前記電源電圧の変動分を補償するように動作させ、且つ、前記第２のコンバータを、前記第１のコンバータの補償動作に伴うエネルギ消費相当分、前記蓄電用コンデンサの充放電を行うように動作させることを特徴としている。

また、請求項２に係る電力変換装置は、交流電源と負荷との間に介挿され、前記交流電源の電源電圧の変動に関わらず前記負荷へ一定電圧を供給するようにした電力変換装置において、ダイオードが逆並列にそれぞれ接続された二つのスイッチング素子が直列に接続された第１のアーム及び第２のアームと蓄電用コンデンサとが並列に接続されて構成され且つ前記交流電源と前記第１のアームとの間に第１のリアクトルが介挿されて前記交流電源と負荷との間に直列に接続される第１のコンバータと、前記第２のアームと並列に接続され且つ前記ダイオードが逆並列にそれぞれ接続された二つのスイッチング素子が直列に接続された第３のアームと前記第２のアーム及び前記蓄電用コンデンサとで構成され、前記第３のアームが第２のリアクトルを介して前記負荷と接続されて前記交流電源と負荷との間に並列に接続される第２のコンバータと、前記交流電源と前記第１のリアクトルとの間に前記交流電源と並列に接続される第１のフィルタコンデンサ及び前記負荷と前記第２のリアクトルとの間に前記負荷と並列に接続される第２のフィルタコンデンサと、を備え、前記第１のコンバータを、前記電源電圧の変動分を補償するように動作させ、且つ、前記第２のコンバータを、前記第１のコンバータの補償動作に伴うエネルギ消費相当分、前記蓄電用コンデンサの充放電を行うように動作させることを特徴としている。

また、請求項３に係る電力変換装置は、前記請求項１又は請求項２記載の電力変換装置において、前記交流電源と前記第１のコンバータとの間に介挿された遮断手段と、前記第２のコンバータと前記負荷との間に介挿される切り替え手段と、を備え、当該切り替え手段は、前記負荷を、前記第２のコンバータと、前記遮断手段及び前記第１のコンバータ間との何れかに接続するようになっていることを特徴としている。

また、請求項４に係る電力変換装置は、前記請求項１から請求項３の何れか１項に記載の電力変換装置において、前記蓄電用コンデンサと並列に接続されるエネルギ蓄積手段と、前記蓄電用コンデンサと前記エネルギ蓄積手段との間でエネルギを融通する充放電手段と、を備えることを特徴としている。
さらに、請求項５に係る電力変換装置は、前記請求項１から請求項４の何れか１項に記載の電力変換装置において、前記蓄電用コンデンサと並列に接続されるエネルギ蓄積手段と、前記交流電源と並列に接続され前記エネルギ蓄積手段への充電を行う充電手段と、前記エネルギ蓄積手段のエネルギにより前記蓄電用コンデンサを充電する放電手段と、を備えることを特徴としている。

本発明の請求項１及び請求項２に係る電力変換装置によれば、第１及び第２のコンバータをフルブリッジ化すると共に、第１のコンバータを交流電源の電圧変動分だけ補償するようにし、且つ、この電圧変動分の補償に要するエネルギ分のみ第２のコンバータで補償するようにしたから、交流電源の電圧変動を抑制し負荷に一定の電圧を供給する際に、その高効率化を図ることができ、ランニングコストを抑えることができると共に、適用素子の耐圧を低減することができる。

また、請求項３に係る電力変換装置によれば、前記交流電源と前記第１のコンバータとの間に介挿された遮断手段と、前記第２のコンバータと前記負荷との間に介挿される切り替え手段と、を設けたから、電力変換装置や交流電源の交流電源電圧の異常発生状況等に応じて、前記遮断手段、或いは前記切り替え手段を動作させることによって、負荷への電圧供給を引き続き行うことができる。

また、請求項４に係る電力変換装置によれば、前記蓄電用コンデンサと並列に接続されるエネルギ蓄積手段を設け、充放電手段によって、蓄電用コンデンサと前記エネルギ蓄積手段との間でエネルギを融通するようにしたから、前記エネルギ蓄積手段のエネルギ蓄積量相当分だけ、前記負荷への電圧供給を延長することができる。
さらに、請求項５に係る電力変換装置によれば、前記蓄電用コンデンサと並列に接続されるエネルギ蓄積手段を設け、交流電源からの電源電圧を利用して、エネルギ蓄積手段への充電を行うと共に、エネルギ蓄積手段のエネルギにより前記蓄電用コンデンサを充電するようにしたから、前記エネルギ蓄積手段のエネルギ蓄積量相当分だけ、前記負荷への電圧供給を延長することができる。

以下に、本発明の実施の形態を説明する。
まず、第１の実施の形態を説明する。
図１は、本発明における電力変換装置の構成を示す回路図である。図１に示すように、例えばトランジスタ等で構成される、スイッチング素子１０及び１１、スイッチング素子１２及び１３、スイッチング素子１４及び１５がそれぞれ直列に接続されてアームＡ１〜Ａ３が形成され、且つこれら各アームＡ１〜Ａ３は並列に接続され、さらに、スイッチング素子１０及び１１からなるアームＡ１と、スイッチング素子１２及び１３からなるアームＡ２との間にコンデンサ３０が並列に接続されている。また、各スイッチング素子１０から１５にはそれぞれ逆並列にダイオード１６から２１が接続されている。

そして、交流電源１と並列にフィルタコンデンサとしてのコンデンサ３３が接続され、また、負荷６と並列にフィルタコンデンサとしてのコンデンサ３４が接続され、前記交流電源１の一方の端子と負荷６の一方の端子とが接続されている。前記交流電源１の他方の端子は、リアクトル４０を介してスイッチング素子１０及び１１の直列接続点に接続され、前記負荷６の他方の端子は、前記スイッチング素子１２及び１３の直列接続点に接続され、前記交流電源１と負荷６との接続点にスイッチング素子１４及び１５の直列接続点が、リアクトル４１を介して接続されている。
そして、前記スイッチング素子１０から１５は、制御回路９０によってＰＷＭ制御されるようになっている。この制御回路９０は、交流電源１の電源電圧に応じて、ＰＷＭ制御を行うようになっている。

図１に示す構成において、コンデンサ３０を、スイッチング素子１０及び１１からなるアームＡ１と、スイッチング素子１２及び１３からなるアームＡ２とで構成されるコンバータの電源と考えたとき、このコンバータは、交流電源１と負荷６との間に直列に接続されていることになる。以下、このコンバータを直列コンバータＸという。
一方、コンデンサ３０を、スイッチング素子１２及び１３からなるアームＡ２とスイッチング素子１４及び１５からなるアームＡ３とで構成されるコンバータの出力と考えたとき、このコンバータは、交流電源１に対して並列に接続されていることになる。以下、このコンバータを並列コンバータＹという。

図２は、図１の直列コンバータＸの動作を説明するための波形図であって、図１のスイッチング素子１１のエミッタ側のＮ点を基準としたときの各アームの出力電圧波形である。
制御回路９０は、交流電源１の電源電圧を監視し、この電源電圧が所望の出力電圧よりも高いときには、直列コンバータＸ及び並列コンバータＹを降圧動作をさせる。
具体的には、スイッチング素子１２及び１３を交流電源１からの電源電圧に同期してオン状態に制御する。その結果、スイッチング素子１２及び１３からなるアームＡ２の出力電圧波形は、図２（ｂ）に示すように電源電圧に同期した矩形波となる。

このとき、交流電源１の電源電圧を降圧させるため、スイッチング素子１０及び１１を、これらスイッチング素子１０及び１１からなるアームＡ１の出力電圧波形が図２（ａ）に示すように、電源電圧と同期し、且つ、その振幅が、前記電源電圧の、必要とする降圧電圧相当の正弦波分だけ低減された波形となるようにＰＷＭ制御する。

その結果、アームＡ１のスイッチング素子１０及び１１とアームＡ２のスイッチング素子１２及び１３とのそれぞれの直列接続点間は、電源電圧と逆相で、振幅の小さな正弦波が出力されることになる。つまり、図２（ａ）に示すスイッチング素子１０及び１１からなるアームＡ１の出力電圧波形から、図２（ｂ）に示すスイッチング素子１２及び１３からなるアームＡ２の出力電圧波形を減算した値相当の波形となる。このため、電源電圧から、必要とする降圧電圧相当の電圧が減算されることになって、結果的に電源電圧が降圧されることになる。

このとき、スイッチング素子１４及び１５を、並列コンバータＹとして動作させ、入力電圧相当の対向電圧を発生させながら降圧動作により消費するコンデンサ３０のエネルギを充放電させ、コンデンサ３０の両端電圧を所定の直流電圧Ｖｄｃに維持する。その結果、並列コンバータＹは、補償分のエネルギをやり取りすることになる。

一方、交流電源１の電源電圧が所望の出力電圧よりも低い場合には、直列コンバータＸ及び並列コンバータＹを昇圧動作をさせる。
具体的には、図２（ａ）に示すように、スイッチング素子１０及び１１を交流電源１からの電源電圧に同期してオン状態に制御する。その結果、スイッチング素子１０及び１１からなるアームＡ１の出力波形は、電源電圧に同期した矩形波となる。

このとき、スイッチング素子１２及び１３を、補償電圧を出力するよう、図２（ｂ）に示すように、電源電圧に同期し且つ前記補償電圧相当の正弦波だけ低減された波形となるようにＰＷＭ制御する。その結果、アームＡ１のスイッチング素子１０及び１１とアームＡ２のスイッチング素子１２及び１３とのそれぞれの直列接続点間は、電源電圧と同相で、振幅の小さな正弦波が出力されることになる。このため、電源電圧にある補償電圧が加算されることになって、電源電圧が昇圧されることになる。

このとき、スイッチング素子１４及び１５を、並列コンバータＹとして動作させ、出力電圧相当の対向電圧を発生させながら、昇圧動作により消費するコンデンサ３０のエネルギを充放電させ、コンデンサ３０の両端電圧の両端電圧を所定の直流電圧Ｖｄｃに維持する。
このようにすることによって、負荷６に供給するエネルギは直列コンバータＸのみを通り、並列コンバータＹには、電圧補償に使ったエネルギだけが通過することになるため、従来のダブルコンバータ方式に比較して並列コンバータＹの損失を低減することができ、高効率化を図ることができる。

また、交流電源１の電源電圧の状態に応じて、スイッチング素子１０から１５のＰＷＭ動作を変更することによって、トランスを用いることなく昇圧動作及び降圧動作を共に実現することができる。
また、直列コンバータＸ及び並列コンバータＹは、それぞれフルブリッジ回路で構成しているから、ハーフブリッジ回路で構成した場合に比較して各スイッチング素子の耐圧を低減することができ、スイッチング素子の責務を軽減することができる。

ここで、上記第１の実施の形態において、アームＡ１が第１のアームに対応し、アームＡ２が第２のアームに対応し、アームＡ３が第３のアームに対応し、コンデンサ３０が蓄電用コンデンサに対応し、直列コンバータＸが第１のコンバータに対応し、並列コンバータＹが第２のコンバータに対応し、リアクトル４０が第１のリアクトルに対応し、リアクトル４１が第２のリアクトルに対応し、コンデンサ３３及び３４が、それぞれ第１及び第２のフィルタコンデンサに対応している。

次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
この第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態において、交流電源１側に交流電源１とリアクトル４０との間の接続を遮断するための遮断回路５１（遮断手段）を追加し、さらに、負荷６側に切り替えスイッチ５０（切り替え手段）を追加したものである。この切り替えスイッチ５０は、可動接点５０ａ及び５０ｂを有し、可動接点５０ａは、前記スイッチング素子１２及び１３の直列接続点と前記コンデンサ３４との接続点に接続され、可動接点５０ｂは、前記遮断回路５１とリアクトル４０との間に接続され、また、固定接点５０ｃは、負荷６の一方の端子に接続されている。

これら切り替えスイッチ５０及び遮断回路５１は、制御回路９０ａによって駆動される。この制御回路９０ａは、上記第１の実施の形態における制御回路９０と同様に、電源電圧に応じてスイッチング素子１０から１５を駆動制御すると共に、前記切り替えスイッチ５０及び遮断回路５１を制御し、電力変換装置１００の各部が正常に作動している場合には、前記切り替えスイッチ５０を、固定接点５０ｃと可動接点５０ａとが導通状態となるように制御し、また、前記遮断回路５１を導通状態に制御して、上記第１の実施の形態と同等の回路を構成するようになっている。

一方、電力変換装置１００に異常が発生し、例えば、スイッチング素子又はダイオードが故障した場合には、前記切り替えスイッチ５０を固定設定５０ｃと可動接点５０ｂとを導通状態に制御する。これによって、交流電源１と負荷６とが直接接続され負荷６への電圧供給を確保することができる。また、負荷短絡などが発生し、負荷６と電力変換装置１００、又は負荷６と交流電源１とを切り離したい場合には、切り替えスイッチ５０を開放状態に制御する。これによって、負荷６が、電力変換装置１００及び交流電源１から切り離されることになって、電力変換装置１００或いは交流電源１の異常によって、負荷６の異常を引き起こすなど、負荷６に悪影響を及ぼすことを回避することができる。

また、交流電源１の電源電圧が補償範囲を超えて低下した場合には、遮断回路５１を遮断状態に制御する。この状態で、コンデンサ３０を電源として並列コンバータＹをインバータ動作させることにより負荷６への電圧供給を継続して行うことができる。
このように、交流電源１側に、この交流電源１と電力変換装置１００とを切り離すための遮断回路５１を設け、また、負荷６側に、この負荷６と交流電源１とを直接接続したり、或いは、負荷６と電力変換装置１００とを切り離したりするための切り替えスイッチ５０を設けたから、電力変換装置１００の異常や、交流電源１の異常等が発生した場合であっても、状況に応じて切り替えスイッチ５０や遮断回路５１を制御することによって、負荷６への電圧供給を継続することができると共に、電力変換装置１００や交流電源１の異常によって、負荷６に支障をきたすことを回避することができる。

なお、この第２の実施の形態においては、交流電源１を電力変換装置１００から切り離すための遮断回路５１及び負荷６を交流電源１に直接接続するための切り替えスイッチ５０の双方を備えた場合について説明したが、必ずしもこれら遮断回路５１及び切り替えスイッチ５０の双方を備えている必要はない。しかしながら、双方を設けることによって、交流電源１側の異常或いは電力変換装置１００の異常の双方に対応することが可能となり、より多くの場面において負荷６への電圧供給を継続することができ、電力変換装置１００の信頼性を向上させることができる。

次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
この第３の実施の形態は、上記第２の実施の形態において、充放電手段６１を介して、コンデンサ３０と並列にエネルギ蓄積要素６０（エネルギ蓄積手段）が接続されている。このエネルギ蓄積要素６０としては、例えばバッテリ等の二次電池やフライホイール等を適用することができる。また、前記充放電手段６１としては、例えば、電流可逆チョッパ回路（二象限チョッパ回路）等を適用することができる。

そして、電力変換装置１００が正常であり、また交流電源１からの電源電圧が電力変換装置１００での補償可能な補償電圧範囲内である場合には、上記第２の実施の形態と同様に動作し、並列コンバータＹは、コンデンサ３０に対しエネルギを充放電する。
このとき、充放電手段６１では、コンデンサ３０からエネルギ蓄積要素６０に対してエネルギを充電する。
この状態から、交流電源１に異常が発生し、例えば停電した場合等には、制御回路９０ａでは、前記遮断回路５１を遮断状態に切り替え、交流電源１を電力変換装置１００から切り離す。そして、コンデンサ３０を電源として、並列コンバータＹによって交流電圧を生成しこれを負荷６に供給することで、負荷６への電圧供給を継続する。

このとき、充放電手段６１では、前記制御回路９０ａによってコンデンサ３０を電源とする電力供給が開始されたことを検出すると、エネルギ蓄積要素６０をエネルギ源としてコンデンサ３０への充電を開始する。
このようにすることによって、コンデンサ３０によって負荷６への電圧供給を継続することができると共に、コンデンサ３０に蓄積されたエネルギ相当分だけでなく、エネルギ蓄積要素６０に蓄積されたエネルギ相当分だけ、負荷６への電圧供給を継続することができ、負荷６への電圧供給時間を延長させることができる。

次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。
この第４の実施の形態は、上記第３の実施の形態において、前記充放電手段６１に替えて放電手段６３を設け、さらに、交流電源１と並列に接続された、前記エネルギ蓄積要素６０（エネルギ蓄積手段）への充電を行う充電手段６２を設けたものである。この充電手段６２としては例えばダイオード整流回路やＰＷＭ整流回路等の交流ー直流変換回路を適用することができ、また、前記放電手段６３としては例えば昇圧チョッパ回路やフライバックコンバータ等の直流ー直流変換回路を適用することができる。

つまり、この第４の実施の形態においても、上記第２の実施の形態と同様に、前記交流電源１が補償電圧範囲内である場合や、電力変換装置１００が正常である場合には、所定電圧が負荷６に供給されると共に、並列コンバータＹによってコンデンサ３０への充放電が行われる。このとき、充電手段６２は、交流電源１からの交流電圧をエネルギとしてエネルギ蓄積要素６０への充電を行う。

この状態から、交流電源１に異常が発生し、例えば停電した場合等には、制御回路９０ａでは、前記遮断回路５１を遮断状態に切り替え、交流電源１を電力変換装置１００から切り離す。そして、コンデンサ３０を電源として、並列コンバータＹによって交流電圧を生成しこれを負荷６に供給することで、負荷６への電圧供給を継続する。
このとき、充電手段６２は、エネルギ蓄積要素６０への充電を終了し、放電手段６３では、前記制御回路９０ａによってコンデンサ３０を電源とする電力供給が開始されたことを検出すると、エネルギ蓄積要素６０をエネルギ源としてコンデンサ３０への充電を開始する。

このようにすることによって、この場合も上記第３の実施の形態と同様に、直列コンバータＸと並列コンバータＹとを利用しながら、負荷６の所定電圧を供給することができると共に、停電時等であって、コンデンサ３０によって負荷６への電圧供給を継続することができ、また、このとき、コンデンサ３０に蓄積されたエネルギ相当分だけでなく、エネルギ蓄積要素６０に蓄積されたエネルギ相当分の負荷６への電圧供給も継続することができ、負荷６への電圧供給時間を延長させることができる。

本発明の第１の実施の形態を表す電力変換装置の回路図の一例である。 第１の実施の形態の動作説明に供する波形図である。 第２の実施の形態を表す電力変換装置の回路図の一例である。 第３の実施の形態を表す電力変換装置の回路図の一例である。 第４の実施の形態を表す電力変換装置の回路図の一例である。 従来の電力変換装置の一例を示す回路図である。 従来の電力変換装置のその他の例を示す回路図である。 図６の電力変換装置の動作原理を説明するための説明図である。 図７の電力変換装置の動作原理を説明するための説明図である。

符号の説明

１ 交流電源
６ 負荷
１０〜１５ スイッチング素子
１６〜２１ ダイオード
３０ コンデンサ
３３、３４ フィルタコンデンサ
５０ 切り替えスイッチ
５１ 遮断回路
６０ エネルギ蓄積要素（エネルギ蓄積手段）
６１ 充放電手段
６２ 充電手段
６３ 放電手段
９０、９０ａ 制御回路
Ａ１〜Ａ３ アーム
Ｘ 直列コンバータ（第１のコンバータ）
Ｙ 並列コンバータ（第２のコンバータ）

Claims (5)

1. 交流電源と負荷との間に介挿され、前記交流電源の電源電圧の変動に関わらず前記負荷へ一定電圧を供給するようにした電力変換装置において、
   二つのスイッチング素子が直列に接続された第１のアーム及び第２のアームと蓄電用コンデンサとが並列に接続されて構成され且つ前記交流電源と負荷との間に直列に接続される第１のコンバータと、
   前記第２のアームと並列に接続され且つ二つのスイッチング素子が直列に接続された第３のアームと前記第２のアーム及び前記蓄電用コンデンサとで構成され、前記交流電源と負荷との間に並列に接続される第２のコンバータと、を備え、
   前記第１のコンバータを、前記電源電圧の変動分を補償するように動作させ、且つ、前記第２のコンバータを、前記第１のコンバータの補償動作に伴うエネルギ消費相当分、前記蓄電用コンデンサの充放電を行うように動作させることを特徴とする電力変換装置。
2. 交流電源と負荷との間に介挿され、前記交流電源の電源電圧の変動に関わらず前記負荷へ一定電圧を供給するようにした電力変換装置において、
   ダイオードが逆並列にそれぞれ接続された二つのスイッチング素子が直列に接続された第１のアーム及び第２のアームと蓄電用コンデンサとが並列に接続されて構成され且つ前記交流電源と前記第１のアームとの間に第１のリアクトルが介挿されて前記交流電源と負荷との間に直列に接続される第１のコンバータと、
   前記第２のアームと並列に接続され且つ前記ダイオードが逆並列にそれぞれ接続された二つのスイッチング素子が直列に接続された第３のアームと前記第２のアーム及び前記蓄電用コンデンサとで構成され、前記第３のアームが第２のリアクトルを介して前記負荷と接続されて前記交流電源と負荷との間に並列に接続される第２のコンバータと、
   前記交流電源と前記第１のリアクトルとの間に前記交流電源と並列に接続される第１のフィルタコンデンサ及び前記負荷と前記第２のリアクトルとの間に前記負荷と並列に接続される第２のフィルタコンデンサと、を備え、
   前記第１のコンバータを、前記電源電圧の変動分を補償するように動作させ、且つ、前記第２のコンバータを、前記第１のコンバータの補償動作に伴うエネルギ消費相当分、前記蓄電用コンデンサの充放電を行うように動作させることを特徴とする電力変換装置。
3. 前記交流電源と前記第１のコンバータとの間に介挿された遮断手段と、
   前記第２のコンバータと前記負荷との間に介挿される切り替え手段と、を備え、
   当該切り替え手段は、前記負荷を、前記第２のコンバータと、前記遮断手段及び前記第１のコンバータ間との何れかに接続するようになっていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電力変換装置。
4. 前記蓄電用コンデンサと並列に接続されるエネルギ蓄積手段と、
   前記蓄電用コンデンサと前記エネルギ蓄積手段との間でエネルギを融通する充放電手段と、を備えることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記蓄電用コンデンサと並列に接続されるエネルギ蓄積手段と、
   前記交流電源と並列に接続され前記エネルギ蓄積手段への充電を行う充電手段と、
   前記エネルギ蓄積手段のエネルギにより前記蓄電用コンデンサを充電する放電手段と、を備えることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の電力変換装置。

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