JP2017055589A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施の形態1に係る電力変換装置20の構成を説明するための図である。実施の形態1に係る電力変換装置20は、直流電源10から供給される直流電力をDC−DC変換して直流負荷30に供給する単方向の絶縁型DC−DCコンバータである。直流電源10は例えば、蓄電池、太陽電池、燃料電池などが該当する。
図4は、実施の形態2に係る電力変換装置20の構成を説明するための図である。実施の形態2に係る電力変換装置20は、絶縁型双方向DC−ACコンバータである。実施の形態1に係る電力変換装置20と比較して、直流負荷30がDC−ACコンバータ26と系統40に置き換わり、整流回路23がインバータ回路23aに置き換わっている。
直流電源(10)に接続されたリアクトル(L1)と、
前記リアクトル(L1)を介して入力される直流電圧を昇圧しつつ交流電圧に変換する第1インバータ回路(22)と、
一次側に設けられた前記第1インバータ回路(22)の出力電力を二次側に伝達するトランス(T)と、
前記トランス(T)の二次側に設けられ、前記第1インバータ回路から出力される交流電力を直流電力に変換する第2インバータ回路(23a)と、
前記リアクトル(L1)の両端を短絡させるための短絡スイッチ(21)と、
を備えることを特徴とする電力変換装置(20)。
これによれば、絶縁型昇圧コンバータにおいて、短絡スイッチ(21)を追加することにより、サージ電圧からの素子保護と起動時の突入電流の抑制に寄与する回路構成を実現できる。
[項目2]
前記第1インバータ回路(22)は、第1スイッチング素子(Q11)と第2スイッチング素子(Q12)が直列に接続された第1レグと、第3スイッチング素子(Q13)と第4スイッチング素子(Q14)が直列に接続された第2レグとが並列に接続されるフルブリッジ回路を含み、
前記電力変換装置(20)は、
前記第1スイッチング素子(Q11)および前記第4スイッチング素子(Q14)と、前記第2スイッチング素子(Q12)および前記第3スイッチング素子(Q13)とを相補的に駆動する制御部(25)をさらに備え、
前記制御部(25)は、前記第1インバータ回路(22)を動作させる際、前記第1スイッチング素子(Q11)〜前記第4スイッチング素子(Q14)を全てオン状態に制御して前記リアクトル(L1)にエネルギーを蓄える期間を設けることを特徴とする項目1に記載の電力変換装置(20)。
これによれば、リアクトル(L1)とフルブリッジ回路により昇圧しつつ直流電圧を交流電圧に変換してトランス(T)の一次巻線に供給することができる。
[項目3]
前記第2インバータ回路(23a)から出力される直流電力を交流電力に変換して交流電源(40)または交流負荷に供給する、または交流電源(40)から供給される交流電力を直流電力に変換して前記第2インバータ回路(23a)に供給するDC−ACコンバータをさらに備え、
前記制御部(25)は、前記DC−ACコンバータ(26)のの交流側から見える負荷が所定値を下回ると、前記第1スイッチング素子(Q11)〜前記第4スイッチング素子(Q14)を全てオフ状態に制御し、前記短絡スイッチ(21)をオン状態に制御することを特徴とする項目2に記載の電力変換装置(20)。
無負荷または軽負荷時にリアクトル(L1)の両端を短絡させることにより、無負荷または軽負荷に遷移する際に発生するサージ電圧から第1スイッチング素子(Q11)〜第4スイッチング素子(Q14)を保護することができる。
[項目4]
前記第2インバータ回路(23a)の直流側に並列に設けられるコンデンサ(C3)をさらに備え、
前記制御部(25)は、前記電力変換装置(20)の起動時において、前記短絡スイッチ(21)をオン状態に制御し、前記コンデンサ(C3)の電圧が設定値を超えると前記短絡スイッチ(21)をオフ状態に制御することを特徴とする項目2または3に記載の電力変換装置(20)。
起動時に短絡スイッチ(21)をオン状態に制御することにより、リアクトル(L1)を無効化することができ、ソフトスタートを実現することができる。
[項目5]
前記制御部(25)は、前記電力変換装置(20)の起動時において、前記コンデンサ(C3)の電圧上昇に応じて、前記第1スイッチング素子(Q11)〜前記第4スイッチング素子(Q14)のデューティ比を上げることを特徴とする項目4に記載の電力変換装置(20)。
これによれば、コンデンサ(C3)をプリチャージするためのプリチャージ回路を別途に設けなくても、ソフトスタートを実現することができる。
[項目6]
前記短絡スイッチ(21)は、前記リアクトル(L1)の前記直流電源(10)側の端子から前記第1インバータ回路(22)側の端子への電流を阻止し、前記第1インバータ回路(22)側の端子から前記直流電源(10)側の端子への電流を駆動信号に応じて導通または非導通する逆阻止型スイッチであることを特徴とする項目1から5のいずれかに記載の電力変換装置(20)。
これによれば、リアクトル(L1)に残留する直流電流が閉ループを、阻害されることなく還流することができる。
Claims (6)
- 直流電源に接続されたリアクトルと、
前記リアクトルを介して入力される直流電圧を昇圧しつつ交流電圧に変換する第1インバータ回路と、
一次側に設けられた前記第1インバータ回路の出力電力を二次側に伝達するトランスと、
前記トランスの二次側に設けられ、前記第1インバータ回路から出力される交流電力を直流電力に変換する第2インバータ回路と、
前記リアクトルの両端を短絡させるための短絡スイッチと、
を備えることを特徴とする電力変換装置。 - 前記第1インバータ回路は、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子が直列に接続された第1レグと、第3スイッチング素子と第4スイッチング素子が直列に接続された第2レグとが並列に接続されるフルブリッジ回路を含み、
前記電力変換装置は、
前記第1スイッチング素子および前記第4スイッチング素子と、前記第2スイッチング素子および前記第3スイッチング素子とを相補的に駆動する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記第1インバータ回路を動作させる際、前記第1スイッチング素子〜前記第4スイッチング素子を全てオン状態に制御して前記リアクトルにエネルギーを蓄える期間を設けることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記第2インバータ回路から出力される直流電力を交流電力に変換して交流電源または交流負荷に供給する、または交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して前記第2インバータ回路に供給するDC−ACコンバータをさらに備え、
前記制御部は、前記DC−ACコンバータの交流側から見える負荷が所定値を下回ると、前記第1スイッチング素子〜前記第4スイッチング素子を全てオフ状態に制御し、前記短絡スイッチをオン状態に制御することを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記第2インバータ回路の直流側に並列に設けられるコンデンサをさらに備え、
前記制御部は、前記電力変換装置の起動時において、前記短絡スイッチをオン状態に制御し、前記コンデンサの電圧が設定値を超えると前記短絡スイッチをオフ状態に制御することを特徴とする請求項2または3に記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、前記電力変換装置の起動時において、前記コンデンサの電圧上昇に応じて、前記第1スイッチング素子〜前記第4スイッチング素子のデューティ比を上げることを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。
- 前記短絡スイッチは、前記リアクトルの前記直流電源側の端子から前記第1インバータ回路側の端子への電流を阻止し、前記第1インバータ回路側の端子から前記直流電源側の端子への電流を駆動信号に応じて導通または非導通する逆阻止型スイッチであることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の電力変換装置。
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JP7160431B2 (ja) | 2018-03-29 | 2022-10-25 | 株式会社豊田中央研究所 | 電力伝送システム及びその制御方法 |
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