JP4493460B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
図1は本発明の実施の形態1に係る無瞬断電源装置の概略構成図を示している。図1において、電源1は通常、系統電圧Voを有する商用交流電源であり、リレー等の機械式スイッチからなる直送スイッチ3を介して負荷2へ直接電力を供給している。上記負荷2には、それぞれの交流側端子が上記系統と並列関係に挿入された単相インバータ群4、5、6と、上記系統と直列関係に挿入された単相インバータ7とが接続されている。上記単相インバータ4乃至7の直流側端子はそれぞれコンデンサ8乃至11が接続され、それぞれの電圧VB4、VB3、VB2、VB1のエネルギーをDC−DCコンバータ12を介して、上記単相インバータ群4、5、6と、上記単相インバータ7との間でやり取りできるように構成されている。
ここで単相インバータ4乃至7は、それぞれ図2に示されるように、単相ブリッジ接続された例えばMOSFETなどのスイッチ20乃至23と、各素子に逆並列接続された寄生ダイオード24乃至27と、各スイッチのゲートを駆動するゲート駆動回路30乃至33とからなる周知の構成を採用することができる。
続いて、系統が停電した場合について説明する。系統が停電すると、まず直送スイッチ3が切り離され、チョッパ回路14が動作して、バッテリ13から単相インバータ4の直流コンデンサ8に電力を供給する。また、直流コンデンサ8からDC/DCコンバータ12によって各直流コンデンサ9、10、11に電力を伝送する。例えば、各直流コンデンサの電圧VB1〜VB4の関係は、例えば1:2:4:8とする。実際は各直流コンデンサの関係としてはその他にも多数考えられ、例えば1:3:9:27とすることもでき、また各電圧を全く同じとすることもできる。
次に、DC/DCコンバータ12の詳細について説明する。図4(a)はこの発明になるDC/DCコンバータ12の回路図であり、図から明らかなように、1個の絶縁トランス50からなっている。絶縁トランス50の1次側には、巻き線N1とMOSFETなどのスイッチ51と、ダイオード55と、ゲート回路59とからなる周知の回路ユニットが接続されている。また、絶縁トランス50の2次側には、巻き線N2とMOSFETなどのスイッチ52と、ダイオード56と、ゲート回路60とからなる回路ユニットと、巻き線N3とMOSFETなどのスイッチ53と、ダイオード57と、ゲート回路61とからなる回路ユニットと、巻き線N4とMOSFETなどのスイッチ54と、ダイオード58と、ゲート回路62とからなる回路ユニットとが直列接続されている。
このような構成にしておくことにより、各インバータ4〜6の直流部の電圧の関係も巻き線N1〜N3の巻き数比に固定することができる。
各スイッチ51〜53のスイッチング周波数を負荷電流の変化速度、つまり商用周波数よりも十分に高くしておくことにより、電力の移行は準静的に行われるから効率のよいコンバータが形成できる。
VB4*d=VB1*(1-d)*N1/N4
VB1=VB4*d/(1-d)*N4/N1
従って、デューティ比dを変化することにより、系統電圧Voの変化に応じてVB1の大きさを変化することが可能となる。
上記のようなDC/DCコンバータの構成とすることにより、インバータ4、5、6は常に固定の電圧値および固定の電圧関係に維持しながら、dを変化することによりVB1の値を自由に変えることができる。従って、インバータ4、5、6を用いて安定した電圧を出力して電力を系統に送受しつつ、系統電圧が低下もしくは増加したときに負荷に一定電圧を供給することが容易となるものである。
実施の形態3は、上述したような本発明の無瞬断電源装置を構成する単相インバータやDC―DCコンバータ等のゲート電源を共通化し、ユニット構成を簡略化したものである。図10は、本発明の無瞬断電源装置のチョッパ回路部分14、DC―DCコンバータ部分12、インバータ部分3を含む詳細回路を示したものである。図に示すように、各部分を構成しているMOSFETなどのスイッチには全てゲート駆動回路が必要となっており、これらはまた全て電源が必要となる。ところが、上述したように単相のインバータを直列に接続した構成においては、各単相インバータが単位ユニットという考え方が一般的であるため、単位ユニットの中で各ゲート電源をまかなうというのが一般通念として存在していた。しかし、スイッチの数だけゲート用電源を準備すると、言うまでもなく構成が煩雑となり、またコスト高となってしまう。
すなわち、インバータを直列接続し出力端子の一部が各インバータで共通化されているいわゆる直列多重インバータにおいては、通常、出力線にはPWMによる高周波電流が流れるため、出力線に大きな電位変動が発生する。従って、たとえ直流的には同電位部分でも高周波的には大きな電位変動が生ずることになり、これによってノイズ電流や漏洩電流が増加する傾向があった。
すなわち、図10に示したように、N段直列(ここではN=4)されたインバータにおいて、インバータNの出力端子でインバータN-1に導かれている端子がソース端子となるインバータN側のスイッチ(4S3)と、上記インバータN-1に導かれている端子に接続されているインバータN-1側のスイッチ(3S1)とのゲート電源を共通化することが可能である。
次に、インバータを直列に接続する線にてソース部分が共通となっているペア、4G3、3G1、および3G3、2G1、および2G3、1G1、に対し、それぞれPS6、PS7、PS8を割り当てる。こうすることにより、ゲート用の電源の数が大幅に低下する。この様子を示したものが図11である。図11に示すように、各ペアもしくは組み合わせのゲート回路、すなわちPS1〜PS4、PS6〜PS8に対し、それぞれ1つの共通ゲート用電源にて電力を供給している。
従って、本実施の形態によれば、ゲート電源の数が大幅に削減できるため、簡単・安価な回路構成が実現できるものである。
3 直送スイッチ、 4、5、6 単相インバータ群、
7 単相インバータ、 8、9、10、11 コンデンサ、
12 DC―DCコンバータ、 13 バッテリ、
14 チョッパ、 15 フィルタ、
50 絶縁トランス。
Claims (5)
- 電源と負荷とを結ぶ系統に並列に挿入され、それぞれの交流側端子が互いに直列接続された単相インバータ群と、上記系統に直列に接続された単相インバータと、前記単相インバータ群及び単相インバータのそれぞれの直流側端子に接続され、直流電源からの電力を制御してそれぞれのインバータに供給するDC―DCコンバータとを備え、上記単相インバータ群と単相インバータとは、上記DC―DCコンバータを介してエネルギーの送受が行われることを特徴とする電力変換装置。
- 前記DC―DCコンバータは、前記単相インバータ群及び単相インバータのいずれかの直流側端子に個別に接続された複数個の巻き線を有する1つの絶縁トランスからなることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記単相インバータ群及び単相インバータのそれぞれの直流側端子にはコンデンサが接続され、これらに充電される電圧値は前記絶縁トランスにより所定の比率に設定されていることを特徴とする請求項1あるいは請求項2記載の電力変換装置。
- 前記DC―DCコンバータの絶縁トランスは、前記単相インバータ群間においてはフォワード構成を採り、前記単相インバータ群と単相インバータ間においてはフライバック構成を採っていることを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。
- 前記単相インバータ群をN段直列構成としたものにおいて、インバータNの出力端子でインバータN-1に導かれている端子がソース端子となるインバータN側のスイッチと、上記インバータN-1に導かれている端子に接続されているインバータN-1側のスイッチとのゲート電源を共通化したことを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。
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