JP5633688B2 - 交流−交流変換回路及びこれを用いた電力変換装置 - Google Patents
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Description
切替スイッチS0を接点(b−c)を短絡する側に切替えた状態では、高周波変圧器TRの一次巻線には交流電源電圧そのものの電圧が、切替スイッチS0を接点(a−c)を短絡する側に切替えた状態では、高周波変圧器TRの一次巻線には交流電源電圧の半分の電圧が、各々印加される。
高周波変圧器TRの2次巻線側回路は、ダイオードD1〜D4で構成された整流回路でパルス状の直流電圧に変換し、リアクトルL0と平滑コンデンサC0で構成された平滑フィルタで平滑された直流電圧を得る一般的な構成である。
従って、本発明の課題は、スイッチング時の電圧変化幅を小さくしノイズの発生を抑制し、また高周波変圧器一次側回路の双方向スイッチ素子が全てオフの状態で、二次側回路のダイオード電流が零になっても高周波変圧器の端子間の高周波振動電圧を抑制することにある。
コンデンサC1、C2を2個直列接続したコンデンサ直列回路と、逆阻止型IGBTS1aとS1bを逆並列接続した第1の双方向スイッチ素子及び逆阻止型IGBTS2aとS2bを逆並列接続した第2の双方向スイッチ素子を直列接続した第1の双方向スイッチ直列回路と、逆阻止型IGBTS3aとS3bを逆並列接続した第3の双方向スイッチ素子及び逆阻止型IGBTS4aとS4bを逆並列接続した第4の双方向スイッチ素子を直列接続した第2の双方向スイッチ直列回路と、を各々交流電源Viと並列に接続する。
このような構成における動作を図2及び図3に示す。図2はフルブリッジ回路での動作、図3はハーフブリッジ回路での動作図である。
交流出力電圧を正側に出力する場合の動作モードは2種類ある。モード1では、IGBTS6bがオンの状態でIGBTS1aをオンさせると交流出力電圧はコンデンサC1の電圧Vc1となり、次にIGBTS4aをオンさせると交流出力電圧はコンデンサC1の電圧Vc1+コンデンサC2の電圧Vc2となる。次にIGBTS4aをオフさせると交流出力電圧はコンデンサC1の電圧Vc1となり、さらにIGBTS1aをオフさせ、IGBTS5aをオンさせると交流出力電圧は零となる。ここでIGBTS5aへのオン信号はIGBTS1aをオフさせる時点より前の時刻に与えるとスムーズに電流を転流させることができる。この結果、交流出力電圧は正側に2ステップ状のパルス波形となる。
交流入力電圧の極性が負の時にはIGBTの使い方を変更することにより、同様に高周波電圧を出力することができる。
図1に示す回路構成において、ハーフブリッジ回路動作としては、双方向スイッチS6(IGBTS6aとS6bで構成)をオン状態として、双方向スイッチS1(IGBTS1aとS1bで構成)と双方向スイッチS2(IGBTS2aとS2bで構成)とを交互にオンオフする動作モード1と、双方向スイッチS5(IGBTS5aとS5bで構成)をオン状態として、双方向スイッチS3(IGBTS3aとS3bで構成)と双方向スイッチS4(IGBTS4aとS4bで構成)と、を交互にオンオフする動作モード2とがある。
モード1の動作とモード2の動作を交互に組合せることにより、導通するIGBT素子を分散させることが可能で、従来に比べて発生損失が分散するので、冷却装置の小型化が可能となり、また出力容量の大容量化が容易となる。
尚、上記実施例には双方向スイッチとして逆阻止型IGBTを逆並列接続した場合の例を示したが、逆耐圧のないIGBTとダイオードを組合わせて場合でも同様に実現可能である。
S0・・・切替スイッチ TR・・・高周波変圧器
S1a、S1b、S2a、S2b、S3a、S3b、S4a、S4b・・・逆阻止型IGBT
B1a、B1b、B2a、B2b、B3a、B3b、B4a、B4b・・・逆阻止型IGBT
DR・・・ダイオード整流器 SR・・・同期整流回路
D1〜D4・・・ダイオード Lo・・・平滑リアクトル
Co・・・平滑コンデンサ F・・・直流平滑フィルタ
Loa・・・交流リアクトル Coa・・・コンデンサ
ACF・・・交流フィルタ NAL・・・単巻変圧器
LD・・・直流負荷 ALD・・・交流負荷
VD1・・・電圧検出器 RJ・・・レベル判定器
CNT1〜3:制御回路
Claims (9)
- コンデンサを2個直列接続したコンデンサ直列回路と、第1及び第2の双方向スイッチ素子を2個直列接続した第1の双方向スイッチ直列回路と、第3及び第4の双方向スイッチ素子を2個直列接続した第2の双方向スイッチ直列回路と、を交流電源と並列に接続し、前記コンデンサ直列回路内部の接続点と前記第1の双方向スイッチ直列回路内部の接続点との間に第5の双方向スイッチを、前記コンデンサ直列回路内部の接続点と前記第2の双方向スイッチ直列回路内部の接続点との間に第6の双方向スイッチを、各々接続し、前記第1の双方向スイッチ直列回路内部の接続点と前記第2の双方向スイッチ直列回路内部の接続点との間に高周波交流電圧を出力する交流−交流変換回路において、
コンデンサ直列回路の各コンデンサ電圧を出力する第1ステップ波形と前記コンデンサ直列回路全体の電圧を出力する第2ステップ波形との合成波形を高周波交流電圧として出力する第1の制御手段を備えることを特徴とする交流−交流変換回路。 - 前記第1の制御手段は、前記各コンデンサの電圧差が小さくなるように前記第1ステップ波形又は第2ステップ波形のパルス幅を調整することを特徴とする請求項1に記載の交流−交流変換回路。
- 前記第1の制御手段は、高周波交流電圧の正の電圧から負の電圧又は負の電圧から正の電圧への切替に際し、前記第5及び第6の双方向スイッチをオンさせることにより、零電圧期間を設けることを特徴とする請求項1又は2に記載の交流−交流変換回路。
- 前記コンデンサ直列回路の各コンデンサ電圧を高周波交流電圧として出力する第2の制御手段を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の交流−交流変換回路。
- 前記第2の制御手段は、高周波交流電圧の正の電圧から負の電圧又は負の電圧から正の電圧への切替に際し、前記第5及び第6の双方向スイッチをオンさせることにより、零電圧期間を設けることを特徴とする請求項4に記載の交流−交流変換回路。
- 前記交流入力電圧の大きさに応じて、前記コンデンサ直列回路全体の電圧を高周波交流電圧として出力する第1の制御手段と前記コンデンサ直列回路の各コンデンサ電圧を高周波交流電圧として出力する第2の制御手段とを切替えることを特徴とする請求項4又は5に記載の交流−交流変換回路。
- 前記コンデンサ直列回路と中間タップ付変圧器巻線を並列接続し、前記中間タップと前記コンデンサ直列回路内部の接続点とを接続することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の交流−交流変換回路。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の交流−交流変換回路における前記高周波交流電圧を変圧器で絶縁変換し、整流回路及び平滑回路を介して直流電圧に変換し、これを直流出力とすることを特徴とする直流電源装置。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の交流−交流変換回路における前記高周波交流電圧を変圧器で絶縁変換し、同期整流回路及び平滑回路を介して交流電源の入力電圧周波数と同じ低周波数の交流電圧に変換し、これを交流出力とすることを特徴とする交流電源装置。
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