JP6787071B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
その結果、スイッチング素子の両端間に印加される電圧ピーク値を容易に直流入力電圧の略2倍まで抑えられるため、低耐圧故に低ON抵抗のスイッチング素子の使用が可能となり、その効果として高効率な電力変換装置を提供することができる。
また、共振インバータ、または共振コンバータの共振動作に関する一部の機能部を第2のLC共振回路に集約することが可能な構成となるため、2端子の複合共振インピーダンス素子とする事が可能となる。特に高周波でスイッチング動作をさせる場合、高周波のスイッチング電流が流れるパターンの引き回しが長いと、様々な弊害を生じる。本技術により、パターンの引き回しを極力短くする事、スイッチング回路部(スイッチング素子、第1の共振キャパシタンス、および第2のLC共振回路を含む回路)をコンパクトに設計する事が可能となり、その結果としてノイズによる影響を受ける、逆にノイズを放出する等のノイズの影響を抑える事が容易となる。また部品を集約する事で、複数必要なインダクタンスを磁気結合させる事が可能となり、磁気コアの個数を減らし、低コストと最適化が容易となる。またインダクタのコアのコア特性が、変動した時に、個々のインダクタとしての素子特性の変動差を小さく抑える事が可能となり動作の安定性に寄与する。さらに生産コストの低減、装置の小型化、装置の動作の最適化も達成できる。
1b コンバータ装置
2a,2b 直流入力端子
3a,3b 交流出力端子
4 負荷ネットワーク
5 スイッチング素子
41 第2のLC共振回路
41a 第1接続部
41b 第2接続部
42 第1の共振キャパシタンス
43 第1のLC共振回路
431 第16のキャパシタンス
432 第23のインダクタンス
V1 直流入力電圧
V2 交流出力電圧
Claims (15)
- 直流電圧が入力される正負2つの直流入力端子と、
交流電圧を出力する2つの交流出力端子と、
スイッチング素子と、
前記スイッチング素子の両端間に接続された第1の共振キャパシタンスと、
前記交流出力端子間に前記スイッチング素子と共に直列に接続された第1のLC共振回路と、
前記直流入力端子間に前記スイッチング素子と共に直列に接続された第2のLC共振回路とを備え、
前記第1のLC共振回路は、
インダクタンスとキャパシタンスの直列回路を含む電流経路を有し、
前記第2のLC共振回路は、
前記2つの直流入力端子のうちの一方の直流入力端子に接続される第1接続部および前記スイッチング素子に接続される第2接続部を有すると共に、インダクタンスを含んで構成される電流経路、およびインダクタンスとキャパシタンスの直列回路を含んで構成される電流経路が当該第1接続部および当該第2接続部間に形成されている電力変換装置であって、
前記第2のLC共振回路は、
前記第1接続部および前記第2接続部間のインピーダンスの周波数特性において2つの共振周波数を有して、当該2つの共振周波数のうちの低域の第1の共振周波数が、前記スイッチング素子のスイッチング周波数より高く、かつ当該2つの共振周波数のうちの高域の第2の共振周波数が、当該スイッチング周波数の略2倍であって、
前記インピーダンスが、前記第1の共振周波数で極大となり、かつ前記第2の共振周波数で極小となるように形成されていることを特徴とする電力変換装置。 - 前記第2のLC共振回路は、
内部に含むインダクタンスとキャパシタンスを集約化して構成された複合共振インピーダンス素子であることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記スイッチング素子は、E級スイッチング動作をすることを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。
- 前記第2のLC共振回路は、
前記インピーダンスの周波数特性において前記第2の共振周波数よりも高い周波数帯域に、さらに2つの共振周波数を有して、当該2つの共振周波数のうちの低域の第3の共振周波数が、前記スイッチング周波数の2倍を超え4倍未満であり、かつ当該2つの共振周波数のうちの高域の第4の共振周波数が、前記スイッチング周波数の略4倍であって、
前記インピーダンスが、前記第3の共振周波数で極大となり、かつ前記第4の共振周波数で極小となるように形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記第2のLC共振回路は、
第1のインダクタンス、第2のインダクタンスおよび第2のキャパシタンスを内部に含み、
前記第1接続部および前記第2接続部間に前記第1のインダクタンスが接続されると共に、
前記第1接続部および前記第2接続部間に前記第2のインダクタンスと前記第2のキャパシタンスとの直列回路が接続されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記第2のLC共振回路は、
第3のインダクタンス、第4のインダクタンスおよび第3のキャパシタンスを内部に含み、
前記第1接続部および前記第2接続部間に前記第3のインダクタンスと前記第4のインダクタンスとの直列回路が接続されると共に、
前記第4のインダクタンスに前記第3のキャパシタンスが並列に接続されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記第2のLC共振回路は、
第5のインダクタンス、第6のインダクタンス、第7のインダクタンス、第4のキャパシタンスおよび第5のキャパシタンスを内部に含み、
前記第1接続部および前記第2接続部間に前記第5のインダクタンスが接続され、
前記第1接続部および前記第2接続部間に前記第6のインダクタンスと前記第4のキャパシタンスとの直列回路が接続され、
かつ前記第1接続部および前記第2接続部間に前記第7のインダクタンスと前記第5のキャパシタンスとの直列回路が接続されていることを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。 - 前記第2のLC共振回路は、
第8のインダクタンス、第9のインダクタンス、第10のインダクタンス、第6のキャパシタンスおよび第7のキャパシタンスを内部に含み、
前記第1接続部および前記第2接続部間に前記第8のインダクタンスと前記第9のインダクタンスと前記第10のインダクタンスとの直列回路が接続され、
前記第9のインダクタンスに前記第6のキャパシタンスが並列に接続され、
かつ前記第10のインダクタンスに前記第7のキャパシタンスが並列に接続されていることを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。 - 前記第2のLC共振回路は、
第11のインダクタンス、第12のインダクタンス、第13のインダクタンス、第8のキャパシタンスおよび第9のキャパシタンスを内部に含み、
前記第1接続部および前記第2接続部間に前記第11のインダクタンスと前記第12のインダクタンスと前記第13のインダクタンスとがこの順に直列に接続され、
前記第12のインダクタンスと前記第13のインダクタンスとの直列回路に前記第8のキャパシタンスが並列に接続され、
かつ前記第13のインダクタンスに前記第9のキャパシタンスが並列に接続されていることを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。 - 前記第2のLC共振回路は、
第14のインダクタンス、第15のインダクタンス、第16のインダクタンス、第10のキャパシタンスおよび第11のキャパシタンスを内部に含み、
前記第1接続部および前記第2接続部間に前記第14のインダクタンスが接続され、
前記第1接続部および前記第2接続部間に前記第10のキャパシタンスと前記第11のキャパシタンスと前記第16のインダクタンスとがこの順に直列に接続され、
かつ前記第11のキャパシタンスと前記第16のインダクタンスとの直列回路に前記第15のインダクタンスが並列に接続されていることを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。 - 前記第2のLC共振回路は、
第17のインダクタンス、第18のインダクタンス、第19のインダクタンス、第12のキャパシタンスおよび第13のキャパシタンスを内部に含み、
前記第1接続部および前記第2接続部間に前記第17のインダクタンスと前記第12のキャパシタンスと前記第18のインダクタンスとがこの順に直列に接続され、
前記第12のキャパシタンスと前記第18のインダクタンスとの直列回路に前記第19のインダクタンスが並列に接続され、
かつ前記第18のインダクタンスに前記第13のキャパシタンスが並列に接続されていることを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。 - 前記第2のLC共振回路は、
第20のインダクタンス、第21のインダクタンス、第22のインダクタンス、第14のキャパシタンスおよび第15のキャパシタンスを内部に含み、
前記第1接続部および前記第2接続部間に前記第20のインダクタンスと前記第14のキャパシタンスと前記第21のインダクタンスとがこの順に直列に接続され、
かつ前記第14のキャパシタンスと前記第21のインダクタンスとの直列回路に前記第22のインダクタンスと前記第15のキャパシタンスとがそれぞれ並列に接続されていることを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。 - 前記第2のLC共振回路は、
内部に磁気結合されているインダクタンスを含んでいることを特徴とする請求項1乃至12に記載の電力変換装置。 - 前記第1のLC共振回路に含まれている前記キャパシタンスおよび前記インダクタンスは、
前記スイッチング素子の一端と前記2つの交流出力端子のうちの一方の交流出力端子との間の第1経路内、および当該スイッチング素子の他端と当該2つの交流出力端子のうちの他方の交流出力端子との間の第2経路内に分散して配設された第16のキャパシタンスおよび第23のインダクタンスで構成されていることを特徴とする請求項1乃至13に記載の電力変換装置。 - 請求項1乃至14に記載の電力変換装置と、
第3のLC共振回路と整流回路とを備えて構成されると共に、当該電力変換装置の前記交流出力端子間に接続されて、当該交流出力端子間から出力される前記交流電圧を直流電圧に変換して出力する交直変換回路とを備えている電力変換装置。
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