特許ウォッチ

公開番号2025109176
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-24
出願番号2024177671
出願日2024-10-10
発明の名称電力変換装置および電力変換システム
出願人TDK株式会社
代理人弁理士法人つばさ国際特許事務所
主分類H02M 3/28 20060101AFI20250716BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】入力電圧の急変時において回路を保護することができる電力変換装置を得る。
【解決手段】本開示の一実施の形態に係る電力変換装置は、第1の電力端子と、スイッチング回路と、トランスと、整流回路と、平滑回路と、電力回生回路と、制御回路と、第2の電力端子とを備える。電力回生回路は、ダイオード回路と、第2のキャパシタと、第1および第2の回生スイッチング素子と、第2のインダクタおよび第1のダイオードとを有する。制御回路は、第1のノードの電圧が上昇し、第1のノードの電圧がしきい値電圧を超えた場合に、第1の回生スイッチング素子をオン状態にするとともに第2の回生スイッチング素子をオフ状態にすることが可能である。第2の巻線の両端間には、第1の正電圧よび第1の負電圧が交互に生じ、しきい値電圧は、第1の正電圧の平均値に対応する電圧、および第1の負電圧の平均値に対応する電圧よりも高い。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
第１の電力端子と、
前記第１の電力端子に接続されたスイッチング回路と、
前記スイッチング回路に導かれた第１の巻線と、第２の巻線とを有するトランスと、
前記第２の巻線に接続され、１または複数の整流スイッチング素子を有する整流回路と、
一端および他端を有する第１のインダクタと、前記第１のインダクタの前記他端に接続された一端および基準ノードに接続された他端とを有する第１のキャパシタとを含む平滑回路と、
前記整流回路に接続され、前記整流回路において生じたサージ電圧のエネルギーを前記第１のキャパシタに回生可能な電力回生回路と、
前記スイッチング回路、前記整流回路、および前記電力回生回路の動作を制御可能な制御回路と、
前記第１のインダクタの前記他端および前記第１のキャパシタの前記一端に接続された第１の接続端子と、前記基準ノードに接続された第２の接続端子とを有する第２の電力端子と
を備え、
前記電力回生回路は、
前記整流回路と第１のノードとを結ぶ経路に設けられ、前記第１のノードに向かって電流を流すことが可能なダイオード回路と、
前記第１のノードに接続された一端と、前記基準ノードに接続された他端とを有する第２のキャパシタと、
前記第１のノードに接続された一端と第２のノードに接続された他端とを有する第１の回生スイッチング素子と、
前記第２のノードに接続された一端と前記基準ノードに接続された他端とを有する第２の回生スイッチング素子と、
前記第２のノードと前記第１のキャパシタの前記一端とを結ぶ経路に設けられた第２のインダクタおよび第１のダイオードと
を有し、
前記制御回路は、前記第１のノードの電圧が上昇し、前記第１のノードの電圧がしきい値電圧を超えた場合に、前記第１の回生スイッチング素子をオフ状態からオン状態にするとともに前記第２の回生スイッチング素子をオン状態からオフ状態にすることが可能であり、
前記第１の電力端子に入力された入力電圧が、通常の動作電圧範囲の範囲内の電圧である場合に、前記第２の巻線の両端間には、第１の正電圧および第１の負電圧が交互に生じ、
前記しきい値電圧は、前記整流回路における、前記第１の正電圧の平均値に対応する電圧、および前記第１の負電圧の平均値に対応する電圧よりも高い
電力変換装置。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記第２の巻線は、前記第１のインダクタの前記一端に接続された一端と、他端とを有し、
前記１または複数の整流スイッチング素子は、前記第２の巻線の前記他端に接続された一端と前記基準ノードに接続された他端とを有する第１の整流スイッチング素子と、前記第２の巻線の前記一端に接続された一端と前記基準ノードに接続された他端とを有する第２の整流スイッチング素子とを含み、
前記ダイオード回路は、
前記第１の整流スイッチング素子の前記一端に接続されたアノードと、前記第１のノードに接続されたカソードとを有する第２のダイオードと、
前記第２の整流スイッチング素子の前記一端に接続されたアノードと、前記第１のノードに接続されたカソードとを有する第３のダイオードと
を有する
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記トランスは、第３の巻線をさらに有し、
前記第２の巻線は、前記第１のインダクタの前記一端に接続された一端と、他端とを有し、
前記第３の巻線は、一端と、前記第１のインダクタの前記一端に接続された他端とを有し、
前記１または複数の整流スイッチング素子は、前記第２の巻線の前記他端に接続された一端と前記基準ノードに接続された他端とを有する第１の整流スイッチング素子と、前記第３の巻線の前記一端に接続された一端と前記基準ノードに接続された他端とを有する第２の整流スイッチング素子とを含み、
前記ダイオード回路は、
前記第１の整流スイッチング素子の前記一端に接続されたアノードと、前記第１のノードに接続されたカソードとを有する第２のダイオードと、
前記第２の整流スイッチング素子の前記一端に接続されたアノードと、前記第１のノードに接続されたカソードとを有する第３のダイオードと
を有する
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御回路は、前記第１のノードの電圧と前記しきい値電圧とを比較することにより比較結果信号を生成可能であり、パルス信号を生成可能であり、前記比較結果信号と前記パルス信号との論理積を算出可能であり、前記論理積を示す信号に基づいて前記第１の回生スイッチング素子および前記第２の回生スイッチング素子の動作を制御可能である
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記第１の回生スイッチング素子がオン状態になる期間の長さは、前記パルス信号のパルス幅よりも短い
請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記パルス信号は、前記スイッチング回路におけるスイッチング動作と同期可能である
請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記しきい値電圧は、第１のしきい値電圧と、前記第１のしきい値電圧よりも低い第２のしきい値電圧とを含み、
前記制御回路は、前記第１のノードの電圧と前記しきい値電圧とを比較する際、
前記第１のノードの電圧が上昇し、前記第１のノードの電圧が前記第１のしきい値電圧を超えた場合に、前記第１の回生スイッチング素子をオフ状態からオン状態にするとともに前記第２の回生スイッチング素子をオン状態からオフ状態にすることが可能であり、
前記第１のノードの電圧が下降し、前記第１のノードの電圧が前記第２のしきい値電圧を下回った場合に、前記第１の回生スイッチング素子をオン状態からオフ状態にするとともに前記第２の回生スイッチング素子をオフ状態からオン状態にすることが可能である
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記制御回路は、前記入力電圧が、前記動作電圧範囲よりも高い所定の電圧を超えた場合に、前記スイッチング回路、前記整流回路、および前記電力回生回路の動作を停止可能であり、
前記入力電圧が前記所定の電圧である場合に、前記第２の巻線の両端間には、第２の正電圧および第２の負電圧が交互に生じ、
前記しきい値電圧は、前記整流回路における、前記第２の正電圧の平均値に対応する電圧、および前記第２の負電圧の平均値に対応する電圧のうちの大きい電圧よりも低い
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記第２のインダクタは、金属一体成型タイプのインダクタである
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の電力変換装置を備えた
電力変換システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力を変換する電力変換装置および電力変換システムに関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
電力変換装置には、整流回路において生じるサージ電圧を抑制するものがある。例えば、特許文献１には、スイッチング回路に供給される入力電圧に基づいて基準電圧を変更することにより、様々な入力電圧においてサージ電圧の抑制を図る電力変換装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１８－６１３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電力変換装置では、入力電圧が急変した場合でも、回路を保護することができることが望まれており、このようなサージ電圧を抑制する回路を保護することができることが期待される。
【０００５】
入力電圧が急変した場合でも、回路を保護することができる電力変換装置および電力変換システムを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施の形態に係る電力変換装置は、第１の電力端子と、スイッチング回路と、トランスと、整流回路と、平滑回路と、電力回生回路と、制御回路と、第２の電力端子とを備えている。スイッチング回路は、第１の電力端子に接続されたものである。トランスは、スイッチング回路に導かれた第１の巻線と、第２の巻線とを有するものである。整流回路は、第２の巻線に接続され、１または複数の整流スイッチング素子を有するものである。平滑回路は、一端および他端を有する第１のインダクタと、第１のインダクタの前記他端に接続された一端および基準ノードに接続された他端とを有する第１のキャパシタとを含むものである。電力回生回路は、整流回路に接続され、整流回路において生じたサージ電圧のエネルギーを第１のキャパシタに回生可能なものである。制御回路は、スイッチング回路、整流回路、および電力回生回路の動作を制御可能なものである。第２の電力端子は、第１のインダクタの他端および第１のキャパシタの一端に接続された第１の接続端子と、基準ノードに接続された第２の接続端子とを有するものである。電力回生回路は、ダイオード回路と、第２のキャパシタと、第１の回生スイッチング素子と、第２の回生スイッチング素子と、第２のインダクタ及び第１のダイオードとを有している。ダイオード回路は、整流回路と第１のノードとを結ぶ経路に設けられ、第１のノードに向かって電流を流すことが可能なものである。第２のキャパシタは、第１のノードに接続された一端と、基準ノードに接続された他端とを有するものである。第１の回生スイッチング素子は、第１のノードに接続された一端と第２のノードに接続された他端とを有するものである。第２の回生スイッチング素子は、第２のノードに接続された一端と前記基準ノードに接続された他端とを有するものである。第２のインダクタおよび第１のダイオードは、第２のノードと第１のキャパシタの一端とを結ぶ経路に設けられたものである。制御回路は、第１のノードの電圧が上昇し、第１のノードの電圧がしきい値電圧を超えた場合に、第１の回生スイッチング素子をオフ状態からオン状態にするとともに第２の回生スイッチング素子をオン状態からオフ状態にすることが可能なものである。第１の電力端子に入力された入力電圧が、通常の動作電圧範囲の範囲内の電圧である場合に、第２の巻線の両端間には、第１の正電圧よび第１の負電圧が交互に生じる。しきい値電圧は、整流回路における、第１の正電圧の平均値に対応する電圧、および第１の負電圧の平均値に対応する電圧よりも高い。
【０００７】
本発明の一実施の形態に係る電力変換システムは、上記電力変換装置を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一実施の形態に係る電力変換装置および電力変換システムによれば、入力電圧が急変した場合でも、回路を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、本発明の一実施の形態に係る電力変換システムの一構成例を表す回路図である。
図２は、図１に示した電力回生回路の一構成例を表す回路図である。
図３は、図２に示したコンパレータの一動作例を表す説明図である。
図４は、図３に示したしきい値電圧の一例を表す説明図である。
図５は、図１に示した電力変換システムの一動作例を表すタイミング波形図である。
図６は、図１に示した電力変換システムの他の一動作例を表すタイミング波形図である。
図７は、図１に示した電力変換システムの他の一動作例を表すタイミング波形図である。
図８は、図１に示した電力変換システムにおける、入力電圧が急変した場合の一動作例を表す波形図である。
図９は、参考例に係る電力変換システムにおける、入力電圧が急変した場合の一動作例を表す波形図である。
図１０は、図１に示した電力変換システムの一動作例を表す波形図である。
図１１は、変形例に係る電力変換システムの一構成例を表す回路図である。
図１２は、図１１に示した電力回生回路の一構成例を表す回路図である。
図１３は、図１１に示した電力変換システムの一動作例を表すタイミング波形図である。
図１４は、図１１に示した電力変換システムの他の一動作例を表すタイミング波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許