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公開番号2025140223
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024039452
出願日2024-03-13
発明の名称電力変換装置
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 7/12 20060101AFI20250919BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】スイッチング損失を低減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、入力端子と、入力端子と第1のノードとを結ぶ経路に設けられたリアクトルと、第1のノードと第2のノードとを結ぶ第1の経路において、第1の中間ノードを挟んで設けられた第1および第2のスイッチング素子を含む複数のスイッチング素子と、第1のノードと第3のノードとを結ぶ第2の経路において、第2の中間ノードを挟んで設けられた第1および第2の整流素子を含む複数の整流素子と、第1の中間ノードに接続された一端と、第2の中間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、出力端子と、入力電流の波形が入力電圧の波形と同じになるように、複数のスイッチング素子の動作を制御可能な制御回路とを備える。制御回路は、入力電圧に基づいて、スイッチング周波数を第1の周波数よりも低下させることが可能である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
交流電圧が入力可能な入力端子と、
前記入力端子と第１のノードとを結ぶ経路に設けられたリアクトルと、
前記第１のノードと第２のノードとを結ぶ第１の経路において、第１の中間ノードを挟んで設けられた第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子を含む複数のスイッチング素子と、
前記第１のノードと第３のノードとを結ぶ第２の経路において、第２の中間ノードを挟んで設けられた第１の整流素子および第２の整流素子を含む複数の整流素子と、
前記第１の中間ノードに接続された一端と、前記第２の中間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、
前記第３のノードに接続された第１の出力端子、および前記第２のノードに接続された第２の出力端子を含む出力端子と、
前記入力端子に流れる入力電流の波形が、前記入力端子における入力電圧の波形と同じになるように、前記複数のスイッチング素子の動作を制御可能な制御回路と
を備え、
前記制御回路は、前記複数のスイッチング素子のスイッチング周波数を所定の第１の周波数にすることが可能であり、前記入力電圧に基づいて、前記スイッチング周波数を前記第１の周波数よりも低下させることが可能である
電力変換装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記制御回路は、前記入力電圧が第１の電圧範囲の範囲内の電圧である場合に、前記スイッチング周波数を前記第１の周波数よりも低下させ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３】
前記制御回路は、前記出力端子における出力電圧に基づいて、前記第１の電圧範囲を設定可能である
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御回路は、前記入力電圧が前記第１の電圧範囲の範囲内である場合に、前記スイッチング周波数を、前記所定の周波数よりも低い第２の周波数に切り替えることが可能である
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御回路は、前記入力電圧が前記第１の電圧範囲の範囲内である場合に、前記スイッチング周波数を、前記所定の周波数よりも低い周波数に連続的に変化させることが可能である
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項６】
第２のキャパシタをさらに備え、
前記複数のスイッチング素子は、第３のスイッチング素子をさらに含み、
前記第１の経路において、前記第１のノードから前記第２のノードに向かって、前記第１のスイッチング素子、前記第２のスイッチング素子、および前記第３のスイッチング素子はこの順に設けられ、
前記第２のスイッチング素子および前記第３のスイッチング素子は、第３の中間ノードを挟んで設けられ、
前記複数の整流素子は、第３の整流素子をさらに含み、
前記第２の経路において、前記第１のノードから前記第３のノードに向かって、前記第１の整流素子、前記第２の整流素子、および前記第３の整流素子はこの順に設けられ、
前記第２の整流素子および前記第３の整流素子は、第４の中間ノードを挟んで設けられ、
前記第２のキャパシタは、前記第３の中間ノードに接続された一端と、前記第４の中間ノードに接続された他端とを有する
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記制御回路は、前記入力電圧が第１の電圧範囲の範囲内である場合、および前記入力電圧が第２の電圧範囲の範囲内の電圧である場合に、前記スイッチング周波数を前記第１の周波数よりも低下させることが可能である
請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
第１のダイオードと、
第２のダイオードと
をさらに備え、
前記入力端子は、第１の入力端子および第２の入力端子を含み、
前記第１のダイオードは、前記第２のノードに接続されたアノードと、前記第２の入力端子に接続されたカソードとを有し、
前記第２のダイオードは、前記第２の入力端子に接続されたアノードと、前記第３のノードに接続されたカソードとを有し、
前記リアクトルは、前記第１の入力端子と前記第１のノードとを結ぶ経路に設けられた
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記複数の整流素子のそれぞれはダイオードである
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記複数の整流素子のそれぞれはスイッチング素子であり、
前記制御回路は、さらに、前記複数の整流素子の動作を制御可能である
請求項１に記載の電力変換装置。

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に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
電力変換装置では、力率を改善可能なＰＦＣ（Power Factor Correction）コンバータがしばしば用いられる。例えば、特許文献１には、このようなＰＦＣコンバータに関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許第１０５３６０７３号明細書
【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、スイッチング損失を低減することが望まれており、さらなるスイッチング損失の低減が期待される。
【０００５】
スイッチング損失を低減することができる電力変換装置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、入力端子と、リアクトルと、複数のスイッチング素子と、複数の整流素子と、第１のキャパシタと、出力端子と、制御回路とを備えている。入力端子は、交流電圧が入力可能なものである。リアクトルは、入力端子と第１のノードとを結ぶ経路に設けられたものである。複数のスイッチング素子は、第１のノードと第２のノードとを結ぶ第１の経路において、第１の中間ノードを挟んで設けられた第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子を含むものである。複数の整流素子は、第１のノードと第３のノードとを結ぶ第２の経路において、第２の中間ノードを挟んで設けられた第１の整流素子および第２の整流素子を含むものである。第１のキャパシタは、第１の中間ノードに接続された一端と、第２の中間ノードに接続された他端とを有するものである。出力端子は、第３のノードに接続された第１の出力端子、および第２のノードに接続された第２の出力端子を含むものである。制御回路は、入力端子に流れる入力電流の波形が、入力端子における入力電圧の波形と同じになるように、複数のスイッチング素子の動作を制御可能なものである。上記制御回路は、複数のスイッチング素子のスイッチング周波数を所定の第１の周波数にすることが可能であり、入力電圧に基づいて、スイッチング周波数を第１の周波数よりも低下させることが可能である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一実施の形態に係る電力変換装置によれば、スイッチング損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、本発明の一実施の形態に係る電力変換装置の一構成例を表す回路図である。
図２は、図１に示した制御回路の一構成例を表すブロック図である。
図３は、図１に示した電力変換装置の一動作例を表すタイミング図である。
図４Ａは、図１に示した電力変換装置の一動作例を表す波形図である。
図４Ｂは、図１に示した電力変換装置の一動作例を表す他の波形図である。
図４Ｃは、図１に示した電力変換装置の一動作例を表す他の波形図である。
図４Ｄは、図１に示した電力変換装置の一動作例を表す他の波形図である。
図５Ａは、図１に示した電力変換装置の一動作状態を表す説明図である。
図５Ｂは、図１に示した電力変換装置の他の一動作状態を表す説明図である。
図５Ｃは、図１に示した電力変換装置の他の一動作状態を表す説明図である。
図５Ｄは、図１に示した電力変換装置の他の一動作状態を表す説明図である。
図６Ａは、図１に示した電力変換装置の他の一動作状態を表す説明図である。
図６Ｂは、図１に示した電力変換装置の他の一動作状態を表す説明図である。
図６Ｃは、図１に示した電力変換装置の他の一動作状態を表す説明図である。
図６Ｄは、図１に示した電力変換装置の他の一動作状態を表す説明図である。
図７Ａは、図１に示した電力変換装置の他の一動作状態を表す説明図である。
図７Ｂは、図１に示した電力変換装置の他の一動作状態を表す説明図である。
図７Ｃは、図１に示した電力変換装置の他の一動作状態を表す説明図である。
図７Ｄは、図１に示した電力変換装置の他の一動作状態を表す説明図である。
図８Ａは、図１に示した電力変換装置の他の一動作状態を表す説明図である。
図８Ｂは、図１に示した電力変換装置の他の一動作状態を表す説明図である。
図８Ｃは、図１に示した電力変換装置の他の一動作状態を表す説明図である。
図８Ｄは、図１に示した電力変換装置の他の一動作状態を表す説明図である。
図９は、図１に示した電力変換装置の一動作例を表すタイミング波形図である。
図１０は、図１に示した電力変換装置の一動作例を表す他のタイミング波形図である。
図１１は、図１に示した電力変換装置におけるスイッチング周波数の設定例を表す説明図である。
図１２は、変形例に係る電力変換装置の一構成例を表す回路図である。
図１３は、図１２に示した電力変換装置の一動作例を表すタイミング図である。
図１４は、他の変形例に係る電力変換装置の一構成例を表す回路図である。
図１５は、他の変形例に係る電力変換装置の一構成例を表す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
＜実施の形態＞
［構成例］
図１は、本発明の一実施の形態に係る電力変換装置（電力変換装置１）の一構成例を表すものである。電力変換装置１は、力率を改善可能なＰＦＣコンバータである。この電力変換装置１は、交流電源ＰＡＣから供給された交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を負荷装置ＬＤに供給するように構成される。交流電源ＰＡＣは、例えば系統電源である。電力変換装置１は、入力端子Ｔ１１，Ｔ１２と、電圧センサ１１と、電流センサ１２と、リアクトル１３と、トランジスタＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４と、キャパシタ１４と、ダイオード１５，１６と、キャパシタ１７と、電圧センサ１８と、制御回路２０と、出力端子Ｔ２１，Ｔ２２とを備えている。
（【００１１】以降は省略されています）

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