JP6821266B2 - Power converter - Google Patents
Power converter Download PDFInfo
- Publication number
- JP6821266B2 JP6821266B2 JP2017124531A JP2017124531A JP6821266B2 JP 6821266 B2 JP6821266 B2 JP 6821266B2 JP 2017124531 A JP2017124531 A JP 2017124531A JP 2017124531 A JP2017124531 A JP 2017124531A JP 6821266 B2 JP6821266 B2 JP 6821266B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power
- converters
- electrically connected
- switching
- terminals
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 50
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- ORQBXQOJMQIAOY-UHFFFAOYSA-N nobelium Chemical compound [No] ORQBXQOJMQIAOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- CNQCVBJFEGMYDW-UHFFFAOYSA-N lawrencium atom Chemical compound [Lr] CNQCVBJFEGMYDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000002847 impedance measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Rectifiers (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Description
本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to a power converter.
複数の変換器を並列に接続した並列多重型の電力変換装置がある。各変換器は、スイッチング素子を有し、スイッチング素子のスイッチングにより、直流又は交流の一次側の電力を、直流の二次側の電力に変換、又はその逆変換を行う。各変換器の二次側には、電荷蓄積素子(直流コンデンサ)が設けられる。このため、二次側には、各電荷蓄積素子と配線インダクタンスとによって複数のLCループが形成され、スイッチングにともなって、これらのループ内に共振電流が発生する。 There is a parallel multiplex type power converter in which a plurality of converters are connected in parallel. Each converter has a switching element, and by switching the switching element, the power on the primary side of direct current or alternating current is converted to the power on the secondary side of direct current, or vice versa. A charge storage element (DC capacitor) is provided on the secondary side of each converter. Therefore, a plurality of LC loops are formed on the secondary side by each charge storage element and the wiring inductance, and a resonance current is generated in these loops with switching.
スイッチング周波数の整数倍付近に共振点を有するLCループが存在する場合、そのループにおいて特に大きな共振電流が発生する可能性がある。共振電流は、配線や電荷蓄積素子などの過熱を引き起こす要因となる。このため、各種の部品を大きくする必要が生じ、各変換器の小型化や低コスト化の妨げとなってしまう。 When an LC loop having a resonance point near an integral multiple of the switching frequency exists, a particularly large resonance current may be generated in the loop. Resonant current is a factor that causes overheating of wiring and charge storage elements. For this reason, it becomes necessary to increase the size of various parts, which hinders the miniaturization and cost reduction of each converter.
LCループに流れる共振電流への対策として、例えば、スイッチング素子のゲート抵抗の増加による電圧変化速度(dV/dt)の低減や、共振発生ループ内又はその周辺へのダンピング抵抗の挿入などが挙げられる。 Countermeasures against the resonance current flowing in the LC loop include, for example, reduction of the voltage change rate (dV / dt) due to an increase in the gate resistance of the switching element, insertion of a damping resistor in or around the resonance generation loop, and the like. ..
ゲート抵抗の増加は、変換効率を悪化させるだけでなく、発生している共振周波数帯によっては、効果が限定的である。一方、特許文献1などに見られるダンピング抵抗の挿入は、変換器仕様への影響を抑えつつ、共振電流を抑制できるが、定常電力損失の増加を招いてしまう。 Increasing the gate resistance not only deteriorates the conversion efficiency, but also has a limited effect depending on the resonance frequency band generated. On the other hand, the insertion of the damping resistor as seen in Patent Document 1 and the like can suppress the resonance current while suppressing the influence on the converter specifications, but causes an increase in steady power loss.
直流回路の共振ループと並列に抵抗とスイッチング素子を挿入し、スイッチング素子を適切に制御することにより、共振電流の抑制と定常損失の低減とを両立させることも提案されている(例えば、特許文献2参照)。しかしながら、この手法では、スイッチング素子の追加により、システムが複雑化するうえ、コストも増大してしまう。 It has also been proposed that a resistor and a switching element are inserted in parallel with the resonance loop of the DC circuit and the switching element is appropriately controlled to achieve both suppression of resonance current and reduction of steady loss (for example, Patent Document). 2). However, in this method, the addition of switching elements complicates the system and increases the cost.
また、直流回路間を電気的に接続する配線にインダクタを挿入することで、共振周波数を低下させる手法も提案されている(例えば、特許文献3参照)。しかしながら、この手法を並列多重型の電力変換装置に適用すると、挿入するインダクタに大きな直流電流が流れるため、大型なインダクタが必要となり、電力変換装置の大型化を招いてしまう。 Further, a method of lowering the resonance frequency by inserting an inductor into the wiring for electrically connecting the DC circuits has also been proposed (see, for example, Patent Document 3). However, when this method is applied to a parallel multiplex type power converter, a large DC current flows through the inductor to be inserted, which requires a large inductor, which leads to an increase in the size of the power converter.
このため、並列多重型の電力変換装置においては、簡単な構成で、LCループに流れる共振電流を抑制できるようにすることが望まれる。 Therefore, in the parallel multiplexing type power conversion device, it is desired to be able to suppress the resonance current flowing in the LC loop with a simple configuration.
本発明の実施形態は、簡単な構成で共振電流を抑制できる電力変換装置を提供する。 An embodiment of the present invention provides a power conversion device capable of suppressing a resonance current with a simple configuration.
本発明の実施形態によれば、複数の変換器と、複数の電荷蓄積素子と、共通線と、複数の配線と、を備えた電力変換装置が提供される。前記複数の変換器は、スイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のスイッチングにより、直流又は交流の一次側の電力を、直流の二次側の電力に変換、又はその逆変換を行う。前記複数の電荷蓄積素子は、前記複数の変換器のそれぞれの二次側に設けられる。前記共通線は、前記複数の変換器の二次側に設けられる。前記複数の配線は、前記複数の変換器及び前記複数の電荷蓄積素子のそれぞれを前記共通線に接続し、前記複数の変換器の二次側を並列に接続する。前記複数の変換器は、ブリッジ回路であり、前記スイッチング素子のスイッチング周波数をfcとし、前記複数の変換器の数をnとし、前記複数の変換器のレグ数をpとする時、前記複数の配線の配線インダクタンスは、前記複数の電荷蓄積素子と前記共通線と前記複数の配線とによって形成される複数のループ回路のそれぞれの共振周波数を、n×p×fcの整数倍に近づけるように、個別に調整されている。
According to an embodiment of the present invention, there is provided a power converter including a plurality of converters, a plurality of charge storage elements, a common line, and a plurality of wirings. The plurality of converters have a switching element, and by switching the switching element, the power on the primary side of direct current or alternating current is converted into the power on the secondary side of direct current, or vice versa. The plurality of charge storage elements are provided on the secondary side of each of the plurality of converters. The common line is provided on the secondary side of the plurality of converters. In the plurality of wirings, each of the plurality of converters and the plurality of charge storage elements is connected to the common line, and the secondary sides of the plurality of converters are connected in parallel. The plurality of converters are bridge circuits, and when the switching frequency of the switching element is fc, the number of the plurality of converters is n, and the number of legs of the plurality of converters is p, the plurality of converters. The wiring inductance of the wiring is such that the resonance frequencies of the plurality of loop circuits formed by the plurality of charge storage elements, the common line, and the plurality of wirings are brought close to an integral multiple of n × p × fc. It is individually adjusted.
簡単な構成で共振電流を抑制できる電力変換装置が提供される。 A power conversion device capable of suppressing a resonance current with a simple configuration is provided.
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Hereinafter, each embodiment will be described with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the ratio of the sizes between the parts, and the like are not necessarily the same as the actual ones. Further, even when the same parts are represented, the dimensions and ratios may be different from each other depending on the drawings.
In addition, in the present specification and each figure, the same elements as those described above with respect to the above-mentioned figures are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.
図1は、実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
図1に表したように、電力変換装置10は、複数の変換器21〜23と、複数の電荷蓄積素子31〜33と、共通線41、42と、複数の配線51〜56と、を備える。
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a power conversion device according to an embodiment.
As shown in FIG. 1, the
複数の変換器21〜23は、スイッチング素子101、102を有し、スイッチング素子101、102のスイッチングにより、直流又は交流の一次側の電力を、直流の二次側の電力に変換、又はその逆変換を行う。変換器21〜23は、例えば、複数のスイッチング素子101、102を有する。
The plurality of
複数の電荷蓄積素子31〜33は、複数の変換器21〜23のそれぞれの二次側に設けられる。共通線41、42は、複数の変換器21〜23の二次側に設けられる。複数の配線51〜56は、複数の変換器21〜23及び複数の電荷蓄積素子31〜33のそれぞれを共通線41、42と接続し、複数の変換器21〜23の二次側を並列に接続する。
The plurality of
このように、電力変換装置10は、複数の変換器21〜23の二次側を並列に接続した並列多重型の電力変換装置がある。こうした並列多重型の電力変換装置では、並列に接続する変換器の数を増やすことにより、比較的容易に大容量化に対応することができる。この例では、3つの変換器21〜23を並列に接続した例を示している。並列に接続する変換器の数は、3つに限ることなく、任意の数でよい。
As described above, the
この例において、一次側の電力は、直流電力である。電力変換装置10は、一次側の一対の端子61p、61nと、二次側の一対の端子62p、62nと、を有する。端子61p、61nは、一次側の直流の電力系統と電気的に接続される。端子62p、62nは、二次側の直流の電力系統と電気的に接続される。一次側の電力系統は、例えば、直流電源である。二次側の電力系統は、例えば、直流電源又は直流負荷である。また、端子61p、62pは、直流の電力系統の高電位側に接続される。端子61n、62nは、直流の電力系統の低電位側に接続される。端子62nは、配線64を介して端子61nと電気的に接続されている。
In this example, the power on the primary side is DC power. The
変換器21は、直列に接続された2つのスイッチング素子101、102と、2つのスイッチング素子101、102のそれぞれに逆並列に接続された2つの整流素子111、112と、を有する。スイッチング素子101、102には、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やパワーMOSFETなどのパワー半導体が用いられる。整流素子111、112は、いわゆる還流ダイオードである。
The
スイッチング素子101の一方の主端子(例えばコレクタ)は、配線51、共通線41を介して二次側の端子62pと電気的に接続されている。スイッチング素子101の他方の主端子(例えばエミッタ)は、スイッチング素子102の一方の主端子と電気的に接続されている。スイッチング素子102の他方の主端子は、配線52、共通線42を介して二次側の端子62nと電気的に接続されている。スイッチング素子101、102の接続点は、直流インダクタ66及び配線68を介して一次側の端子61pと電気的に接続されている。
One main terminal (for example, a collector) of the
このように、変換器21は、2つのスイッチング素子101、102の両端を、二次側の一対の端子62p、62nと電気的に接続し、2つのスイッチング素子101、102の接続点を一次側の高電位側の端子61pと電気的に接続したハーフブリッジ回路である。換言すれば、変換器21は、双方向チョッパ回路である。
In this way, the
変換器21は、一次側の電力系統から供給された直流電力を二次側の電力系統に対応した直流電力に変換し、変換後の直流電力を二次側の電力系統に供給するとともに、二次側の電力系統から供給された直流電力を一次側の電力系統に対応した直流電力に変換し、変換後の直流電力を一次側の電力系統に供給する。変換器21は、例えば、一次側の直流電力を昇圧して二次側に供給し、二次側の直流電力を降圧して一次側に供給する。なお、変換器22、23の構成は、変換器21の構成と実質的に同じであるから、詳細な説明は省略する。
The
電荷蓄積素子31〜33は、変換器21〜23の二次側に並列に接続される。換言すれば、電荷蓄積素子31〜33は、スイッチング素子101、102に対して並列に接続される。電荷蓄積素子31〜33は、例えば、直流コンデンサである。
The
共通線41は、二次側の端子62pと電気的に接続されている。共通線42は、二次側の端子62nと電気的に接続されている。共通線41、42は、例えば、板状である。共通線41、42は、例えば、平行平板状のブスバーである。
The
配線51の一端は、変換器21の二次側の高電位側と電気的に接続されている。配線51の他端は、共通線41と電気的に接続されている。配線52の一端は、変換器21の二次側の低電位側と電気的に接続されている。配線52の他端は、共通線42と電気的に接続されている。配線51、52は、例えば、板状である。配線51、52は、例えば、平行平板状のブスバーである。配線53〜56の構成は、配線51、52の構成と実質的に同じであるから、詳細な説明は省略する。
One end of the
配線51は、配線インダクタンスLs1を含む。配線53は、配線インダクタンスLs2を含む。配線55は、配線インダクタンスLs3を含む。共通線41は、配線インダクタンスLs4、Ls5を含む。配線インダクタンスLs1〜Ls5は、部品として存在するものではなく、各配線51、53、55、及び共通線41の持つ寄生インダクタンスである。配線インダクタンスLs4は、共通線41の配線インダクタンスのうちの配線51と配線53との間の部分の配線インダクタンスである。配線インダクタンスLs5は、共通線41の配線インダクタンスのうちの配線53と配線55との間の部分の配線インダクタンスである。
The
なお、配線52の配線インダクタンスは、配線51の配線インダクタンスと実質的に同じである。配線54の配線インダクタンスは、配線53の配線インダクタンスと実質的に同じである。配線56の配線インダクタンスは、配線55の配線インダクタンスと実質的に同じである。共通線42の配線インダクタンスは、共通線41の配線インダクタンスと実質的に同じである。
The wiring inductance of the
電力変換装置10では、複数の配線51〜56の配線インダクタンスが、個別に調整されている。高電位側の複数の配線51、53、55のいずれか1つの配線インダクタンスは、別の1つの配線インダクタンスと異なる。配線51、53、55の配線インダクタンスは、それぞれ異なっていてもよいし、3つのうちの1つのみが異なっていてもよい。同様に、低電位側の複数の配線52、54、56のいずれか1つの配線インダクタンスは、別の1つの配線インダクタンスと異なる。
In the
電力変換装置10は、より詳しくは、以下のように配線51〜56の配線インダクタンスを調整する。スイッチング素子101、102のスイッチング周波数を「fc」とする。複数の変換器21〜23の数を「n」とする。「n」は、より具体的には、並列接続された変換器の数である。従って、この例においては、n=3である。ブリッジ回路である複数の変換器21〜23のレグ数を「p」とする。この例において、変換器21〜23は、ハーフブリッジ回路であるから、p=1である。変換器21〜23が単相フルブリッジ回路である場合には、p=2となり、変換器21〜23が三相フルブリッジ回路である場合には、p=3となる。また、複数の電荷蓄積素子31〜33と、共通線41、42と、複数の配線51〜56とによって形成される複数のループ回路を、「LPC」とする。
More specifically, the
上記のように「fc」、「n」、「p」、「LPC」を設定する時、複数の配線51〜56の配線インダクタンスは、複数のループ回路LPCのそれぞれの共振周波数を、p×fcの整数倍からずらすか、又はn×p×fcの整数倍に近づけるように、個別に調整する。
When "fc", "n", "p", and "LPC" are set as described above, the wiring inductance of the plurality of
これにより、電力変換装置10では、各ループ回路LPCにおける共振電流の発生を抑制することができる。スイッチング素子やダンピング抵抗などの部品の追加を必要とすることなく、簡単な構成で共振電流を抑制することができる。
As a result, the
配線51〜56の配線インダクタンスは、配線長や形状などの変更によって実現できる。共通線41、42、及び配線51〜56の配線インダクタンスは、例えば、有限要素法を用いた解析システムなどによって求めることができる。ループ回路LPCの共振周波数は、例えば、上記配線インダクタンス解析結果を反映した回路シミュレータなどによって求めることができる。
The wiring inductance of the
以下、配線51〜56の配線インダクタンスと共振電流との関係について説明する。
図2及び図3(a)〜図3(c)は、実施形態に係る電力変換装置の特性の一例を表すグラフ図である。
図2及び図3(a)〜図3(c)は、配線51、52の配線インダクタンスLs1、配線53、54の配線インダクタンスLs2、及び配線55、56の配線インダクタンスLs3のそれぞれを、実質的に等しくした場合(Ls1=Ls2=Ls3とした場合)の特性の一例を表す。
Hereinafter, the relationship between the wiring inductance of the
2 and 3 (a) to 3 (c) are graphs showing an example of the characteristics of the power conversion device according to the embodiment.
2 and 3 (a) to 3 (c) show substantially each of the wiring inductance Ls1 of the
図2は、電荷蓄積素子31〜33に流れる電流iC1〜iC3の電流実効値と、スイッチング素子101、102のスイッチングのデューティー比と、の関係を表している。
図3(a)〜図3(c)は、電荷蓄積素子31〜33に流れる電流iC1〜iC3の電流実効値と、時間と、の関係を表している。
FIG. 2 shows the relationship between the current effective values of the currents iC1 to iC3 flowing through the
3 (a) to 3 (c) show the relationship between the current effective values of the currents iC1 to iC3 flowing through the
図2に表したように、電流iC1〜iC3の電流実効値は、スイッチング素子101、102のスイッチングのデューティー比に依存している。特に、電流iC1、iC3については、Duty=0.31、0.44付近にピークがみられる。また、図3(a)〜図3(c)では、電流iC1、iC3に4800Hzの成分が多く含まれており、さらにこの成分がスイッチング発生直後に限らず、継続的に流れていることから、直流回路において電荷蓄積素子31〜33と配線インダクタンスLs1〜Ls5に起因する共振が発生し、電流iC1、iC3の増大を引き起こしていることがわかる。
As shown in FIG. 2, the current effective values of the currents iC1 to iC3 depend on the switching duty ratio of the switching
図4(a)及び図4(b)は、実施形態に係る電力変換装置の特性の一例を表すグラフ図である。
図4(a)及び図4(b)は、図2及び図3(a)〜図3(c)と同じ条件(Ls1=Ls2=Ls3)において、各変換器21〜23の直流部から直流回路全体を見込んだインピーダンスの周波数特性(4kHz〜10kHz付近)を示す。インピーダンス測定点は、図1において矢線A1−A2で表すように、各変換器21〜23の二次側の端子部分である。図4(a)は、変換器21、23のインピーダンスの周波数特性であり、図4(b)は、変換器22のインピーダンスの周波数特性である。
4 (a) and 4 (b) are graphs showing an example of the characteristics of the power conversion device according to the embodiment.
4 (a) and 4 (b) show direct current from the DC portion of each of the
図4(a)及び図4(b)に表したように、直流回路は、4800Hz〜5400Hzの付近に共振点を有する。このように、変換器21〜23から共通線41、42までの配線51〜56の配線インダクタンスLs1〜Ls3が実質的に等しい場合でも、共通線41、42の配線インダクタンスLs4、Ls5の存在のために、各変換器21〜23からみたインピーダンスは、等しくならない。
As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the DC circuit has a resonance point in the vicinity of 4800 Hz to 5400 Hz. As described above, even when the wiring inductances Ls1 to Ls3 of the
図5〜図7は、実施形態に係る電力変換装置の特性の一例を表すグラフ図である。
図5は、各変換器21〜23の直流回路に流入するスイッチング電流の一例を表す。図5では、スイッチング電流の一例として、スイッチング周波数fc=600Hz、Duty=0.45とした時の交流分のみを表している。
図6は、図5に表したスイッチング電流のFFT(Fast Fourier Transform)解析の結果を表す。
図7は、図3(a)の電流iC1のFFT解析の結果を表す。
5 to 7 are graphs showing an example of the characteristics of the power conversion device according to the embodiment.
FIG. 5 shows an example of the switching current flowing into the DC circuit of each of the
FIG. 6 shows the results of FFT (Fast Fourier Transform) analysis of the switching current shown in FIG.
FIG. 7 shows the result of FFT analysis of the current iC1 of FIG. 3 (a).
図5に表したスイッチング電流、及び図6に表したFFT解析結果が示すように、一般にスイッチング電流には、スイッチング周波数fc(今回は600Hz)を基本波とした高調波成分が多く含まれる。なお、変換器21〜23がハーフブリッジ回路ではなく、レグ数pが2又は3のフルブリッジ回路である場合には、p×fcが基本波となる。一例として示したDuty=0.45の時には、8次高調波である4800Hzに無視できない大きさの電流成分が存在し、この周波数が図4(a)の共振点と近接している。このため、図2及び図3に示した変換器21、23における大きな共振電流をもたらしていると考えられる。
As shown by the switching current shown in FIG. 5 and the FFT analysis result shown in FIG. 6, the switching current generally contains a large amount of harmonic components having a switching frequency fc (600 Hz this time) as a fundamental wave. When the
図7に表したように、電流iC1のFFT解析結果では、上記のメカニズムを裏付けるように、4800Hz付近の電流成分が支配的となっている。 As shown in FIG. 7, in the FFT analysis result of the current iC1, the current component near 4800 Hz is dominant so as to support the above mechanism.
一方で、図4(b)に表したように、変換器22の共振点は、変換器21、23と比べて高く、9次高調波の5400Hz付近である。図6のスイッチング電流のFFT解析結果に表したように、5400Hz付近の高調波成分は、十分に小さい。このため、変換器22においては、共振電流もそれほど顕著ではないと考えられる。
On the other hand, as shown in FIG. 4B, the resonance point of the
図8、図9(a)〜図9(c)、図10(a)、図10(b)、及び図11は、実施形態に係る電力変換装置の特性の一例を表すグラフ図である。
図8及び図9(a)〜図9(c)は、図2及び図3(a)〜図3(c)に表した状況から配線インダクタンスLs1〜Ls3を全て70%に低減させた例を表す。
図10(a)及び図10(b)は、図8及び図9(a)〜図9(c)の状態における直流回路のインピーダンスの周波数特性を表す。
図11は、図9(b)の電流iC2のFFT解析の結果を表す。
8, 9 (a) to 9 (c), 10 (a), 10 (b), and 11 are graphs showing an example of the characteristics of the power conversion device according to the embodiment.
8 and 9 (a) to 9 (c) are examples in which the wiring inductances Ls1 to Ls3 are all reduced to 70% from the situations shown in FIGS. 2 and 3 (a) to 3 (c). Represent.
10 (a) and 10 (b) show the frequency characteristics of the impedance of the DC circuit in the states of FIGS. 8 and 9 (a) to 9 (c).
FIG. 11 shows the result of FFT analysis of the current iC2 of FIG. 9B.
図8、図9(a)〜図9(c)、図10(a)、図10(b)、及び図11に表したように、配線インダクタンスLs1〜Ls3の低下により、共振周波数は、全体的に上昇し、5300Hz〜6000Hzとなっている。このため、4800Hzのスイッチング電流成分に起因する共振電流の低減を実現できる。一方で、変換器22からみたインピーダンスの共振点は、スイッチング電流の10次高調波である6000Hzに近づくため、図9の変換器22では6000Hzの電流が多く流れ、共振電流の大幅な低減は実現できていない。
As shown in FIGS. 8, 9 (a) to 9 (c), 10 (a), 10 (b), and 11, the resonance frequency is increased as a whole due to the decrease in the wiring inductances Ls1 to Ls3. The frequency rises to 5300 Hz to 6000 Hz. Therefore, it is possible to reduce the resonance current due to the switching current component of 4800 Hz. On the other hand, since the resonance point of the impedance seen from the
図12、図13(a)〜図13(c)、図14(a)、図14(b)、及び図15は、実施形態に係る電力変換装置の特性の一例を表すグラフ図である。
図12及び図13(a)〜図13(c)は、図2及び図3(a)〜図3(c)に表した状況から配線インダクタンスLs1、Ls3を70%に設定する一方、配線インダクタンスLs2を140%に設定した例を表す。
図14(a)及び図14(b)は、図12及び図13(a)〜図13(c)の状態における直流回路のインピーダンスの周波数特性を表す。
図15は、図13(b)の電流iC2のFFT解析の結果を表す。
12, FIGS. 13 (a) to 13 (c), 14 (a), 14 (b), and 15 are graphs showing an example of the characteristics of the power conversion device according to the embodiment.
In FIGS. 12 and 13 (a) to 13 (c), the wiring inductances Ls1 and Ls3 are set to 70% from the situations shown in FIGS. 2 and 3 (a) to 3 (c), while the wiring inductance is set to 70%. An example in which Ls2 is set to 140% is shown.
14 (a) and 14 (b) show the frequency characteristics of the impedance of the DC circuit in the states of FIGS. 12 and 13 (a) to 13 (c).
FIG. 15 shows the result of FFT analysis of the current iC2 of FIG. 13 (b).
これまでの検討結果より、変換器21〜23から共通線41、42までの配線51〜56の配線インダクタンスLs1〜Ls3を一括して調整した場合、共通線41、42の配線インピーダンスLs4、Ls5の存在により、各変換器21〜23からみたインピーダンスの共振点は、少しずつ異なってしまう。このため、結果としていずれかの変換器21〜23で大きな共振電流が発生し易いことがわかる。
From the examination results so far, when the wiring inductances Ls1 to Ls3 of the
従って、本実施形態に係る電力変換装置10のように、配線インダクタンスLs1〜Ls3を個別に調整する。図12に表したように、配線インダクタンスLs1、Ls3を70%に設定し、配線インダクタンスLs2を140%に設定した場合、幅広いデューティー比に対して電流iC1〜iC3は、100A未満と十分な抑制を実現している。
Therefore, the wiring inductances Ls1 to Ls3 are individually adjusted as in the
さらに、図14(a)及び図14(b)に表したように、配線インダクタンスLs1〜Ls3の調整の結果、変換器21〜23のすべての共振点が、5400Hz付近になっている。そして、その結果として、図15に表したように、4800Hz、及び6000Hzの電流成分が、図7及び図11に表した例のピーク時電流成分と比較して低減しており、共振電流の低減を実現できていることがわかる。
Further, as shown in FIGS. 14 (a) and 14 (b), as a result of adjusting the wiring inductances Ls1 to Ls3, all the resonance points of the
なお、Duty=0.45では、図6に示した通り、5400Hzの電流成分は、無視できる。一方、Duty=0.5などに変化すると、5400Hzの成分は無視できなくなってくる。しかしながら、今回検討した3並列多重双方向チョッパでは、9次高調波である5400Hzのスイッチング電流成分は、三角波キャリアが120°ずつシフトされているにも関わらず、3の倍数の次数であるため、同相成分となり、結果として共振電流がほとんどキャンセルされる効果が起きている。一般に、n×p×fc(=3×1×600=1800Hz)の整数倍の周波数成分は、直流回路に実質的に表れない。 When Duty = 0.45, as shown in FIG. 6, the current component of 5400 Hz can be ignored. On the other hand, when the duty changes to 0.5 or the like, the component of 5400 Hz cannot be ignored. However, in the 3-parallel multiplex bidirectional chopper examined this time, the switching current component of 5400 Hz, which is the 9th harmonic, is a multiple of 3 even though the triangular wave carriers are shifted by 120 °. It becomes an in-phase component, and as a result, the effect that the resonance current is almost canceled occurs. In general, a frequency component that is an integral multiple of n × p × fc (= 3 × 1 × 600 = 1800 Hz) does not substantially appear in the DC circuit.
図16は、実施形態に係る電力変換装置の特性の一例を表すグラフ図である。
上記の共振電流のキャンセル現象の裏付けとして、図16に4並列多重双方向チョッパにおける電流iC1のFFT解析結果を示す。スイッチング電流は、図6と実質的に同じであるため、4800Hzの成分を多く含むにも関わらず、電流iC1には4800Hzの成分がほとんど含まれていない。これは、4800Hzが8次高調波であり、並列多重数4の倍数であることに起因すると考えられる。
FIG. 16 is a graph showing an example of the characteristics of the power conversion device according to the embodiment.
In support of the above-mentioned resonance current cancellation phenomenon, FIG. 16 shows the FFT analysis result of the current iC1 in the 4-parallel multiplex bidirectional chopper. Since the switching current is substantially the same as that in FIG. 6, the current iC1 contains almost no component of 4800 Hz even though it contains a large amount of the component of 4800 Hz. It is considered that this is because 4800 Hz is the 8th harmonic and is a multiple of the parallel multiplex 4.
以上、説明したように、本実施形態に係る電力変換装置10では、配線インダクタンスLs1〜Ls3を個別に調整することにより、スイッチング素子やダンピング抵抗などの部品の追加を必要とすることなく、簡単な構成で共振電流を抑制することができる。
As described above, in the
図17は、実施形態に係る電力変換装置の変形例を模式的に表すブロック図である。
なお、上記実施形態と機能・構成上実質的に同じものについては、同符号を付し、詳細な説明は省略する。
図17に表したように、電力変換装置10aは、3つの一次側の端子61u、61v、61wを有する。この例において、一次側の電力は、三相交流電力である。電力変換装置10aにおいて、変換器21〜23は、三相交流電力の各相に対応して設けられる。従って、この例において、変換器21〜23の数は、3の倍数である。
FIG. 17 is a block diagram schematically showing a modified example of the power conversion device according to the embodiment.
The same reference numerals are given to those having substantially the same functions and configurations as those of the above-described embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
As shown in FIG. 17, the
変換器21のスイッチング素子101、102の接続点は、交流インダクタ66uを介して一次側の端子61uと電気的に接続されている。同様に、変換器22のスイッチング素子101、102の接続点は、交流インダクタ66vを介して一次側の端子61vと電気的に接続される。変換器23のスイッチング素子101、102の接続点は、交流インダクタ66wを介して一次側の端子61wと電気的に接続される。
The connection points of the switching
このように、変換器21〜23は、2つのスイッチング素子101、102の両端を、二次側の一対の端子62p、62nと電気的に接続し、2つのスイッチング素子101、102の接続点を三相交流電力の1つの相の端子(端子61u、61v、61wのいずれか)と電気的に接続したハーフブリッジ回路である。
In this way, the
このように構成された電力変換装置10aにおいても、配線インダクタンスLs1〜Ls3を個別に調整することにより、上記実施形態と同様に、スイッチング素子やダンピング抵抗などの部品の追加を必要とすることなく、簡単な構成で共振電流を抑制することができる。
Also in the
図18は、実施形態に係る電力変換装置の変形例を模式的に表すブロック図である。
図18に表したように、電力変換装置10bは、2つの一次側の端子61u、61vを有する。この例において、一次側の電力は、単相交流電力である。
FIG. 18 is a block diagram schematically showing a modified example of the power conversion device according to the embodiment.
As shown in FIG. 18, the
電力変換装置10bにおいて、変換器21は、4つのスイッチング素子101〜104と、4つの整流素子111〜114と、を有する。変換器21は、4つのスイッチング素子101〜104をフルブリッジ接続した2レグのフルブリッジ回路である。
In the
直列に接続されたスイッチング素子101、102の一端は、二次側の端子62pと電気的に接続されている。スイッチング素子101、102の他端は、二次側の端子62nと電気的に接続されている。そして、スイッチング素子101とスイッチング素子102との接続点は、交流インダクタ66uを介して一次側の端子61uと電気的に接続されている。
One end of the switching
直列に接続されたスイッチング素子103、104の一端は、二次側の端子62pと電気的に接続されている。スイッチング素子103、104の他端は、二次側の端子62nと電気的に接続されている。そして、スイッチング素子103とスイッチング素子104との接続点は、一次側の端子61vと電気的に接続されている。
One end of the switching
各整流素子111〜114は、各スイッチング素子101〜104に逆並列に接続されている。変換器22、23の構成は、変換器21の構成と実質的に同じであるから、詳細な説明は省略する。
The rectifying
このように、電力変換装置10bにおいて、変換器21〜23は、2レグの両端を二次側の一対の端子62p、62nと電気的に接続し、2レグの一方の中点を一次側の一対の端子61u、61vの一方と電気的に接続し、2レグの他方の中点を一次側の一対の端子61u、61vの他方と電気的に接続している。
As described above, in the
このように構成された電力変換装置10bにおいても、配線インダクタンスLs1〜Ls3を個別に調整することにより、上記実施形態と同様に、スイッチング素子やダンピング抵抗などの部品の追加を必要とすることなく、簡単な構成で共振電流を抑制することができる。
Also in the
図19は、実施形態に係る電力変換装置の変形例を模式的に表すブロック図である。
図19に表したように、電力変換装置10cは、3つの一次側の端子61u、61v、61wを有する。この例において、一次側の電力は、三相交流電力である。
FIG. 19 is a block diagram schematically showing a modified example of the power conversion device according to the embodiment.
As shown in FIG. 19, the
電力変換装置10cにおいて、変換器21は、6つのスイッチング素子101〜106と、6つの整流素子111〜116と、を有する。変換器21は、6つのスイッチング素子101〜106をフルブリッジ接続した3レグのフルブリッジ回路である。
In the
直列に接続されたスイッチング素子101、102の一端は、二次側の端子62pと電気的に接続されている。スイッチング素子101、102の他端は、二次側の端子62nと電気的に接続されている。そして、スイッチング素子101とスイッチング素子102との接続点は、交流インダクタ66uを介して一次側の端子61uと電気的に接続されている。
One end of the switching
直列に接続されたスイッチング素子103、104の一端は、二次側の端子62pと電気的に接続されている。スイッチング素子103、104の他端は、二次側の端子62nと電気的に接続されている。そして、スイッチング素子103とスイッチング素子104との接続点は、交流インダクタ66vを介して一次側の端子61vと電気的に接続されている。
One end of the switching
直列に接続されたスイッチング素子105、106の一端は、二次側の端子62pと電気的に接続されている。スイッチング素子105、106の他端は、二次側の端子62nと電気的に接続されている。そして、スイッチング素子105とスイッチング素子106との接続点は、交流インダクタ66wを介して一次側の端子61wと電気的に接続されている。
One end of the switching
各整流素子111〜116は、各スイッチング素子101〜106に逆並列に接続されている。変換器22、23の構成は、変換器21の構成と実質的に同じであるから、詳細な説明は省略する。
The rectifying
このように、電力変換装置10cにおいて、変換器21〜23は、3レグの両端を二次側の一対の端子62p、62nと電気的に接続し、3レグのそれぞれの中点を一次側の一対の端子61u、61v、61wのそれぞれと電気的に接続している。
As described above, in the
このように構成された電力変換装置10bにおいても、配線インダクタンスLs1〜Ls3を個別に調整することにより、上記実施形態と同様に、スイッチング素子やダンピング抵抗などの部品の追加を必要とすることなく、簡単な構成で共振電流を抑制することができる。
Also in the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
10、10a〜10c…電力変換装置、 21〜23…変換器、 31〜33…電荷蓄積素子、 41、42…共通線、 51〜56…配線、 61p、61n、61u、61v、61w…端子、 62p、62n…端子、 64…配線、 66…直流インダクタ、 66u、66v、66w…交流インダクタ、 68…配線、 101〜106…スイッチング素子、 111〜116…整流素子 10, 10a-10c ... Power converter, 21-23 ... Converter, 31-33 ... Charge storage element, 41, 42 ... Common line, 51-56 ... Wiring, 61p, 61n, 61u, 61v, 61w ... Terminal, 62p, 62n ... Terminal, 64 ... Wiring, 66 ... DC inductor, 66u, 66v, 66w ... AC inductor, 68 ... Wiring, 101-106 ... Switching element, 111-116 ... Rectifier element
Claims (6)
前記複数の変換器のそれぞれの二次側に設けられた複数の電荷蓄積素子と、
前記複数の変換器の二次側に設けられた共通線と、
前記複数の変換器及び前記複数の電荷蓄積素子のそれぞれを前記共通線に接続し、前記複数の変換器の二次側を並列に接続する複数の配線と、
を備え、
前記複数の変換器は、ブリッジ回路であり、
前記スイッチング素子のスイッチング周波数をfcとし、
前記複数の変換器の数をnとし、
前記複数の変換器のレグ数をpとする時、
前記複数の配線の配線インダクタンスは、前記複数の電荷蓄積素子と前記共通線と前記複数の配線とによって形成される複数のループ回路のそれぞれの共振周波数を、n×p×fcの整数倍に近づけるように、個別に調整されている電力変換装置。 A plurality of converters having a switching element and converting DC or AC primary power into DC secondary power or vice versa by switching the switching element.
A plurality of charge storage elements provided on the secondary side of each of the plurality of converters, and
A common line provided on the secondary side of the plurality of converters,
A plurality of wirings in which each of the plurality of converters and the plurality of charge storage elements is connected to the common line, and the secondary sides of the plurality of converters are connected in parallel.
With
The plurality of converters are bridge circuits.
The switching frequency of the switching element is fc.
Let n be the number of the plurality of converters.
When the number of legs of the plurality of converters is p,
The wiring inductance of the plurality of wirings brings the resonance frequencies of the plurality of loop circuits formed by the plurality of charge storage elements, the common line, and the plurality of wirings closer to an integral multiple of n × p × fc. Power converters that are individually tuned so that .
前記複数の変換器は、直列に接続された2つの前記スイッチング素子を有し、前記2つのスイッチング素子の両端を二次側の一対の端子と電気的に接続し、前記2つのスイッチング素子の接続点を一次側の高電位側の端子と電気的に接続したハーフブリッジ回路である請求項1記載の電力変換装置。 The power on the primary side is DC power, and is
The plurality of converters have two switching elements connected in series, both ends of the two switching elements are electrically connected to a pair of terminals on the secondary side, and the two switching elements are connected. The power conversion device according to claim 1, which is a half-bridge circuit in which points are electrically connected to terminals on the high potential side on the primary side.
前記複数の変換器は、前記三相交流電力の各相に対応して設けられ、直列に接続された2つの前記スイッチング素子を有し、前記2つのスイッチング素子の両端を二次側の一対の端子と電気的に接続し、前記2つのスイッチング素子の接続点を前記三相交流電力の1つの相の端子と電気的に接続したハーフブリッジ回路である請求項1記載の電力変換装置。 The power on the primary side is three-phase AC power, and is
The plurality of converters are provided corresponding to each phase of the three-phase AC power, have two switching elements connected in series, and a pair of secondary sides at both ends of the two switching elements. The power conversion device according to claim 1, which is a half-bridge circuit that is electrically connected to a terminal and the connection point of the two switching elements is electrically connected to the terminal of one phase of the three-phase AC power.
前記複数の変換器は、4つの前記スイッチング素子をフルブリッジ接続した2レグのフルブリッジ回路であり、前記2レグの両端を二次側の一対の端子と電気的に接続し、前記2レグの一方の中点を一次側の一対の端子の一方と電気的に接続し、前記2レグの他方の中点を一次側の一対の端子の他方と電気的に接続している請求項1記載の電力変換装置。 The power on the primary side is single-phase AC power, and is
The plurality of converters are a two-leg full-bridge circuit in which four switching elements are fully bridge-connected, and both ends of the two legs are electrically connected to a pair of terminals on the secondary side to form the two-leg. one midpoint and electrically connected to one of a pair of terminals of the primary side, said second pair of terminals of the leg and the other midpoint primary side of the other and electrically connected to that claim 1, wherein Power converter.
前記複数の変換器は、6つの前記スイッチング素子をフルブリッジ接続した3レグのフルブリッジ回路であり、前記3レグの両端を二次側の一対の端子と電気的に接続し、前記3レグのそれぞれの中点を一次側の3つの端子のそれぞれと電気的に接続している請求項1記載の電力変換装置。 The power on the primary side is three-phase AC power, and is
The plurality of converters are a three-leg full-bridge circuit in which six switching elements are fully bridge-connected, and both ends of the three-legs are electrically connected to a pair of terminals on the secondary side to form the three-legs. The power conversion device according to claim 1, wherein each midpoint is electrically connected to each of the three terminals on the primary side.
前記複数の変換器のそれぞれの二次側に設けられた複数の電荷蓄積素子と、 A plurality of charge storage elements provided on the secondary side of each of the plurality of converters, and
前記複数の変換器の二次側に設けられた共通線と、 A common line provided on the secondary side of the plurality of converters,
前記複数の変換器及び前記複数の電荷蓄積素子のそれぞれを前記共通線に接続し、前記複数の変換器の二次側を並列に接続する複数の配線と、 A plurality of wirings in which each of the plurality of converters and the plurality of charge storage elements is connected to the common line, and the secondary sides of the plurality of converters are connected in parallel.
を備え、 With
前記複数の配線の配線インダクタンスを個別に調整し、 Individually adjust the wiring inductance of the plurality of wires,
前記一次側の電力は、直流電力であり、 The power on the primary side is DC power, and is
前記複数の変換器は、直列に接続された2つの前記スイッチング素子を有し、前記2つのスイッチング素子の両端を二次側の一対の端子と電気的に接続し、前記2つのスイッチング素子の接続点を一次側の高電位側の端子と電気的に接続したハーフブリッジ回路である電力変換装置。 The plurality of converters have two switching elements connected in series, both ends of the two switching elements are electrically connected to a pair of terminals on the secondary side, and the two switching elements are connected. A power converter that is a half-bridge circuit that electrically connects points to terminals on the high potential side on the primary side.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017124531A JP6821266B2 (en) | 2017-06-26 | 2017-06-26 | Power converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017124531A JP6821266B2 (en) | 2017-06-26 | 2017-06-26 | Power converter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019009923A JP2019009923A (en) | 2019-01-17 |
JP6821266B2 true JP6821266B2 (en) | 2021-01-27 |
Family
ID=65026969
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017124531A Active JP6821266B2 (en) | 2017-06-26 | 2017-06-26 | Power converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6821266B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022130983A1 (en) * | 2020-12-15 | 2022-06-23 | 三菱電機株式会社 | Electric power conversion device and elevator control panel |
US20240266969A1 (en) * | 2021-09-30 | 2024-08-08 | Hitachi, Ltd. | Power Conversion Device |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63217978A (en) * | 1987-03-03 | 1988-09-12 | Toshiba Corp | Inverter device |
JP3637741B2 (en) * | 1997-09-16 | 2005-04-13 | 富士電機システムズ株式会社 | Power converter |
JP2003070263A (en) * | 2001-08-23 | 2003-03-07 | Hitachi Ltd | Three-level inverter device |
JP2014236530A (en) * | 2013-05-30 | 2014-12-15 | 富士電機株式会社 | Power conversion device |
JP6339785B2 (en) * | 2013-10-04 | 2018-06-06 | 三星エスディアイ株式会社SAMSUNG SDI Co., LTD. | Electric vehicle power conversion system |
JP6397772B2 (en) * | 2015-01-30 | 2018-09-26 | 株式会社ダイヘン | Inverter device |
JP6541564B2 (en) * | 2015-12-18 | 2019-07-10 | 株式会社Soken | Power converter |
-
2017
- 2017-06-26 JP JP2017124531A patent/JP6821266B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2019009923A (en) | 2019-01-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8144488B2 (en) | Voltage source converter station | |
JP5338154B2 (en) | Power converter | |
JP2019080469A (en) | Noise reduction device | |
US9467067B2 (en) | Power converter | |
CN110063005B (en) | Power conversion device | |
JP2017004593A (en) | Power supply device for induction heating | |
JP6104736B2 (en) | Power converter | |
JP6821266B2 (en) | Power converter | |
US20090034305A1 (en) | Power Conversion Device and Power Conversion System | |
US20140177294A1 (en) | Systems and methods for suppressing resonances in power converters | |
JP2015050934A (en) | Power-factor correction circuit | |
JP3637741B2 (en) | Power converter | |
JP2017143647A (en) | Power converter device | |
JP2007181341A (en) | Converter device | |
JP2016197821A (en) | Gate drive circuit | |
US11575309B2 (en) | Method and device for damping of LCL filter during start-up of an electronic appliance | |
Anurag et al. | Solid state transformer for medium voltage grid applications enabled by 10 kv sic mosfet based three-phase converter systems | |
US20030218889A1 (en) | Filtering device for converting electrical energy | |
JP5840514B2 (en) | Leakage current suppression circuit | |
JP6279648B2 (en) | Power converter | |
WO2021256137A1 (en) | Power conversion device, power supply device for transformer substation, and regenerative power storage device | |
JP7108224B1 (en) | Power converters, air conditioners and refrigerators | |
WO2024070456A1 (en) | Electric circuit | |
Bandyopadhay | A Single-Stage Boost-Type Cascaded H-bridge Multilevel Inverter | |
JP2021114854A (en) | Power conversion device and power supply device for substation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190807 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200625 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200624 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200803 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210105 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210105 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6821266 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |