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公開番号2024032038
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-12
出願番号2022135466
出願日2022-08-29
発明の名称電力変換装置
出願人株式会社日立製作所
代理人弁理士法人開知
主分類H02M 3/155 20060101AFI20240305BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】平滑インダクタを小型化しつつスイッチング損失を低減することができ、小型化及び高効率化を実現することができる電力変換装置を提供すること。
【解決手段】第1上アームと第1下アームを直列接続した第1レッグと、第2上アームと第2下アームを直列接続した第2レッグと、第1レッグと第2レッグに並列接続された平滑コンデンサと、第1上アームと第1下アームの接続点に一端が接続された第1補助インダクタと、第2上アームと第2下アームの接続点に一端が接続された第2補助インダクタと、第1補助インダクタの他端と第2補助インダクタの他端に一端が接続された平滑インダクタと、を備え、平滑インダクタの他端と平滑コンデンサの一端との間に接続された電源系統と、平滑コンデンサの両端間に接続された電源系統との間で電力を変換する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１上アームと第１下アームを直列接続した第１レッグと、
第２上アームと第２下アームを直列接続した第２レッグと、
前記第１レッグと前記第２レッグに並列接続された平滑コンデンサと、
前記第１上アームと前記第１下アームの接続点に一端が接続された第１補助インダクタと、
前記第２上アームと前記第２下アームの接続点に一端が接続された第２補助インダクタと、
前記第１補助インダクタの他端と前記第２補助インダクタの他端に一端が接続された平滑インダクタと、を備え、
前記平滑インダクタの他端と前記平滑コンデンサの一端との間に接続された第１直流電源と、前記平滑コンデンサの両端間に接続された第２直流電源および／または第２直流負荷との間、または、前記平滑インダクタの他端と前記平滑コンデンサの一端との間に接続された第１直流負荷と、前記平滑コンデンサの両端間に接続された第２直流電源との間で電力を変換することを特徴とする電力変換装置。
続きを表示（約 810 文字）【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記第１下アームに設けられた第１スイッチング素子と、
前記第２下アームに設けられた第２スイッチング素子と、
前記第１下アームの第１スイッチング素子と前記第２下アームの第２スイッチング素子とを両方ともにオフする期間を設けつつ交互にオン状態にする制御部と
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換装置において、
前記制御部は、前記第１下アームの第１スイッチング素子がオン状態である期間の増減に伴って、前記第２下アームの第２スイッチング素子がオン状態である期間を増減させることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記第１上アームに設けられた第３スイッチング素子と、
前記第２上アームに設けられた第４スイッチング素子と、
前記第１上アームの第３スイッチング素子と前記第２上アームの第４スイッチング素子とをともにオフする期間を設けて交互にオン状態に制御する制御部と
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電力変換装置において、
前記制御部は、前記第１上アームの第３スイッチング素子がオン状態である期間の増減に伴って、前記第２上アームの第４スイッチング素子がオン状態である期間を増減させることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記第１補助インダクタと前記第２補助インダクタは、磁性材料で構成された磁気回路に前記第１補助インダクタを構成する第１巻線と前記第２補助インダクタを構成する第２巻線とを巻回した結合インダクタを構成することを特徴とする電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
電力変換装置にはエネルギー消費量削減のための高効率化、省スペース化のための小型化が期待されている。このような電力変換装置には、種々のものが知られているが、半導体のスイッチング素子を用いた電力変換に係る技術としては、例えば、特許文献１，２に記載のものが知られている。
【０００３】
特許文献１には、直流電源の出力電圧をリアクトル、逆流素子用ダイオード及びチョッピング用スイッチング素子を利用して昇圧するようにしたスイッチングレギュレータ方式の電源装置において、昇圧比をｎ倍（ｎは２以上の整数）に設定する場合に、並列接続されたｎ個のリアクトルとこれらリアクトルとそれぞれ対応されたｎ個のチョッピング用スイッチング素子を設け、前記ｎ個のチョッピング用スイッチング素子を、２π／ｎずつ位相がずれた状態でスイッチング動作させる制御手段を設けたスイッチング電源装置が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、入力端子と出力端子との間に、リアクトルと半導体素子とを接続し、前記半導体素子を構成するスイッチング素子をオンオフ制御することによる前記リアクトルの充放電動作を利用して前記入力端子と前記出力端子との間で直流電圧の変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、前記半導体素子を互いに並列に接続されたｎ個（ｎは２以上の整数）の半導体素子で構成し、前記リアクトルに印加される電圧の周波数が前記スイッチング素子のスイッチング周波数のｎ倍となるよう、前記ｎ個の前記スイッチング素子のオンオフ制御を、前記スイッチング素子のスイッチング周期の１／ｎだけ互いに位相をずらして行うようにしたＤＣ／ＤＣコンバータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開平１０－１２７０５０号公報
特開２０１５－２１３４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術のようにスイッチング素子を用いた電力変換装置の高効率化を図るためには、スイッチング素子で損失するエネルギーを削減する必要がある。スイッチング素子における損失としては、オン状態のスイッチング素子に電流が流れることにより発生する導通損失と、スイッチング素子をオン状態とオフ状態の間で切り替える際に発生するスイッチング損失とが知られている。
【０００７】
上記特許文献１に記載の従来技術においては、複数のリアクトルに対応する複数のスイッチング素子を異なる位相で動作させて入力電流の脈動（リプル）を抑制することにより、平滑用コンデンサとして必要な容量の低減、すなわち、小型化を図っている。しかしながら、この技術においては、平滑用コンデンサについては小型化することができるものの、複数のリアクトルを用いる必要があり、電源装置全体を小型化することは困難である。
【０００８】
また、上記特許文献２に記載の従来技術においては、並列に接続した複数のスイッチング素子を順次オンオフさせることで、各スイッチング素子の周波数を上げずにリアクトルに印加される電圧の周波数を高めることにより、リアクトルの小型化を図っている。しかしながら、この技術においては、リアクトルの小型化は可能であるものの、スイッチング損失が低減されないため、ＤＣ／ＤＣコンバータとしての高効率化は困難である。
【０００９】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、平滑インダクタを小型化しつつスイッチング損失を低減することができ、小型化及び高効率化を実現することができる電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、第１上アームと第１下アームを直列接続した第１レッグと、第２上アームと第２下アームを直列接続した第２レッグと、前記第１レッグと前記第２レッグに並列接続された平滑コンデンサと、前記第１上アームと前記第１下アームの接続点に一端が接続された第１補助インダクタと、前記第２上アームと前記第２下アームの接続点に一端が接続された第２補助インダクタと、前記第１補助インダクタの他端と前記第２補助インダクタの他端に一端が接続された平滑インダクタと、を備え、前記平滑インダクタの他端と前記平滑コンデンサの一端との間に接続された第１直流電源と、前記平滑コンデンサの両端間に接続された第２直流電源および／または第２直流負荷との間、または、前記平滑インダクタの他端と前記平滑コンデンサの一端との間に接続された第１直流負荷と、前記平滑コンデンサの両端間に接続された第２直流電源との間で電力を変換するものとする。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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