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公開番号2024178680
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-25
出願番号2023097004
出願日2023-06-13
発明の名称整流回路
出願人株式会社デンソー,トヨタ自動車株式会社,株式会社ミライズテクノロジーズ
代理人弁理士法人サトー
主分類H02M 7/12 20060101AFI20241218BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】より簡素な構成で使用可能な、可変リアクタ機能と整流機能とを一体にした整流回路を提供する。
【解決手段】LC共振回路12a,12bの一端を交流電力が入力される入力端子11a,11bのそれぞれに接続する。LC共振回路12a,12bの他端間にはスイッチS1及びS2の直列回路を接続する。ダイオードD1、D2をスイッチS1,S2のそれぞれに並列に、且つカソードが共通となるように接続する。コンデンサC1、C2をダイオードD1、D2にそれぞれ並列に接続する。フィルタ回路15はスイッチS1及びS2の直列回路に並列に接続されるインダクタ13a及び13bの直列回路、及び直流出力端子間に接続される出力コンデンサ15を有する。ゲート制御回路5はスイッチS1,S2を、互いに180度の位相差でスイッチングすることで、リアクタンスの可変制御を行う。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
交流電力が入力される２つの入力端子（１１ａ，１１ｂ）のそれぞれに一端が接続される２つのＬＣ共振回路（１２ａ，１２ｂ）と、
これら２つのＬＣ共振回路の他端間に、互いに逆方向で接続される第１及び第２スイッチング素子（Ｓ１、Ｓ２）の直列回路と、
前記第１及び第２スイッチング素子のそれぞれに並列に、且つカソード又はアノードが共通となるように接続される第１及び第２ダイオード（Ｄ１、Ｄ２）と、
これらの第１及び第２ダイオードに、それぞれ並列に接続される第１及び第２コンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）と、
前記第１及び第２スイッチング素子の直列回路に並列に接続される２つのインダクタ（１３ａ，１３ｂ）の直列回路、及び直流出力端子間に接続される出力コンデンサ（１４）を有するフィルタ回路（１５）と、
前記第１及び第２スイッチング素子を、互いに１８０度の位相差でスイッチングすることで、リアクタンスの可変制御を行う制御部（５）と、を備え、
前記リアクタンスについて必要とされる可変制御値をΔＸとし，前記制御部により可変制御されるリアクタンスを－ｊＸｒｅｃとすると、前記第１及び第２コンデンサの容量Ｃは、ΔＸ≦（｜ｊＸｒｅｃ｜の最大値）を満たすように設定されており、
前記２つのＬＣ共振回路のリアクタンスの合計値ｊＸにより、前記入力端子から見たリアクタンスｊＸｒを正側にシフトさせて、当該リアクタンスｊＸｒの可変範囲を両極性とし、
前記制御部は、前記第１及び第２スイッチング素子の内、対応するダイオードがオンした後に前記スイッチング素子をオンさせ、
前記ダイオードがオフした後、所定時間の経過後に前記スイッチング素子をオフさせて、前記スイッチング素子のオフデューティ比により前記リアクタンスの可変制御を行う整流回路。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
交流電力が入力される入力端子間に接続されるＬＣ共振回路（１２）、及びスイッチング素子（Ｓ１）の直列回路と、
前記スイッチング素子に並列に、且つカソードが前記ＬＣ共振回路側となるように接続されるダイオード（Ｄ１）と、
このダイオードに並列に接続されるコンデンサ（Ｃ１）と、
前記スイッチング素子に並列に接続されるインダクタ（１３）及び出力コンデンサ（１４）を有するフィルタ回路（５２）と、
前記スイッチング素子をスイッチングすることで、リアクタンスの可変制御を行う制御部（５）と、を備え、
前記リアクタンスについて必要とされる可変制御値をΔＸとし，前記制御部により可変制御されるリアクタンスを－ｊＸｒｅｃとすると、前記ダイオードに並列に接続されるコンデンサの容量Ｃは、ΔＸ≦（｜ｊＸｒｅｃ｜の最大値）を満たすように設定されており、
前記ＬＣ共振回路のリアクタンスｊＸにより、前記入力端子から見たリアクタンスｊＸｒを正側にシフトさせて、当該リアクタンスｊＸｒの可変範囲を両極性とし、
前記制御部は、前記ダイオードがオンした後に前記スイッチング素子をオンさせ、
前記ダイオードがオフした後、所定時間の経過後に前記スイッチング素子をオフさせて、前記スイッチング素子のオフデューティ比により前記リアクタンスの可変制御を行う整流回路。
【請求項３】
前記制御部は、前記交流電力の電圧、電流の位相差を検出する位相差検出部を備え、
前記位相差に基いて、前記スイッチング素子のオフデューティ比を変化させる請求項１又は２記載の整流回路。
【請求項４】
前記位相差検出部は、前記位相差に応じた電圧Ｖｂを出力し、
前記制御部は、前記電圧Ｖｂと基準電圧との誤差電圧を出力するエラーアンプ（２４）と、
三角波信号を出力する三角波出力回路（３６）と、
前記三角波信号を、前記誤差電圧分だけオフセットさせるオフセット付与部（４０，４１）と、
前記オフセットが付与された三角波信号によってトリガされ、そのトリガされた一定時間後にクリアされるフリップフロップ（３９）と、を備え、
前記フリップフロップの出力信号に基いて前記スイッチング素子を駆動する請求項３記載の整流回路。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電力を直流電力に整流する回路に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
電界結合式や磁界結合式等で用いられる非接触給電（ＷＰＴ：Wireless Power Transfer）システムでは、電力の伝送効率を向上させるためや、電力の反射を抑制するため、送電経路上のリアクタンス成分をキャンセルしたりインピーダンス整合をさせる整合回路や、結合器のＬＣ値と交流電源周波数とで共振させる共振回路を設けている。
【０００３】
結合器の共振周波数や送電経路上のリアクタンス成分は、結合器等の経年による寸法変動や受電側の移動等により変動する場合がある。整合回路や共振回路が、定数が固定のＬＣ素子で構成されていると、発生したリアクタンス成分に対応できず、電力反射が発生し、電力伝送性能が劣化することが懸念される。
【０００４】
そのような問題に対処するため、可変リアクタ回路を挿入し，リアクタ値を自動調整して影響をキャンセルする手法がある。可変リアクタ回路は、機械式やスイッチング素子とＬＣ部品とで構成した電子式の構成がある。しかし、その場合、回路体格の増大が懸念される。特に、受電側の回路は、移動体や飛行体等に搭載される想定により体格や重量に制約がある場合が多く、小型化が求められる。そこで、電力伝送性能と受電側回路の小型化を両立するため、可変リアクタ回路と整流回路を一体にした回路が提案されている。
【０００５】
非特許文献１は、＋ｊＸ又は－ｊＸ成分を付与するＬＣ共振回路と、スイッチ二つとコンデンサで構成された２つの整流部と、これらの整流部にそれぞれ接続されるＤＣ－ＤＣコンバータとで構成された整流回路を開示している。この構成では、各ＤＣ－ＤＣコンバータの電圧変換比を制御することで、コンバータ、ひいては整流部の入力抵抗を制御する。それにより、＋ｊＸと－ｊＸの寄与を制御してインピーダンスＺｒを制御し、送電経路上のリアクタンスをキャンセルしている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
IEEE JOURNAL OF EMERGING AND SELECTED TOPICS IN POWER ELECTRONICS, VOL.8,NO.3,SEPTEMBER 2020
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の構成では、ＬＣ直列回路、整流部及びコンバータの組み合わせが２組必要であり、回路体格の増大が懸念される。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、より簡素な構成で使用可能な、可変リアクタ機能と整流機能とを一体にした整流回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の整流回路によれば、２つのＬＣ共振回路（１２a，１２ｂ）の一端は、交流電力が入力される２つの入力端子（１１a，１１ｂ）のそれぞれに接続される。２つのＬＣ共振回路の他端間には、互いに逆方向で接続される第１及び第２スイッチング素子（Ｓ１、Ｓ２）の直列回路が接続される。第１及び第２ダイオード（Ｄ１、Ｄ２）は、第１及び第２スイッチング素子のそれぞれに並列に、且つカソード又はアノードが共通となるように接続される。第１及び第２コンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）は、第１及び第２ダイオードにそれぞれ並列に接続される。フィルタ回路（１５）は、第１及び第２スイッチング素子の直列回路に並列に接続される２つのインダクタ（１３ａ，１３ｂ）の直列回路、及び直流出力端子間に接続される出力コンデンサ（１４）を有する。制御部（５）は、第１及び第２スイッチング素子を、互いに１８０度の位相差でスイッチングすることでリアクタンスの可変制御を行う。
【０００９】
制御部により可変制御されるリアクタンスを－ｊＸｒｅｃとすると、その絶対値の大きさは第１及び第２コンデンサの容量Ｃで調整することができる。第１及び第２コンデンサの容量Ｃは、リアクタンスについて必要とされる可変制御値をΔＸとすると、ΔＸ≦（｜ｊＸｒｅｃ｜の最大値）を満たすように設定する。２つのＬＣ共振回路のリアクタンスの合計値ｊＸにより、入力端子から見たリアクタンスｊＸｒを正側にシフトさせて、当該リアクタンスｊＸｒの可変範囲を両極性にする。制御部は、第１及び第２スイッチング素子の内、対応するダイオードがオンした後に前記スイッチング素子をオンさせ、前記ダイオードがオフした後、所定時間の経過後に前記スイッチング素子をオフさせて、そのオフデューティ比によりリアクタンスの可変制御を行う。
【００１０】
このように構成すれば、出力コンデンサに１つのＤＣ－ＤＣコンバータを接続すればよく、整流回路によってリアクタンスｊＸｒを両極性で可変制御することができる。したがって、従来構成よりも回路規模を低減できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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