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公開番号2025030113
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-07
出願番号2023135131
出願日2023-08-23
発明の名称電力変換装置
出願人TDK株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20250228BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】昇圧コンバータの後段に電流共振型コンバータを備え、昇圧コンバータの入力電圧が2種類以上の入力電圧レベルとなり得る場合においても、高効率を実現する。
【解決手段】電力変換装置では、制御回路は、入力電圧に応じた電圧を検出する入力電圧検出回路により検出された電圧に応じて、昇圧コンバータの出力電圧を第1出力電圧レベルまたは第2出力電圧レベルに設定し、前記第1出力電圧レベルが設定された場合、電流共振型コンバータをフルブリッジモードの動作モードで動作させ、前記第2出力電圧レベルが設定された場合、前記電流共振型コンバータをハーフブリッジモードの動作モードで動作させ、前記第1出力電圧レベルまたは前記第2出力電圧レベルは、前記入力電圧が入力されてから所定のタイミングで設定され、前記第1出力電圧レベルまたは前記第2出力電圧レベルの設定がリセットされるまで設定された前記動作モードが維持される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータの後段に接続された電流共振型コンバータと、制御回路と、を備え、
前記昇圧コンバータは、入力電圧を昇圧して出力電圧とし、前記出力電圧により第１出力コンデンサを充電しつつ前記出力電圧を出力し、
前記制御回路は、前記第１出力コンデンサの電圧を検出する出力電圧検出回路により検出された電圧に基づいて前記昇圧コンバータを制御し、
前記制御回路は、前記入力電圧に応じた電圧を検出する入力電圧検出回路により検出された電圧に応じて、前記昇圧コンバータの前記出力電圧を第１出力電圧レベルまたは第２出力電圧レベルに設定し、前記第１出力電圧レベルが設定された場合、前記電流共振型コンバータをフルブリッジモードの動作モードで動作させ、前記第２出力電圧レベルが設定された場合、前記電流共振型コンバータをハーフブリッジモードの動作モードで動作させ、
前記出力電圧検出回路と前記入力電圧検出回路とは、共通の回路または別の回路であり、
前記第１出力電圧レベルまたは前記第２出力電圧レベルは、前記入力電圧が入力されてから所定のタイミングで設定され、前記第１出力電圧レベルまたは前記第２出力電圧レベルの設定がリセットされるまで設定された前記動作モードが維持される、
電力変換装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記電流共振型コンバータは、
第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とが直列に接続された第１レグと、
第３スイッチング素子と第４スイッチング素子とが直列に接続された第２レグと、
１次巻線と２次巻線とを有するトランスと、
第１共振インダクタと、
第１共振コンデンサと、
第１整流回路と、
を備え、
前記トランスの１次側回路では、前記第１レグと前記第２レグとが並列に接続され、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との接続点と前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との接続点との両接続点に前記第１共振インダクタと前記第１共振コンデンサを介して前記１次巻線の両端が接続されており、
前記トランスの２次側回路では、前記第１整流回路の入力端に前記２次巻線の両端が接続されており、
設定された前記動作モードにおいて、前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子は、前記２次側回路からの出力をフィードバックさせる制御ではなく、固定周波数で動作する、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第１整流回路は、フルブリッジ整流回路であり、
前記２次側回路では、前記第１整流回路の入力端と前記２次巻線の両端とが第２共振インダクタと第２共振コンデンサを介して接続される、
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第１共振インダクタおよび前記第２共振インダクタとして、前記トランスのリーケージインダクタンスを利用する、
請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記第１出力コンデンサを充電する経路内に、突入電流制限回路を有し、
前記制御回路は、起動時の突入電流が終息しかつ前記突入電流制限回路の突入電流制限を解除した後に、前記入力電圧検出回路により検出された電圧に応じて、前記昇圧コンバータの目標昇圧電圧を決定する、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記入力電圧は、単相交流または３相交流の電圧であり、
前記昇圧コンバータは、力率改善制御を行うＰＦＣコンバータである、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記第１整流回路は、
第１整流素子と第２整流素子とが直列に接続された第３レグと、
第３整流素子と第４整流素子とが直列に接続された第４レグと、
を有し、
前記第３レグと前記第４レグとが並列に接続され、前記第１整流素子と前記第２整流素子との接続点と前記第３整流素子と前記第４整流素子との接続点との両接続点に前記２次巻線の両端が接続されており、
前記第１整流素子、前記第２整流素子、前記第３整流素子または前記第４整流素子のいずれか１個の対象整流素子を第１スイッチで短絡することで前記第１整流回路が倍電圧整流回路として動作することが可能であり、
前記第１スイッチは、半導体スイッチ素子またはリレーである、
請求項３または請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記制御回路は、
前記入力電圧検出回路により検出された電圧が第１規定電圧よりも低い場合、前記電流共振型コンバータを前記フルブリッジモードの前記動作モードで動作させ、前記対象整流素子を前記第１スイッチで短絡することで前記第１整流素子を前記倍電圧整流回路として動作させ、
前記入力電圧検出回路により検出された電圧が前記第１規定電圧よりも高く第２規定電圧よりも低い場合、前記電流共振型コンバータを前記フルブリッジモードの前記動作モードで制御させ、前記対象整流素子を前記第１スイッチで短絡せずに前記第１整流素子をフルブリッジ整流回路として動作させ、
前記入力電圧検出回路により検出された電圧が前記第２規定電圧よりも高い場合、前記電流共振型コンバータを前記ハーフブリッジモードの前記動作モードで動作させ、前記対象整流素子を前記第１スイッチで短絡せずに前記第１整流回路をフルブリッジ整流回路として動作させる、
請求項７に記載の電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、電力変換装置に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
昇圧コンバータの後段に電流共振型コンバータを備える電力変換装置において、当該昇圧コンバータの入力電圧が２種類以上の入力電圧レベルとなり得る場合が考えられる。具体例として、当該電力変換装置が使用される国によって、入力電圧レベルが異なる場合がある。
【０００３】
特許文献１には、直流入力電圧を交流に変換する電流共振型コンバータにおいて、当該直流入力電圧に応じて、フルブリッジ構成のスイッチング回路と、ハーフブリッジ構成のスイッチング回路と、で切り替えることが記載されている（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開平３－２８９３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のような従来の技術では、昇圧コンバータの後段に電流共振型コンバータを備える電力変換装置において、２種類以上の入力電圧レベルとなり得る場合に、効率が低下する場合があった。
【０００６】
本開示は、このような事情を考慮してなされたもので、昇圧コンバータの後段に電流共振型コンバータを備える構成において、当該昇圧コンバータの入力電圧が２種類以上の入力電圧レベルとなり得る場合においても、高効率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課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様は、昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータの後段に接続された電流共振型コンバータと、制御回路と、を備え、前記昇圧コンバータは、入力電圧を昇圧して出力電圧とし、前記出力電圧により第１出力コンデンサを充電しつつ前記出力電圧を出力し、前記制御回路は、前記第１出力コンデンサの電圧を検出する出力電圧検出回路により検出された電圧に基づいて前記昇圧コンバータを制御し、前記制御回路は、前記入力電圧に応じた電圧を検出する入力電圧検出回路により検出された電圧に応じて、前記昇圧コンバータの前記出力電圧を第１出力電圧レベルまたは第２出力電圧レベルに設定し、前記第１出力電圧レベルが設定された場合、前記電流共振型コンバータをフルブリッジモードの動作モードで動作させ、前記第２出力電圧レベルが設定された場合、前記電流共振型コンバータをハーフブリッジモードの動作モードで動作させ、前記出力電圧検出回路と前記入力電圧検出回路とは、共通の回路または別の回路であり、前記第１出力電圧レベルまたは前記第２出力電圧レベルは、前記入力電圧が入力されてから所定のタイミングで設定され、前記第１出力電圧レベルまたは前記第２出力電圧レベルの設定がリセットされるまで設定された前記動作モードが維持される、電力変換装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、電力変換装置において、昇圧コンバータの後段に電流共振型コンバータを備える構成において、当該昇圧コンバータの入力電圧が２種類以上の入力電圧レベルとなり得る場合においても、高効率を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
第１実施形態に係る電力変換システムの回路の構成例を示す図である。
スイッチング素子のスイッチング損失の一例を示す図である。
スイッチング素子のスイッチング損失の他の例を示す図である。
スイッチング素子のスイッチング損失の他の例を示す図である。
スイッチング素子のスイッチング損失および導通損失の一例を示す図である。
電流共振型コンバータの動作周波数と出力電圧比との関係の一例を示す図である。
電流共振型コンバータの動作周波数と出力電圧比との関係の他の例を示す図である。
実施形態に係るフルブリッジ動作とハーフブリッジ動作との切り替えを説明するための交流入力電圧と出力電圧との関係の一例を示す図である。
実施形態に係る電流共振型コンバータにおけるハーフブリッジ動作の様子を示す図である。
実施形態に係る電流共振型コンバータにおけるフルブリッジ動作の様子を示す図である。
実施形態に係るハーフブリッジ動作時にトランスの１次側にかかる電圧の一例を示す図である。
実施形態に係るフルブリッジ動作時にトランスの１次側にかかる電圧の一例を示す図である。
実施形態に係るドライブ信号切替回路の一例を示す図である。
実施形態に係るドライブ信号切替回路の入出力の信号の一例を示す図である。
第２実施形態に係る電力変換システムの回路の構成例を示す図である。
第２実施形態に係る昇圧電圧選択処理の一例を表す処理フローを示す図である。
第３実施形態に係る電力変換システムの回路の構成例を示す図である。
第３実施形態に係る入力電圧と昇圧コンバータの出力電圧と電流共振型コンバータの動作モードとの関係の一例を表すテーブルを示す図である。
第４実施形態に係る電力変換システムの回路の構成例を示す図である。
第５実施形態に係る電力変換システムの回路の構成例を示す図である。
第６実施形態に係る電力変換システムの回路の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照し、本開示の実施形態について説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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