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公開番号2025140990
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024040672
出願日2024-03-15
発明の名称コンバータ、パワーコンディショナ及び蓄電システム
出願人株式会社GSユアサ
代理人個人,個人,個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20250919BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】低耐圧のスイッチング素子を用いて、回路規模を大きくすることなく、高い入力電圧に対応できるコンバータを提供する。
【解決手段】複数に分割された一次巻線Lp1、Lp2と、一次巻線Lp1、Lp2の分割数のスイッチング素子Q1、Q2と、を備える。コンバータ10は、分割された一次巻線Lp1、Lp2のそれぞれにスイッチング素子Q1、Q2が直列に接続される。コンバータ10は、スイッチング素子Q1、Q2をオンオフ制御することによって、トランスTの一次巻線Lpに入力電圧Viを断続的に印加させ、トランスTの二次巻線Lsに生じる誘起電圧を整流平滑して出力する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
スイッチング素子のオンオフによって、トランスの一次巻線に入力電圧を断続的に印加させ、前記トランスの二次巻線に生じる誘起電圧を整流平滑して出力するコンバータであって、
複数に分割された前記一次巻線と、
前記一次巻線の分割数に対応する数の前記スイッチング素子と、を備え、
分割された前記一次巻線のそれぞれに前記スイッチング素子が直列に接続されるコンバータ。
続きを表示（約 430 文字）【請求項２】
同一のタイミングで前記一次巻線の分割数の前記スイッチング素子のオンオフを制御する制御回路を備える請求項１に記載のコンバータ。
【請求項３】
ドライブ回路を備え、
前記ドライブ回路は、ドライブトランスを用いて、前記制御回路で生成された基準信号から前記一次巻線の分割数の前記スイッチング素子をそれぞれドライブする制御信号を生成する請求項２に記載のコンバータ。
【請求項４】
前記一次巻線と前記スイッチング素子の直列回路のそれぞれに並列に接続されたキャパシタを備える請求項１又は２に記載のコンバータ。
【請求項５】
前記キャパシタのそれぞれに並列に接続された抵抗を備える請求項４に記載のコンバータ。
【請求項６】
請求項１又は２に記載のコンバータを備えるパワーコンディショナ。
【請求項７】
蓄電素子と、請求項１又は２に記載のコンバータと、を備える蓄電システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、コンバータ、パワーコンディショナおよび蓄電システムに関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
再生可能エネルギーの利用拡大や、エネルギーマネジメントの促進のために、蓄電システム（ＥＳＳ）に対するニーズが高まっている。蓄電システムは、電力を蓄える蓄電池と、
パワーコンディショナと、を備える(例えば、特許文献１参照)。蓄電池は、充放電可能な二次電池が用いられる。パワーコンディショナは、電力変換装置であり、直流電力を変圧する変圧器と、直流電力と交流電力とを変換する変換器と、を備える。
【０００３】
パワーコンディショナの変圧器は、絶縁型で構成する場合、図７に示すようなフライバック型のコンバータ２０が用いられる。コンバータ２０は、入力電圧Ｖｉに対してトランスＴの一次巻線Ｌｐとスイッチング素子Ｑとが直列に接続されている。スイッチング素子Ｑは、制御回路２１で生成される制御信号Ｖｇによってオンオフされる。スイッチング素子Ｑのオンオフにより、入力電圧Ｖｉは、トランスＴの一次巻線Ｌｐに断続的に印加される。トランスＴは、スイッチング素子Ｑのオン１回当りで、Ｅ＝１／２・Ｌｐ・ｉ2のエネルギーを蓄え、スイッチング素子Ｑがオフすると蓄えたエネルギーを二次巻線Ｌｓにフライバック電圧Ｖｒとして出力する。トランスＴの二次巻線Ｌｓに発生するフライバック電圧Ｖｒは、ダイオードＤとキャパシタＣｏにて、整流平滑され、出力電圧Ｖｏが生成される。制御回路２１は、出力電圧Ｖｏの検出値に基づいて生成した制御信号Ｖｇによってスイッチング素子Ｑのオン時間を調整し、出力するエネルギー量を制御して出力電圧Ｖｏを調節する。制御回路２１は、例えば、周波数ｆを一定として、スイッチング素子Ｑのオン時間を調節する。いわゆるＰＷＭ制御などを行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２３－１８３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
コンバータ２０において、スイッチング素子Ｑには、入力電圧Ｖｉに加えてフライバック電圧Ｖｒが印加される。フライバック電圧Ｖｒは、トランスＴの巻数比や、スイッチング素子Ｑのオンｄｕｔｙの設定などにより多少異なるが、最大で入力電圧Ｖｉ程度になる。すなわち、スイッチング素子Ｑは、入力電圧Ｖｉの２倍以上の耐圧が必要となる。
【０００６】
スイッチング素子ＱとしてＭＯＳ－ＦＥＴを用いる場合、様々な耐圧の製品があるが、比較的安価なのは、９００Ｖ耐圧までであり、９００Ｖ耐圧以上の製品は、極めて高価となる。入力電圧Ｖｉが５００Ｖ超の高電圧である場合、スイッチング素子Ｑは、高価な製品を選択せざるを得ない。近年の蓄電システムの分野では、１０００Ｖ超の高電圧を発生するため、蓄電システムで使用されるコンバータ２０は、高価なものになってしまう欠点があった。スイッチング素子Ｑは、無制限に高耐圧品が存在するわけではないため、コンバータ２０が対応可能な入力電圧Ｖｉには、上限があった。
【０００７】
図８に示すように、コンバータ２０を直列に接続（キャパシタＣｉ１、Ｃｉ２に対しては、並列接続）することで、それぞれのスイッチング素子Ｑに印加される電圧は、低減できる。入力電圧ＶｉをキャパシタＣｉ１、Ｃｉ２の直列回路により１／２に分圧し、それぞれにコンバータ２０は、並列に接続されている。並列に接続されたコンバータ２０のそれぞれのスイッチング素子Ｑは、入力電圧Ｖｉと同程度の耐圧の製品で対応できる。
【０００８】
しかしながら、キャパシタＣｉ１、Ｃｉ２の容量バラツキ等により、分圧される電圧は、多少異なる。加えて、並列に接続されたコンバータ２０のそれぞれの制御回路２１は、出力電圧Ｖｏの検出値に基づいてＰＷＭ制御等を行うが、出力電圧Ｖｏの検出値と比較する基準電圧にバラツキがある。基準電圧のバラツキにより、並列に接続されたコンバータ２０のそれぞれ出力電圧Ｖｏは、微妙に異なり、それぞれの出力電流がバランスしない。そのため、コンバータ２０を並列に接続した構成は、それぞれの電流をバランスさせる図示しないバランス回路を付加せざるを得ない。バランス回路は、二次側が並列に接続されたコンバータ２０のそれぞれの電位差も大きいことから、複雑な回路構成となる。従って、コンバータ２０を並列に接続した構成は、複数個のコンバータ２０と共に、複雑なバランス回路が必要になり、回路規模が大きく高価なものになってしまう。
【０００９】
本発明の一態様は、低耐圧のスイッチング素子を用いて、回路規模を大きくすることなく、高い入力電圧に対応できるコンバータを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、スイッチング素子をオンオフ制御することによって、トランスの一次巻線に入力電圧を断続的に印加させ、前記トランスの二次巻線に生じる誘起電圧を整流平滑して出力するコンバータである。本発明の一態様は、複数に分割された前記一次巻線と、前記一次巻線の分割数の前記スイッチング素子と、を備える。本発明の一態様は、分割された前記一次巻線のそれぞれに前記スイッチング素子が直列に接続される。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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