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公開番号2025157527
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-15
出願番号2025124420,2021190071
出願日2025-07-25,2021-11-24
発明の名称電力パケット伝送システム
出願人国立大学法人京都大学
代理人弁理士法人深見特許事務所
主分類H02M 3/155 20060101AFI20251007BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】パルス伝送方式の電力パケット伝送システムにおいて、解析的な設計が容易なサージ抑制方法をサージ抑制のための付加回路無しで実現する。
【解決手段】電力パケット伝送システムにおいて、ネットワーク状に接続された複数のルータ51の各々は、直流電力を蓄積するためのキャパシタ73と、キャパシタ73の高電位側ノードと対応する配線52との間に接続された双方向スイッチ72とを備える。第1のルータ51Qから第2のルータ51Pに電力パケット62を伝送する場合に、第1の双方向スイッチ72Qおよび第2の双方向スイッチ72Pを開状態から閉状態に切り替えることにより第1の配線52に電流を流し始め、第1の配線を流れる電流が最初にゼロクロスするタイミングに合わせて第1の双方向スイッチ72Qおよび第2の双方向スイッチ72Pの少なくとも一方を閉状態から開状態に切り替える。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
パルス状の直流電力と前記直流電力に関する情報とを組み合わせた電力パケットを伝送するための電力パケット伝送システムであって、
複数の配線を介してネットワーク状に接続された複数のルータを備え、
前記複数のルータの各々は、
前記直流電力を蓄積するためのキャパシタと、
複数の双方向スイッチと、
前記複数の双方向スイッチの開閉を制御するコントローラとを備え、
前記複数の双方向スイッチの各々は、前記キャパシタの高電位側ノードと前記複数の配線のうちの対応する配線との間に接続され、
前記複数のルータは、第１の配線を介して互いに接続された第１のルータおよび第２のルータを含み、
前記第１のルータは、第１のキャパシタと、前記第１のキャパシタの高電位側ノードと前記第１の配線の第１端との間に接続された第１の双方向スイッチとを含み、
前記第２のルータは、第２のキャパシタと、前記第２のキャパシタの高電位側ノードと前記第１の配線の第２端との間に接続された第２の双方向スイッチとを含み、
前記第１の双方向スイッチおよび前記第２の双方向スイッチが共に閉状態のとき、前記第１の双方向スイッチ、前記第２の双方向スイッチ、前記第１のキャパシタ、前記第２のキャパシタ、および前記第１の配線は、不足減衰特性を有する直列共振回路を構成し、
前記第１のルータの前記コントローラおよび前記第２のルータの前記コントローラは、前記第１のルータから前記第２のルータに電力パケットを伝送する場合に、前記第１の双方向スイッチおよび前記第２の双方向スイッチを開状態から閉状態に切り替えることにより前記第１の配線に電流を流し始め、前記第１の配線を流れる電流が最初にゼロクロスするタイミングに合わせて前記第１の双方向スイッチおよび前記第２の双方向スイッチの少なくとも一方を閉状態から開状態に切り替え、
前記第１の配線に電流が流れ始めてから最初にゼロクロスするまでの時間は、前記直列共振回路の回路パラメータのみから決定される定数である、電力パケット伝送システム。
続きを表示（約 660 文字）【請求項２】
前記第１の双方向スイッチと前記第２の双方向スイッチとは、同時に閉状態に切り替えられ、その後、同時に開状態に切り替えられる、請求項１に記載の電力パケット伝送システム。
【請求項３】
前記第１の双方向スイッチと前記第２の双方向スイッチとは、同時に閉状態に切り替えられ、その後、一方が開状態に切り替えられた後に、他方が開状態に切り替えられる、請求項１に記載の電力パケット伝送システム。
【請求項４】
前記第１のルータの前記コントローラおよび前記第２のルータの前記コントローラは、前記第１のルータから前記第２のルータに電力パケットを伝送する場合に、前記電力パケットの伝送密度が所望の値になるように、前記第１の双方向スイッチおよび前記第２の双方向スイッチを開状態から閉状態に切り替えるタイミングを制御する、請求項１～３のいずれか１項に記載の電力パケット伝送システム。
【請求項５】
前記第２のルータは、第２の配線の第１端に接続された第３の双方向スイッチを含み、
前記複数のルータは、前記第２の配線の第２端に接続された第４の双方向スイッチを含む第３のルータを含み、
前記第２のルータの前記コントローラは、前記第１のルータから受信した前記電力パケットを前記第３のルータに送信する場合に、前記第２の双方向スイッチを開状態に切り替えた後に、前記第３の双方向スイッチを閉状態に切り替える、請求項１～４のいずれか１項に記載の電力パケット伝送システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、電力変換器および電力パケット伝送システムに関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣおよびＧａＮなどのワイドギャップ半導体の実用化によって、従来のＳｉを用いた電力変換器に比べて、高周波および大電力でのスイッチングが可能になった。これにより、電力変換器の小型化および軽量化が進みつつある。しかしながら、高周波スイッチングによってｄｖ／ｄｔおよびｄｉ／ｄｔが高くなるので、スイッチング時のサージの問題がより顕在化する。
【０００３】
従来から、サージを抑制するためにスナバ回路およびアクティブクランプ回路などの付加回路を用いる方法が知られている。しかし、体積の増加につながるので、ワイドギャップ半導体を用いた場合の特徴である電力変換器の小型化に反することになる。また、付加回路を用いることによりスイッチング損失が増大する場合もある。
【０００４】
他のサージ抑制法としてＥ級コンバータなどの共振型電力変換器を用いる方法が知られている（たとえば、特開２０１０－１４８３１１号公報（特許文献１）を参照）。共振を利用することによりソフトスイッチングを実現できる。
【０００５】
次に、本開示が関係する電力パケット伝送システムについて紹介する。電力パケットとは、パルス状の直流電力とその電力に関する情報とを組み合わせた電力の伝送単位をいう。電力パケットを用いた伝送ネットワークでは、ルータを介して電力パケットが時分割多重方式で伝送される。ルータ間の伝送方式には、共振を利用するもの（たとえば、非特許文献１を参照）と、直流電力波形のパルス伝送によるもの（たとえば、特許６２１０４９６号（特許文献２）を参照）とがある。
【０００６】
具体的に、共振を利用する伝送方式（以下、共振伝送方式と称する）では、電力のバッファとして用いられるキャパシタにインダクタを直列接続したＬＣ共振器が用いられる。そして、ルータ間のＬＣ共振によって電力が伝送される。一方、直流のパルス伝送を用いる方式（以下、パルス伝送方式と称する）では、電力のバッファとしてキャパシタまたはバッテリなどが用いられ、電力のやり取りを行うルータ同士のバッファ電圧の電位差に基づいて電力が伝送される。
【０００７】
パルス伝送方式の電力パケット伝送システムは、共振伝送方式に比べて、伝送電圧、ルータの接続台数などの選択の自由度の点で優れているが、スイッチング時のサージが問題となるというデメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０１０－１４８３１１号公報
特許６２１０４９６号
【非特許文献】
【０００９】
中野博樹、岡部寿男、「電力パケットルータの設計と実装」、マルチメディア、分散、強調とモバイル（DICOMO2017）シンポジウム論文集、２０１７年、p.1875-1880
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
Ｅ級コンバータなどの共振型の電力変換器は、適用する回路およびその使用電圧に応じて個別設計が必要でありかつ動作条件が限定されるため、解析的な設計が困難であるという問題がある。このため、回路パラメータを決定するためにチューニングが必要になる。したがって、本開示の第１の課題は、解析的な設計が容易なサージ抑制方法をスナバ回路などのサージ抑制のための付加回路無しで実現する電力変換器を提供することである。
（【００１１】以降は省略されています）

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