(57)【要約】【課題】高調波成分を低減して、歪の少ない電流を出力することができ、さらに、フィルタ回路の段数を多くする必要がなく、部品点数を削減でき、それにより、安価で小型化できるフィルタ回路を提供する。【解決手段】インバータ５の出力に設けられるフィルタ回路６は、インバータ５の出力に対して並列に同調フィルタ５１を接続し、かつインバータ５の出力と同調フィルタ５１に対して直列に限流リアクトル５０を備えたことにより、インバータ５のスイッチングによって発生する高調波成分を低減して、歪の少ない電流を出力することができ、さらに、フィルタ回路６の段数を多くする必要がなく、部品点数を削減でき、それにより、安価で小型化できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータの出力に設けられるフィルタ回路であって、前記インバータの出力に対して並列に同調フィルタを接続し、かつ前記インバータの出力と前記同調フィルタに対して直列に限流リアクトルを備えたことを特徴とするフィルタ回路。
【請求項２】
前記同調フィルタは、リアクトルとコンデンサと抵抗を接続したもの、もしくはリアクトルとコンデンサを接続したもので構成されることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ回路。
【請求項３】
同一のコアに前記限流リアクトルの導線と前記同調フィルタの前記リアクトルの導線を巻いたことを特徴とする請求項１または２に記載のフィルタ回路。
【請求項４】
前記同調フィルタでの電圧降下分を打ち消すように誘起電力を補償するように構成したことを特徴とする請求項３記載のフィルタ回路。
【請求項５】
前記同調フィルタの吸収周波数を、インバータのスイッチング周波数に設定したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のフィルタ回路。
【請求項６】
インバータの出力に請求項１から５のいずれか１項に記載のフィルタ回路を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
インバータの出力に設けられるフィルタ回路であって、前記インバータの出力に対して並列に広域通過フィルタを接続し、かつ前記インバータの出力と前記広域通過フィルタに対して直列に限流リアクトルを備えたことを特徴とするフィルタ回路。
【請求項８】
前記広域通過フィルタは、リアクトルとコンデンサと抵抗を接続したもの、もしくはリアクトルとコンデンサを接続したもので構成されることを特徴とする請求項７に記載のフィルタ回路。
【請求項９】
同一のコアに前記限流リアクトルの導線と前記広域通過フィルタの前記リアクトルの導線を巻いたもので構成されることを特徴とする請求項７または８に記載のフィルタ回路。
【請求項１０】
前記広域通過フィルタでインバータの出力電流リップルを補償するように構成したことを特徴とする請求項９記載のフィルタ回路。
【請求項１１】
前記広域通過フィルタの遮断周波数をインバータのスイッチング周波数以上に設定したことを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載のフィルタ回路。
【請求項１２】
インバータの出力に請求項７から１１のいずれか１項に記載のフィルタ回路を備えた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、直流電力を商用周波数の交流電力に変換して系統に電力を注入する電力変換装置に適したフィルタ回路と、それを用いた電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力変換装置について、図面を参照しながら説明する。図３は従来の電力変換装置一例の構成を示すブロック図である。
【０００３】
従来、電力変換装置は、直流電源７１から直流電力を入力し、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流に変換して系統７２に交流電力を供給している。
【０００４】
電力変換装置は、入力電圧Ｖｉｎを昇圧する昇圧コンバータ７３と、昇圧コンバータ７３で昇圧された電圧の高周波成分を除去する中間段コンデンサ７４と、中間段コンデンサ７４で高周波成分が除去された出力電流を正弦波に波形成形するインバータ７５と、インバータ７５の出力と系統７２との間に設けられインバータ７５の出力から高周波ノイズを除去するフィルタ回路７６とを備える。
【０００５】
昇圧コンバータ７３は、入力電圧を平滑する平滑コンデンサ７３１、スイッチング素子Ｑ７３３〜Ｑ７３６を４石使用したフルブリッジ構成のコンバータ回路７３２と、コンバータ回路７３２の出力に一次側を接続された高周波昇圧トランス７３７と、高周波昇圧トランス７３７の二次側に接続された整流回路７３８で構成される。また、インバータ７５は、パワー・スイッチング素子Ｑ７３９〜Ｑ７４２を４石使用したフルブリッジ構成となっている。
【０００６】
特に、フィルタ回路７６は、リアクトル７４３，７４５，７４７と、コンデンサ７４４，７４６，７４８を使用した逆Ｌ形３段平滑回路で構成され、インバータ７５のスイッチングによって発生する高調波成分を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５９−２１６４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の電力変換装置では、インバータ７５のスイッチングによって発生する高調波成分を低減して、歪の少ない電流を出力する為には、フィルタ回路７６の段数を多くする必要があり、部品点数が多く、大きなリアクトルが複数必要で、電力変換装置を小型化できず、安価に提供することができないことが課題となっていた。
【０００９】
そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑み、高調波成分を低減して、歪の少ない電流を出力することができ、さらに、フィルタ回路の段数を多くする必要がなく、部品点数を削減でき、それにより、安価で小型化できるフィルタ回路と、それをインバータの出力に備えた電力変換装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明のフィルタ回路は、インバータの出力に対して並列に同調フィルタ（または広域通過フィルタ）を接続し、かつ前記インバータの出力と前記同調フィルタ（または広域通過フィルタ）に対して直列に限流リアクトルを備えたのである。
【００１１】
これによって、高調波成分を低減して、歪の少ない電流を出力することができ、さらに、フィルタ回路の段数を多くする必要がなく、部品点数を削減でき、それにより、安価で小型化できる。
【００１２】
また、本発明の電力変換装置は、インバータの出力に、上記本発明のフィルタ回路を備えたのである。
【００１３】
これによって、インバータのスイッチングによって発生する高調波成分を低減して、歪の少ない電流を出力することができ、さらに、フィルタ回路の段数を多くする必要がなく、部品点数を削減でき、それにより、安価で小型化できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、インバータのスイッチングによって発生する高調波成分を低減して、歪の少ない電流を出力することができる。さらに、フィルタ回路の段数を多くする必要がなく、部品点数を削減でき、安価で小型化できる。
【００１５】
また、フィルタ回路での電力損失を低減することができ、さらに、インバータに流れる電流リップルが小さくなる為にインバータのパワー・スイッチング素子がスイッチングする際のスイッチング損失を低減でき、省エネを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１による電力変換装置の回路ブロック図
【図２】本発明の実施の形態２による電力変換装置の回路ブロック図
【図３】従来の電力変換装置を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
第１の発明は、インバータの出力に設けられるフィルタ回路であって、前記インバータの出力に対して並列に同調フィルタを接続し、かつ前記インバータの出力と前記同調フィルタに対して直列に限流リアクトルを備えたことを特徴とするものであり、これにより、インバータのスイッチングによって発生する高調波成分を低減して、歪の少ない電流を出力することができる。さらに、フィルタ回路の段数を多くする必要がなく、部品点数を削減でき、安価で小型化できる。
【００１８】
第２の発明は、特に、第１の発明における前記同調フィルタが、リアクトルとコンデンサと抵抗を接続したもの、もしくはリアクトルとコンデンサを接続したもので構成されることを特徴とするものであり、これにより、簡単な構成で同調フィルタを構成できる。
【００１９】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、同一のコアに前記限流リアクトルの導線と前記同調フィルタの前記リアクトルの導線を巻いたことを特徴とするものであり、これにより、さらに、フィルタ回路の部品点数を削減でき、小型化できる。
【００２０】
第４の発明は、特に、第３の発明において、前記同調フィルタでの電圧降下分を打ち消すように誘起電力を補償するように構成したことを特徴とするものであり、これにより、同調フィルタでの電力損失を低減することができる。
【００２１】
第５の発明は、特に、第１から４のいずれかの発明において、前記同調フィルタの吸収周波数を、インバータのスイッチング周波数に設定したことを特徴とするものであり、これにより、インバータのスイッチングによって発生する高調波成分を低減することができる。
【００２２】
第６の発明は、インバータの出力に第１から５のいずれかの発明のフィルタ回路を備えたことを特徴とする電力変換装置であり、これにより、インバータのスイッチングによって発生する高調波成分を低減して、歪の少ない電流を出力することができ、さらに、部品点数を削減でき、安価で小型化できる。
【００２３】
第７の発明は、インバータの出力に設けられるフィルタ回路であって、前記インバータの出力に対して並列に広域通過フィルタを接続し、かつ前記インバータの出力と前記広域通過フィルタに対して直列に限流リアクトルを備えたことを特徴とするものであり、これにより、インバータのスイッチングによって発生する高調波成分を低減して、歪の少ない電流を出力することができる。さらに、フィルタ回路の段数を多くする必要がなく、部品点数を削減でき、安価で小型化できる。
【００２４】
第８の発明は、特に、第７の発明における前記広域通過フィルタが、リアクトルとコンデンサと抵抗を接続したもの、もしくはリアクトルとコンデンサを接続したもので構成されることを特徴とするものであり、これにより、簡単な構成で広域通過フィルタを構成できる。
【００２５】
第９の発明は、特に、第７または第８の発明において、同一のコアに前記限流リアクトルの導線と前記広域通過フィルタの前記リアクトルの導線を巻いたことを特徴とするものであり、これにより、さらに、フィルタ回路の部品点数を削減でき、小型化できる。
【００２６】
第１０の発明は、特に、第９の発明において、前記広域通過フィルタでインバータの出力電流リップルを補償するように構成したことを特徴とするものであり、これにより、歪の少ない電流を出力することができ、インバータのスイッチングによって発生する高調波成分を低減することができる。
【００２７】
第１１の発明は、特に、第７から１０のいずれかの発明において、前記広域通過フィルタの遮断周波数をインバータのスイッチング周波数以上に設定したことを特徴とするものであり、これにより、歪の少ない電流を出力することができ、インバータのスイッチングによって発生する高調波成分を低減することができる。
【００２８】
第１２の発明は、インバータの出力に第７から１１のいずれかの発明のフィルタ回路を備えたことを特徴とする電力変換装置であり、これにより、インバータのスイッチングによって発生する高調波成分を低減して、歪の少ない電流を出力することができ、さらに、部品点数を削減でき、安価で小型化できる。
【００２９】
以下、本発明のフィルタ回路を用いた電力変換装置の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１によるフィルタ回路を用いた電力変換装置の回路ブロック図である。
【００３１】
図１に示すように、本実施の形態の電力変換装置は、直流電源１から直流電力を入力し、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流に変換して系統２に交流電力を供給している。
【００３２】
電力変換装置は、入力電圧Ｖｉｎを昇圧する昇圧コンバータ３と、昇圧コンバータ３で昇圧された電圧の高周波成分を除去する中間段コンデンサ４と、中間段コンデンサ４で高周波成分が除去された出力電流を正弦波に波形成形するインバータ５と、インバータ５の出力と系統２との間に設けられインバータ５の出力から高周波ノイズを除去するフィルタ回路６とを備える。
【００３３】
昇圧コンバータ３は、入力電圧を平滑する平滑コンデンサ３１、スイッチング素子Ｑ３３〜Ｑ３６を４石使用したフルブリッジ構成のコンバータ回路３２と、コンバータ回路３２の出力に一次側を接続された高周波昇圧トランス３７と、高周波昇圧トランス３７の二次側に接続された整流回路３８で構成され、インバータ５はパワー・スイッチング素子Ｑ３９〜Ｑ４２を４石使用したフルブリッジ構成となっている。
【００３４】
特に、フィルタ回路６は、限流リアクトル回路５０と同調フィルタ回路５１と逆Ｌ形平滑回路５２を備えている。
【００３５】
同調フィルタ回路５１は、リアクトル４５とコンデンサ４６と抵抗４７を直列接続し、直列共振回路を構成し、共振周波数をインバータのスイッチング周波数に一致させて、インバータのスイッチング周波数によって発生する周波数を吸収しインバータ５の出力から発生する高周波ノイズを除去している。
【００３６】
限流リアクトル回路５０は、同一のコアにリアクトル４３の巻線とリアクトル４４の巻線がノーマルモード状に巻かれており、インバータ５に流れる電流リップルを低減している。
【００３７】
さらに、前記コアには同調フィルタ回路５１のリアクトル４５の巻線が同調フィルタ回路５１の電圧降下分を打ち消すように誘起電力を補償するように巻かれており、同調フィルタ回路５１での電力損失を低減している。
【００３８】
逆Ｌ形平滑回路５２は、リアクトル４８とコンデンサ４９で構成され電力変換装置からの歪の少ない電流を出力している。
【００３９】
従って、電力変換装置は、インバータ５のスイッチングによって発生する高調波成分を低減して、歪の少ない電流を出力することができる。
【００４０】
さらに、フィルタ回路６の段数を多くする必要がなく、部品点数を削減でき、小型化でき、安価に提供することができる。
【００４１】
また、フィルタ回路６での電力損失を低減することができ、さらに、インバータ５に流れる電流リップルが小さくなる為にインバータ５のパワー・スイッチング素子Ｑ３９〜Ｑ４２がスイッチングする際のスイッチング損失を低減でき、省エネを図ることができる。
【００４２】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２によるフィルタ回路を用いた電力変換装置の回路ブロック図である。本実施の形態において実施の形態１と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４３】
図２に示すように、本実施の形態の電力変換装置は、直流電源１から直流電力を入力し、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流に変換して系統２に交流電力を供給している。
【００４４】
電力変換装置は、入力電圧Ｖｉｎを昇圧する昇圧コンバータ３と、昇圧コンバータ３で昇圧された電圧の高周波成分を除去する中間段コンデンサ４と、中間段コンデンサ４で高周波成分が除去された出力電流を正弦波に波形成形するインバータ５と、インバータ５の出力と系統２との間に設けられインバータ５の出力から高周波ノイズを除去するフィルタ回路７とを備える。
【００４５】
昇圧コンバータ３は、入力電圧を平滑する平滑コンデンサ３１、スイッチング素子Ｑ３３〜Ｑ３６を４石使用したフルブリッジ構成のコンバータ回路３２と、コンバータ回路３２の出力に一次側を接続された高周波昇圧トランス３７と、高周波昇圧トランス３７の二次側に接続された整流回路３８で構成され、インバータ５はパワー・スイッチング素子Ｑ３９〜Ｑ４２を４石使用したフルブリッジ構成となっている。
【００４６】
特に、フィルタ回路７は、限流リアクトル回路６０と広域通過フィルタ回路６１と逆Ｌ形平滑回路６２を備えている。
【００４７】
広域通過フィルタ回路６１は、リアクトル６５とコンデンサ６６と抵抗６７を直列接続して微分回路を構成しており、インバータ５のスイッチング素子がスイッチングして流れる電流の立ち上がりを急峻にすることにより、インバータ５に流れる電流リップルを低減している。
【００４８】
限流リアクトル回路６０は、同一のコアにリアクトル６３の巻線とリアクトル６４の巻線がノーマルモード状に巻かれており、インバータ５に流れる電流リップルを低減している。
【００４９】
さらに、前記コアには広域通過フィルタ回路６１のリアクトル６５の巻線が広域通過フィルタ回路６１において、誘起電圧が発生するように巻かれており、インバータ５のパワー・スイッチング素子Ｑ３９〜Ｑ４２がスイッチングして流れる電流の立ち上がりを急峻にすることにより、インバータ５に流れる電流リップルを低減している。
【００５０】
逆Ｌ形平滑回路６２は、リアクトル６８とコンデンサ６９で構成され電力変換装置からの歪の少ない電流を出力している。
【００５１】
従って、電力変換装置は、インバータ５のスイッチングによって発生する高調波成分を低減して、歪の少ない電流を出力することができる。
【００５２】
さらに、フィルタ回路７の段数を多くする必要がなく、部品点数を削減でき、小型化でき、安価に提供することができる。
【００５３】
また、フィルタ回路７での電力損失を低減することができ、さらに、インバータ５に流れる電流リップルが小さくなる為にインバータ５のパワー・スイッチング素子Ｑ３９〜Ｑ４２がスイッチングする際のスイッチング損失を低減でき、省エネを図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明のフィルタ回路は、インバータのスイッチングによって発生する高調波成分を低減して、歪の少ない電流を出力することができる。さらに、フィルタ回路の段数を多くする必要がなく、部品点数を削減でき、安価で小型化できるので、電力変換装置インバータの出力に設けられるフィルタ回路に適している。
【００５５】
また、本発明の電力変換装置は、フィルタ回路での電力損失を低減することができ、さらに、インバータに流れる電流リップルが小さくなる為にインバータのパワー・スイッチング素子がスイッチングする際のスイッチング損失を低減でき、省エネを図ることができるので、燃料電池や太陽電池が発電した直流電力を商用周波数の交流電力に変換して系統に電力を注入する電力変換装置に適している。。
【符号の説明】
【００５６】
５  インバータ
６，７  フィルタ回路
５０，６０  限流リアクトル回路
５１  同調フィルタ回路
６１  広域通過フィルタ回路
【図１】
2010259129.tif 000003
【図２】
2010259129.tif 000004
【図３】
2010259129.tif 000005