(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流入力電圧を交流出力電圧に変換するための電力変換システムであって、
第１コンデンサ及び第２コンデンサを含み、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとが中性点に接続されるとともに前記直流入力電圧を受ける入力コンデンサ群と、
前記入力コンデンサ群に並列に接続される第１変換回路と、
前記入力コンデンサ群に並列に接続される第２変換回路と、
前記第１変換回路と前記第２変換回路とに接続されるとともに、出力側が前記中性点に接続される第１フィルタ回路と、
前記第１変換回路と前記第２変換回路とに接続されるとともに、出力側が前記中性点に接続される第２フィルタ回路と、
複数の制御信号を生成して前記第１変換回路と前記第２変換回路とをそれぞれ制御する制御回路と、を含み、
前記第１変換回路は、
第１パワースイッチを第１ダイオードに接続してなる第１分岐回路と、
第２パワースイッチを第２ダイオードに接続してなる第２分岐回路と、
第１補助パワースイッチを第１補助ダイオードに接続してなる第１補助分岐回路と、を含み、
前記第２変換回路は、
第３パワースイッチを第３ダイオードに接続してなる第３分岐回路と、
第４パワースイッチを第４ダイオードに接続してなる第４分岐回路と、
第２補助パワースイッチを第２補助ダイオードに接続してなる第２補助分岐回路と、を含み、
前記第１補助分岐回路は、前記第１分岐回路と前記第２分岐回路とに接続され、
前記第２補助分岐回路は、前記第３分岐回路と前記第４分岐回路とに接続され、
前記制御回路は、前記第１パワースイッチと前記第２パワースイッチとを制御する第１制御信号と、前記第１補助パワースイッチを制御する第１補助制御信号と、前記第３パワースイッチと前記第４パワースイッチとを制御する第２制御信号と、前記第２補助パワースイッチを制御する第２補助制御信号とを生成することを特徴とする電力変換システム。
【請求項２】
前記第１フィルタ回路は、第１出力インダクタンスと、第２出力インダクタンスと、第１出力コンデンサとを含み、
前記第１出力インダクタンスの一端は、前記第２出力インダクタンスの一端と、前記第１出力コンデンサの一端とに接続され、
前記第１出力インダクタンスの他端は、前記第１パワースイッチと、前記第１補助パワースイッチと、前記第１ダイオードとに接続され、
前記第２出力インダクタンスの他端は、前記第４パワースイッチと前記第２補助ダイオードとに接続され、
前記第１出力コンデンサの他端は、前記中性点に接続され、
前記第２フィルタ回路は、第３出力インダクタンスと、第４出力インダクタンスと、第２出力コンデンサとを含み、
前記第３出力インダクタンスの一端は、前記第４出力インダクタンスの一端と、前記第２出力コンデンサの一端とに接続され、
前記第４出力インダクタンスの他端は、前記第３パワースイッチと、前記第２補助パワースイッチと、前記第３ダイオードとに接続され、
前記第３出力インダクタンスの他端は、前記第２パワースイッチと前記第１補助ダイオードとに接続され、
前記第２出力コンデンサの他端は、前記中性点に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項３】
前記制御回路は、信号反転手段と、第１ＡＮＤゲート手段と、第２ＡＮＤゲート手段と、ＮＯＴゲート手段と、第１比較手段と、第２比較手段と、第３比較手段とを含み、
前記第１比較手段は、
三角波キャリア信号を受信する反転入力端と、
交流出力電圧信号を受信する非反転入力端と、
第１出力信号を出力する出力端と、を有し、
前記第２比較手段は、
前記三角波キャリア信号を受信する反転入力端と、
前記信号反転手段に接続されて前記交流出力電圧信号を受信する非反転入力端と、
第２出力信号を出力する出力端と、を有し、
前記第３比較手段は、
アースに接続される反転入力端と、
前記交流出力電圧信号を受信する非反転入力端と、
前記第１補助制御信号を出力するとともに、前記ＮＯＴゲート手段に接続されることで前記第２補助制御信号を出力する出力端と、を有し、
前記第１ＡＮＤゲート手段は、前記第１出力信号と前記第１補助制御信号とを受信して前記第１制御信号を出力し、
前記第２ＡＮＤゲート手段は、前記第２出力信号と前記第２補助制御信号とを受信して前記第２制御信号を出力し、
前記三角波キャリア信号は、高周波キャリア信号であり、
前記交流出力電圧が正の半サイクルにおいては、前記第１制御信号が高周波スイッチング信号、前記第２制御信号が低レベル信号、前記第１補助制御信号が高レベルの低周波信号、前記第２補助制御信号が低レベルの低周波信号であり、
前記交流出力電圧が負の半サイクルにおいては、前記第１制御信号が低レベル信号、前記第２制御信号が高周波スイッチング信号、前記第１補助制御信号が低レベルの低周波信号、前記第２補助制御信号が高レベルの低周波信号であることを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項４】
直流入力電圧を交流出力電圧に変換するための電力変換システムの動作方法であって、
前記電力変換システムは、
前記直流入力電圧を受け、中性点にそれぞれ接続される第１コンデンサと第２コンデンサとを含む入力コンデンサ群と、
前記入力コンデンサ群に並列に接続される第１変換回路と、
前記入力コンデンサ群に並列に接続される第２変換回路と、
前記第１変換回路と前記第２変換回路とに接続されるとともに、出力側が前記中性点に接続される第１フィルタ回路と、
前記第１変換回路と前記第２変換回路とに接続されるとともに、出力側が前記中性点に接続される第２フィルタ回路と、
複数の制御信号を生成して前記第１変換回路と前記第２変換回路とをそれぞれ制御する制御回路と、を含み、
前記第１変換回路は、
第１パワースイッチを第１ダイオードに接続してなる第１分岐回路と、
第２パワースイッチを第２ダイオードに接続してなる第２分岐回路と、
第１補助パワースイッチを第１補助ダイオードに接続してなる第１補助分岐回路と、を含み、
前記第２変換回路は、
第３パワースイッチを第３ダイオードに接続してなる第３分岐回路と、
第４パワースイッチを第４ダイオードに接続してなる第４分岐回路と、
第２補助パワースイッチを第２補助ダイオードに接続してなる第２補助分岐回路と、を含み、
前記第１補助分岐回路は、前記第１分岐回路と前記第２分岐回路とに接続され、
前記第２補助分岐回路は、前記第３分岐回路と前記第４分岐回路とに接続され、
前記制御回路は、
前記第１パワースイッチと前記第２パワースイッチとを制御する第１制御信号と、前記第１補助パワースイッチを制御する第１補助制御信号とを生成するステップと、
前記第３パワースイッチと前記第４パワースイッチとを制御する第２制御信号と、前記第２補助パワースイッチを制御する第２補助制御信号とを生成するステップとを含むことを特徴とする電力変換システムの動作方法。
【請求項５】
前記第１フィルタ回路は、第１出力インダクタンスと、第２出力インダクタンスと、第１出力コンデンサとを含み、
前記第１出力インダクタンスの一端は、前記第２出力インダクタンスの一端と、前記第１出力コンデンサの一端とに接続され、
前記第１出力インダクタンスの他端は、前記第１パワースイッチと、前記第１補助パワースイッチと、前記第１ダイオードとに接続され、
前記第２出力インダクタンスの他端は、前記第４パワースイッチと前記第２補助ダイオードとに接続され、
前記第１出力コンデンサの他端は、前記中性点に接続され、
前記第２フィルタ回路は、第３出力インダクタンスと、第４出力インダクタンスと、第２出力コンデンサとを含み、
前記第３出力インダクタンスの一端は、前記第４出力インダクタンスの一端と、前記第２出力コンデンサの一端とに接続され、
前記第４出力インダクタンスの他端は、前記第３パワースイッチと、前記第２補助パワースイッチと、前記第３ダイオードとに接続され、
前記第３出力インダクタンスの他端は、前記第２パワースイッチと前記第１補助ダイオードとに接続され、
前記第２出力コンデンサの他端は、前記中性点に接続されることを特徴とする請求項４に記載の電力変換システムの動作方法。
【請求項６】
前記制御回路は、信号反転手段と、第１ＡＮＤゲート手段と、第２ＡＮＤゲート手段と、ＮＯＴゲート手段と、第１比較手段と、第２比較手段と、第３比較手段とを含み、
前記第１比較手段は、
三角波キャリア信号を受信する反転入力端と、
交流出力電圧信号を受信する非反転入力端と、
第１出力信号を出力する出力端と、を有し、
前記第２比較手段は、
前記三角波キャリア信号を受信する反転入力端と、
前記信号反転手段に接続されて前記交流出力電圧信号を受信する非反転入力端と、
第２出力信号を出力する出力端と、を有し、
前記第３比較手段は、
アースに接続される反転入力端と、
前記交流出力電圧信号を受信する非反転入力端と、
前記第１補助制御信号を出力するとともに、前記ＮＯＴゲート手段に接続されることで前記第２補助制御信号を出力する出力端と、を有し、
前記第１ＡＮＤゲート手段は、前記第１出力信号と前記第１補助制御信号とを受信して前記第１制御信号を出力し、
前記第２ＡＮＤゲート手段は、前記第２出力信号と前記第２補助制御信号とを受信して前記第２制御信号を出力し、
前記三角波キャリア信号は、高周波キャリア信号であり、
前記交流出力電圧が正の半サイクルにおいては、前記第１制御信号が高周波スイッチング信号、前記第２制御信号が低レベル信号、前記第１補助制御信号が高レベルの低周波信号、前記第２補助制御信号が低レベルの低周波信号であり、
前記交流出力電圧が負の半サイクルにおいては、前記第１制御信号が低レベル信号、前記第２制御信号が高周波スイッチング信号、前記第１補助制御信号が低レベルの低周波信号、前記第２補助制御信号が高レベルの低周波信号であることを特徴とする請求項４に記載の電力変換システムの動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換システム及びその動作方法に関し、特にデュアルバックインバータを有する太陽光発電の電力変換システム及びその動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、先行技術のデュアルバックインバータ（ｄｕａｌ−ｂｕｃｋ  ｉｎｖｅｒｔｅｒ）を示す回路図である。図１を参照すると、このデュアルバックインバータは、直流入力電圧Ｖｄｃを受けて交流出力電圧Ｖａｃに変換する。デュアルバックインバータは、第１降圧回路ＢＣ１及び第２降圧回路ＢＣ２である２つの降圧回路を含む。第１降圧回路ＢＣ１は、主に第１ブリッジアームＬｇ１ａ及び第２ブリッジアームＬｇ２ａを含む。第１ブリッジアームＬｇ１ａは、第１スイッチＳ１ａと、第１スイッチＳ１ａに直列に接続される第１ダイオードＤ１ａとを含む。第２ブリッジアームＬｇ２ａは、第２スイッチＳ２ａと、第２スイッチＳ２ａに直列に接続される第２ダイオードＤ２ａとを含む。第２降圧回路ＢＣ２は、主に第３ブリッジアームＬｇ３ａ及び第４ブリッジアームＬｇ４ａを含む。第３ブリッジアームＬｇ３ａは、第３スイッチＳ３ａと、第３スイッチＳ３ａに直列に接続される第３ダイオードＤ３ａとを含む。第４ブリッジアームＬｇ４ａは、第４スイッチＳ４ａと、第４スイッチＳ４ａに直列に接続される第４ダイオードＤ４ａとを含む。また、前記第１降圧回路ＢＣ１と前記第２降圧回路ＢＣ２とは、入力コンデンサＣ１ａに並列に接続される。
【０００３】
図２は、先行技術のデュアルバックインバータの駆動信号を示す波形概略図である。同図を合わせて参照すると、第１スイッチＳ１ａと、第２スイッチＳ２ａと、第３スイッチＳ３ａと、第４スイッチＳ４ａとに対応して、これらスイッチをそれぞれ制御する第１制御信号Ｓｃａ１と、第２制御信号Ｓｃａ２と、第３制御信号Ｓｃａ３と、第４制御信号Ｓｃａ４との複数の制御信号は、駆動信号生成回路（図示せず）によって生成される。
【０００４】
第１制御信号Ｓｃａ１と第２制御信号Ｓｃａ２とは、レベルの相補する低周波信号対である。交流出力電圧Ｖａｃが正の半サイクル（時間ｔ０〜ｔ１の区間）において、第１制御信号Ｓｃａ１が高レベルで第１スイッチＳ１ａをオンにさせ、第２制御信号Ｓｃａ２が低レベルで第２スイッチＳ２ａをオフにさせ、第３制御信号Ｓｃａ３が低レベルで第３スイッチＳ３ａをオフにさせ、第４制御信号Ｓｃａ４が高周波で第４スイッチＳ４ａを切換える。交流出力電圧Ｖａｃが負の半サイクル（時間ｔ１〜ｔ２の区間）において、第１制御信号Ｓｃａ１が低レベルで第１スイッチＳ１ａをオフにさせ、第２制御信号Ｓｃａ２が高レベルで第２スイッチＳ２ａをオンにさせ、第３制御信号Ｓｃａ３が高周波で第３スイッチＳ３ａを切換え、第４制御信号Ｓｃａ４が低レベルで第４スイッチＳ４ａをオフにさせる。
【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、このようなデュアルバックインバータの構成によれば、交流出力電圧Ｖａｃの変動が大きいため、寄生容量ＣＰ１，ＣＰ２の電圧変動が大きくなることにより、急速に変化する漏れ電流Ｉｃｐ１，Ｉｃｐ２が生じる。すなわち、寄生容量の電圧変動が大きいほど漏れ電流が増加する。
【０００６】
そこで、２つの変換回路及び２つのフィルタ回路からなるデュアルバックインバータ（ｄｕａｌ−ｂｕｃｋ  ｉｎｖｅｒｔｅｒ）の構成により、エネルギー蓄積素子のエネルギー蓄積及び放出の経路を供給するとともに、フィルタ回路を入力直流側における中性点に接続することで、寄生容量の電圧による漏れ電流の影響を大幅に低減させる電力変換システム及びその動作方法を如何にして設計するかということは、本発明者が克服して解決を求める重要な課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの目的は、従来技術の問題を克服するための電力変換システムを提供することにある。従って、本発明に係る電力変換システムは、直流入力電圧を交流出力電圧に変換するためのものである。前記電力変換システムは、入力コンデンサ群と、第１変換回路と、第２変換回路と、第１フィルタ回路と、第２フィルタ回路と、制御回路と、を含む。前記入力コンデンサ群は、第１コンデンサ及び第２コンデンサを含み、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとが、中性点に接続されるとともに前記直流入力電圧を受ける。第１変換回路は、前記入力コンデンサ群に並列に接続される。第２変換回路は、前記入力コンデンサ群に並列に接続される。第１フィルタ回路は、前記第１変換回路と前記第２変換回路とに接続されるとともに、その出力側が前記中性点に接続される。第２フィルタ回路は、前記第１変換回路と前記第２変換回路とに接続されるとともに、その出力側が前記中性点に接続される。前記制御回路は、複数の制御信号を生成して前記第１変換回路と前記第２変換回路とをそれぞれ制御する。前記第１変換回路は、第１パワースイッチを第１ダイオードに接続してなる第１分岐回路と、第２パワースイッチを第２ダイオードに接続してなる第２分岐回路と、第１補助パワースイッチを第１補助ダイオードに接続してなる第１補助分岐回路と、を含む。前記第２変換回路は、第３パワースイッチを第３ダイオードに接続してなる第３分岐回路と、第４パワースイッチを第４ダイオードに接続してなる第４分岐回路と、第２補助パワースイッチを第２補助ダイオードに接続してなる第２補助分岐回路と、を含む。前記第１補助分岐回路は、前記第１分岐回路と前記第２分岐回路とに接続される。前記第２補助分岐回路は、前記第３分岐回路と前記第４分岐回路とに接続される。前記制御回路は、前記第１パワースイッチと前記第２パワースイッチとを制御する第１制御信号と、前記第１補助パワースイッチを制御する第１補助制御信号と、前記第３パワースイッチと前記第４パワースイッチとを制御する第２制御信号と、前記第２補助パワースイッチを制御する第２補助制御信号とを生成する。
【０００８】
本発明のもう一つの目的は、従来技術の問題を克服するための電力変換システムの動作方法を提供することにある。従って、本発明に係る電力変換システムは、直流入力電圧を交流出力電圧に変換するためのものである。前記電力変換システムは、前記直流入力電圧を受け、中性点にそれぞれ接続される第１コンデンサと第２コンデンサとを含む入力コンデンサ群と、前記入力コンデンサ群に並列に接続される第１変換回路と、前記入力コンデンサ群に並列に接続される第２変換回路と、前記第１変換回路と前記第２変換回路とに接続されるとともに、出力側が前記中性点に接続される第１フィルタ回路と、前記第１変換回路と前記第２変換回路とに接続されるとともに、出力側が前記中性点に接続される第２フィルタ回路と、複数の制御信号を生成して第１変換回路と第２変換回路とをそれぞれ制御する制御回路と、を含む。前記第１変換回路は、第１パワースイッチを第１ダイオードに接続してなる第１分岐回路と、第２パワースイッチを第２ダイオードに接続してなる第２分岐回路と、第１補助パワースイッチを第１補助ダイオードに接続してなる第１補助分岐回路と、を含む。前記第２変換回路は、第３パワースイッチを第３ダイオードに接続してなる第３分岐回路と、第４パワースイッチを第４ダイオードに接続してなる第４分岐回路と、第２補助パワースイッチを第２補助ダイオードに接続してなる第２補助分岐回路と、を含む。前記第１補助分岐回路は、前記第１分岐回路と前記第２分岐回路とに接続される。前記第２補助分岐回路は、前記第３分岐回路と前記第４分岐回路とに接続される。前記制御回路は、前記第１パワースイッチと前記第２パワースイッチとを制御する第１制御信号と、前記第１補助パワースイッチを制御する第１補助制御信号とを生成するステップと、前記第３パワースイッチと前記第４パワースイッチとを制御する第２制御信号と、前記第２補助パワースイッチを制御する第２補助制御信号とを生成するステップとを含む。
【０００９】
本発明が上記の目的を達成するために採用する技術、手段および効果がより詳細に理解されるように、以下で本発明に関する詳細な説明および図面を参照されたい。本発明の目的、特徴および特長は、これにより深くかつ具体的に理解できると確信するが、添付の図面は単に参考および説明用として提供するものであって、本発明を制限するためのものではない。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電力変換システムによれば、寄生容量の電圧による漏れ電流の影響を大幅に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】先行技術のデュアルバックインバータ（ｄｕａｌ−ｂｕｃｋ  ｉｎｖｅｒｔｅｒ）を示す回路図である。
【図２】先行技術のデュアルバックインバータの駆動信号を示す波形概略図である。
【図３】本発明に係る電力変換システムの第１実施例の回路図である。
【図４】本発明に係る電力変換システムの制御回路を示す回路概略図である。
【図５】本発明に係る電力変換システムのスイッチ制御信号を示す波形概略図である。
【図６】本発明に係る電力変換システムの第１実施例において、正の半サイクルにおけるエネルギー蓄積動作の場合を示す回路図である。
【図７】本発明に係る電力変換システムの第１実施例において、正の半サイクルにおけるエネルギー放出動作の場合を示す回路図である。
【図８】本発明に係る電力変換システムの第１実施例において、負の半サイクルにおけるエネルギー蓄積動作の場合を示す回路図である。
【図９】本発明に係る電力変換システムの第１実施例において、負の半サイクルにおけるエネルギー放出動作の場合を示す回路図である。
【図１０】本発明に係る電力変換システムの第２実施例の回路図である。
【図１１】本発明に係る電力変換システムの第３実施例の回路図である。
【図１２】本発明に係る電力変換システムの動作方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の技術内容及び詳細な説明について、図面を参照しつつ説明する。
図３は、本発明に係る電力変換システムの第１実施例の回路図である。電力変換システムは、太陽光発電の電力変換システムであってもよい。しかも、電力変換システムは、直流入力電圧Ｖｄｃを交流出力電圧Ｖａｃに変換するものである。電力変換システムは、入力コンデンサ群１０と、第１変換回路１１と、第２変換回路１２と、第１フィルタ回路２１と、第２フィルタ回路２２と、制御回路３０とを含む。入力コンデンサ群１０は、第１コンデンサ１０１と第２コンデンサ１０２とを含む。第１コンデンサ１０１と第２コンデンサ１０２とは、中性点Ｐｏに接続されるとともに直流入力電圧Ｖｄｃを受ける。ここで、第１コンデンサ１０１と第２コンデンサ１０２とが中性点Ｐｏに接続されることにより、第１コンデンサ１０１及び第２コンデンサ１０２のそれぞれの両端の電圧は、直流入力電圧Ｖｄｃの半値に維持される。
【００１３】
第１変換回路１１は、入力コンデンサ群１０に並列に接続され、第１分岐回路１１１と、第２分岐回路１１２と、第１補助分岐回路１１３とを含む。第１分岐回路１１１は、第１パワースイッチＳ１を第１ダイオードＤ１に接続してなる。第２分岐回路１１２は、第２パワースイッチＳ２を第２ダイオードＤ２に接続してなる。第１補助分岐回路１１３は、第１補助パワースイッチＳｘ１を第１補助ダイオードＤｘ１に接続してなる。ここで、第１補助分岐回路１１３は、第１分岐回路１１１と第２分岐回路１１２とに接続される。制御回路３０は、第１パワースイッチＳ１及び第２パワースイッチＳ２を制御する第１制御信号Ｓｃ１と、第１補助パワースイッチＳｘ１を制御する第１補助制御信号Ｓｃｘ１とを生成する。
【００１４】
第２変換回路１２は、入力コンデンサ群１０に並列に接続され、第３分岐回路１２１と、第４分岐回路１２２と、第２補助分岐回路１２３とを含む。第３分岐回路１２１は、第３パワースイッチＳ３を第３ダイオードＤ３に接続してなる。第４分岐回路１２２は、第４パワースイッチＳ４を第４ダイオードＤ４に接続してなる。第２補助分岐回路１２３は、第２補助パワースイッチＳｘ２を第２補助ダイオードＤｘ２に接続してなる。ここで、第２補助分岐回路１２３は、第３分岐回路１２１と第４分岐回路１２２とに接続される。制御回路３０は、第３パワースイッチＳ３及び第４パワースイッチＳ４を制御する第２制御信号Ｓｃ２と、第２補助パワースイッチＳｘ２を制御する第２補助制御信号Ｓｃｘ２とを生成する。
【００１５】
第１フィルタ回路２１は、第１変換回路１１と第２変換回路１２とに接続される。しかも、第１フィルタ回路２１の出力側は、中性点Ｐｏに接続される。第１フィルタ回路２１は、第１出力インダクタンスＬ１と、第２出力インダクタンスＬ２と、第１出力コンデンサＣ１とを含む。第１出力インダクタンスＬ１の一端は、第２出力インダクタンスＬ２の一端と、第１出力コンデンサＣ１の一端とに接続される。第１出力インダクタンスＬ１の他端は、第１パワースイッチＳ１と、第１補助パワースイッチＳｘ１と、第１ダイオードＤ１とに接続される。第２出力インダクタンスＬ２の他端は、第４パワースイッチＳ４と、第２補助ダイオードＤｘ２とに接続される。第１出力コンデンサＣ１の他端は、中性点Ｐｏに接続される。
【００１６】
第２フィルタ回路２２は、第１変換回路１１と第２変換回路１２とに接続される。しかも、第２フィルタ回路２２の出力側は、中性点Ｐｏに接続される。第２フィルタ回路２２は、第３出力インダクタンスＬ３と、第４出力インダクタンスＬ４と、第２出力コンデンサＣ２とを含む。第３出力インダクタンスＬ３の一端は、第４出力インダクタンスＬ４の一端と、第２出力コンデンサＣ２の一端とに接続される。第４出力インダクタンスＬ４の他端は、第３パワースイッチＳ３と、第２補助パワースイッチＳｘ２と、第３ダイオードＤ３とに接続される。第３出力インダクタンスＬ３の他端は、第２パワースイッチＳ２と、第１補助ダイオードＤｘ１とに接続される。第２出力コンデンサＣ２の他端は、中性点Ｐｏに接続される。
【００１７】
交流出力電圧Ｖａｃは、第１出力コンデンサＣ１と第２出力コンデンサＣ２と並列に接続される。制御回路は、複数の制御信号を生成して第１変換回路１１と第２変換回路１２とをそれぞれ制御する。これにより、直流入力電圧Ｖｄｃによる寄生容量の影響によって生じる漏れ電流を低減することができる。電力変換システムの動作の詳細については後述する。
【００１８】
図４は、本発明に係る電力変換システムの制御回路を示す回路概略図である。制御回路３０は、信号反転手段３０４と、第１ＡＮＤゲート手段３０５と、第２ＡＮＤゲート手段３０６と、ＮＯＴゲート手段３０７と、第１比較手段３０１と、第２比較手段３０２と、第３比較手段３０３とを含む。第１比較手段３０１は、反転入力端と、非反転入力端と、出力端とを有する。第１比較手段３０１では、非反転入力端が交流出力電圧信号Ｓａｃを受信し、反転入力端が三角波キャリア信号Ｓｔｒｉを受信して、出力端が第１出力信号Ｓｏ１を出力する。第２比較手段３０２は、反転入力端と、非反転入力端と、出力端とを有する。第２比較手段３０２では、非反転入力端が信号反転手段３０４に接続されて交流出力電圧信号Ｓａｃを受信し、反転入力端が三角波キャリア信号Ｓｔｒｉを受信して、出力端が第２出力信号Ｓｏ２を出力する。第３比較手段３０３は、反転入力端と、非反転入力端と、出力端とを有する。第３比較手段３０３では、非反転入力端が交流出力電圧信号Ｓａｃを受信し、反転入力端がアースに接続され、出力端が、第１補助制御信号Ｓｃｘ１を出力するとともに、ＮＯＴゲート手段３０７に接続されて第２補助制御信号Ｓｃｘ２を出力する。第１ＡＮＤゲート手段３０５は、第１出力信号Ｓｏ１と第１補助制御信号Ｓｃｘ１とを受信して第１制御信号Ｓｃ１を出力する。第２ＡＮＤゲート手段３０６は、第２出力信号Ｓｏ２と第２補助制御信号Ｓｃｘ２とを受信して第２制御信号Ｓｃ２を出力する。ここで、三角波キャリア信号Ｓｔｒｉは、高周波キャリア信号である。
【００１９】
図５は、本発明に係る電力変換システムのスイッチ制御信号を示す波形概略図である。図５に示すように、交流出力電圧Ｖａｃが正の半サイクル（時間ｔ０〜ｔ１区間）においては、第１制御信号Ｓｃ１が高周波スイッチング信号、第２制御信号Ｓｃ２が低レベル信号、第１補助制御信号Ｓｃｘ１が高レベルの低周波信号、第２補助制御信号Ｓｃｘ２が低レベルの低周波信号である。交流出力電圧Ｖａｃが負の半サイクル（時間ｔ１〜ｔ２区間）においては、第１制御信号Ｓｃ１が低レベル信号、第２制御信号Ｓｃ２が高周波スイッチング信号、第１補助制御信号Ｓｃｘ１が低レベルの低周波信号、第２補助制御信号Ｓｃｘ２が高レベルの低周波信号である。ここで、第１制御信号Ｓｃ１と第２制御信号Ｓｃ２とは、それぞれパルス幅変調信号（ＰＷＭ  ｓｉｇｎａｌ）である。しかも、このパルス幅変調信号のスイッチング周波数（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）は、三角波キャリア信号Ｓｔｒｉの周波数に等しい。また、第１補助制御信号Ｓｃｘ１と第２補助制御信号Ｓｃｘ２とは、レベルの相補する低周波信号である。すなわち、第１補助制御信号Ｓｃｘ１が高レベルである場合、第２補助制御信号Ｓｃｘ２は低レベルである。逆に、第１補助制御信号Ｓｃｘ１が低レベルである場合、第２補助制御信号Ｓｃｘ２は高レベルである。しかも、第１補助制御信号Ｓｃｘ１及び第２補助制御信号Ｓｃｘ２の変換周波数は、交流出力電圧信号Ｓａｃの低周波の商用電源周波数に等しい。
【００２０】
図６は、本発明に係る電力変換システムの第１実施例において、正の半サイクルにおけるエネルギー蓄積動作の場合を示す回路図である。交流出力電圧Ｖａｃが正の半サイクルの動作において、第１制御信号Ｓｃ１が第１パワースイッチＳ１及び第２パワースイッチＳ２をオンにするように高周波で切換えるとともに、第１補助制御信号Ｓｃｘ１が低周波高レベルで第１補助パワースイッチＳｘ１をオンにさせた場合、第１出力インダクタンスＬ１と第３出力インダクタンスＬ３とはエネルギー蓄積動作を行う。そのとき、電力変換システムの正の半サイクルのエネルギー蓄積ループＬｐｓは、直流入力電圧Ｖｄｃ、第１パワースイッチＳ１、第１出力インダクタンスＬ１、交流出力電圧Ｖａｃ、第３出力インダクタンスＬ３、及び第２パワースイッチＳ２の順の後に、直流入力電圧Ｖｄｃに戻るように構成される。
【００２１】
図７は、本発明に係る電力変換システムの第１実施例において、正の半サイクルにおけるエネルギー放出動作の場合を示す回路図である。交流出力電圧Ｖａｃが正の半サイクルの動作において、第１制御信号Ｓｃ１が第１パワースイッチＳ１及び第２パワースイッチＳ２をオフにするように高周波で切換えるとともに、第１補助制御信号Ｓｃｘ１が低周波高レベルで第１補助パワースイッチＳｘ１をオンにさせた場合、第１出力インダクタンスＬ１と第３出力インダクタンスＬ３とはエネルギー放出動作を行う。そのとき、電力変換システムの正の半サイクルのエネルギー放出ループＬｐｒは、第１出力インダクタンスＬ１、交流出力電圧Ｖａｃ、第３出力インダクタンスＬ３、第１補助ダイオードＤｘ１、及び第１補助パワースイッチＳｘ１の順の後に、第１出力インダクタンスＬ１に戻るように構成される。
【００２２】
図８は、本発明に係る電力変換システムの第１実施例において、負の半サイクルにおけるエネルギー蓄積動作の場合を示す回路図である。交流出力電圧Ｖａｃが負の半サイクルの動作において、第２制御信号Ｓｃ２が第３パワースイッチＳ３及び第４パワースイッチＳ４をオンにするように高周波で切換えるとともに、第２補助制御信号Ｓｃｘ２が低周波高レベルで第２補助パワースイッチＳｘ２をオンにさせた場合、第２出力インダクタンスＬ２と第４出力インダクタンスＬ４とはエネルギー蓄積動作を行う。そのとき、電力変換システムの負の半サイクルのエネルギー蓄積ループＬｎｓは、直流入力電圧Ｖｄｃ、第３パワースイッチＳ３、第４出力インダクタンスＬ４、交流出力電圧Ｖａｃ、第２出力インダクタンスＬ２、及び第４パワースイッチＳ４の順の後に、直流入力電圧Ｖｄｃに戻るように構成される。
【００２３】
図９は、本発明に係る電力変換システムの第１実施例において、負の半サイクルにおけるエネルギー放出動作の場合を示す回路図である。交流出力電圧Ｖａｃが負の半サイクルの動作において、第２制御信号Ｓｃ２が第３パワースイッチＳ３及び第４パワースイッチＳ４をオフにするように高周波で切換えるとともに、第２補助制御信号Ｓｃｘ２が低周波高レベルで第２補助パワースイッチＳｘ２をオンにさせた場合、第２出力インダクタンスＬ２と第４出力インダクタンスＬ４とはエネルギー放出動作を行う。そのとき、電力変換システムの負の半サイクルのエネルギー放出ループＬｎｒは、第４出力インダクタンスＬ４、交流出力電圧Ｖａｃ、第２出力インダクタンスＬ２、第２補助ダイオードＤｘ２、及び第２補助パワースイッチＳｘ２の順の後に、第４出力インダクタンスＬ４に戻るように構成される。
【００２４】
図１０は、本発明に係る電力変換システムの第２実施例の回路図である。第２実施例と上述した第１実施例（図３参照）とは、第１補助パワースイッチＳｘ１を第１補助ダイオードＤｘ１に接続してなる第１補助分岐回路１１３、及び第２補助パワースイッチＳｘ２を第２補助ダイオードＤｘ２に接続してなる第２補助分岐回路１２３の接続関係が異なる。それでも、第２実施例では、第１補助制御信号Ｓｃｘ１及び第２補助制御信号Ｓｃｘ２による制御で、第１実施例に係る回路の動作機能を得ることができる。すなわち、交流出力電圧Ｖａｃが正の半サイクルの動作において、第１出力インダクタンスＬ１と第３出力インダクタンスＬ３とがエネルギー蓄積動作を行う場合、電力変換システムの正の半サイクルのエネルギー蓄積ループは、直流入力電圧Ｖｄｃ、第１パワースイッチＳ１、第１補助パワースイッチＳｘ１、第１出力インダクタンスＬ１、交流出力電圧Ｖａｃ、第３出力インダクタンスＬ３、及び第２パワースイッチＳ２の順の後に、直流入力電圧Ｖｄｃに戻るように構成される。交流出力電圧Ｖａｃが正の半サイクルの動作において、第１出力インダクタンスＬ１と第３出力インダクタンスＬ３とがエネルギー放出動作を行う場合、電力変換システムの正の半サイクルのエネルギー放出ループは、第１出力インダクタンスＬ１、交流出力電圧Ｖａｃ、第３出力インダクタンスＬ３、第１補助ダイオードＤｘ１、及び第１補助パワースイッチＳｘ１の順の後に、第１出力インダクタンスＬ１に戻るように構成される。
【００２５】
交流出力電圧Ｖａｃが負の半サイクルの動作において、第２出力インダクタンスＬ２と第４出力インダクタンスＬ４とがエネルギー蓄積動作を行う場合、電力変換システムの負の半サイクルのエネルギー蓄積ループは、直流入力電圧Ｖｄｃ、第３パワースイッチＳ３、第２補助パワースイッチＳｘ２、第４出力インダクタンスＬ４、交流出力電圧Ｖａｃ、第２出力インダクタンスＬ２、及び第４パワースイッチＳ４の順の後に、直流入力電圧Ｖｄｃに戻るように構成される。交流出力電圧Ｖａｃが負の半サイクルの動作において、第２出力インダクタンスＬ２と第４出力インダクタンスＬ４とがエネルギー放出動作を行う場合、電力変換システムの負の半サイクルのエネルギー放出ループは、第４出力インダクタンスＬ４、交流出力電圧Ｖａｃ、第２出力インダクタンスＬ２、第２補助ダイオードＤｘ２、及び第２補助パワースイッチＳｘ２の順の後に、第４出力インダクタンスＬ４に戻るように構成される。
【００２６】
図１１は、本発明に係る電力変換システムの第３実施例の回路図である。第３実施例と上述した第１実施例（図３参照）とは、第１補助パワースイッチＳｘ１を第１補助ダイオードＤｘ１に接続してなる第１補助分岐回路１１３、及び第２補助パワースイッチＳｘ２を第２補助ダイオードＤｘ２に接続してなる第２補助分岐回路１２３の接続関係が異なる。それでも、第３実施例では、第１補助制御信号Ｓｃｘ１及び第２補助制御信号Ｓｃｘ２による制御で、第１実施例に係る回路の動作機能を得ることができる。すなわち、交流出力電圧Ｖａｃが正の半サイクルの動作において、第１出力インダクタンスＬ１と第３出力インダクタンスＬ３とがエネルギー蓄積動作を行う場合、電力変換システムの正の半サイクルのエネルギー蓄積ループは、直流入力電圧Ｖｄｃ、第１パワースイッチＳ１、第１補助パワースイッチＳｘ１、第１出力インダクタンスＬ１、交流出力電圧Ｖａｃ、第３出力インダクタンスＬ３、及び第２パワースイッチＳ２の順の後に、直流入力電圧Ｖｄｃに戻るように構成される。交流出力電圧Ｖａｃが正の半サイクルの動作において、第１出力インダクタンスＬ１と第３出力インダクタンスＬ３とがエネルギー放出動作を行う場合、電力変換システムの正の半サイクルのエネルギー放出ループは、第１出力インダクタンスＬ１、交流出力電圧Ｖａｃ、第３出力インダクタンスＬ３、第１補助ダイオードＤｘ１、及び第１補助パワースイッチＳｘ１の順の後に、第１出力インダクタンスＬ１に戻るように構成される。
【００２７】
交流出力電圧Ｖａｃが負の半サイクルの動作において、第２出力インダクタンスＬ２と第４出力インダクタンスＬ４とがエネルギー蓄積動作を行う場合、電力変換システムの負の半サイクルのエネルギー蓄積ループは、直流入力電圧Ｖｄｃ、第３パワースイッチＳ３、第２補助パワースイッチＳｘ２、第４出力インダクタンスＬ４、交流出力電圧Ｖａｃ、第２出力インダクタンスＬ２、及び第４パワースイッチＳ４の順の後に、直流入力電圧Ｖｄｃに戻るように構成される。交流出力電圧Ｖａｃが負の半サイクルの動作において、第２出力インダクタンスＬ２と第４出力インダクタンスＬ４とがエネルギー放出動作を行う場合、電力変換システムの負の半サイクルのエネルギー放出ループは、第４出力インダクタンスＬ４、交流出力電圧Ｖａｃ、第２出力インダクタンスＬ２、第２補助ダイオードＤｘ２、及び第２補助パワースイッチＳｘ２の順の後に、第４出力インダクタンスＬ４に戻るように構成される。
【００２８】
図１２は、本発明に係る電力変換システムの動作方法を示すフローチャートである。電力変換システムは、直流入力電圧を交流出力電圧に変換するためのシステムである。動作方法は、以下のステップを含む。
【００２９】
まず、ステップＳ１０においては、直流入力電圧を受け、中性点にそれぞれ接続される第１コンデンサと第２コンデンサとを含む入力コンデンサ群を準備する。
【００３０】
次いで、ステップＳ２０においては、入力コンデンサ群に並列に接続され、第１分岐回路と、第２分岐回路と、第１補助分岐回路とを含む第１変換回路を準備する。第１分岐回路は、第１パワースイッチを第１ダイオードに接続してなる。第２分岐回路は、第２パワースイッチを第２ダイオードに接続してなる。第１補助分岐回路は、第１補助パワースイッチを第１補助ダイオードに接続してなる。ここで、第１補助分岐回路は、第１分岐回路と第２分岐回路とに接続される。制御回路は、第１パワースイッチと第２パワースイッチとを制御する第１制御信号、及び第１補助パワースイッチを制御する第１補助制御信号を生成する。
【００３１】
次に、ステップＳ３０においては、入力コンデンサ群に並列に接続され、第３分岐回路と、第４分岐回路と、第２補助分岐回路とを含む第２変換回路を準備する。第３分岐回路は、第３パワースイッチを第３ダイオードに接続してなる。第４分岐回路は、第４パワースイッチを第４ダイオードに接続してなる。第２補助分岐回路は、第２補助パワースイッチを第２補助ダイオードに接続してなる。ここで、第２補助分岐回路は、第３分岐回路と第４分岐回路とに接続される。制御回路は、第３パワースイッチと第４パワースイッチとを制御する第２制御信号、及び第２補助パワースイッチを制御する第２補助制御信号を生成する。
【００３２】
次いで、ステップＳ４０においては、第１変換回路と第２変換回路とに接続されるとともに、出力側が中性点に接続される第１フィルタ回路を準備する。第１フィルタ回路は、第１出力インダクタンスと、第２出力インダクタンスと、第１出力コンデンサとを含む。第１出力インダクタンスの一端は、第２出力インダクタンスの一端と、第１出力コンデンサの一端とに接続される。第１出力インダクタンスの他端は、第１パワースイッチと、第１補助パワースイッチと、第１ダイオードとに接続される。第２出力インダクタンスの他端は、第４パワースイッチと第２補助ダイオードとに接続される。第１出力コンデンサの他端は、中性点に接続される。
【００３３】
次に、ステップＳ５０においては、第１変換回路と第２変換回路とに接続されるとともに、出力側が中性点に接続される第２フィルタ回路を準備する。第２フィルタ回路は、第３出力インダクタンスと、第４出力インダクタンスと、第２出力コンデンサとを含む。第３出力インダクタンスの一端は、第４出力インダクタンスの一端と、第２出力コンデンサの一端とに接続される。第４出力インダクタンスの他端は、第３パワースイッチと、第２補助パワースイッチと、第３ダイオードとに接続される。第３出力インダクタンスの他端は、第２パワースイッチと第１補助ダイオードとに接続される。第２出力コンデンサの他端は、中性点に接続される。
【００３４】
最後に、ステップＳ６０においては、直流入力電圧による寄生容量の影響によって生じる漏れ電流を低減するように、複数の制御信号を生成して第１変換回路と第２変換回路とをそれぞれ制御する制御回路を準備する。
【００３５】
交流出力電圧が正の半サイクルの動作において、第１制御信号が第１パワースイッチ及び第２パワースイッチをオンにするように高周波で切換えるとともに、第１補助制御信号が低周波高レベルで第１補助パワースイッチをオンにさせた場合、第１出力インダクタンスと第３出力インダクタンスとはエネルギー蓄積動作を行う。そのとき、電力変換システムの正の半サイクルのエネルギー蓄積ループは、直流入力電圧、第１パワースイッチ、第１出力インダクタンス、交流出力電圧、第３出力インダクタンス、及び第２パワースイッチの順の後に、直流入力電圧に戻るように構成される。交流出力電圧が正の半サイクルの動作において、第１制御信号が、第１パワースイッチ及び第２パワースイッチをオフにするように高周波で切換えるとともに、第１補助制御信号が低周波高レベルで第１補助パワースイッチをオンにさせた場合、第１出力インダクタンスと第３出力インダクタンスとはエネルギー放出動作を行う。そのとき、電力変換システムの正の半サイクルのエネルギー放出ループは、第１出力インダクタンス、交流出力電圧、第３出力インダクタンス、第１補助ダイオード、及び第１補助パワースイッチの順の後に、第１出力インダクタンスに戻るように構成される。
【００３６】
交流出力電圧が負の半サイクルの動作において、第２制御信号が、第３パワースイッチ及び第４パワースイッチをオンにするように高周波で切換えるとともに、第２補助制御信号が低周波高レベルで第２補助パワースイッチをオンにさせた場合、第２出力インダクタンスと第４出力インダクタンスとはエネルギー蓄積動作を行う。そのとき、電力変換システムの負の半サイクルのエネルギー蓄積ループは、直流入力電圧、第３パワースイッチ、第４出力インダクタンス、交流出力電圧、第２出力インダクタンス、及び第４パワースイッチの順の後に、直流入力電圧に戻るように構成される。交流出力電圧が負の半サイクルの動作において、第２制御信号が、第３パワースイッチ及び第４パワースイッチＳ４をオフにするように高周波で切換えるとともに、第２補助制御信号が低周波高レベルで第２補助パワースイッチをオンにさせた場合、第２出力インダクタンスＬ２と第４出力インダクタンスＬ４とはエネルギー放出動作を行う。そのとき、電力変換システムの負の半サイクルのエネルギー放出ループは、第４出力インダクタンス、交流出力電圧、第２出力インダクタンス、第２補助ダイオード、及び第２補助パワースイッチの順の後に、第４出力インダクタンスに戻るように構成される。
【００３７】
以上により、本発明は、次の特徴と利点を有するものである。
第１変換回路１１、第２変換回路１２、第１フィルタ回路２１、及び第２フィルタ回路２２から構成されるデュアルバックインバータ（ｄｕａｌ−ｂｕｃｋ  ｉｎｖｅｒｔｅｒ）により、第１出力インダクタンスＬ１、第２出力インダクタンスＬ２、第３出力インダクタンスＬ３、及び第４出力インダクタンスＬ４のエネルギー蓄積経路とエネルギー放出経路を提供し、さらに第１フィルタ回路２１及び第２フィルタ回路２２を中性点Ｐｏに接続することにより、寄生容量の電圧による漏れ電流の影響を大幅に低減することができる。
【００３８】
ただし、上記は、本発明の好ましい実施例の詳細な説明および図面に過ぎず、本発明の特徴はこれに限定されるものではないため、本発明を限定するために用いられるものではなく、本発明の全ての範囲は別紙の特許請求の範囲を基準とすべきである。およそ本発明の特許請求の範囲における技術的思想およびその類似の変化の実施例に合うものは、いずれも本発明の範疇に含まれるものであって、当業者が本発明の範囲内で容易に想到し得る変化または付加はいずれも本願の特許請求の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３９】
＜先行技術＞
Ｖｄｃ               直流入力電圧
Ｖａｃ               交流出力電圧
ＢＣ１               第１降圧回路
ＢＣ２               第２降圧回路
Ｌｇ１ａ             第１ブリッジアーム
Ｌｇ２ａ             第２ブリッジアーム
Ｌｇ３ａ             第３ブリッジアーム
Ｌｇ４ａ             第４ブリッジアーム
Ｓ１ａ               第１スイッチ
Ｓ２ａ               第２スイッチ
Ｓ３ａ               第３スイッチ
Ｓ４ａ               第４スイッチ
Ｄ１ａ               第１ダイオード
Ｄ２ａ               第２ダイオード
Ｄ３ａ               第３ダイオード
Ｄ４ａ               第４ダイオード
Ｃ１ａ               入力コンデンサ
Ｓｃａ１             第１制御信号
Ｓｃａ２             第２制御信号
Ｓｃａ３             第３制御信号
Ｓｃａ４             第４制御信号
Ｃｐ１，Ｃｐ２              寄生容量
Ｉｃｐ１，Ｉｃｐ２   漏れ電流
ｔ０，ｔ１，ｔ２     時間
＜本発明＞
Ｖｄｃ               直流入力電圧
Ｖａｃ               交流出力電圧
１０                 入力コンデンサ群
１１                 第１変換回路
１２                 第２変換回路
２１                 第１フィルタ回路
２２                 第２フィルタ回路
３０                 制御回路
３０１               第１比較手段
３０２               第２比較手段
３０３               第３比較手段
３０４               信号反転手段
３０５               第１ＡＮＤゲート手段
３０６               第２ＡＮＤゲート手段
３０７               ＮＯＴゲート手段
１０１               第１コンデンサ
１０２               第２コンデンサ
１１１               第１分岐回路
１１２               第２分岐回路
１１３               第１補助分岐回路
１２１               第３分岐回路
１２２               第４分岐回路
１２３               第２補助分岐回路
Ｐ０                 中性点
Ｓ１                 第１パワースイッチ
Ｓ２                 第２パワースイッチ
Ｓｘ１               第１補助パワースイッチ
Ｄ１                 第１ダイオード
Ｄ２                 第２ダイオード
Ｄｘ１               第１補助ダイオード
Ｓ３                 第３パワースイッチ
Ｓ４                 第４パワースイッチ
Ｓｘ２               第２補助パワースイッチ
Ｄ３                 第３ダイオード
Ｄ４                 第４ダイオード
Ｄｘ２               第２補助ダイオード
Ｌ１                 第１出力インダクタンス
Ｌ２                 第２出力インダクタンス
Ｌ３                 第３出力インダクタンス
Ｌ４                 第４出力インダクタンス
Ｃ１                 第１出力コンデンサ
Ｃ２                 第２出力コンデンサ
Ｓｃ１               第１制御信号
Ｓｃ２               第２制御信号
Ｓｃｘ１             第１補助制御信号
Ｓｃｘ２             第２補助制御信号
Ｓｏ１               第１出力信号
Ｓｏ２               第２出力信号
Ｓｔｒｉ             三角波キャリア信号
Ｌｐｓ               正の半サイクルのエネルギー蓄積ループ
Ｌｐｒ               正の半サイクルのエネルギー放出ループ
Ｌｎｓ               負の半サイクルのエネルギー蓄積ループ
Ｌｎｒ               負の半サイクルのエネルギー放出ループ
Ｓａｃ               交流出力電圧信号
ｔ０，ｔ１，ｔ２     時間
Ｃｐ１，Ｃｐ２       寄生容量
Ｉｃｐ１，Ｉｃｐ２   漏れ電流
【図１】
0005893094.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005893094.tif 000004
【図４】
0005893094.tif 000005
【図５】
0005893094.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
0005893094.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005893094.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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