(57)【要約】【課題】燃料電池、太陽電池または風力発電などの直流電源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高効率の電力変換装置を提供する。【解決手段】３組のコンバータ回路２１，２５，２９を電流共振形のソフトスイッチング方式で動作させコンバータ回路２１，２５，２９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し、さらに、インバータ３３，３４，３５を３組のインバータ回路出力を直列に接続する多重化インバータで構成する。【選択図】図３
2009290919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の直流電源を入力とする第１のコンバータ回路と、前記第１のコンバータ回路の出力に一次側を接続された第１の高周波トランスと、前記第１の高周波トランスの二次側に接続された第１の電流共振回路と、前記第１の電流共振回路から出力される出力電流を整流する第１の整流回路と、前記第１の整流回路の出力を入力とする第１のインバータ回路と、前記第１のインバータ回路の出力に一次側を接続された第１の絶縁トランスと、前記第１の整流回路の出力を入力とする第２のインバータ回路と、前記第２のインバータ回路の出力に一次側を接続された第２の絶縁トランスと、前記第１の整流回路の出力を入力とする第３のインバータ回路と、前記第３のインバータ回路の出力に一次側を接続された第３の絶縁トランスと、前記第１、第２および第３の絶縁トランス３台の二次側を直列に接続して交流出力を得ることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記第１の直流電源は、燃料電池、太陽電池または風力発電で構成されることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第１のコンバータ回路は、フル・ブリッジ・コンバータ回路、ハーフ・ブリッジ・コンバータ回路またはプッシュプル・コンバータ回路のいずれかで構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
第２の直流電源を入力とする第２のコンバータ回路と、前記第２のコンバータ回路の出力に一次側を接続された第２の高周波トランスと、前記第２の高周波トランスの二次側に接続された第２の電流共振回路と、前記第２の電流共振回路から出力される出力電流を整流する第２の整流回路と、前記第２の直流電源を入力とする第３のコンバータ回路と、前記第３のコンバータ回路の出力に一次側を接続された第３の高周波トランスと、前記第３の高周波トランスの二次側に接続された第３の電流共振回路と、前記第３の電流共振回路から出力される出力電流を整流する第３の整流回路と、前記第２の直流電源を入力とする第４のコンバータ回路と、前記第４のコンバータ回路の出力に一次側を接続された第４の高周波トランスと、前記第４の高周波トランスの二次側に接続された第４の電流共振回路と、前記第４の電流共振回路から出力される出力電流を整流する第４の整流回路と、前記第２の整流回路の出力を入力とする第２のインバータ回路と、前記第２のインバータ回路の出力に一次側を接続された第２の絶縁トランスと、前記第３の整流回路の出力を入力とする第３のインバータ回路と、前記第３のインバータ回路の出力に一次側を接続された第３の絶縁トランスと、前記第４の整流回路の出力を入力とする第４のインバータ回路と、前記第４のインバータ回路の出力に一次側を接続された第４の絶縁トランスと、前記第２、第３および第４の絶縁トランス３台の二次側を直列に接続して交流出力を得ることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
前記第２の直流電源は、燃料電池、太陽電池または風力発電で構成されることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記第２、第３、第４のコンバータ回路は、フル・ブリッジ・コンバータ回路、ハーフ・ブリッジ・コンバータ回路またはプッシュプル・コンバータ回路で構成されることを特徴とする請求項４または５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記第２、第３、第４の電流共振回路は、各々直列に接続されたコイルとコンデンサで構成され、同一の共振周波数をもつようにコイルとコンデンサの定数を選択することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力変換装置において、インバータ回路とコンバータ回路のパワー・スイッチング素子は、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＳｉＧｅ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴまたはトランジスタで構成することを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力変換装置において、整流回路のダイオードは、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＳｉＧｅで構成する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、燃料電池、太陽電池または風力発電などの直流電源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４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５１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５２に交流電力を供給している。電力変換装置は、入力電圧Ｖｉｎを系統電圧Ｖａｃより高い電圧に昇圧する昇圧コンバータ５３と、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５４と、出力電流を正弦波に波形成形するインバータ回路５５と、インバータ回路５５の出力から高周波ノイズを除去するフィルタ回路５６とを備え、系統５２に接続されている。とくに、昇圧コンバータ５３は、入力電圧を平滑する平滑コンデンサ５３ａ、エネルギー蓄積用の直流リアクトル５３ｂ、昇圧用スイッチング素子５３ｃ、および昇圧用ダイオード５３ｄで構成され、インバータ回路５５はスイッチング素子Ｑ５１〜Ｑ５４を４石使用したフルブリッジ構成となっている。
【０００４】
上記構成における動作について図面を参照しながら説明する。図５は上記従来例の動作を示す波形図である。図５において、（ａ）は基準波と三角波、（ｂ）はスイッチング素子Ｑ５１のゲート信号、（ｃ）はスイッチング素子Ｑ５２のゲート信号、（ｄ）はスイッチング素子Ｑ５３のゲート信号、（ｅ）はスイッチング素子Ｑ５４のゲート信号を示す。
【０００５】
電力変換装置の出力電流ｉｏは出力電流検出手段５７で検出され、電流指令手段５８が出力する正弦波形の指令値と比較される。その差は誤差増幅器５９によって基準波として出力され、比較器６０で三角波発生手段６１の三角波と比較し、前記三角波と前記基準波との大小により、スイッチング素子Ｑ５１とスイッチング素子Ｑ５２のオン、オフを決定する。
【０００６】
系統５２の系統電圧Ｖａｃが正のときはスイッチング素子Ｑ５１とスイッチング素子Ｑ５４がオンとなることにより系統５２に電流が流れ、逆に、系統電圧Ｖａｃが負のときはスイッチング素子Ｑ５２とスイッチング素子Ｑ５３がオンとなる。
【０００７】
図５に示したように、スイッチング素子Ｑ５１とスイッチング素子Ｑ５２とが高周波スイッチングし、スイッチング素子Ｑ５３とスイッチング素子Ｑ５４とが商用周波数でスイッチングする。
【０００８】
なお、スイッチング素子Ｑ５１とスイッチング素子Ｑ５４との組み合せ、またはスイッチング素子Ｑ５２とスイッチング素子Ｑ５３との組み合わせで同時に高周波スイッチングする場合も同様である。
【０００９】
前記三角波は、一定の周波数で動作しているために、たとえば前記基準波を正弦波とした場合、インバータ回路５５の入力電圧（ここでは中間段コンデンサ５４の電圧、すなわち中間段電圧ＶＭ）が一定ならばインバータ回路５５の出力電圧の平均値は正弦波となるように制御される。
【００１０】
したがって基準波を選択することによって出力電流の波形が決定され、このとき、インバータ回路５５の動作周波数は三角波の動作周波数と一致する。なお、インバータ回路５５の出力電圧は出力リアクトル５６ａとフィルタコンデンサ５６ｂとからなるフィルタ回路５６によって高周波成分が除去される。
【特許文献１】特開２０００−１５２６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このような従来の電力変換装置では、直流電源の電圧が低いと変換効率が低く、昇圧コンバータに使用されるコンデンサとリアクトルに大型の物が必要であった。さらに、定格出力時における効率向上はもとより、定格出力の５０％以下の小電力の小出力運転時の効率を向上することが重要な課題となっていた。
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するものであり、燃料電池、太陽電池または風力発電などの直流電源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高効率の電力変換装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するものであり、第１の直流電源を入力とする第１のコンバータ回路と、前記第１のコンバータ回路の出力に一次側を接続された第１の高周波トランスと、前記第１の高周波トランスの二次側に接続された第１の電流共振回路と、前記第１の電流共振回路から出力される出力電流を整流する第１の整流回路と、前記第１の整流回路の出力を入力とする第１のインバータ回路と、前記第１のインバータ回路の出力に一次側を接続された第１の絶縁トランスと、前記第１の整流回路の出力を入力とする第２のインバータ回路と、前記第２のインバータ回路の出力に一次側を接続された第２の絶縁トランスと、前記第１の整流回路の出力を入力とする第３のインバータ回路と、前記第３のインバータ回路の出力に一次側を接続された第３の絶縁トランスと、前記第１、第２および第３の絶縁トランス３台の二次側を直列に接続して交流出力を得ることを特徴とするものである。
【００１４】
これによって、コンバータ回路とインバータ回路のパワー・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、電力変換装置の省エネを図ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の電力変換装置は、コンバータ回路を電流共振形のソフトスイッチング方式で動作さしコンバータ回路のパワー・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、さらに、インバータ回路を３組のインバータ回路出力を直列に接続する多重化インバータで構成するので、各インバータ回路の入力直流電圧を高圧にする必要がなくインバータ回路のパワー・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、燃料電池、太陽電池または風力発電などの直流電源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の省エネを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
第１の発明は、第１の直流電源を入力とする第１のコンバータ回路と、第１のコンバータ回路の出力に一次側を接続された第１の高周波トランスと、第１の高周波トランスの二次側に接続された第１の電流共振回路と、第１の電流共振回路から出力される出力電流を整流する第１の整流回路と、第１の整流回路の出力を入力とする第１のインバータ回路と、第１のインバータ回路の出力に一次側を接続された第１の絶縁トランスと、第１の整流回路の出力を入力とする第２のインバータ回路と、第２のインバータ回路の出力に一次側を接続された第２の絶縁トランスと、第１の整流回路の出力を入力とする第３のインバータ回路と、第３のインバータ回路の出力に一次側を接続された第３の絶縁トランスと、第１、第２、第３の絶縁トランス３台の二次側を直列に接続して交流出力を得ることを特徴とする電力変換装置である。
【００１７】
これによって、コンバータ回路とインバータ回路のパワー・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、電力変換装置の省エネを図ることができる。
【００１８】
第２の発明は、特に第１の発明の電力変換装置において、第１の直流電源を、燃料電池、太陽電池または風力発電で構成するものである。
【００１９】
これによって、コンバータ回路とインバータ回路のパワー・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、電力変換装置の省エネを図ることができる。
【００２０】
第３の発明は、特に第１または第２の発明の電力変換装置において、第１のコンバータ回路を、フル・ブリッジ・コンバータ回路、ハーフ・ブリッジ・コンバータ回路またはプッシュプル・コンバータ回路で構成するものである。
【００２１】
これによって、コンバータ回路とインバータ回路のパワー・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、電力変換装置の省エネを図ることができる。
【００２２】
第４の発明は、第２の直流電源を入力とする第２のコンバータ回路と、第２のコンバータ回路の出力に一次側を接続された第２の高周波トランスと、第２の高周波トランスの二次側に接続された第２の電流共振回路と、第２の電流共振回路から出力される出力電流を整流する第２の整流回路と、第２の直流電源を入力とする第３のコンバータ回路と、第３のコンバータ回路の出力に一次側を接続された第３の高周波トランスと、第３の高周波トランスの二次側に接続された第３の電流共振回路と、第３の電流共振回路から出力される出力電流を整流する第３の整流回路と、第２の直流電源を入力とする第４のコンバータ回路と、第４のコンバータ回路の出力に一次側を接続された第４の高周波トランスと、第４の高周波トランスの二次側に接続された第４の電流共振回路と、第４の電流共振回路から出力される出力電流を整流する第４の整流回路と、第２の整流回路の出力を入力とする第２のインバータ回路と、第２のインバータ回路の出力に一次側を接続された第２の絶縁トランスと、第３の整流回路の出力を入力とする第３のインバータ回路と、第３のインバータ回路の出力に一次側を接続された第３の絶縁トランスと、第４の整流回路の出力を入力とする第４のインバータ回路と、第４のインバータ回路の出力に一次側を接続された第４の絶縁トランスと、第２、第３、第４の絶縁トランス３台の二次側を直列に接続して交流出力を得ることを特徴とする電力変換装置である。
【００２３】
これによって、コンバータ回路とインバータ回路のパワー・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、電力変換装置の省エネを図ることができる。
【００２４】
第５の発明は、特に第４の発明の電力変換装置において、第２の直流電源を、燃料電池、太陽電池または風力発電で構成するものである。
【００２５】
これによって、コンバータ回路とインバータ回路のパワー・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、電力変換装置の省エネを図ることができる。
【００２６】
第６の発明は、特に第４または第５の発明の電力変換装置において、第２、第３、第４のコンバータ回路を、フル・ブリッジ・コンバータ回路、ハーフ・ブリッジ・コンバータ回路またはプッシュプル・コンバータ回路で構成するものである。
【００２７】
これによって、コンバータ回路とインバータ回路のパワー・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、電力変換装置の省エネを図ることができる。
【００２８】
第７の発明は、特に第４〜第６のいずれか１つの発明の電力変換装置において、第２、第３、第４の電流共振回路を、各々直列に接続されたコイルとコンデンサで構成し、同一の共振周波数をもつようにコイルとコンデンサの定数を選択するものである。
【００２９】
これによって、コンバータ回路とインバータ回路のパワー・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、電力変換装置の省エネを図ることができ、さらに、コンバータ回路から発生するスイッチング・ノイズを低減することができる。
【００３０】
第８の発明は、特に第１〜第７のいずれか１つの発明の電力変換装置において、インバータ回路とコンバータ回路のパワー・スイッチング素子を、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＳｉＧｅ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴまたはトランジスタで構成するものである。
【００３１】
これによって、コンバータ回路とインバータ回路のパワー・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、電力変換装置の省エネを図ることができる。
【００３２】
第９の発明は、特に第１〜第８のいずれか１つの発明の電力変換装置において、整流回路のダイオードを、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＳｉＧｅで構成するものである。
【００３３】
これによって、整流回路のダイオード導通損失を低減でき、電力変換装置の省エネを図ることができる。
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１である電力変換装置を示す回路図である。この実施の形態１の電力変換装置は、第１の直流電源１の直流電圧Ｖｉｎを入力とする第１のコンバータ回路２と、第１のコンバータ回路２の出力に一次側を接続された第１の高周波トランス３と、第１の高周波トランス３の二次側に接続された第１の電流共振回路４と、第１の電流共振回路４から出力される出力電流を整流する第１の整流回路５が接続されている。
【００３５】
第１のコンバータ回路２は、４個のパワー・スイッチング素子で構成されたフル・ブリッジ・コンバータ回路で構成されており、４個のパワー・スイッチング素子を高周波スイッチングで動作させ、第１の直流電源１の直流電圧Ｖｉｎを高周波交流に変換している。また、第１の高周波トランス３の一次側に高周波交流が印加されるため、第１の高周波トランス３の二次側に高周波交流が発生する。
【００３６】
なお、第１のコンバータ回路２は、ハーフ・ブリッジ・コンバータ回路もしくは、プッシュプル・コンバータ回路で構成されても同じ動作を実現できる。
【００３７】
第１の電流共振回路４は、直列に接続されたコイルＬ１とコンデンサＣ１で構成された電流共振回路で構成されており、コイルＬ１とコンデンサＣ１の値で共振周波数ｆｑ１が定まり、第１のコンバータ回路２の高周波スイッチング動作を共振周波数ｆｑ１でスイッチングすることにより、コンバータ回路ではパワー・スイッチング素子のターン・オンの際、電流共振回路により電流が緩やかに立ち上がり、オフになる前に零になるいわゆる零電流スイッチングが達成され、スイッチング損失は極めて小さくなる。
【００３８】
第１の整流回路５は、４個のダイオードで構成されたブリッジ・ダイオード回路で構成されており、第１の電流共振回路４で発生する高周波交流電流が入力されるため、第１の整流回路５の出力に昇圧された直流電圧が発生する。
【００３９】
従って、高効率の昇圧ＤＣ−ＤＣコンバータを実現することができる。
【００４０】
尚、第１の整流回路５の昇圧された直流電圧出力を入力とする第１のインバータ回路６と、第１のインバータ回路６の出力に一次側を接続された第１の絶縁トランス９が接続され、さらに、第１の整流回路５の昇圧された直流電圧出力を入力とする第２のインバータ回路７と、第２のインバータ回路７の出力に一次側を接続された第２の絶縁トランス１０が接続されており、また、第１の整流回路５の昇圧された直流電圧出力を入力とする第３のインバータ回路８と、第３のインバータ回路８の出力に一次側を接続された第３の絶縁トランス１１が接続されている。
【００４１】
第１、第２、第３のインバータ回路６、７、８は、各々４個のパワー・スイッチング素子で構成されたフル・ブリッジ・インバータ回路で構成されており、４個のパワー・スイッチング素子をスイッチングで動作さし、第１の整流回路５の昇圧された直流電圧出力を商用周波数の交流に変換している。
【００４２】
第１、第２、第３の３台の絶縁トランス９、１０、１１の二次側を直列に接続して交流出力を得て、フィルタ用コイルＬ４とフィルタ用コンデンサＣ１０で構成されたフィルタ回路１２に入力され高周波成分が除去され商用周波数の交流電力に変換して系統に電力が注入される。
【００４３】
インバータ回路を３組の第１、第２、第３のインバータ回路６、７、８の出力を直列に接続する多重化インバータで構成するので、インバータ回路の交流出力Ｅは、第１、第２、第３のインバータ回路６、７、８の交流出力Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３のベクトル和として得られる。
【００４４】
図２は、交流出力Ｅ、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の動作波形である。
【００４５】
交流出力Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３のベクトル和として必要とする交流出力Ｅが得られので、各第１、第２、第３のインバータ回路６、７、８の入力直流電圧を高圧にする必要がないので、第１、第２、第３のインバータ回路６、７、８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、従って、高効率のインバータ回路を実現することができる。
【００４６】
これにより低電圧の直流電源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の省エネを図ることができる。
【００４７】
第１の直流電源１は燃料電池、太陽電池または風力発電などの直流電源にした形でも本発明が適用できる。
【００４８】
また、コンバータ回路およびインバータ回路のパワー・スイッチング素子は、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＳｉＧｅ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴまたはトランジスタで構成ことができる。
【００４９】
さらに、整流回路のダイオードは、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＳｉＧｅで構成するができる。
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２である電力変換装置を示す回路図である。
【００５０】
この実施の形態２の電力変換装置は、第２の直流電源２０の直流電圧Ｖｉｎを入力とする第２のコンバータ回路２１と、第２のコンバータ回路２１の出力に一次側を接続された第２の高周波トランス２２と、第２の高周波トランス２２の二次側に接続された第２の電流共振回路２３と、第２の電流共振回路２３から出力される出力電流を整流する第２の整流回路２４が接続されている。
【００５１】
さらに、第２の直流電源２０の直流電圧Ｖｉｎを入力とする第３のコンバータ回路２５と、第３のコンバータ回路２５の出力に一次側を接続された第３の高周波トランス２６と、第３の高周波トランス２６の二次側に接続された第３の電流共振回路２７と、第３の電流共振回路２７から出力される出力電流を整流する第３の整流回路２８が接続されている。
【００５２】
また、第２の直流電源２０の直流電圧Ｖｉｎを入力とする第４のコンバータ回路２９と、第４のコンバータ回路２９の出力に一次側を接続された第４の高周波トランス３０と、第４の高周波トランス３０の二次側に接続された第４の電流共振回路３１と、第４の電流共振回路３１から出力される出力電流を整流する第４の整流回路３２が接続されている。
【００５３】
第２、第３、第４のコンバータ回路２１、２５、２９は、各々４個のパワー・スイッチング素子で構成されたフル・ブリッジ・コンバータ回路で構成されており、４個のパワー・スイッチング素子を高周波スイッチングで動作さし、第２の直流電源２０の直流電圧Ｖｉｎを高周波交流に変換している。
【００５４】
また、２、第３、第４の高周波トランス２２、２６、３０の一次側に高周波交流が印加されるため、第２、第３、第４の高周波トランス２２、２６、３０の二次側に高周波交流が発生する。
【００５５】
なお、第２、第３、第４のコンバータ回路２１、２５、２９は、ハーフ・ブリッジ・コンバータ回路もしくは、プッシュプル・コンバータ回路で構成されても同じ動作を実現できる。
【００５６】
第２の電流共振回路２３は、直列に接続されたコイルＬ２とコンデンサＣ２で構成された電流共振回路で構成されており、コイルＬ２とコンデンサＣ２の値で共振周波数ｆｑ２が定まり、第２のコンバータ回路２１の高周波スイッチング動作を共振周波数ｆｑ２でスイッチングすることにより、第２のコンバータ回路２１ではパワー・スイッチング素子のターン・オンの際、電流共振回路により電流が緩やかに立ち上がり、オフになる前に零になるいわゆる零電流スイッチングが達成され、スイッチング損失は極めて小さくなる。
【００５７】
また、第３の電流共振回路２７は、直列に接続されたコイルＬ３とコンデンサＣ３で構成された電流共振回路で構成されており、コイルＬ３とコンデンサＣ３の値で共振周波数ｆｑ３が定まり、第３のコンバータ回路２５の高周波スイッチング動作を共振周波数ｆｑ３でスイッチングすることにより、第３のコンバータ回路２５ではパワー・スイッチング素子のターン・オンの際、電流共振回路により電流が緩やかに立ち上がり、オフになる前に零になるいわゆる零電流スイッチングが達成され、スイッチング損失は極めて小さくなる。
【００５８】
さらに、第４の電流共振回路３１は、直列に接続されたコイルＬ４とコンデンサＣ４で構成された電流共振回路で構成されており、コイルＬ４とコンデンサＣ４の値で共振周波数ｆｑ４が定まり、第４のコンバータ回路２９の高周波スイッチング動作を共振周波数ｆｑ４でスイッチングすることにより、第４のコンバータ回路２９ではパワー・スイッチング素子のターン・オンの際、電流共振回路により電流が緩やかに立ち上がり、オフになる前に零になるいわゆる零電流スイッチングが達成され、スイッチング損失は極めて小さくなる。
【００５９】
なお、第２、第３、第４の電流共振回路２３、２７、３１の各共振周波数ｆｑ２、ｆｑ３、ｆｑ４がすべて違う周波数だと、周波数干渉が発生して、スイッチング・ノイズが非常に大きくなるので、第２、第３、第４の電流共振回路２３、２７、３１の各共振周波数ｆｑ２、ｆｑ３、ｆｑ４を同一になるようにコイルＬ２、Ｌ３、Ｌ４とコンデンサＣ２、Ｃ３、Ｃ４の定数を選択して、第２、第３、第４のコンバータ回路２１、２５、２９のスイッチング周波数を同一にして動作さすことにより、スイッチング・ノイズが小さくする。
【００６０】
製造時においては、コイルＬ２、Ｌ３、Ｌ４のリアクトル値を全て測定して、許容値以外の物は使用しないように管理し、常に、共振周波数が同一になる様にする。もし、間違った物で製造された場合には、共振周波が異なるので、電力変換装置の変換効率が下がるので、出荷検査時のチェックで判別できる。
【００６１】
電流共振形のソフトスイッチング方式の場合、通常のハードスイッチング方式に比べ、少なくともコイルＬとコンデンサＣは新たに必要である。特にコイルＬには高周波電流が流れ、しかも大振幅で動作するため高周波損失を招き、発熱が危惧される。また、鉄損を除くためコイルを大型化すると、表皮効果、近接効果により損失が増大する。さらに、コンデンサＣにも大電流が流れるので、電流許容値の大きなコンデンサが必要となる。本発明の実施の形態２においては、３組の電流共振回路を使用するので、コイルＬとコンデンサＣに掛かるストレスは１／３に低減でき、小型のコイルＬとコンデンサＣが使用でき、損失が低減する。
【００６２】
第２、第３、第４の整流回路２４、２８、３２は、各々４個のダイオードで構成されたブリッジ・ダイオード回路で構成されており、第２、第３、第４の電流共振回路２３、２７、３１で発生する高周波交流電流が入力されるため、第２、第３、第４の整流回路２４、２８、３２の出力に昇圧された直流電圧が発生する。
【００６３】
従って、３組の高効率の昇圧ＤＣ−ＤＣコンバータを実現することができる。
【００６４】
なお、第２の整流回路２４の昇圧された直流電圧出力を入力とする第２のインバータ回路３３と、第２のインバータ回路３３の出力に一次側を接続された第２の絶縁トランス３６が接続され、さらに、第３の整流回路２８昇圧された直流電圧出力を入力とする第３のインバータ回路３４と、第３のインバータ回路３４の出力に一次側を接続された第３の絶縁トランス３７が接続されており、また、第４の整流回路３２の昇圧された直流電圧出力を入力とする第４のインバータ回路３５と、第４のインバータ回路３５の出力に一次側を接続された第４の絶縁トランス３８が接続されている。
【００６５】
第２、第３、第４のインバータ回路３３、３４、３５は、各々４個のパワー・スイッチング素子で構成されたフル・ブリッジ・インバータ回路で構成されており、４個のパワー・スイッチング素子をスイッチングで動作さし、第２、第３、第４の整流回路２４、２８、３２の昇圧された直流電圧出力を商用周波数の交流に変換している。
【００６６】
第２、第３、第４の３台の絶縁トランス３６、３７、３８の二次側を直列に接続して交流出力を得て、フィルタ用コイルＬ４とフィルタ用コンデンサＣ１０で構成されたフィルタ回路１２に入力され高周波成分が除去され商用周波数の交流電力に変換して系統に電力が注入される。
【００６７】
インバータ回路を３組の第２、第３、第４のインバータ回路３３、３４、３５の出力を直列に接続する多重化インバータで構成するので、インバータ回路の交流出力Ｅは、第２、第３、第４のインバータ回路３３、３４、３５の交流出力Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３のベクトル和として得られる。図２は、交流出力Ｅ、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の動作波形である。
【００６８】
交流出力Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３のベクトル和として必要とする交流出力Ｅが得られので、各第２、第３、第４インバータ回路３３、３４、３５の入力直流電圧を高圧にする必要がないので、第２、第３、第４インバータ回路３３、３４、３５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、従って、高効率のインバータ回路を実現することができる。
【００６９】
これにより低電圧の直流電源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の省エネを図ることができる。
【００７０】
第２の直流電源２０は燃料電池、太陽電池または風力発電などの直流電源にした形でも本発明が適用できる。
【００７１】
また、コンバータ回路およびインバータ回路のパワー・スイッチング素子は、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＳｉＧｅ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴまたはトランジスタで構成ことができる。
【００７２】
さらに、整流回路のダイオードは、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＳｉＧｅで構成するができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
以上のように、本発明にかかる電力変換装置は、３組のコンバータ回路を電流共振形のソフトスイッチング方式で動作さしコンバータ回路のパワー・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、さらに、インバータ回路を３組のインバータ回路出力を直列に接続する多重化インバータで構成するので、各インバータ回路の入力直流電圧を高圧にする必要がなくインバータ回路のパワー・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、燃料電池、太陽電池または風力発電などの直流電源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の省エネを図る極めて有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施の形態１における電力変換装置を示す回路図
【図２】本発明の実施の形態１における電力変換装置の動作を示す波形図
【図３】本発明の実施の形態２における電力変換装置を示す回路図
【図４】従来の電力変換装置を示す構成図
【図５】従来の電力変換装置の動作を示す波形図
【符号の説明】
【００７５】
１，２０，５１    直流電源
２，２１，２５，２９    コンバータ回路
３，２２，２６，３０    高周波トランス
４，２３，２７，３１    電流共振回路
５，２４，２８，３２    整流回路
６，７，８，３３，３４，３５，５５    インバータ回路
９，１０，１１，３６，３７，３８    絶縁トランス
１２，５６    フィルタ回路
５３    昇圧コンバータ
５３ａ    平滑コンデンサ
５３ｂ    直流リアクトル
５３ｃ    昇圧用スイッチング素子
５３ｄ    昇圧用ダイオード
５４    コンデンサ
５６ａ    出力リアクトル
５６ｂ    フィルタコンデンサ
５７    出力電流検出手段
５８    電流指令手段
５９    誤差増幅器
６０    比較器
６１    三角波発生手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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