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力率改善コンバータ コモンズ 新技術説明会 外国出願あり

国内特許コード P150012337
整理番号 OU-0216
掲載日 2015年10月8日
出願番号 特願2011-518327
登録番号 特許第5585580号
出願日 平成22年2月24日(2010.2.24)
登録日 平成26年8月1日(2014.8.1)
国際出願番号 JP2010052886
国際公開番号 WO2010143453
国際出願日 平成22年2月24日(2010.2.24)
国際公開日 平成22年12月16日(2010.12.16)
優先権データ
  • 特願2009-139195 (2009.6.10) JP
発明者
  • 西嶋 仁浩
出願人
  • 国立大学法人 大分大学
発明の名称 力率改善コンバータ コモンズ 新技術説明会 外国出願あり
発明の概要 【課題】入力電源の停電や瞬停などが起きた際に、PFCコンバータ自体が出力電圧の低下を防ぐ機能を有することで、平滑コンデンサの小型化と、後段以降に接続される電源回路の簡略化,高効率化,低コスト化,小型軽量化などを実現できるようにする。
【解決手段】商用電源Eの正常時において、並列接続された各コンバータ部PFC1,PFC2の動作によって、商用電源Eからの入力電流を入力電圧の波形や位相に近付けて力率を改善しつつ、負荷に安定化した出力電圧Vo1,Vo2を供給できる。その一方で、商用電源Eの電圧低下時には、平滑コンデンサCo1を入力電源として、コンバータ部PFC2を動作させることで、平滑コンデンサCo2から負荷に安定化した出力電圧Vo2を供給できる。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


交流入力ラインの高調波抑制のために、例えば特許文献1に開示されるような力率改善(PFC)コンバータが用いられている。このPFCコンバータは、入力電流の波形や位相を入力電圧波形と相似させ力率を改善する回路である。図25に代表的な昇圧型のPFCコンバータを示す。また、2個のPFCコンバータ部(PFC1とPFC2)を並列接続したものを図26に示す。



これらの各図において、Dbは入力電源としての商用電源Eからの交流入力電圧Viを全波整流するダイオードブリッジ、PFC1は整流器としてのダイオードブリッジDbの整流出力が印加される第1のコンバータ部であり、当該第1のコンバータ部PFC1は、ダイオードブリッジDbの出力端間に接続する第1のインダクタL1と第1のスイッチング素子S1との直列回路と、これらのインダクタL1及びスイッチング素子S1の接続点に、一端であるアノードを接続するダイオードとしての第1の整流素子D1とにより構成される。また、コンバータ部PFC1の出力端間であって、整流素子D1の他端(カソード)と、ダイオードブリッジDb及びスイッチング素子S1の接続点との間には、平滑コンデンサCoが接続され、この平滑コンデンサCoの両端間に直流出力電圧Voを生成する出力端子+V,-Vが接続される。



以上が図25及び図26に共通の回路構成であるが、図26ではさらに、第1のコンバータ部PFC1と第2のコンバータ部PFC2が、ダイオードブリッジDbと平滑コンデンサCoとの間に並列に接続される。すなわちコンバータ部PFC2は、ダイオードブリッジDbの出力端間に接続する第2のインダクタL2と第2のスイッチング素子S2との直列回路と、これらのインダクタL2及びスイッチング素子S2の接続点に、一端であるアノードを接続するダイオードとしての第2の整流素子D2とにより構成され、当該コンバータ部PFC2の出力端間に平滑コンデンサCoが接続される。



図26に示すように、並列接続するコンバータ部PFC1,PFC2…の数を増やすことで、PFCコンバータとしての電力容量を増やすことができる。また、コンバータ部PFC1,PFC2間の位相をずらして、それぞれのスイッチング素子S1,S2をスイッチング駆動させることで、入出力電流のリプルを低減することもできる。

産業上の利用分野


本発明は、力率改善(PFC)コンバータに関し、停電時や瞬停時においても出力電圧を安定化することのできるPFCコンバータに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
入力電源からの交流電圧若しくは整流した電圧が入力され、並列に接続される第1のコンバータ部および第2のコンバータ部と、
前記第1のコンバータ部の出力端間に接続する第1のコンデンサと、
前記第2のコンバータ部の出力端間に接続する第2のコンデンサと、を備え、
前記入力電源の正常時には、前記第1および第2のコンバータ部を並列の力率改善コンバータとして動作させ、前記入力電源からのエネルギーを前記第1および第2のコンデンサに送り出して、当該第1および第2のコンデンサから負荷に安定化した出力電圧を供給する一方で、
前記入力電源の電圧低下時には、前記第2のコンバータ部を動作させ、前記第1のコンデンサからのエネルギーを前記第2のコンデンサに送り出して、当該第2のコンデンサから前記負荷に安定化した出力電圧を供給する構成とし
前記第1のコンバータ部は、その入力端間に第1のインダクタと第1のスイッチング素子との直列回路を接続し、前記第1のスイッチング素子と第1の整流素子との直列回路を、前記第1のコンデンサの両端間に接続して構成され、
前記第2のコンバータ部は、その入力端間に第2のインダクタと第2のスイッチング素子との直列回路を接続し、前記第2のスイッチング素子と第2の整流素子との直列回路を、前記第2のコンデンサの両端間に接続して構成されると共に、
前記第1の整流素子に第1の開閉体が並列に接続され、この第1の開閉体は第3のスイッチング素子で構成され、
前記入力電源の正常時には、前記第3のスイッチング素子をオフにし、前記第1及び第2のスイッチング素子をスイッチング動作させる一方で、
前記入力電源の電圧低下時には、前記第3のスイッチング素子をオンにし、前記第2のスイッチング素子をスイッチング動作させると共に、前記第1および第2のインダクタに蓄えられたエネルギーが完全に放電するように、前記第2のスイッチング素子がオンする前に、前記第1のスイッチング素子を一時的にオンにし、且つ前記第3のスイッチング素子を一時的にオフにする構成としたことを特徴とする力率改善コンバータ。

【請求項2】
前記入力電源の電圧低下時には、前記第1のスイッチング素子がオンする前に、当該第1のスイッチング素子の両端間に蓄えられたエネルギーが完全に放電するように、前記第1及び第3のスイッチング素子を両方オフにする構成としたことを特徴とする請求項記載の力率改善コンバータ。

【請求項3】
入力電源からの交流電圧若しくは整流した電圧が入力され、並列に接続される第1のコンバータ部および第2のコンバータ部と、
前記第1のコンバータ部の出力端間に接続する第1のコンデンサと、
前記第2のコンバータ部の出力端間に接続する第2のコンデンサと、を備え、
前記入力電源の正常時には、前記第1および第2のコンバータ部を並列の力率改善コンバータとして動作させ、前記入力電源からのエネルギーを前記第1および第2のコンデンサに送り出して、当該第1および第2のコンデンサから負荷に安定化した出力電圧を供給する一方で、
前記入力電源の電圧低下時には、前記第2のコンバータ部を動作させ、前記第1のコンデンサからのエネルギーを前記第2のコンデンサに送り出して、当該第2のコンデンサから前記負荷に安定化した出力電圧を供給する構成とし、
前記第1のコンバータ部は、その入力端間に第1のインダクタと第1のスイッチング素子との直列回路を接続し、前記第1のスイッチング素子と第3のスイッチング素子との直列回路を、前記第1のコンデンサの両端間に接続して構成され、
前記第2のコンバータ部は、その入力端間に第2のインダクタと第2のスイッチング素子との直列回路を接続し、前記第2のスイッチング素子と第4のスイッチング素子との直列回路を、前記第2のコンデンサの両端間に接続して構成されると共に、
前記入力電源の正常時には、前記第1及び第2のスイッチング素子をスイッチング動作させる一方で、
前記入力電源の電圧低下時には、前記第2及び第3のスイッチング素子をオンにし、前記第1及び第4のスイッチング素子をオフにして、前記第1のコンデンサから前記第1及び第2のインダクタにエネルギーを蓄積する期間と、
前記第3のスイッチング素子をオンにし、前記第1,第2及び第4のスイッチング素子をオフにして、前記第4のスイッチング素子の両端間に蓄えられたエネルギーを完全に放出させる期間と、
前記第3及び第4のスイッチング素子をオンにし、前記第1及び第2のスイッチング素子をオフにして、前記第1及び第2のインダクタと前記第1のコンデンサに蓄えられているエネルギーを前記第2のコンデンサに放出させる期間と、
前記第4のスイッチング素子をオンにし、前記第1,第2及び第3のスイッチング素子をオフにして、前記第1のスイッチング素子の両端間に蓄えられたエネルギーを完全に放出させる期間と、
前記第1及び第4のスイッチング素子をオンにし、前記第2及び第3のスイッチング素子をオフにして、前記第1及び第2のインダクタに蓄えられているエネルギーを前記第2のコンデンサに放出させる期間と、
前記第1のスイッチング素子をオンにし、前記第2,第3及び第4のスイッチング素子をオフにして、前記第2のスイッチング素子の両端間に蓄えられたエネルギーを完全に放出させる期間と、
前記第1及び第2のスイッチング素子をオンにし、前記第3及び第4のスイッチング素子をオフにする期間と、
前記第2のスイッチング素子をオンにし、前記第1,第3及び第4のスイッチング素子をオフにして、前記第3のスイッチング素子の両端間に蓄えられたエネルギーを完全に放出させる期間と、を順に行なわせる構成としたことを特徴とする力率改善コンバータ。

【請求項4】
第2の開閉体を介して前記第1のコンバータ部の出力端間を前記第2のコンバータ部の出力端間に接続し、
前記入力電源の正常時には、前記第2の開閉体をオンにする一方で、
前記入力電源の電圧低下時には、前記第2の開閉体をオフにする構成としたことを特徴とする請求項1または3記載の力率改善コンバータ。

【請求項5】
前記入力電源が正常の状態に復帰すると、前記第1および第2のコンバータ部を再び動作させ、前記第1のコンバータ部を通して前記第1のコンデンサを充電すると共に、前記第2のコンバータを通して前記第2のコンデンサから前記負荷に前記出力電圧を供給する構成としたことを特徴とする請求項1または3記載の力率改善コンバータ。
産業区分
  • 変電
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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