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JP5112359B2 - Power converter - Google Patents
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Description

本発明は、データセンタのルータ、サーバ等に、数V〜48V程度の直流電力を供給するIP用整流器、また直流スパッタリング装置に使用されている400V〜800VのDC電源等で、特にAC400V〜480Vの高電圧の商用交流電源系の電力変換を行う電力変換装置に関する。   The present invention is an IP rectifier that supplies DC power of several V to 48 V to routers, servers, etc. of data centers, and a DC power source of 400 V to 800 V used in DC sputtering equipment, particularly AC 400 V to 480 V. The present invention relates to a power conversion apparatus that performs power conversion of a high-voltage commercial AC power supply system.

データセンタ向けIP用整流器は、ルータ、サーバ等に数V〜48Vの直流電力を供給し、近年、インターネットの普及によって消費電力が数100kWにも増大し、20kW程度の単位整流器を複数台、並列運転している。   IP rectifiers for data centers supply DC power of several V to 48 V to routers, servers, etc. In recent years, power consumption has increased to several hundred kW with the spread of the Internet, and multiple unit rectifiers of about 20 kW are connected in parallel. I'm driving.

また、直流スパッタリング装置は、液晶パネル製造装置、太陽電池パネル製造装置に使用され、ガラスまたはシリコン基板の大型化によって、使用されているスパッタリング用直流電源装置の定格電力は、近年、数100kWにも及び、20kW程度の単位整流器を複数台、並列運転している。   In addition, DC sputtering devices are used in liquid crystal panel manufacturing devices and solar cell panel manufacturing devices. Due to the increase in the size of glass or silicon substrates, the rated power of sputtering DC power supply devices used has been several hundred kW in recent years. A plurality of unit rectifiers of about 20 kW are operated in parallel.

このような整流器やスパッタリング用電源のAC入力電圧は、AC200V〜220Vが一般的であったが、近年の大容量の整流器、スパッタリング用直流電源では、交流受電設備の交流入力電流を低減するために、AC入力電圧400V〜480Vが採用されていることが多い。以後、上記AC入力電圧400V〜480V(高電圧商用交流電源電圧)を、「HVAC」という。   The AC input voltage of such a rectifier or sputtering power supply is generally AC 200V to 220V. However, in recent large capacity rectifiers and sputtering DC power supplies, in order to reduce the AC input current of the AC power receiving equipment. In many cases, an AC input voltage of 400 V to 480 V is employed. Hereinafter, the AC input voltage 400V to 480V (high voltage commercial AC power supply voltage) is referred to as “HVAC”.

これらの大容量の整流器、スパッタリング用直流電源において、交流電源電圧を整流する整流回路の後に、DC/DCコンバータが接続され、入出力絶縁と出力制御とをDC/DCコンバータで行うことが一般的である。   In these large-capacity rectifiers and DC power supplies for sputtering, a DC / DC converter is generally connected after a rectifier circuit that rectifies an AC power supply voltage, and input / output insulation and output control are generally performed by the DC / DC converter. It is.

上記AC200V〜220Vでは、交流電源電圧を単に整流した整流出力電圧は300V程度であり、力率改善回路の出力電圧は、AC200V〜220Vの波高値以上(たとえば360V程度)であるので、ダブルフォワード型、ハーフまたはフルブリッジ系等、使用スイッチング素子に加わる電圧が電源電圧に制限されている電圧型コンバータ回路を採用すれば、コンバータ回路のスイッチング半導体素子として低オン抵抗、低耐圧で安価な汎用FET(たとえば500V耐圧の汎用FET)を使用することができる。   In AC200V to 220V, the rectified output voltage obtained by simply rectifying the AC power supply voltage is about 300V, and the output voltage of the power factor correction circuit is equal to or higher than the peak value of AC200V to 220V (for example, about 360V). If a voltage-type converter circuit in which the voltage applied to the switching element used is limited to the power supply voltage, such as a half or full bridge system, a general-purpose FET (low on-resistance, low withstand voltage, and low cost as a switching semiconductor element of the converter circuit) For example, a general-purpose FET having a withstand voltage of 500 V can be used.

ところが、入力電圧がAC400V〜480VであるHVACである場合、上記整流回路の整流出力電圧は、変動分を考慮すると、最大でほぼ620V〜744V、力率改善回路の出力電圧は、AC400V〜480Vの波高値以上(800V近い直流高電圧)(AC400V〜480Vの波高値は、HVDCである)が、コンバータ入力電圧になる。したがって、コンバータ回路のスイッチング半導体素子の耐圧は、少なくとも1000V程度は必要である。しかし、FETのオン抵抗は、耐圧が上昇すると、耐圧比の2乗で高くなり、1000V耐圧のFETのオン抵抗は、500V耐圧のFETの4倍近くになる。FETの代わりにIGBTを使用することが考えられるが、IGBTはスイッチング周波数を高くすることができないという欠点がある。   However, when the input voltage is HVAC of AC 400 V to 480 V, the rectified output voltage of the rectifier circuit is about 620 V to 744 V at the maximum in consideration of fluctuations, and the output voltage of the power factor correction circuit is AC 400 V to 480 V. The converter input voltage is equal to or higher than the peak value (DC high voltage close to 800V) (the peak value of AC 400V to 480V is HVDC). Therefore, the withstand voltage of the switching semiconductor element of the converter circuit is required to be at least about 1000V. However, when the breakdown voltage increases, the on-resistance of the FET increases with the square of the breakdown voltage ratio, and the on-resistance of the 1000V withstand voltage FET becomes nearly four times that of the 500V withstand voltage FET. Although it is conceivable to use an IGBT instead of an FET, the IGBT has a drawback that the switching frequency cannot be increased.

このために、HVDC入力間に500V耐圧のFETを使用したコンバータを2個直列接続し、各コンバータの入力電圧をHVDC入力(たとえば800V)の1/2に低減し、また、各コンバータの直流出力を合成し、DC出力電圧Voを出力する方式が採用されている。   For this purpose, two converters using 500V withstand voltage FETs are connected in series between the HVDC inputs, the input voltage of each converter is reduced to 1/2 of the HVDC input (for example, 800V), and the DC output of each converter Is used to output a DC output voltage Vo.

しかし、この直列方式では、各コンバータの入力インピーダンス(すなわち入力電流)を同一に制御しないと、各コンバータの入力電圧がアンバランスになり、HVDC入力の1/2に維持することができず、一方の入力電圧が上昇し過ぎ、これによって、コンバータが破壊することがある。   However, in this series system, unless the input impedance (that is, input current) of each converter is controlled to be the same, the input voltage of each converter becomes unbalanced and cannot be maintained at 1/2 of the HVDC input. Input voltage will rise too high, which can destroy the converter.

この電圧アンバランスを補正するために、HVDC入力端子間に、複数個のコンバータの入力を直列接続し、各コンバータの入力電圧を分割することによって高電圧対応し、さらに、上記直列接続されたコンバータの入力電圧のアンバランスを検出し、各コンバータに入力されているオンパルス幅を個別に制御することによって、入力電圧のアンバランスを補正する回路が知られている(たとえば、特許文献1参照)。   In order to correct this voltage imbalance, the inputs of a plurality of converters are connected in series between the HVDC input terminals, and the input voltage of each converter is divided to cope with a high voltage. Further, the converters connected in series A circuit that corrects the imbalance of the input voltage by detecting the imbalance of the input voltage and individually controlling the on-pulse width input to each converter is known (see, for example, Patent Document 1).

特開2005−033967号JP 2005-033967 A

図11は、従来例の等価回路900を示す図である。   FIG. 11 is a diagram showing a conventional equivalent circuit 900.

上記従来例において、各コンバータの入力電圧がアンバランスになる理由について、以下、説明する。   The reason why the input voltage of each converter is unbalanced in the conventional example will be described below.

従来例の等価回路900は、単位コンバータ10a、10b毎に個別のチョーク入力フィルタ回路30a、30bを設けた回路である。   The conventional equivalent circuit 900 is a circuit in which individual choke input filter circuits 30a and 30b are provided for each of the unit converters 10a and 10b.

図11に示す従来の並列接続において、仮に、2個のコンバータの回路定数が全く同一であり、FETの同一駆動信号に対するスイッチング時間が同一であれば、2個のコンバータの入力電流は同じになり、直流入力コンデンサC1a、C1bの電圧は等しくなり、出力電流分担も同一となる。   In the conventional parallel connection shown in FIG. 11, if the circuit constants of the two converters are exactly the same, and the switching time for the same drive signal of the FET is the same, the input currents of the two converters are the same. The voltages of the DC input capacitors C1a and C1b are equal, and the output current sharing is also the same.

しかし、実際には、2個のコンバータの回路定数が全く同一であっても、2個のコンバータのFETの同一駆動信号に対するスイッチング時間のばらつきをゼロにすることはできない。   However, in practice, even if the circuit constants of the two converters are exactly the same, the variation in switching time for the same drive signal of the FETs of the two converters cannot be made zero.

図12は、従来例の動作を示すタイムチャートである。   FIG. 12 is a time chart showing the operation of the conventional example.

今、コンバータ10aの回路インピーダンス(抵抗、漏れインダクタンス、ダイオード順電圧)が、コンバータ10bの回路インピーダンスとほぼ同一であるとする。ただし、FET12a、15aのスイッチング特性によってこの組のオン時間が、FET12b、15bの組のオン時間に対して、相対的に長く、Δt(たとえば10%)長いと仮定する。この結果、FET12a、15aと、FET12b、15bとに同一信号が加えられてオンしたときに、図12の(1)、(2)に示すように、チョーク31aに加わる図示極性の電圧時間積は、チョーク31bに加わる図示極性の電圧時間積よりも大きい。FET12a、15aとFET12b、15bとに同時にオフ信号が加えられると、各チョーク31a、31bは、それぞれのフライホイールダイオード23a、23bをオンさせ、出力電圧Voでリセットする。リセットは、加えられた電圧時間積と同じ電圧時間積の逆電圧を発生させるか、または、加えられた電圧で増加した電流増分がゼロになるまで、電流を減少させることによって、変化した磁束を元へ戻すことである。   Now, it is assumed that the circuit impedance (resistance, leakage inductance, diode forward voltage) of the converter 10a is substantially the same as the circuit impedance of the converter 10b. However, it is assumed that the ON time of this set is relatively long and Δt (for example, 10%) longer than the ON time of the set of FETs 12b and 15b due to the switching characteristics of the FETs 12a and 15a. As a result, when the same signal is applied to the FETs 12a and 15a and the FETs 12b and 15b and turned on, as shown in (1) and (2) of FIG. The voltage time product of the illustrated polarity applied to the choke 31b is larger. When an off signal is simultaneously applied to the FETs 12a and 15a and the FETs 12b and 15b, the chokes 31a and 31b turn on the flywheel diodes 23a and 23b and reset them with the output voltage Vo. A reset generates a reverse voltage of the same voltage time product as the applied voltage time product, or reduces the current flux by decreasing the current until the increased current increment at the applied voltage is zero. It is to restore.

しかし、出力電圧Voが共通であるので、Vo=E1×t1/T=E2×(t1−Δt)/Tになる。つまり、V1/V2=(t1−Δt)/t1になり、Δt=10%である場合、V1/V2=0.9になる。E1、E2は、Vin1、Vin2と比例関係にあるので、コンバータの入力電圧は、10%のアンバランスになる。   However, since the output voltage Vo is common, Vo = E1 × t1 / T = E2 × (t1−Δt) / T. That is, V1 / V2 = (t1−Δt) / t1, and when Δt = 10%, V1 / V2 = 0.9. Since E1 and E2 are proportional to Vin1 and Vin2, the input voltage of the converter is 10% unbalanced.

図13は、図11に示す従来例におけるシミュレーション結果を示す図である。   FIG. 13 is a diagram showing a simulation result in the conventional example shown in FIG.

図13(1)に示すVch1は、直流入力コンデンサC1aの両端電圧であり、Vch2は、直流入力コンデンサC1bの両端電圧であり、電圧差が大きくアンバランスになり、図13(1)に示すように、約40Vの電圧差が生じている。なお、図13(2)は、チョーク31a、31bの電圧を示し、図13(3)は、チョーク31a、31bの電流を示し、図13(4)は、FET12a、12bの電流を示し、電圧の高い方の電流が大きくなり、電圧の低い方の電流が小さくなる。   Vch1 shown in FIG. 13 (1) is the voltage across the DC input capacitor C1a, and Vch2 is the voltage across the DC input capacitor C1b, and the voltage difference becomes large and unbalanced, as shown in FIG. 13 (1). There is a voltage difference of about 40V. 13 (2) shows the voltages of the chokes 31a and 31b, FIG. 13 (3) shows the currents of the chokes 31a and 31b, and FIG. 13 (4) shows the currents of the FETs 12a and 12b. The higher current becomes larger and the lower current becomes smaller.

しかし、上記従来例では、入力電圧がアンバランスになるので、たとえば、各単位コンバータのオン時間を制御することによって、各コンバータの入力電圧のアンバランスを補正しようとすると、制御回路が複雑になるという問題がある。   However, in the above conventional example, the input voltage becomes unbalanced. For example, when the on-time of each unit converter is controlled to correct the input voltage unbalance of each converter, the control circuit becomes complicated. There is a problem.

本発明は、HVDC入力端子間に直列接続された複数個の直列接続コンバータの入力電圧バランスを制御する回路が簡素である電力変換装置を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the power converter device with which the circuit which controls the input voltage balance of the several series connection converter connected in series between HVDC input terminals is simple.

本発明は、低耐圧のスイッチング半導体素子、IGBT、特に安価で低オン抵抗のFETを使用してAC400V系等の商用高電圧交流電源電圧の電力変換に適用できるものであり、HVDC入力端子間に複数個(2以上の自然数n)のコンバータの入力を直列接続して、各コンバータへの入力電圧を分割して高電圧対応する思想は上記特許文献1と同様であるが、各コンバータの出力側の接続点はチョーク入力型フィルタ回路の出力、いわゆる最終出力ポイントではなく、チョーク入力型フィルタ回路の入力、すなわち整流回路の出力で共通接続し、さらに、各コンバータの駆動信号に同一にオンオフさせる同一のパルス幅を用いることによって、複雑な電圧バランス制御を行うことなく、各コンバータの入力電圧が入力直流電源電圧のほぼ1/nとなるように、自動的に電圧平衡をとり、高電圧交流電源電圧の入力に対応する電力変換装置である。   The present invention is applicable to power conversion of commercial high-voltage AC power supply voltage such as AC400V system using a low-breakdown-voltage switching semiconductor element, IGBT, especially an inexpensive and low on-resistance FET, and between the HVDC input terminals. The idea of connecting a plurality of (two or more natural numbers n) converters in series and dividing the input voltage to each converter to cope with a high voltage is the same as in Patent Document 1, but the output side of each converter The connection point is not the output of the choke input type filter circuit, the so-called final output point, but is connected in common at the input of the choke input type filter circuit, that is, the output of the rectifier circuit. Therefore, the input voltage of each converter is almost equal to the input DC power supply voltage without complicated voltage balance control. Such that 1 / n, automatically take voltage balancing, it is a power conversion device corresponding to the input of the high voltage AC power supply voltage.

本発明によれば、400V系等の高電圧商用交流電圧を整流した直流電圧の変動分を考慮しても、その最大値よりも耐圧の低い安価で順方向電圧降下の低いFETのようなスイッチング半導体素子を使用して電力変換装置を構成する場合、HVDC入力端子間に直列接続された複数個の直列接続コンバータの入力電圧バランスを制御する回路が簡素であるという効果を奏する。   According to the present invention, even when considering fluctuations of DC voltage obtained by rectifying a high-voltage commercial AC voltage such as 400V system, switching such as an FET with a low withstand voltage lower than its maximum value and a low forward voltage drop is possible. When a power conversion device is configured using semiconductor elements, an effect is achieved that the circuit for controlling the input voltage balance of a plurality of series-connected converters connected in series between the HVDC input terminals is simple.

本発明の実施例1である電力変換装置100を示す回路図である。1 is a circuit diagram illustrating a power conversion apparatus 100 that is Embodiment 1 of the present invention. FIG. 実施例1の等価回路100Eを示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit 100E of Example 1. FIG. 実施例1の動作を示すタイムチャートである。3 is a time chart showing the operation of the first embodiment. 実施例1におけるシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result in Example 1. FIG. 本発明の実施例2である電力変換装置200を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the power converter device 200 which is Example 2 of this invention. 本発明の実施例3である電力変換装置300を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the power converter device 300 which is Example 3 of this invention. 本発明の実施例4である電力変換装置400を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the power converter device 400 which is Example 4 of this invention. 本発明の実施例5である電力変換装置500を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the power converter device 500 which is Example 5 of this invention. 本発明の実施例6である電力変換装置600を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the power converter device 600 which is Example 6 of this invention. 本発明の実施例7である電力変換装置700を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the power converter device 700 which is Example 7 of this invention. 従来例の等価回路900を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit 900 of a prior art example. 従来例の動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows operation | movement of a prior art example. 従来例におけるシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result in a prior art example.

発明を実施するための形態は、以下の実施例である。   The modes for carrying out the invention are the following examples.

図1は、本発明の実施例1である電力変換装置100を示す回路図である。   FIG. 1 is a circuit diagram showing a power conversion apparatus 100 that is Embodiment 1 of the present invention.

電力変換装置100は、通信用48V出力の整流器を有する。   The power conversion apparatus 100 includes a communication 48V output rectifier.

HVAC入力は、通常三相であるが、ここでは、三相HVAC電源の1相線間電圧に交流入力端子I1と端子I2とが接続されている1つの単相ブロックについて説明する。   Although the HVAC input is usually three-phase, here, a single-phase block in which the AC input terminal I1 and the terminal I2 are connected to the one-phase line voltage of the three-phase HVAC power supply will be described.

1つの単相ブロックは、U−V線間に接続されているブリッジ整流器BR1と、平滑用チョークコイル81と、直流入力コンデンサC1A、C1Bと、バランス抵抗R1、R2と、直流―直流変換回路5とを有する。   One single-phase block includes a bridge rectifier BR1 connected between the U-V lines, a smoothing choke coil 81, DC input capacitors C1A and C1B, balance resistors R1 and R2, and a DC-DC converter circuit 5. And have.

直流入力コンデンサC1A、C1Bは、入力高圧直流電源端子間に直列に接続されている複数の直流入力コンデンサの例である。   The DC input capacitors C1A and C1B are examples of a plurality of DC input capacitors connected in series between input high-voltage DC power supply terminals.

ブリッジ整流器BR1の出力端子に、平滑用チョークコイル81と、電解コンデンサで構成されている直流入力コンデンサC1A、C1Bとが直列接続されている。単位コンバータ10A、10Bが停止しているときに、直流入力コンデンサC1A、C1Bの漏れ電流によるアンバランスを補償するために、バランス抵抗R1、R2が並列接続されている。   A smoothing choke coil 81 and DC input capacitors C1A and C1B formed of electrolytic capacitors are connected in series to the output terminal of the bridge rectifier BR1. When the unit converters 10A and 10B are stopped, balance resistors R1 and R2 are connected in parallel in order to compensate for imbalance due to leakage current of the DC input capacitors C1A and C1B.

単位コンバータ10A、10Bは、上記複数の直流入力コンデンサのそれぞれの両端に接続され、上記直流入力コンデンサの数と同じ数だけ設けられている単位コンバータであり、半導体スイッチング素子とトランスと整流回路とを含む単位コンバータであって、出力端子が、上記チョーク入力型フィルタ回路の入力端子に並列接続されている複数個の単位コンバータの例である。   Unit converters 10A and 10B are unit converters connected to both ends of each of the plurality of DC input capacitors and provided in the same number as the number of DC input capacitors, and include a semiconductor switching element, a transformer, and a rectifier circuit. This is an example of a plurality of unit converters including an output terminal connected in parallel to an input terminal of the choke input type filter circuit.

ブリッジ整流回路BR1の出力電圧は、入力電源電圧(AC400V〜480V)の最大ピーク値よりも高い約800Vである。通常の電解コンデンサの耐圧は、450V程度であるので、整流電圧を平滑する直流入力コンデンサC1A、C1Bとして、耐圧450Vの電解コンデンサが2個直列接続されている。   The output voltage of the bridge rectifier circuit BR1 is about 800V, which is higher than the maximum peak value of the input power supply voltage (AC400V to 480V). Since the normal electrolytic capacitor has a withstand voltage of about 450V, two electrolytic capacitors with a withstand voltage of 450V are connected in series as DC input capacitors C1A and C1B for smoothing the rectified voltage.

各直流入力コンデンサC1A、C1Bには、同一構成の単位コンバータ10A、10Bが接続されている。同一構成であるので、単位コンバータ10Aの構成要素には、サフィックスAを、単位コンバータ10Bの構成要素には、サフィックスBを付してある。   Unit converters 10A and 10B having the same configuration are connected to the DC input capacitors C1A and C1B. Since they have the same configuration, the suffix A is added to the components of the unit converter 10A, and the suffix B is added to the components of the unit converter 10B.

単位コンバータ10Aは、直流入力コンデンサC1Aに跨って、FET12Aと、トランス13Aの1次巻き線14Aと、FET15Aとが直列接続されているコンバータである。   Unit converter 10A is a converter in which FET 12A, primary winding 14A of transformer 13A, and FET 15A are connected in series across DC input capacitor C1A.

つまり、直流入力コンデンサC1A、C1Bは、ブリッジ整流回路の出力端子に直列に接続されている複数の直流入力コンデンサの例である。また、単位コンバータ10A、10Bは、上記複数の直流入力コンデンサのそれぞれの両端に接続され、上記直流入力コンデンサの数と同じ数だけ設けられている単位コンバータであり、半導体スイッチング素子とトランスと整流回路とを含む単位コンバータであって、入力高圧直流電源端子間に、直列接続され、出力端子が、上記チョーク入力型フィルタ回路の入力端子に並列接続されている複数個の単位コンバータの例である。   That is, the DC input capacitors C1A and C1B are examples of a plurality of DC input capacitors connected in series to the output terminal of the bridge rectifier circuit. Unit converters 10A and 10B are unit converters connected to both ends of each of the plurality of DC input capacitors and provided in the same number as the number of DC input capacitors, and include semiconductor switching elements, transformers, and rectifier circuits. Is a unit converter including a plurality of unit converters connected in series between input high-voltage DC power supply terminals and having an output terminal connected in parallel to an input terminal of the choke input type filter circuit.

さらに、FET12Aのソース電極から、直流入力コンデンサC1Aの負極(−)に向かって、ダイオード16Aが逆接続され、FET15Aのドレイン電極から、直流入力コンデンサC1Aの正極(+)に向かって、ダイオード17Aが接続されている。   Further, the diode 16A is reversely connected from the source electrode of the FET 12A toward the negative electrode (−) of the DC input capacitor C1A, and the diode 17A is connected from the drain electrode of the FET 15A toward the positive electrode (+) of the DC input capacitor C1A. It is connected.

また、トランス13Aの2次巻き線21Aに、整流回路20Aが接続されている。整流回路20Aは、整流ダイオード22Aを有する。   A rectifier circuit 20A is connected to the secondary winding 21A of the transformer 13A. The rectifier circuit 20A includes a rectifier diode 22A.

整流回路20Aと整流回路20Bとが接続されている出力端子に、単位コンバータ10A、10Bに共通のチョーク入力型フィルタ回路30が接続されれば、いわゆるダブルフォワード型コンバータを構成する。チョーク入力型フィルタ回路30は、チョーク31と、フィルタ回路コンデンサ32と、フライホイールダイオード23とによって構成されている。   If the choke input type filter circuit 30 common to the unit converters 10A and 10B is connected to the output terminal to which the rectifier circuit 20A and the rectifier circuit 20B are connected, a so-called double forward type converter is configured. The choke input filter circuit 30 includes a choke 31, a filter circuit capacitor 32, and a flywheel diode 23.

これと同様に、単位コンバータ10Bは、直流入力コンデンサC1Bに跨ってFET12B、トランス13Bの1次巻き線14B、FET15Bが直列接続されているコンバータである。さらに、FET12Bのソース電極から、直流入力コンデンサC1Bの負極(−)に向かって、ダイオード16Bが逆接続されている。FET15Bのドレイン電極から、直流入力コンデンサC1Bの正極(+)に向かって、ダイオード17Bが接続されている。   Similarly, the unit converter 10B is a converter in which the FET 12B, the primary winding 14B of the transformer 13B, and the FET 15B are connected in series across the DC input capacitor C1B. Further, a diode 16B is reversely connected from the source electrode of the FET 12B toward the negative electrode (−) of the DC input capacitor C1B. A diode 17B is connected from the drain electrode of the FET 15B toward the positive electrode (+) of the DC input capacitor C1B.

また、トランス13Bの2次巻き線21Bに、整流ダイオード22Bと、共通のフライホイールダイオード23とが接続されている。   A rectifier diode 22B and a common flywheel diode 23 are connected to the secondary winding 21B of the transformer 13B.

ところで、図11に示す従来例であれば、単位コンバータ10a、10bは、それぞれの2次整流回路に、チョーク入力型フィルタ回路を有し、このフィルタ回路の出力側で並列接続されている。   By the way, in the conventional example shown in FIG. 11, the unit converters 10a and 10b have choke input type filter circuits in their respective secondary rectifier circuits, and are connected in parallel on the output side of the filter circuits.

しかし、実施例1では、単位コンバータ10A、10Bは、共通のチョーク入力型フィルタ回路30の入力側にあるフライホイールダイオード23で並列接続している点で、構成上、従来例とは異なる。   However, in the first embodiment, the unit converters 10 </ b> A and 10 </ b> B are structurally different from the conventional example in that the unit converters 10 </ b> A and 10 </ b> B are connected in parallel by the flywheel diode 23 on the input side of the common choke input filter circuit 30.

実施例1では、単位コンバータ10A、10Bは、共通のチョーク入力型フィルタ回路30を通して直流出力端子O1、O2に接続されている。   In the first embodiment, the unit converters 10A and 10B are connected to the DC output terminals O1 and O2 through the common choke input type filter circuit 30.

制御回路60は、通信用整流器であれば、直流出力電圧50を検出し、また、スパッタ電源であれば、直流出力電流41または直流出力電圧50と直流出力電流41との積である出力電力を検出し、定電圧、定電流、定電力制御するために、単位コンバータ10A、10BのFET12A、15A、12B、15Bに同じオンオフタイミングのパルス幅信号、またはデュティ信号を、駆動信号として送る。   If the control circuit 60 is a communication rectifier, the control circuit 60 detects the DC output voltage 50, and if it is a sputtering power supply, the control circuit 60 outputs the DC output current 41 or the output power that is the product of the DC output voltage 50 and the DC output current 41. In order to detect and perform constant voltage, constant current, and constant power control, a pulse width signal or a duty signal having the same on / off timing is sent as a drive signal to the FETs 12A, 15A, 12B, and 15B of the unit converters 10A and 10B.

実施例1では、コンバータ10A、10Bは、ダブルフォワード型コンバータであるので、コンバータ10Aの2個のFET12A、15A、またはコンバータ10Bの2個のFET12B、15Bは、同一信号で、同一時間オンする。実施例1では、さらに、両コンバータ10A、10Bにおける4個のFET12A、15A、12B、15Bの全てを、同一の制御信号によって、同一時間オンさせる。   In the first embodiment, since the converters 10A and 10B are double forward type converters, the two FETs 12A and 15A of the converter 10A or the two FETs 12B and 15B of the converter 10B are turned on with the same signal for the same time. In the first embodiment, all four FETs 12A, 15A, 12B, and 15B in both converters 10A and 10B are turned on for the same time by the same control signal.

つまり、チョーク入力型フィルタ回路30は、共通のチョークとコンデンサとフライホイールダイオードとを具備するチョーク入力型フィルタ回路の例である。単位コンバータ10A、10Bは、直流入力コンデンサの両端に直列接続されている半導体スイッチング素子とトランスと整流回路とを含む単位コンバータであって、入力高圧直流電源端子間に、直列接続され、出力端子が、上記チョーク入力型フィルタ回路の入力端子に並列接続されている複数個の単位コンバータの例である。   That is, the choke input filter circuit 30 is an example of a choke input filter circuit including a common choke, a capacitor, and a flywheel diode. The unit converters 10A and 10B are unit converters including a semiconductor switching element, a transformer, and a rectifier circuit that are connected in series at both ends of a DC input capacitor. The unit converters 10A and 10B are connected in series between input high-voltage DC power supply terminals, These are examples of a plurality of unit converters connected in parallel to the input terminals of the choke input type filter circuit.

電流検出手段40、直流出力電圧50は、チョーク入力型フィルタ回路の直流出力電流または直流出力電圧を検出する検出手段の例である。   The current detection means 40 and the DC output voltage 50 are examples of detection means for detecting the DC output current or DC output voltage of the choke input type filter circuit.

制御回路60は、複数の単位コンバータ内の上記半導体スイッチング素子を同時にオンオフさせることにより、上記チョーク入力型フィルタ回路の出力電圧または出力電流または出力電力を制御し、上記複数個の単位コンバータの入力電流を略等しくすることによって、上記複数個の単位コンバータの入力電圧を平衡させる制御回路の例である。   The control circuit 60 controls the output voltage, the output current, or the output power of the choke input type filter circuit by simultaneously turning on and off the semiconductor switching elements in the plurality of unit converters, and the input current of the plurality of unit converters. This is an example of a control circuit that balances the input voltages of the plurality of unit converters by making them substantially equal.

次に、実施例1における電流バランスについて説明する。   Next, the current balance in Example 1 will be described.

図2は、実施例1の等価回路100Eを示す図である。   FIG. 2 is a diagram illustrating an equivalent circuit 100E according to the first embodiment.

実施例1の等価回路100Eは、直流入力コンデンサC1A、C1Bのそれぞれに、単位コンバータ10A、10Bを接続し、また、共通のチョーク入力フィルタ回路30が設けられている。   In the equivalent circuit 100E of the first embodiment, unit converters 10A and 10B are connected to DC input capacitors C1A and C1B, respectively, and a common choke input filter circuit 30 is provided.

なお、図2において、トランスを省略し、1次回路のFETを2次回路の整流ダイオードに直列接続して変換し、直流入力コンデンサC1A、C1Bの直列接続を無視してある。つまり、等価回路の目的が、直流入力コンデンサC1A、C1Bに接続されている単位コンバータ10A、10Bの入力インピーダンスが等しいことを説明できればよいので、上記のような等価回路100Eを記載してある。   In FIG. 2, the transformer is omitted, the FET of the primary circuit is connected in series with the rectifier diode of the secondary circuit, and the series connection of the DC input capacitors C1A and C1B is ignored. That is, the equivalent circuit 100E as described above is described because the purpose of the equivalent circuit only needs to explain that the input impedances of the unit converters 10A and 10B connected to the DC input capacitors C1A and C1B are equal.

次に、実施例1の動作について説明する。   Next, the operation of the first embodiment will be described.

図3は、実施例1の動作を示すタイムチャートである。   FIG. 3 is a time chart illustrating the operation of the first embodiment.

実施例1の等価回路100Eにおいて、単位コンバータ10A、10Bは、共通のチョーク入力型フィルタ回路30の入力側にあるフライホイールダイオード23と並列接続されている。   In the equivalent circuit 100E of the first embodiment, the unit converters 10A and 10B are connected in parallel with the flywheel diode 23 on the input side of the common choke input type filter circuit 30.

制御回路60は、通信用整流器であれば、直流出力電圧50等のパラメータを検出し、また、スパッタ電源であれば、直流出力電流41または出力電力を検出し、定電圧、定電流、定電力制御をするために、単位コンバータ10A、10BのFETにパルス幅信号、またはデュティ信号を駆動信号として送る。   The control circuit 60 detects parameters such as the DC output voltage 50 if the communication rectifier is used, and detects the DC output current 41 or the output power if the power source is a sputtering power supply. In order to perform control, a pulse width signal or a duty signal is sent as a drive signal to the FETs of the unit converters 10A and 10B.

次に、実施例1において、単位コンバータ10A、10Bに設けられている4個のFETのスイッチング特性にバラツキがあり、同一のオン信号に対して、単位コンバータ10AのFETのオン時間が、単位コンバータ10BのFETのオン時間よりも長く、たとえば10%のデュティ差がある場合について考える。   Next, in the first embodiment, the switching characteristics of the four FETs provided in the unit converters 10A and 10B vary, and the ON time of the FET of the unit converter 10A is the unit converter for the same ON signal. Consider a case where there is a 10% duty difference that is longer than the ON time of the 10B FET.

たとえば、オンした直後に、直流入力コンデンサC1Aと直流入力コンデンサC1Bとの両端電圧が同じである場合、単位コンバータ10AのFETのオン時間が、単位コンバータ10Bのオン時間よりも、Δt大きければ、Δt時間は、ダイオード19Bがオフし、ダイオード19Aがオンして、直流入力コンデンサC1Aから電流が放電し続け、直流入力コンデンサC1Aの両端電圧が、直流入力コンデンサC1Bの両端電圧よりも、低下する。   For example, if the voltage across the DC input capacitor C1A and the DC input capacitor C1B is the same immediately after being turned on, if the ON time of the FET of the unit converter 10A is larger by Δt than the ON time of the unit converter 10B, Δt For the time, the diode 19B is turned off, the diode 19A is turned on, and the current continues to be discharged from the DC input capacitor C1A, so that the voltage across the DC input capacitor C1A is lower than the voltage across the DC input capacitor C1B.

次のオンの最初には、両端電圧が高い直流入力コンデンサC1Bのみがダイオード19Bを通して放電し、直流入力コンデンサC1Aの両端電圧と、直流入力コンデンサC1Bの両端電圧とがバランスしたタイミングから、ダイオード19Aもオンして直流入力コンデンサC1Aも放電を始め、デュティ差がある時間は、直流入力コンデンサC1Aから電流が再び放電し続ける。   At the beginning of the next ON, only the DC input capacitor C1B having a high voltage at both ends is discharged through the diode 19B, and the diode 19A also has a timing when the voltage at both ends of the DC input capacitor C1A and the voltage at both ends of the DC input capacitor C1B are balanced. When it is turned on, the DC input capacitor C1A also starts discharging, and during the time when there is a duty difference, the current continues to be discharged again from the DC input capacitor C1A.

この場合における直流入力コンデンサC1Bの電圧低下ΔVは、CV=ITであるので、ΔV=Ip×Δt/(直流入力コンデンサC1Aの容量)である。   In this case, the voltage drop ΔV of the DC input capacitor C1B is ΔV = Ip × Δt / (capacity of the DC input capacitor C1A) because CV = IT.

なお、図2と図3において、チョーク31が共通であるので、E1=E2である。Δt時間においては、コンバータ10Aのみが電流を放電する。   2 and 3, since the choke 31 is common, E1 = E2. In the Δt time, only the converter 10A discharges current.

図4は、実施例1におけるシミュレーション結果を示す図である。   FIG. 4 is a diagram illustrating a simulation result in the first embodiment.

図4(1)に示すVch1は、直流入力コンデンサC1Aの両端電圧であり、Vch2は、直流入力コンデンサC1Bの両端電圧であり、電圧差が約12Vと小さく、バランスしていることを波形が示していあるが、いずれも2つの波形が重なっているので、1つの波形に見える。なお、図4(2)、図4(3)は、それぞれチョーク31の電圧、電流を示す図である。図4(4)は、FET12A、12Bの電流Ip1、Ip2を示し、FETオン時は電圧の高い方のみから電流が供給され、電圧がバランスした時点以降、両方のFETからの電流が供給される。FETオフ時は、パルス幅の長いFETからのみ、電流が供給され、若干の電圧差が生じる。2つになっている部分が差異であり、1つに見えるところは2つの波形が重なっている時間である。   Vch1 shown in FIG. 4 (1) is the voltage across the DC input capacitor C1A, Vch2 is the voltage across the DC input capacitor C1B, and the waveform shows that the voltage difference is as small as about 12V and is balanced. However, since two waveforms overlap each other, they appear as one waveform. 4 (2) and 4 (3) are diagrams showing the voltage and current of the choke 31, respectively. FIG. 4 (4) shows the currents Ip1 and Ip2 of the FETs 12A and 12B. When the FET is on, the current is supplied only from the higher voltage, and the current from both FETs is supplied after the voltage is balanced. . When the FET is off, current is supplied only from the FET having a long pulse width, and a slight voltage difference occurs. The two parts are different, and what appears to be one is the time when the two waveforms overlap.

図4に示す実施例のシミュレーションと、図13に示す従来例のシミュレーションとを見れば、同一条件で測定した結果、直流入力コンデンサC1Aと直流入力コンデンサC1Bとの両端電圧差に大きな違いが生じることが分かる。実施例のシミュレーション(図4)によれば、コンバータのスイッチング周波数を50kHzとし、デュティを0.5とし、Δtを1μsとし、Ipを22.5A×0.25=5.625Aとし、直流入力コンデンサC1Aの容量を1μFとすると、ΔV=5.625Vになり、約12Vの電圧差になった。一方、従来例では、約40Vの電圧差が発生した。   If the simulation of the embodiment shown in FIG. 4 and the simulation of the conventional example shown in FIG. 13 are seen, a large difference occurs in the voltage difference between both ends of the DC input capacitor C1A and the DC input capacitor C1B as a result of measurement under the same conditions. I understand. According to the simulation of the embodiment (FIG. 4), the switching frequency of the converter is 50 kHz, the duty is 0.5, Δt is 1 μs, Ip is 22.5 A × 0.25 = 5.625 A, and the DC input capacitor When the capacitance of C1A is 1 μF, ΔV = 5.625V, which is a voltage difference of about 12V. On the other hand, in the conventional example, a voltage difference of about 40V occurred.

さらに、実際に使用される条件では、直流入力コンデンサC1Aは、商用電圧を平滑する目的から、通常は、その容量が数百μF以上であり、直流入力コンデンサC1A以外を同じ条件とすると、実施例のシミュレーションでは、電圧差のアンバランスが1/100以下しか生じない。   Further, under the conditions actually used, the DC input capacitor C1A normally has a capacity of several hundreds μF or more for the purpose of smoothing the commercial voltage. In this simulation, an unbalance of the voltage difference occurs only 1/100 or less.

実施例1は、基本的には、入力直流電源に跨って2個の入力コンデンサを直列接続すると共に、低耐圧のFETによって構成された2個のコンバータを、上記入力コンデンサの両端にそれぞれ接続し、かつ各コンバータの2次整流回路の出力を並列接続し、また各コンバータのFETに供給される制御信号を同一信号とすることによって、2個の入力コンデンサの電圧平衡をとり、上記入力直流電源電圧よりも低い耐圧以下で、FETのようなスイッチング半導体素子を使用する。   In the first embodiment, basically, two input capacitors are connected in series across the input DC power supply, and two converters composed of low-voltage FETs are respectively connected to both ends of the input capacitor. In addition, the output of the secondary rectifier circuit of each converter is connected in parallel, and the control signal supplied to the FET of each converter is made the same signal, thereby balancing the voltage of the two input capacitors, and A switching semiconductor element such as an FET is used with a breakdown voltage lower than the voltage.

したがって、実施例1では、入力直流電源に跨ってn個の入力コンデンサを直列接続すると共に、低耐圧のFETによって構成されているn個のインバータを、上記入力コンデンサの両端にそれぞれ接続し、かつ各インバータの入力電圧が、入力直流電源電圧のほぼ1/nとなるように、各インバータに供給される制御信号を制御し、n個の直列接続された入力コンデンサの電圧平衡をとるようにしてもよい。   Therefore, in the first embodiment, n input capacitors are connected in series across the input DC power supply, and n inverters configured by low-voltage FETs are respectively connected to both ends of the input capacitor, and The control signal supplied to each inverter is controlled so that the input voltage of each inverter is approximately 1 / n of the input DC power supply voltage, and the voltage balance of the n input capacitors connected in series is adjusted. Also good.

また、実施例1は、単相交流入力のコンバータ回路であるが、実施例1を三相の場合に適用することができる。   Further, the first embodiment is a single-phase AC input converter circuit, but the first embodiment can be applied to a three-phase case.

実施例1において、フライホイールダイオード23は、1個設けられているが、単位コンバー10A、10Bのそれぞれについて、フライホイールダイオード23を設けるようにしてもよい。   In the first embodiment, one flywheel diode 23 is provided, but the flywheel diode 23 may be provided for each of the unit converters 10A and 10B.

図5は、本発明の実施例2である電力変換装置200を示す回路図である。   FIG. 5 is a circuit diagram showing a power conversion apparatus 200 that is Embodiment 2 of the present invention.

電力変換装置200は、電力変換装置100において、力率改善回路(PFC回路)70が付加されている装置であり、1つの単相ブロックにおいて、U−V線間に接続されている力率改善回路70と、直流―直流変換回路5とを有する。   The power conversion device 200 is a device to which a power factor correction circuit (PFC circuit) 70 is added in the power conversion device 100, and the power factor improvement connected between the U-V lines in one single-phase block. A circuit 70 and a DC-DC conversion circuit 5 are included.

力率改善回路70は、U−V線間に接続されているブリッジ整流器BR1を有し、ブリッジ整流器BR1の出力に、昇圧用チョークコイル81と、FET82とが直列接続され、また、FET82と並列に、逆流防止ダイオード83と直流入力コンデンサC1A、C1Bとの直列回路が接続されている。単位コンバータ10A、10Bが停止しているときに、直流入力コンデンサC1A、C1Bの漏れ電流によるアンバランスを補償するために、バランス抵抗R1、R2が並列接続されている。   The power factor correction circuit 70 has a bridge rectifier BR1 connected between the U and V lines, and a boost choke coil 81 and an FET 82 are connected in series to the output of the bridge rectifier BR1, and in parallel with the FET 82. In addition, a series circuit of a backflow prevention diode 83 and DC input capacitors C1A and C1B is connected. When the unit converters 10A and 10B are stopped, balance resistors R1 and R2 are connected in parallel in order to compensate for imbalance due to leakage current of the DC input capacitors C1A and C1B.

力率改善回路70の出力電圧は、入力電源電圧(AC400V〜480V)の最大ピーク値よりも高い約800Vである。通常の電解コンデンサの耐圧は450V程度であるので、整流電圧を平滑する直流入力コンデンサC1A、C1Bは、耐圧450Vの電解コンデンサを2個直列接続している。   The output voltage of the power factor correction circuit 70 is about 800 V, which is higher than the maximum peak value of the input power supply voltage (AC 400 V to 480 V). Since the normal electrolytic capacitor has a withstand voltage of about 450 V, the DC input capacitors C1A and C1B for smoothing the rectified voltage have two electrolytic capacitors with a withstand voltage of 450 V connected in series.

各直流入力コンデンサC1A、C1Bには、互いに同一構成の単位コンバータ10A、10Bが接続されている。同一構成であるので、単位コンバータ10Aの構成要素には、サフィックスAを、単位コンバータ10Bの構成要素には、サフィックスBを付してある。なお、各直流入力コンデンサC1A、C1Bは、力率改善回路70の構成要素であり、また、単位コンバータ10A、10Bの構成要素でもある。   Unit converters 10A and 10B having the same configuration are connected to the DC input capacitors C1A and C1B. Since they have the same configuration, the suffix A is added to the components of the unit converter 10A, and the suffix B is added to the components of the unit converter 10B. Each DC input capacitor C1A, C1B is a component of the power factor correction circuit 70 and also a component of the unit converters 10A, 10B.

力率改善回路70は、入力高圧直流電源端子と、直列接続されている複数の上記単位コンバータの入力端子との間に、上記直流入力コンデンサを含む昇圧チョッパが構成され、この昇圧チョッパとブリッジ整流回路とによって構成されている力率改善回路の例である。   The power factor correction circuit 70 includes a boost chopper including the DC input capacitor between an input high-voltage DC power supply terminal and input terminals of the plurality of unit converters connected in series. It is an example of the power factor improvement circuit comprised by the circuit.

図6は、本発明の実施例3である電力変換装置300を示す回路図である。   FIG. 6 is a circuit diagram showing a power conversion apparatus 300 that is Embodiment 3 of the present invention.

電力変換装置300は、電力変換装置200において、シングルフォワードのコンバータを採用した実施例である。   The power conversion device 300 is an embodiment in which a single forward converter is employed in the power conversion device 200.

電力変換装置200において、単位コンバータ10A、10Bの代わりに、単位コンバータ103A、103Bが設けられている。   In power converter 200, unit converters 103A and 103B are provided instead of unit converters 10A and 10B.

また、制御回路60の代わりに、制御回路61が設けられ、制御回路61は、FET12A、12Bを制御する互いに同一の制御パルスを出力する。   Further, a control circuit 61 is provided instead of the control circuit 60, and the control circuit 61 outputs the same control pulse for controlling the FETs 12A and 12B.

図7は、本発明の実施例4である電力変換装置400を示す回路図である。   FIG. 7 is a circuit diagram showing a power conversion apparatus 400 that is Embodiment 4 of the present invention.

電力変換装置400は、電力変換装置200において、ハーフブリッジのコンバータを採用した実施例である。   The power conversion device 400 is an embodiment that employs a half-bridge converter in the power conversion device 200.

電力変換装置200において、単位コンバータ10A、10Bの代わりに、単位コンバータ104A、104Bが設けられている。   In power converter 200, unit converters 104A and 104B are provided instead of unit converters 10A and 10B.

図8は、本発明の実施例5である電力変換装置500を示す回路図である。   FIG. 8 is a circuit diagram showing a power conversion apparatus 500 that is Embodiment 5 of the present invention.

電力変換装置500は、電力変換装置200において、ハーフブリッジのコンバータを採用した実施例である。   The power conversion device 500 is an embodiment in which a half-bridge converter is employed in the power conversion device 200.

電力変換装置200において、単位コンバータ10A、10Bの代わりに、単位コンバータ105A、105Bが設けられている。   In power converter 200, unit converters 105A and 105B are provided instead of unit converters 10A and 10B.

図9は、本発明の実施例6である電力変換装置600を示す回路図である。   FIG. 9 is a circuit diagram showing a power conversion apparatus 600 that is Embodiment 6 of the present invention.

電力変換装置600は、電力変換装置200において、フルブリッジのコンバータを採用した実施例である。   The power conversion device 600 is an embodiment in which a full-bridge converter is employed in the power conversion device 200.

電力変換装置200において、単位コンバータ10A、10Bの代わりに、単位コンバータ106A、106Bが設けられている。   In power converter 200, unit converters 106A and 106B are provided instead of unit converters 10A and 10B.

トランス13Aの2次巻き線21Aに、整流回路20Aが接続されている。整流回路20Aは、整流ダイオード22Aを有する。トランス13Bの2次巻き線21Bに、整流回路20Bが接続されている。整流回路20Bは、整流ダイオード22Bを有する。   A rectifier circuit 20A is connected to the secondary winding 21A of the transformer 13A. The rectifier circuit 20A includes a rectifier diode 22A. A rectifier circuit 20B is connected to the secondary winding 21B of the transformer 13B. The rectifier circuit 20B includes a rectifier diode 22B.

図10は、本発明の実施例7である電力変換装置700を示す回路図である。   FIG. 10 is a circuit diagram showing a power conversion apparatus 700 that is Embodiment 7 of the present invention.

電力変換装置700は、電力変換装置200において、フルブリッジのコンバータを採用した実施例である。   The power conversion device 700 is an embodiment in which a full-bridge converter is employed in the power conversion device 200.

電力変換装置700において、単位コンバータ10A、10Bの代わりに、単位コンバータ107A、107Bが設けられている。   In power conversion device 700, unit converters 107A and 107B are provided instead of unit converters 10A and 10B.

トランス13Aの2次巻き線21Aに、整流回路20Aが接続されている。整流回路20Aは、整流ダイオード22A、23Aを有する。トランス13Bの2次巻き線21Bに、整流回路20Bが接続されている。整流回路20Bは、整流ダイオード22B、23Bを有する。   A rectifier circuit 20A is connected to the secondary winding 21A of the transformer 13A. The rectifier circuit 20A includes rectifier diodes 22A and 23A. A rectifier circuit 20B is connected to the secondary winding 21B of the transformer 13B. The rectifier circuit 20B includes rectifier diodes 22B and 23B.

なお、図7〜図10に示す電力変換回路400、500、600、700において、トランス2次電圧が正負対称な全波型のコンバータである場合、1次側FETが全てオフした休止期間には、全てのダイオードが同時にオンし、チョーク電流を分流するモードになり、フライホイールダイオードが必須ではないので、図7〜図10においてフライホイールダイオードの記載を省略した。   In the power conversion circuits 400, 500, 600, and 700 shown in FIGS. 7 to 10, when the transformer secondary voltage is a full-wave converter with positive and negative symmetry, during the idle period when all the primary side FETs are turned off. Since all the diodes are turned on at the same time and the choke current is shunted, and the flywheel diode is not essential, the description of the flywheel diode is omitted in FIGS.

上記各単位コンバータは、シングルフォワード型コンバータ、ダブルフォワード型コンバータ、ハーフブリッジ型の電圧型コンバータ、フルブリッジ型の電圧型コンバータのいずれかである。   Each of the unit converters is one of a single forward converter, a double forward converter, a half bridge voltage converter, and a full bridge voltage converter.

上記各実施例によれば、400V系等の商用高電圧交流電圧を整流した直流電圧の変動分を考慮しても、その最大値よりも耐圧の低い安価で順方向電圧降下の低いFETのようなスイッチング半導体素子を使用して電力変換装置を構成することができ、高周波化、高効率化、低コスト化が可能となる。したがって、高周波化、高効率化、低コスト化が可能である。   According to each of the above-described embodiments, even if the fluctuation of the DC voltage obtained by rectifying a commercial high-voltage AC voltage such as a 400V system is taken into consideration, it is like an inexpensive FET having a lower withstand voltage and a lower forward voltage drop than its maximum value. A power conversion device can be configured using a simple switching semiconductor element, and high frequency, high efficiency, and low cost can be achieved. Therefore, high frequency, high efficiency, and low cost can be achieved.

また、上記実施例によれば、400V系等の商用高電圧交流電圧を整流した直流電圧の変動分を考慮しても、その最大値よりも耐圧の低い安価で順方向電圧降下の低いFETのようなスイッチング半導体素子を使用して電力変換装置を構成する場合、HVDC入力端子間に直列接続された複数個の直列接続コンバータの入力電圧バランスを制御する回路が簡素である。   In addition, according to the above-described embodiment, even if the fluctuation of the DC voltage obtained by rectifying the commercial high-voltage AC voltage such as 400V system is taken into consideration, the FET with a low withstand voltage lower than the maximum value and having a low forward voltage drop can be obtained. When a power converter is configured using such switching semiconductor elements, a circuit for controlling the input voltage balance of a plurality of series-connected converters connected in series between HVDC input terminals is simple.

100…電力変換回路、
10A、10B…単位コンバータ、
20…整流回路、
23…フライホイールダイオード、
30…チョーク入力型フィルタ回路、
40…電流検出回路、
41…直流出力電流、
50…直流出力電圧、
60…制御回路、
200、300、400、500、600、700…電力変換回路。
100: power conversion circuit,
10A, 10B ... Unit converter,
20: Rectifier circuit,
23 ... Flywheel diode,
30 ... Choke input type filter circuit,
40: Current detection circuit,
41 ... DC output current,
50: DC output voltage,
60 ... control circuit,
200, 300, 400, 500, 600, 700... Power conversion circuit.

Claims (3)

共通のチョークとコンデンサとフライホイールダイオードとを具備するチョーク入力型フィルタ回路と;
入力高圧直流電源端子間に直列に接続されている複数の直流入力コンデンサと;
上記複数の直流入力コンデンサのそれぞれの両端に接続され、上記直流入力コンデンサの数と同じ数だけ設けられている単位コンバータであり、半導体スイッチング素子とトランスと整流回路とを含む単位コンバータであって、出力端子が、上記チョーク入力型フィルタ回路の入力端子に並列接続されている複数個の単位コンバータと;
上記チョーク入力型フィルタ回路の直流出力電圧または直流出力電流を検出する検出手段と;
上記複数の単位コンバータ内の上記半導体スイッチング素子を同時にオンオフさせることにより、上記チョーク入力型フィルタ回路の出力電圧または出力電流または出力電力を制御し、上記複数個の単位コンバータの入力電流を略等しくすることによって、上記複数個の単位コンバータの入力電圧を平衡させる制御回路と;
を有することを特徴とする電力変換装置。
A choke input type filter circuit comprising a common choke, a capacitor and a flywheel diode;
A plurality of DC input capacitors connected in series between the input high voltage DC power supply terminals;
A unit converter connected to both ends of each of the plurality of DC input capacitors and provided as many as the number of the DC input capacitors, a unit converter including a semiconductor switching element, a transformer, and a rectifier circuit, A plurality of unit converters whose output terminals are connected in parallel to the input terminals of the choke input filter circuit;
Detecting means for detecting a DC output voltage or a DC output current of the choke input filter circuit;
By simultaneously turning on and off the semiconductor switching elements in the plurality of unit converters, the output voltage or output current or output power of the choke input type filter circuit is controlled, and the input currents of the plurality of unit converters are made substantially equal. A control circuit for balancing the input voltages of the plurality of unit converters;
The power converter characterized by having.
請求項1において、
上記入力高圧直流電源端子と、直列接続されている複数の上記単位コンバータの入力端子との間に、上記直流入力コンデンサを含む昇圧チョッパが構成され、この昇圧チョッパとブリッジ整流回路とによって構成されている力率改善回路を有することを特徴とする電力変換装置。
In claim 1,
A boost chopper including the DC input capacitor is configured between the input high-voltage DC power supply terminal and the input terminals of the plurality of unit converters connected in series, and is configured by the boost chopper and a bridge rectifier circuit. A power conversion device comprising a power factor correction circuit.
請求項1または請求項2において、
上記単位コンバータは、シングルフォワード型コンバータ、ダブルフォワード型コンバータ、ハーフブリッジ型の電圧型コンバータ、フルブリッジ型の電圧型コンバータのいずれかであることを特徴とする電力変換装置。
In claim 1 or claim 2,
The unit converter is any one of a single forward converter, a double forward converter, a half-bridge voltage converter, and a full-bridge voltage converter.
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