JP7501341B2 - 3-phase LLC converter - Google Patents
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Description
本発明は、3相LLCコンバータに関する。 The present invention relates to a three-phase LLC converter.
特許文献1に記載された3相LLCコンバータにおいて、一次巻線をスター結線でインターリーブさせること、及び共振コンデンサを分割させる例が示されている。
In the three-phase LLC converter described in
しかし、このようにすると、各相に流れる電流が歪むため、トランスに高調波電流が流れる。この高調波電流を回避するために、共振コンデンサを分割して、高調波電流を入力の共通電位に流し、トランスの高調波電流に起因する損失を低減することについては、記載がない。 However, doing so distorts the current flowing through each phase, causing harmonic currents to flow through the transformer. There is no mention of a method to avoid these harmonic currents by splitting the resonant capacitor and passing the harmonic currents through the common potential of the input, thereby reducing losses caused by harmonic currents in the transformer.
しかしながら、共振コンデンサの分割率を変えると、各相の電流バランスが変わってくる。このため、負荷条件等によって、電流バランスを実現するための最適な分割率が存在することになる。 However, changing the division ratio of the resonant capacitor changes the current balance of each phase. For this reason, there is an optimal division ratio for achieving current balance depending on the load conditions, etc.
本発明の課題は、共振回路の部品定数がばらついても各相の電流バランスを最適にすることができる共振コンデンサの分割率を得ることができる3相LLCコンバータを提供する。 The objective of the present invention is to provide a three-phase LLC converter that can obtain a division ratio of the resonant capacitor that can optimize the current balance of each phase even if the component constants of the resonant circuit vary.
上記課題を解決するために、本発明に係る3相LLCコンバータは、直流電源の両端に第1スイッチと第2スイッチとが直列に接続されたスイッチ回路と、前記第1スイッチと前記第2スイッチとが接続される接続端に一端が接続される共振リアクトル、第1共振コンデンサ、第2共振コンデンサ及びトランスの1次巻線からなる共振回路と、前記第1スイッチと前記第2スイッチとを交互にオンオフさせる制御回路と、前記トランスの2次巻線の電圧を整流平滑する整流平滑回路とを有し、120°の位相差を有する3相で動作させる3個のLLC共振コンバータを備え、前記第1共振コンデンサは、一端を前記共振リアクトルと前記トランスの1次巻線との直列回路のいずれか一端に接続し、他端を各相共通の中性点に接続し、前記第2共振コンデンサは、前記第1共振コンデンサの一端に接続し、他端を入力の共通電位に接続し、共振コンデンサCrを、前記第1共振コンデンサ(1-α)Crと前記第2共振コンデンサαCrとに分割した場合に、共振回路インピーダンスと負荷の定数に基づき分割率αを0.3≦α≦0.8に設定することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the three-phase LLC converter according to the present invention has a switch circuit in which a first switch and a second switch are connected in series to both ends of a DC power source, a resonant circuit consisting of a resonant reactor, a first resonant capacitor, a second resonant capacitor, and a primary winding of a transformer, one end of which is connected to a connection end to which the first switch and the second switch are connected, a control circuit that alternately turns on and off the first switch and the second switch, and a rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes the voltage of the secondary winding of the transformer, and is operated in three phases with a phase difference of 120°. The present invention is characterized in that the three LLC resonant converters are provided, one end of the first resonant capacitor is connected to one end of a series circuit of the resonant reactor and the primary winding of the transformer, and the other end is connected to a neutral point common to each phase, and the second resonant capacitor is connected to one end of the first resonant capacitor and the other end is connected to a common potential of the input, and when the resonant capacitor Cr is divided into the first resonant capacitor (1-α)Cr and the second resonant capacitor αCr, the division ratio α is set to 0.3≦α≦0.8 based on the resonant circuit impedance and the load constant.
本発明によれば、共振コンデンサCrを、第1共振コンデンサ(1-α)Crと前記第2共振コンデンサαCrとに分割した場合に、共振リアクトルと共振コンデンサCrと負荷の定数に基づき分割率αを検証し、その範囲を設定するので、各相の電流バランスを最適にすることができる。 According to the present invention, when the resonant capacitor Cr is divided into the first resonant capacitor (1-α) Cr and the second resonant capacitor αCr, the division ratio α is verified and its range is set based on the constants of the resonant reactor, the resonant capacitor Cr, and the load, so that the current balance of each phase can be optimized.
以下、本発明の実施の形態に係る3相LLCコンバータについて、図面を参照しながら詳細に説明する。 The following describes in detail the three-phase LLC converter according to an embodiment of the present invention with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る3相LLCコンバータの回路図である。図1に示す3相LLCコンバータは、入力及び出力側が並列に接続され、360°/3の位相差を有する3相で動作させる3個のハーフブリッジ型のLLC共振コンバータを備えている。
First Embodiment
Fig. 1 is a circuit diagram of a three-phase LLC converter according to a first embodiment of the present invention. The three-phase LLC converter shown in Fig. 1 includes three half-bridge type LLC resonant converters whose input and output sides are connected in parallel and operated in three phases with a phase difference of 360°/3.
3相LLC共振コンバータは、入力側が直流電源Vinに並列に接続され、出力側が並列に接続されて出力電圧Voを出力する。 The input side of the three-phase LLC resonant converter is connected in parallel to the DC power supply Vin, and the output side is connected in parallel to output the output voltage Vo.
3相LLC共振コンバータは、直流電源Vinの両端にスイッチQ11とスイッチQ12とが直列に接続されたスイッチ回路と、スイッチQ11とスイッチQ12とが接続される接続端に一端が接続される共振リアクトルLr1、第1共振コンデンサ(1-α)Cr1、第2共振コンデンサαCr1及びトランスT1の1次巻線P1からなる共振回路と、スイッチQ11とスイッチQ12とを交互にオンオフさせる制御回路10と、トランスT1の2次巻線S1a,S1bの電圧を整流平滑する整流回路D1a,D1bとを有している。
The three-phase LLC resonant converter has a switch circuit in which a switch Q11 and a switch Q12 are connected in series across both ends of a DC power supply Vin, a resonant circuit consisting of a resonant reactor Lr1, one end of which is connected to the connection end where the switch Q11 and the switch Q12 are connected, a first resonant capacitor (1-α) Cr1, a second resonant capacitor αCr1, and a primary winding P1 of a transformer T1, a
また、3相LLC共振コンバータは、直流電源Vinの両端にスイッチQ21とスイッチQ22とが直列に接続されたスイッチ回路と、スイッチQ21とスイッチQ22とが接続される接続端に一端が接続される共振リアクトルLr2、第1共振コンデンサ(1-α)Cr2、第2共振コンデンサαCr2及びトランスT2の1次巻線P2からなる共振回路と、スイッチQ21とスイッチQ22とを交互にオンオフさせる制御回路10と、トランスT2の2次巻線S2a,S2bの電圧を整流平滑する整流平滑回路D2a,D2bとを有している。
The three-phase LLC resonant converter also includes a switch circuit in which a switch Q21 and a switch Q22 are connected in series across both ends of a DC power supply Vin, a resonant circuit consisting of a resonant reactor Lr2, one end of which is connected to the connection end where the switch Q21 and the switch Q22 are connected, a first resonant capacitor (1-α) Cr2, a second resonant capacitor αCr2, and a primary winding P2 of a transformer T2, a
さらに、3相LLC共振コンバータは、直流電源Vinの両端にスイッチQ31とスイッチQ32とが直列に接続されたスイッチ回路と、スイッチQ31とスイッチQ32とが接続される接続端に一端が接続される共振リアクトルLr3、第1共振コンデンサ(1-α)Cr3、第2共振コンデンサαCr3及びトランスT3の1次巻線P3からなる共振回路と、スイッチQ31とスイッチQ32とを交互にオンオフさせる制御回路10と、トランスT3の2次巻線S3a,S3bの電圧を整流平滑する整流平滑回路D3a,D3bとを有している。
The three-phase LLC resonant converter further includes a switch circuit in which a switch Q31 and a switch Q32 are connected in series across both ends of a DC power supply Vin, a resonant circuit consisting of a resonant reactor Lr3, one end of which is connected to the connection end where the switch Q31 and the switch Q32 are connected, a first resonant capacitor (1-α) Cr3, a second resonant capacitor αCr3, and a primary winding P3 of a transformer T3, a
スイッチQ11,Q21,Q31とスイッチQ12,Q22,Q32とは、MOSFETからなる。制御回路10は、スイッチQ11及びスイッチQ12と、スイッチQ21及びQ22と、スイッチQ31及びスイッチQ32とを、360°/3の位相差を有する3相で動作させる。
Switches Q11, Q21, and Q31 and switches Q12, Q22, and Q32 are made of MOSFETs. The
第1共振コンデンサ(1-α)Cr1は、一端を共振リアクトルLr1とトランスT1の1次巻線P1との直列回路に接続し、他端を各相共通の中性点Kに接続している。第2共振コンデンサαCr1は、一端を共振リアクトルLr1とトランスT1の1次巻線P1との直列回路に接続し、他端を入力の共通電位に接続する。ここでは、入力の共通電位は、グランドである。 The first resonant capacitor (1-α) Cr1 has one end connected to the series circuit of the resonant reactor Lr1 and the primary winding P1 of the transformer T1, and the other end connected to the neutral point K common to each phase. The second resonant capacitor αCr1 has one end connected to the series circuit of the resonant reactor Lr1 and the primary winding P1 of the transformer T1, and the other end connected to the common potential of the input. Here, the common potential of the input is ground.
第1共振コンデンサ(1-α)Cr2は、一端を共振リアクトルLr2とトランスT2の1次巻線P2との直列回路に接続し、他端を各相共通の中性点Kに接続している。第2共振コンデンサαCr2は、一端を共振リアクトルLr2とトランスT2の1次巻線P2との直列回路に接続し、他端を入力の共通電位に接続する。 The first resonant capacitor (1-α) Cr2 has one end connected to a series circuit of the resonant reactor Lr2 and the primary winding P2 of the transformer T2, and the other end connected to a neutral point K common to each phase. The second resonant capacitor αCr2 has one end connected to a series circuit of the resonant reactor Lr2 and the primary winding P2 of the transformer T2, and the other end connected to the common potential of the input.
第1共振コンデンサ(1-α)Cr3は、一端を共振リアクトルLr3とトランスT3の1次巻線P3との直列回路に接続し、他端を各相共通の中性点Kに接続している。第2共振コンデンサαCr3は、一端を共振リアクトルLr3とトランスT3の1次巻線P3との直列回路に接続し、他端を入力の共通電位に接続する。 The first resonant capacitor (1-α) Cr3 has one end connected to a series circuit of the resonant reactor Lr3 and the primary winding P3 of the transformer T3, and the other end connected to a neutral point K common to each phase. The second resonant capacitor αCr3 has one end connected to a series circuit of the resonant reactor Lr3 and the primary winding P3 of the transformer T3, and the other end connected to the common potential of the input.
即ち、共振コンデンサを第1共振コンデンサ(1-α)Cr1,(1-α)Cr2,(1-α)Cr3と第2共振コンデンサαCr1,αCr2,αCr3に分割している。 That is, the resonant capacitor is divided into first resonant capacitors (1-α)Cr1, (1-α)Cr2, (1-α)Cr3 and second resonant capacitors αCr1, αCr2, αCr3.
各LLC共振コンバータは、各相の共振リアクトルLr1,Lr2,Lr3とトランスT1,T2,T3の1次巻線P1,P2,P3と第1共振コンデンサ(1-α)Cr1,(1-α)Cr2,(1-α)Cr3で第1の共振回路を形成する。さらに各相の共振リアクトルLr1,Lr2,Lr3とトランスT1,T2,T3の1次巻線P1,P2,P3と第2共振コンデンサとαCr1,αCr2,αCr3で第2の共振回路を形成する。 Each LLC resonant converter forms a first resonant circuit with the resonant reactors Lr1, Lr2, Lr3 of each phase, the primary windings P1, P2, P3 of the transformers T1, T2, T3, and the first resonant capacitors (1-α)Cr1, (1-α)Cr2, (1-α)Cr3. Furthermore, a second resonant circuit is formed with the resonant reactors Lr1, Lr2, Lr3 of each phase, the primary windings P1, P2, P3 of the transformers T1, T2, T3, the second resonant capacitors αCr1, αCr2, αCr3.
また、図1では入力Gがマイナス側としているが、入力Gがプラス側にしてよい。即ち、入力の共通電位は、入力のプラス側であってもよい。 In addition, although input G is shown as the negative side in FIG. 1, input G may be the positive side. In other words, the common potential of the input may be the positive side of the input.
各トランスT1,T2…の一次巻線P1,P2…は、各第1共振コンデンサ(1-α)Cr1,(1-α)Cr2,(1-α)Cr3…を介してスター結線され、各相に流れる電流がバランスされる。また、第2共振コンデンサαCr1,αCr2,αCr3は、それぞれのコンバータの一次巻線P1,P2…と共振リアクトルLr1,Lr2…との直列回路と、入力Gに接続される。 The primary windings P1, P2... of each transformer T1, T2... are star-connected via the first resonant capacitors (1-α)Cr1, (1-α)Cr2, (1-α)Cr3..., and the currents flowing through each phase are balanced. In addition, the second resonant capacitors αCr1, αCr2, αCr3 are connected to the series circuit of the primary windings P1, P2... and resonant reactors Lr1, Lr2... of each converter, and to the input G.
αは、共振コンデンサCrを、第1共振コンデンサ(1-α)Cr1と第2共振コンデンサαCr1とに分割したときの分割率であり、0≦α≦1である。α=0は電気的に浮遊した中性点Kを持つ3相LLCコンバータである。α=1のときは独立した3つのLLCコンバータである。全ての共振部品の誤差はないとすれば、中性点Kの平均電圧はゼロであり、共振周波数frは式(1)で表される。 α is the division ratio when the resonant capacitor Cr is divided into the first resonant capacitor (1-α) Cr1 and the second resonant capacitor αCr1, and 0≦α≦1. When α=0, it is a three-phase LLC converter with an electrically floating neutral point K. When α=1, it is three independent LLC converters. If there is no error in all the resonant components, the average voltage of the neutral point K is zero, and the resonant frequency fr is expressed by equation (1).
図2は図1に対してインピーダンスで表記した簡略化した等価3相回路である。式(2)にあるように分割された共振コンデンサCrは中性点KにつながるCrNと電源ラインにつながるCrgで定義される。トランスTの巻数比はN (=1次側巻数np/ 2次側巻数ns)である。図2に示す等価3相回路は、式(2)で表される。 Figure 2 is a simplified equivalent three-phase circuit shown in impedance in comparison with Figure 1. As shown in equation (2), the divided resonant capacitor Cr is defined by CrN connected to the neutral point K and Crg connected to the power line. The turns ratio of the transformer T is N (= number of primary turns np / number of secondary turns ns). The equivalent three-phase circuit shown in Figure 2 is expressed by equation (2).
行列を式(3)で定義する。 The matrix is defined by equation (3).
図2の回路網はKVL(キルヒホッフボルティジループ)、KCL(キルヒホッフカレントループ)を適用して式(4),(5))と、それぞれの相の総電流の式(6)を得る。 The circuit network in Figure 2 is applied with KVL (Kirchhoff voltage loop) and KCL (Kirchhoff current loop) to obtain equations (4) and (5) and equation (6) for the total current of each phase.
(平衡状態)
次に、式(6)において、共振部品の誤差がないものとして、Z1=Z2=Z3=Z,ZC1=ZC2=ZC3=ZCとする。α=0では中性点Kが電気的に浮遊している状態を表し、式(7)を得る。
(Equilibrium state)
Next, in equation (6), assuming that there is no error in the resonant components, let Z1 = Z2 = Z3 = Z, ZC1 = ZC2 = ZC3 = ZC. When α = 0, the neutral point K is in an electrically floating state, and equation (7) is obtained.
入力電圧の振幅は等しく120°位相がシフトしているため、入力電圧の関係は式(8)で示される。 The input voltages have equal amplitudes and are phase shifted by 120°, so the relationship between the input voltages is shown in equation (8).
式(7)と式(8)から平衡回路の3相電流は式(9)として計算できる。 From equations (7) and (8), the three-phase currents of the balanced circuit can be calculated as equation (9).
即ち、単純に単相等価モデルとして検討できる。また、α=1のときには、他の相に干渉せずに完全に独立で3つのLLCコンバータが動作している状態を表す式(10)である。 In other words, it can be simply considered as a single-phase equivalent model. Also, when α = 1, equation (10) represents the state in which the three LLC converters are operating completely independently without interfering with other phases.
計算結果は式(9)と等しくなる。以上のように平衡状態では単相動作と同義である。 The calculation result is equal to equation (9). As described above, in a balanced state, this is equivalent to single-phase operation.
(不平衡状態)
不平衡状態において共振コンデンサCrの適切な分割率αを考える。例えば、フェーズ1において共振インダクタLr、あるいは励磁インダクタンスLmに誤差があり、他の部品誤差はないものとする。よって、フェーズ1のインピーダンスZ1はZ’に置き換えられて、式(11),式(12),式(13)から不平衡状態の式(14)を得る。
(Unbalanced state)
Consider an appropriate division ratio α of the resonant capacitor Cr in an unbalanced state. For example, assume that there is an error in the resonant inductor Lr or the excitation inductance Lm in
式(14)と式(10)が等しければ、電流平衡は成立する。式(15)から物理的に有限値を得る分割率αとして式(16)を見つける。 If equation (14) is equal to equation (10), current balance is established. Find equation (16) as the division ratio α that obtains a physically finite value from equation (15).
式(17)を使って正規化すると、複素数を得る。 Normalizing using equation (17) gives a complex number.
分割率αは実数であるから、実数部を抜き出して式(18)を得る。以上のように、提案された3相LLCコンバータは電流バランスできる共振コンデンサCrの分割率αを得ることができる。 Since the division ratio α is a real number, we extract the real part to obtain equation (18). As described above, the proposed three-phase LLC converter can obtain a division ratio α of the resonant capacitor Cr that can balance the current.
次に、図1のトポロジを用いてSCAT回路シミュレータで確認する。図3は以下の回路定数に基づき、共振定数に±10%の誤差を与え、αを変化させたときの各相の共振電流実効値をプロットしている。具体的には、共振インダクタLrに誤差を与えた時の分割率αに対するフェーズ1、フェーズ2、フェーズ3のシミュレータによる共振電流実効値を示す。フェーズ1:Lr+10%、フェーズ2:Lr+0%、フェーズ3:Lr-10%とした。
Next, the topology of Figure 1 is used to confirm with a SCAT circuit simulator. Figure 3 plots the effective resonant current value of each phase when an error of ±10% is applied to the resonant constant and α is changed based on the following circuit constants. Specifically, it shows the effective resonant current values of
回路定数は、入力電圧Vin 380V、出力電圧Vo 48V、出力電流 42A、出力電力Wo 2000W、巻数比N=Np/Ns 4、磁気インダクタンス 285μHである。図3(a)では、共振インダクタンスLr 25μH、共振キャパシタCr 200nFである。図3(b)では、共振インダクタンスLr 50μH、共振キャパシタCr 100nFである。図3(c)では、共振インダクタンスLr 100μH、共振キャパシタCr 50nFである。
The circuit constants are: input voltage Vin 380V, output voltage Vo 48V, output current 42A, output power Wo 2000W, turns ratio N=Np/
式(18)で計算された分割率αが点線で示される。図3(a)では、分割率αは、0.399である。図3(b)では、分割率αは、0.559である。図3(c)では、分割率αは、0.723である。 The split ratio α calculated by equation (18) is shown by the dotted line. In FIG. 3(a), the split ratio α is 0.399. In FIG. 3(b), the split ratio α is 0.559. In FIG. 3(c), the split ratio α is 0.723.
αはシミュレータの結果とよく合致している。電気的に浮遊している中性点α=0にくらべて、式(18)で得た分割率αのCrの方がバランス特性は良く、計算精度の妥当性を示している。また、αは、Lm,Lr,Cr,Racを含んだ形で表されるので、いずれの部品に誤差が生じても最適な分割率αを知ることができる。 α matches well with the simulator results. Compared to the electrically floating neutral point α = 0, the Cr split ratio α obtained with equation (18) has better balance characteristics, demonstrating the validity of the calculation accuracy. In addition, α is expressed in a form that includes Lm, Lr, Cr, and Rac, so it is possible to find the optimal split ratio α even if an error occurs in any of the components.
ここで、分割率αの物理意味を考える。式(16)にあるようにインピーダンス比、あるいはインピーダンス分圧比で示される分割比αは、マイナス符号が付加されている点が特徴である。αは負性インピーダンスによって導出されることを示している。これによって式(2)の回路パラメータや動作周波数により、図3にあるように、あるポイントで相電流の大きさが逆転し、そのときの交差点が電流平衡を得る分割率αであることが分かる。回路インピーダンスが異なるLLCコンバータの描くゲインカーブは異なり、ゆえにゲインが高い回路に電力集中して不平衡状態となる。電流集中するにつれ、回路はQが高く、ゲインが下がり、ゲインの低下率が大きくなるために電力集中する回路が入れ替わるポイントがある。このときが電流平衡を得る分割率αである。このことから、Lm,Lr,Cr,Racの値によっては電流平衡を得る分割率αを見つけることができないケースが考えられる。 Here, let us consider the physical meaning of the division ratio α. The division ratio α, which is expressed as the impedance ratio or impedance division ratio as in equation (16), is characterized by the addition of a minus sign. This indicates that α is derived from negative impedance. This shows that the magnitude of the phase current is reversed at a certain point as shown in Figure 3 depending on the circuit parameters and operating frequency of equation (2), and the intersection point at that time is the division ratio α that achieves current balance. The gain curves drawn by LLC converters with different circuit impedances are different, and therefore power is concentrated in the circuit with the high gain, resulting in an unbalanced state. As the current is concentrated, the circuit has a high Q, the gain decreases, and the rate of gain decrease increases, so there is a point where the circuit to which power is concentrated is switched. This is the division ratio α that achieves current balance. From this, it is possible that it is not possible to find a division ratio α that achieves current balance depending on the values of Lm, Lr, Cr, and Rac.
電流平衡を得る分割率αを得られないケースとしてα>1の状態が示される。Qが高くなるほどαは1に近付き、電流バランスが難しい。重負荷でQを設定し、αを決定することが現実的である。部品温度上昇不均一を抑制するために、重負荷での電流平衡を獲得することが望ましい。以上のことから、電流バランスを実現するためには、分割率αは、図3(a)~(c)などのように実設計範囲として0.3≦α≦0.8が望ましい。 The state of α>1 is shown as a case in which it is not possible to obtain a split ratio α that achieves current balance. As Q increases, α approaches 1, making current balance more difficult. It is realistic to set Q and determine α at a heavy load. In order to suppress uneven component temperature rise, it is desirable to achieve current balance at a heavy load. For the above reasons, in order to achieve current balance, it is desirable for the split ratio α to be in the practical design range of 0.3≦α≦0.8, as shown in Figures 3(a) to (c).
文献1は、電気的に浮遊している中性点α=0の状態であり、中性点での合計電流がゼロになる制約と、中性点接続された共振コンデンサ電圧の充放電電圧によりトランス印加電圧が調整されて、電流バランスが保たれている。
In
本発明はコンデンサ分圧された回路インピーダンスが負性インピーダンスになることで、トランス印加電圧が調整されて電流バランスを保つ。 In this invention, the circuit impedance divided by the capacitor becomes negative impedance, so the voltage applied to the transformer is adjusted to maintain current balance.
(フェーズ切替え)
3相LLCコンバータは回路を停止するだけで簡単にフェーズを切替えることができる。図4(a)では、制御回路10が、フェーズ1の回路だけ動作させ、フェーズ2,3の2回路を停止させている。共振コンデンサネットワークは、フェーズ1から見ると、図4(b)に示すように、一つの共振コンデンサCrphase1として扱うことができる。共振コンデンサCrphase1 は式(19)で表される。
(Phase switching)
A three-phase LLC converter can easily switch phases by simply stopping the circuits. In Fig. 4(a), the
3相動作時の周波数の式(1)に対する周波数増分Δfは式(20)で表される。 The frequency increment Δf for the frequency equation (1) during three-phase operation is expressed by equation (20).
図5に分割率αに対する周波数増分Δfを示す。α=0のとき周波数は無限大になる。α=1は他の相と接続しない独立したLLCコンバータである。ここでは、図3(b)としてα=0.5, CrN:Crg=47nF:47nFに分割したので、3相動作に比べて15%ほどの周波数上昇で単相で動作する。 Figure 5 shows the frequency increment Δf versus division ratio α. When α = 0, the frequency becomes infinite. When α = 1, it is an independent LLC converter that is not connected to other phases. Here, as in Figure 3(b), it is divided into α = 0.5, CrN:Crg = 47nF:47nF, so it operates in single phase with a frequency increase of about 15% compared to three-phase operation.
図6は、制御回路10の詳細な内部構成を示す図である。制御回路10では、LLC-IC101を制御コアとして分周器102と6つのオア回路103a~103eと6つのアンド回路104a~104eにより3相ゲート信号Ho1~Ho3(Q11,Q21,Q31のためのゲート信号),Lo1~Lo3(Q12,Q22,Q32のためのゲート信号)を得ている。
Figure 6 is a diagram showing the detailed internal configuration of the
また、エラーアンプ105は、出力電圧Voと基準電圧との誤差電圧を増幅し、LLC-IC101は、エラーアンプ105からの誤差電圧に基づき出力電圧が所定電圧になるようにハイレベルHoとローレベルLoからなる制御信号を生成し、制御信号をオア回路106を介して分周器102に出力する。
In addition, the
制御回路10は、微小負荷効率(軽負荷効率)を上げるためにバースト機能(間欠的な動作)を有している。また、分周器102は、3相分のゲート信号を生成する。
The
ヒステリシスコンパレータ107は、出力抵抗Roに流れる電流に基づく電圧が基準電圧Vr以上になったときにハイレベルを2,3相のアンド回路104b,104c,104d,104eに出力し、ゲート信号を2,3相に出力することで、3相動作させる。ヒステリシスコンパレータ107は、出力抵抗Roに流れる出力電流に基づく電圧が基準電圧Vr未満になったときにローレベルを2,3相のアンド回路104b,104c,104d,104eに出力し、フェーズ1の1相動作させる。即ち、ヒステリシスコンパレータ107が、出力電流が小さくなる軽負荷時に、3相動作を1相動作に切り替えることで、効率を向上させることができる。ヒステリシスコンパレータ107は、出力電流と基準電圧とに基づき1相動作と3相動作とをヒステリシス動作させて切り替える。
When the voltage based on the current flowing through the output resistor Ro becomes equal to or greater than the reference voltage Vr, the
1相動作させて出力電力が例えば、422Wとなったきに1相動作から3相動作に切り替える。これに対して、3相動作させている場合には、出力電力が220Wとなったきに3相動作から1相動作に切り替えるヒステリシス動作を行う。即ち、出力電力が422Wの場合は重負荷であり、出力電力が220Wの場合は軽負荷であるので、ヒステリシス動作を行うことで、重負荷と軽負荷との切り替えが効率良く行える。 When the output power reaches, for example, 422 W during single-phase operation, the operation is switched from single-phase operation to three-phase operation. In contrast, when the output power reaches 220 W during three-phase operation, a hysteresis operation is performed to switch from three-phase operation to single-phase operation. In other words, an output power of 422 W is a heavy load, and an output power of 220 W is a light load, so by performing hysteresis operation, switching between heavy and light loads can be performed efficiently.
図7は、プロトタイプの自然空冷での出力電力に対する効率を示す図である。図7では、直流電圧Vinが380Vで、出力電圧が48Vのプロトタイプの自然空冷での効率曲線を示している。 Figure 7 shows the efficiency of the prototype with natural cooling versus output power. Figure 7 shows the efficiency curve of the prototype with natural cooling, with a DC voltage Vin of 380 V and an output voltage of 48 V.
3相主回路の効率はピーク99.57%である。コントローラやゲート駆動回路の電力を含んだ全体効率はピーク99.41%を得た。主回路の効率に示すように3相動作の方が高いピーク効率を得ている。単相動作では磁気結合トランスの磁路が大きくなる不利があるが、3相動作では前述した磁気部品の磁束キャンセルによる鉄損低減が効いていることがわかる。そして、5W/ccながらもファンレス、放熱フィンレスを実現している。 The efficiency of the three-phase main circuit peaked at 99.57%. The overall efficiency, including the power of the controller and gate drive circuit, peaked at 99.41%. As shown by the efficiency of the main circuit, three-phase operation achieves a higher peak efficiency. Single-phase operation has the disadvantage of a larger magnetic path in the magnetic coupling transformer, but three-phase operation effectively reduces iron loss by canceling the magnetic flux of the magnetic components mentioned above. And, despite being 5W/cc, it is fanless and heat dissipation finless.
図8(a)は1相動作の共振電流の波形であり、図8(b)は3相動作の共振電流の波形である。図9(a)は1相動作から3相動作へ切り替え時の共振電流と出力電圧の波形である。図9(b)は3相動作から1相動作へ切り替え時の共振電流と出力電圧の波形である。図8(a)、図8(b)、図9(a)、図9(b)からもわかるように、良好に自動電流が共有され、出力電圧変動も1%程度に抑えられている。 Figure 8 (a) shows the resonant current waveform in single-phase operation, and Figure 8 (b) shows the resonant current waveform in three-phase operation. Figure 9 (a) shows the resonant current and output voltage waveforms when switching from single-phase operation to three-phase operation. Figure 9 (b) shows the resonant current and output voltage waveforms when switching from three-phase operation to single-phase operation. As can be seen from Figures 8 (a), 8 (b), 9 (a), and 9 (b), the automatic current is shared well, and output voltage fluctuations are kept to around 1%.
(第2の実施形態)
直流電圧を使用する負荷には、例えば自動車用のモータなどのように、高い電圧を必要とする用途もある。このような用途に最適な方式が第2の実施形態である。
Second Embodiment
The load using DC voltage may be used for applications requiring high voltage, such as a motor for an automobile, etc. The second embodiment is optimal for such applications.
図10は、本発明の第2の実施形態に係る3相LLCコンバータの回路構成図である。図10に示す第2の実施形態に係る3相LLCコンバータは、トランスT1,T2,T3の二次側をスター結線したものである。
コンデンサC1とコンデンサC2との直列回路は、出力電圧Vo側に接続され、コンデンサC1とコンデンサC2との接続端には、二次巻線S1,S2,S3の一端が接続される。
10 is a circuit diagram of a three-phase LLC converter according to a second embodiment of the present invention. In the three-phase LLC converter according to the second embodiment shown in FIG. 10, the secondary sides of transformers T1, T2, and T3 are star-connected.
The series circuit of the capacitors C1 and C2 is connected to the output voltage Vo side, and one end of each of the secondary windings S1, S2, and S3 is connected to the connection end of the capacitors C1 and C2.
スイッチQ41とスイッチQ42との直列回路は、出力電圧Vo側に接続され、スイッチQ41とスイッチQ42との接続端には、二次巻線S1の他端が接続される。スイッチQ51とスイッチQ52との直列回路は、出力電圧Vo側に接続され、スイッチQ51とスイッチQ52との接続端には、二次巻線S2の他端が接続される。スイッチQ61とスイッチQ62との直列回路は、出力電圧Vo側に接続され、スイッチQ61とスイッチQ62との接続端には、二次巻線S3の他端が接続される。 The series circuit of switches Q41 and Q42 is connected to the output voltage Vo side, and the other end of the secondary winding S1 is connected to the connection end of switches Q41 and Q42. The series circuit of switches Q51 and Q52 is connected to the output voltage Vo side, and the other end of the secondary winding S2 is connected to the connection end of switches Q51 and Q52. The series circuit of switches Q61 and Q62 is connected to the output voltage Vo side, and the other end of the secondary winding S3 is connected to the connection end of switches Q61 and Q62.
なお、コンデンサC1のみでも良く、コンデンサC2のみでもよい。 In addition, it is also possible to use only capacitor C1 or only capacitor C2.
以上の構成により、制御回路10により、1相動作と3相動作との切替が可能となる。
The above configuration allows the
従来のハーフブリッジのLLCコンバータでは トランスの一次巻線Np、二次巻線Nsとして出力電圧
Vo=(Vin・Ns)/(2・Np)である。
図10に示すように、3相マルチフェーズ動作させて、トランス2次側巻線をスター結線すると、二つのフェーズのスイッチング矩形波が加算されるので、
Vo={Vin・(Ns/2)・2}/(2・Np)
となって、従来のハーフブリッジLLCコンバータのトランスの2次側巻線よりも巻数を半分にすることができる。
In a conventional half-bridge LLC converter, the transformer has a primary winding Np and a secondary winding Ns, and the output voltage Vo=(Vin·Ns)/(2·Np).
As shown in FIG. 10, when the transformer secondary winding is star-connected in a three-phase multiphase operation, the switching square waves of the two phases are added together.
Vo={Vin·(Ns/2)·2}/(2·Np)
As a result, the number of turns of the secondary winding of the transformer of the conventional half-bridge LLC converter can be reduced to half.
また、軽負荷時に2相、3相の回路を停止させると、コンデンサC1,C2、スイッチQ41,Q42によって2倍電圧整流となって、3相動作と同様に出力電圧Voを得ることができる。 In addition, when the two-phase and three-phase circuits are stopped under light load conditions, the capacitors C1 and C2 and the switches Q41 and Q42 perform double voltage rectification, and the output voltage Vo can be obtained in the same way as with three-phase operation.
このように第2の実施形態に係る3相LLCコンバータによれば、高圧電圧出力時には軽負荷、過重負荷ともに2次側巻数を増やすことなく、トランスの小型化を図ることができる。 In this way, with the three-phase LLC converter according to the second embodiment, when outputting a high voltage voltage, it is possible to miniaturize the transformer without increasing the number of turns on the secondary side, both under light and heavy loads.
なお、第1の実施形態の二次巻線の整流回路はセンタタップによる全波整流を並列接続しているが、第2の実施形態では全波整流をスター結線し、コンデンC1とコンデンサC2の少なくとも一方のコンデンサを接続してもよい。 In the first embodiment, the rectifier circuit of the secondary winding is a parallel connection of full-wave rectifiers using a center tap, but in the second embodiment, the full-wave rectifiers may be star-connected and at least one of the capacitors C1 and C2 may be connected.
(第3の実施形態)
図11は、本発明の第3の実施形態に係る3相LLCコンバータの分割Crのスター結線の回路図である。図11に示すように、共振リアクトルLr1,Lr2,Lr3のそれぞれについて、共振コンデンサCrが第1共振コンデンサ(8/9)×Crと第2共振コンデンサCr/9に分割されている。3つの第1共振コンデンサ(8/9)Crはスター結線されている。
Third Embodiment
11 is a circuit diagram of a star-connected split Cr of a three-phase LLC converter according to a third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 11, for each of the resonant reactors Lr1, Lr2, and Lr3, the resonant capacitor Cr is divided into a first resonant capacitor (8/9)×Cr and a second resonant capacitor Cr/9. The three first resonant capacitors (8/9)Cr are star-connected.
共振コンデンサCrの分割を調整すると、3相LLCコンバータの相互接続による3倍高調波電流を励起し、素子の電流ピークを抑えて実効電流を低減できる。簡単のため、図11に示すようにスター結線された3相LLCコンバータのCrの分割を示す。 By adjusting the division of the resonant capacitor Cr, it is possible to excite triple harmonic currents due to the interconnection of the three-phase LLC converter, suppress the current peaks of the elements, and reduce the effective current. For simplicity, the division of Cr for a star-connected three-phase LLC converter is shown in Figure 11.
3相LLCコンバータの共振電流の周波数は、以下の式で表される。
fr=1/{2π(Lr×Cr)1/2}
一方、中性点は、合成されて、図12に示すような3倍周波数成分を励起する電源を持つ。中性点をもう一つの電源と見なせば、電源ラインに接続されるCrとLrとの共振回路が見えてくる。電源ラインに接続されるCrを以下のように設定すれば、3倍共振周波数を同調する。
3fr=3/{2π(Lr×Cr)1/2}
=1/{2π(Lr×Cr/9)1/2}
より、Cr/9である。このため、分割率は、1/9である。このため、3倍共振周波数を得るためには、分割率αは、
0.09<α≦0.13であることがのぞましい。
The frequency of the resonant current of a three-phase LLC converter is expressed by the following equation.
fr=1/{2π(Lr×Cr) 1/2 }
On the other hand, the neutral point has a power source that is synthesized and excites a triple frequency component as shown in Fig. 12. If the neutral point is considered as another power source, a resonant circuit of Cr and Lr connected to the power line can be seen. If Cr connected to the power line is set as follows, the triple resonant frequency is tuned.
3fr=3/{2π(Lr×Cr) 1/2 }
= 1 / {2π (Lr × Cr / 9) 1 / 2 }
Therefore, the division ratio is 1/9. Therefore, in order to obtain a triple resonant frequency, the division ratio α is
It is preferable that 0.09<α≦0.13.
よって、スイッチング周波数frを保持するためには、中性点に接続するコンデンサは、8×Cr/9であればよい。このようにコンデンサ容量を設定すると、第3高調波が励起してピーク電流を低減させる。このため、図13に示すように、一次側共振電流と二次側整流電流のピークが下がり、実効電流を低減することができる。太い実線で示す波形は、第3高調波電流を重畳した場合、細い実線で示す波形は、第3高調波電流を重畳しない場合である。 Therefore, to maintain the switching frequency fr, the capacitor connected to the neutral point should be 8 x Cr/9. Setting the capacitance of the capacitor in this way excites the third harmonic and reduces the peak current. As a result, as shown in Figure 13, the peaks of the primary resonant current and secondary rectified current are lowered, and the effective current can be reduced. The waveform shown by the thick solid line is when the third harmonic current is superimposed, and the waveform shown by the thin solid line is when the third harmonic current is not superimposed.
第3高調波電流を重畳した場合には、共振リアクトルLrやトランスの巻線電流の銅損を低減させることができる。 When the third harmonic current is superimposed, the copper loss in the resonant reactor Lr and the transformer winding current can be reduced.
(第4の実施形態)
図14は、第4の実施形態に係る3相LLCコンバータの回路図である。図14に示すように、第1共振コンデンサ(1-α)Cr/3は、デルタ接続されている。具体的には、第1共振コンデンサ(1-α)Cr/3は、一端を共振リアクトルLrとトランスの1次巻線との直列回路のいずれか一端に接続し、他端を隣接する相の第1及び第2共振コンデンサの一端に接続している。
Fourth Embodiment
Fig. 14 is a circuit diagram of a three-phase LLC converter according to a fourth embodiment. As shown in Fig. 14, the first resonant capacitor (1-α)Cr/3 is delta-connected. Specifically, one end of the first resonant capacitor (1-α)Cr/3 is connected to one end of a series circuit of the resonant reactor Lr and the primary winding of the transformer, and the other end is connected to one end of the first and second resonant capacitors of the adjacent phase.
第2共振コンデンサαCrは、第1共振コンデンサ(1-α)Cr/3の一端に接続し、他端を入力の共通電位に接続している。 The second resonant capacitor αCr is connected to one end of the first resonant capacitor (1-α)Cr/3, and the other end is connected to the common potential of the input.
共振コンデンサCrを、第1共振コンデンサ(1-α)Cr/3と第2共振コンデンサαCrとに分割した場合に、共振回路インピーダンスと負荷の定数に基づき分割率αを0.3≦α≦0.8に設定している。 When the resonant capacitor Cr is divided into a first resonant capacitor (1-α)Cr/3 and a second resonant capacitor αCr, the division ratio α is set to 0.3≦α≦0.8 based on the resonant circuit impedance and the load constant.
デルタ結線されたコンデンサの容量は、スター結線に比べて1/3でよく、第1共振コンデンサ(1-α)Cr/3に流れる電流は、1/√3となって小型化できる。この場合にも1相動作と3相動作との切り替えが可能である。1相動作時の周波数は、式(19)で表され、周波数変化量は、式(20)で表される。 The capacitance of the delta-connected capacitor can be 1/3 of that of the star-connected capacitor, and the current flowing through the first resonant capacitor (1-α)Cr/3 is 1/√3, making it possible to reduce the size. In this case as well, it is possible to switch between one-phase operation and three-phase operation. The frequency during one-phase operation is expressed by equation (19), and the amount of frequency change is expressed by equation (20).
また、3倍高調波を得るための回路を図15に示す。この場合には、図11に示す第1共振コンデンサ8/9Crをさらに、1/3にして、図15に示す第1共振コンデンサは、8/27Crとなる。
Figure 15 shows a circuit for obtaining a triple harmonic. In this case, the first
また、図16に示すように、Crコンデンサネットワークの接続点から、容量の数十~数百分の一程度のコンデンサCsを多角形接続(スター接続)する。コンデンサCsに数十~数百Ωの検出抵抗Rsを介して電源ラインに接続する。これにより、相異常の検出が行える。 As shown in Figure 16, a capacitor Cs with a capacitance of about tens to hundreds of times smaller than the Cr capacitor network is connected in a polygonal fashion (star connection) from the connection point of the Cr capacitor network. Capacitor Cs is connected to the power line via a detection resistor Rs with a capacitance of tens to hundreds of ohms. This allows phase abnormalities to be detected.
図17に示すように、3相が正常動作しているときには、3相の共振電流が合成されて検出抵抗Rsに発生するRs電圧は、小さい。しかし、欠相などの相異常が発生すると、3相の共振電流のバランスが崩れて検出抵抗Rsに大きな電圧が発生する。これにより、パルスバイパルスで直ちに相異常が発生したことを検出することができる。 As shown in FIG. 17, when the three phases are operating normally, the Rs voltage generated across the detection resistor Rs by combining the three-phase resonant currents is small. However, when a phase abnormality such as a missing phase occurs, the balance of the three-phase resonant currents is lost and a large voltage is generated across the detection resistor Rs. This makes it possible to immediately detect the occurrence of a phase abnormality on a pulse-by-pulse basis.
(第5の実施形態)
入力範囲が広い場合、特に入力電圧が低い時、あるいは出力電圧を上げる場合などは共振コンデンサに充電する昇圧期間が増え、周波数が下がる。
Fifth Embodiment
When the input range is wide, particularly when the input voltage is low, or when the output voltage is increased, the boost period for charging the resonant capacitor increases, and the frequency decreases.
即ち、出力電流のピーク電流は上昇し、電流実効値も上昇する。これによって、低入力電圧時などにスイッチの電流マージンがなくなったり、実効値が上昇するため、効率が悪化することがあった。 In other words, the peak current of the output current increases, and the effective current value also increases. This can result in a loss of switch current margin or an increase in the effective current value at low input voltages, resulting in a decrease in efficiency.
図18は第5の実施形態に係る3相LLCコンバータの回路図である。第5の実施形態に係る3相LLCコンバータは、図1に示す第1の実施形態に係る3相LLCコンバータに対して、以下の構成が異なる。 Figure 18 is a circuit diagram of a three-phase LLC converter according to the fifth embodiment. The three-phase LLC converter according to the fifth embodiment differs from the three-phase LLC converter according to the first embodiment shown in Figure 1 in the following configuration.
第1共振コンデンサ(1-α)Crは、一端を共振リアクトルLr1~Lr3とトランスT1~T3の1次巻線P1~P3との直列回路のいずれか一端に接続し、他端を各相共通の第1中性点Kに接続している。 The first resonant capacitor (1-α) Cr has one end connected to one end of a series circuit formed by the resonant reactors Lr1 to Lr3 and the primary windings P1 to P3 of the transformers T1 to T3, and the other end connected to the first neutral point K common to each phase.
第2共振コンデンサβCrは、第1共振コンデンサ(1-α)Crの一端に接続し、他端をグランドに接続している。 The second resonant capacitor βCr is connected to one end of the first resonant capacitor (1-α)Cr and the other end is connected to ground.
第3共振コンデンサ(α-β)Crは、第1共振コンデンサ(1-α)Crの一端に接続し、他端を各相共通の第2中性点Mと第3スイッチSWの一方に接続している。第3スイッチSWの他端はグランドに接続している。 The third resonant capacitor (α-β) Cr is connected to one end of the first resonant capacitor (1-α) Cr, and the other end is connected to the second neutral point M common to each phase and one end of the third switch SW. The other end of the third switch SW is connected to ground.
第2中性点MにはダイオードDのアノードが接続され、ダイオードDのカソードは、直流電源Vinの正極に接続されている。ダイオードDは、スイッチSWがオフ時の回生ダイオードとして機能する。 The anode of diode D is connected to the second neutral point M, and the cathode of diode D is connected to the positive electrode of the DC power supply Vin. Diode D functions as a regenerative diode when switch SW is off.
共振コンデンサCrを、第1共振コンデンサ(1-α)Crと、第2コンデンサ(α-β)Crと、第3共振コンデンサβCrに分割した場合に、共振回路インピーダンスと負荷の定数に基づき分割率αを設定している。 When the resonant capacitor Cr is divided into a first resonant capacitor (1-α) Cr, a second capacitor (α-β) Cr, and a third resonant capacitor βCr, the division ratio α is set based on the resonant circuit impedance and the load constant.
βの数値は規定しない。β>0でさえあればよい。即ち、共振コンデンサ(1-α)Crと、第2コンデンサ(α-β)Crと、第3共振コンデンサβCrの総和は1である。 The value of β is not specified. It is sufficient that β>0. In other words, the sum of the resonant capacitor (1-α)Cr, the second capacitor (α-β)Cr, and the third resonant capacitor βCr is 1.
制御回路11は、第1制御部12と第2制御部13とを備える。第1制御部12は、図1に示す制御回路10と同一の機能を有し、スイッチQ11,Q21,Q31とスイッチQ12,Q22,Q32とを交互にオンオフさせる。
The control circuit 11 includes a
第2制御部13は、直流電源Vinの正極に接続され、直流電源Vinの入力電圧に応じて第3スイッチSWをオンオフさせる。
The
このように構成された第5の実施形態に係る3相LLCコンバータによれば、第1中性点K、第2中性点Mに高調波電流を流し、共振電流のピーク値を低減することができる。具体的には、共振電流のピーク値が大きくなる低入力電圧時に第3スイッチSWをオンさせ、それ以外の入力電圧時には第3スイッチSWをオフさせる。即ち、第2制御部13は、直流電源Vinの入力電圧に応じて第3スイッチSWをオンオフさせることで広い入力範囲で高効率を維持することができる。
The three-phase LLC converter according to the fifth embodiment configured in this manner allows harmonic currents to flow through the first neutral point K and the second neutral point M, thereby reducing the peak value of the resonant current. Specifically, the third switch SW is turned on at low input voltages when the peak value of the resonant current is large, and the third switch SW is turned off at other input voltages. That is, the
(第6の実施形態)
図19は第6の実施形態に係る3相LLCコンバータの回路図である。第6の実施形態に係る3相LLCコンバータは、図14に示す第4の実施形態に係る3相LLCコンバータと図18に示す第5の実施形態に係る3相LLCコンバータとを組み合わせたものである。
Sixth Embodiment
Fig. 19 is a circuit diagram of a three-phase LLC converter according to a sixth embodiment. The three-phase LLC converter according to the sixth embodiment is a combination of the three-phase LLC converter according to the fourth embodiment shown in Fig. 14 and the three-phase LLC converter according to the fifth embodiment shown in Fig. 18.
この第6の実施形態に係る3相LLCコンバータによれば、第4の実施形態に係る3相LLCコンバータの効果と図18に示す第5の実施形態に係る3相LLCコンバータの効果が得られる。 The three-phase LLC converter according to the sixth embodiment provides the effects of the three-phase LLC converter according to the fourth embodiment and the effects of the three-phase LLC converter according to the fifth embodiment shown in FIG. 18.
即ち、デルタ結線されたコンデンサの容量は、スター結線に比べて1/3でよく、第1共振コンデンサ(1-α)Cr/3に流れる電流は、1/√3となって小型化できる。 In other words, the capacitance of a delta-connected capacitor can be 1/3 of that of a star-connected capacitor, and the current flowing through the first resonant capacitor (1-α) Cr/3 is 1/√3, making it possible to reduce the size.
また、直流電源Vinの入力電圧に応じて第3スイッチSWをオンオフさせることで広い入力範囲で高効率を維持することができる。 In addition, high efficiency can be maintained over a wide input range by turning the third switch SW on and off depending on the input voltage of the DC power supply Vin.
Vin 直流電源
Q11,Q12,Q21,Q22,Q31,Q32 スイッチ
SW スイッチ
(1-α)Cr1,(1-α)Cr2,(1-α)Cr3 第1共振コンデンサ
αCr1,αCr2,αCr3 第2共振コンデンサ
Lr1,Lr2,Lr3 共振リアクトル
T1,T2,T3 トランス
P1,P2,P3 一次巻線
S1a,S1b,S2a,S2b,S3a,S3b 二次巻線
D1a,D1b,D2a,D2b,D3a,D3b,D ダイオード
Ro 出力抵抗
10 制御回路
101 LLC-IC
102 分周器
103a~103f,106 オア回路
104a~104f アンド回路
107 ヒステリシスコンパレータ
105 エラーアンプ
Vin DC power supplies Q11, Q12, Q21, Q22, Q31, Q32 Switch SW Switches (1-α) Cr1, (1-α) Cr2, (1-α) Cr3 First resonant capacitors αCr1, αCr2, αCr3 Second resonant capacitors Lr1, Lr2, Lr3 Resonant reactors T1, T2, T3 Transformers P1, P2, P3 Primary windings S1a, S1b, S2a, S2b, S3a, S3b Secondary windings D1a, D1b, D2a, D2b, D3a, D3b, D Diode
102
Claims (8)
前記第1スイッチと前記第2スイッチとが接続される接続端に一端が接続される共振リアクトル、第1共振コンデンサ、第2共振コンデンサ及びトランスの1次巻線からなる共振回路と、
前記第1スイッチと前記第2スイッチとを交互にオンオフさせる制御回路と、
前記トランスの2次巻線の電圧を整流平滑する整流平滑回路とを有し、120°の位相差を有する3相で動作させる3個のLLC共振コンバータを備え、
前記第1共振コンデンサは、一端を前記共振リアクトルと前記トランスの1次巻線との直列回路のいずれか一端に接続し、他端を各相共通の中性点に接続し、
前記第2共振コンデンサは、前記第1共振コンデンサの一端に接続し、他端を入力の共通電位に接続し、
共振コンデンサCrを、前記第1共振コンデンサ(1-α)Crと前記第2共振コンデンサαCrとに分割した場合に、共振回路インピーダンスと負荷の定数に基づき分割率αを0.3≦α≦0.8に設定することを特徴とする3相LLC共振コンバータ。 a switch circuit in which a first switch and a second switch are connected in series to both ends of a DC power supply;
a resonant circuit including a resonant reactor, one end of which is connected to a connection end to which the first switch and the second switch are connected, a first resonant capacitor, a second resonant capacitor, and a primary winding of a transformer;
a control circuit that alternately turns on and off the first switch and the second switch;
a rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes the voltage of the secondary winding of the transformer, and three LLC resonant converters are provided that are operated in three phases having a phase difference of 120°;
the first resonant capacitor has one end connected to one end of a series circuit of the resonant reactor and the primary winding of the transformer, and the other end connected to a neutral point common to each phase;
the second resonant capacitor is connected to one end of the first resonant capacitor and to a common potential of the input;
A three-phase LLC resonant converter characterized in that, when a resonant capacitor Cr is divided into the first resonant capacitor (1-α) Cr and the second resonant capacitor α Cr, a division ratio α is set to 0.3≦α≦0.8 based on a resonant circuit impedance and a load constant.
前記第1スイッチと前記第2スイッチとが接続される接続端に一端が接続される共振リアクトル、第1共振コンデンサ、第2共振コンデンサ及びトランスの1次巻線からなる共振回路と、
前記第1スイッチと前記第2スイッチとを交互にオンオフさせる制御回路と、
前記トランスの2次巻線の電圧を整流平滑する整流平滑回路とを有し、120°の位相差を有する3相で動作させる3個のLLC共振コンバータを備え、
前記第1共振コンデンサは、一端を前記共振リアクトルと前記トランスの1次巻線との直列回路のいずれか一端に接続し、他端を各相共通の中性点に接続し、
前記第2共振コンデンサは、前記第1共振コンデンサの一端に接続し、他端を入力の共通電位に接続し、
共振コンデンサCrを、前記第1共振コンデンサ(1-α)Crと前記第2共振コンデンサαCrとに分割した場合に、共振回路インピーダンスと負荷の定数に基づき分割率αを設定し、前記中性点に高調波電流を流し、共振電流のピーク値を低減することを特徴とする3相LLC共振コンバータ。 a switch circuit in which a first switch and a second switch are connected in series to both ends of a DC power supply;
a resonant circuit including a resonant reactor, one end of which is connected to a connection end to which the first switch and the second switch are connected, a first resonant capacitor, a second resonant capacitor, and a primary winding of a transformer;
a control circuit that alternately turns on and off the first switch and the second switch;
a rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes the voltage of the secondary winding of the transformer, and three LLC resonant converters are provided that are operated in three phases having a phase difference of 120°;
the first resonant capacitor has one end connected to one end of a series circuit of the resonant reactor and the primary winding of the transformer, and the other end connected to a neutral point common to each phase;
the second resonant capacitor is connected to one end of the first resonant capacitor and to a common potential of the input;
A three-phase LLC resonant converter characterized in that, when a resonant capacitor Cr is divided into the first resonant capacitor (1-α) Cr and the second resonant capacitor α Cr, a division ratio α is set based on a resonant circuit impedance and a load constant, a harmonic current is passed through the neutral point, and a peak value of the resonant current is reduced.
前記第1スイッチと前記第2スイッチとが接続される接続端に一端が接続される共振リアクトル、第1共振コンデンサ、第2共振コンデンサ及びトランスの1次巻線からなる共振回路と、
前記第1スイッチと前記第2スイッチとを交互にオンオフさせる制御回路と、
前記トランスの2次巻線の電圧を整流平滑する整流平滑回路とを有し、120°の位相差を有する3相で動作させる3個のLLC共振コンバータを備え、
前記第1共振コンデンサは、一端を前記共振リアクトルと前記トランスの1次巻線との直列回路のいずれか一端に接続し、他端を隣接する相の第1及び第2共振コンデンサの一端に接続し、
前記第2共振コンデンサは、前記第1共振コンデンサの一端に接続し、他端を入力の共通電位に接続し、
共振コンデンサCrを、前記第1共振コンデンサ(1-α)Cr/3と前記第2共振コンデンサαCrとに分割した場合に、共振回路インピーダンスと負荷の定数に基づき分割率αを0.3≦α≦0.8に設定することを特徴とする3相LLC共振コンバータ。 a switch circuit in which a first switch and a second switch are connected in series to both ends of a DC power supply;
a resonant circuit including a resonant reactor, one end of which is connected to a connection end to which the first switch and the second switch are connected, a first resonant capacitor, a second resonant capacitor, and a primary winding of a transformer;
a control circuit that alternately turns on and off the first switch and the second switch;
a rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes the voltage of the secondary winding of the transformer, and three LLC resonant converters are provided that are operated in three phases having a phase difference of 120°;
the first resonant capacitor has one end connected to one end of a series circuit of the resonant reactor and a primary winding of the transformer, and the other end connected to one end of the first and second resonant capacitors of an adjacent phase;
the second resonant capacitor is connected to one end of the first resonant capacitor and to a common potential of the input;
A three-phase LLC resonant converter characterized in that, when a resonant capacitor Cr is divided into the first resonant capacitor (1-α)Cr/3 and the second resonant capacitor αCr, a division ratio α is set to 0.3≦α≦0.8 based on a resonant circuit impedance and a load constant.
前記第1スイッチと前記第2スイッチとが接続される接続端に一端が接続される共振リアクトル、第1共振コンデンサ、第2共振コンデンサ、第3共振コンデンサ及びトランスの1次巻線からなる共振回路と、
前記第1スイッチと前記第2スイッチとを交互にオンオフさせる制御回路と、
前記トランスの2次巻線の電圧を整流平滑する整流平滑回路とを有し、120°の位相差を有する3相で動作させる3個のLLC共振コンバータを備え、
前記第1共振コンデンサは、一端を前記共振リアクトルと前記トランスの1次巻線との直列回路のいずれか一端に接続し、他端を各相共通の第1中性点に接続し、
前記第2共振コンデンサは前記第1共振コンデンサの一端に接続し、他端を各相共通の第2中性点と第3スイッチの一方に接続し、
前記第3共振コンデンサは、前記第1共振コンデンサの一端に接続し、他端を入力の共通電位に接続し、前記第3スイッチの他端は入力の前記共通電位に接続し、
共振コンデンサCrを、前記第1共振コンデンサ(1-α)Crと、前記第2共振コンデンサ(α-β)Crと、第3共振コンデンサβCrとに分割した場合に、共振回路インピーダンスと負荷の定数に基づき分割率αとβを設定し、
前記制御回路は、前記第3スイッチを前記直流電源の入力電圧に応じてオンオフさせることを特徴とする3相LLC共振コンバータ。 a switch circuit in which a first switch and a second switch are connected in series to both ends of a DC power supply;
a resonant circuit including a resonant reactor, one end of which is connected to a connection end to which the first switch and the second switch are connected, a first resonant capacitor, a second resonant capacitor, a third resonant capacitor, and a primary winding of a transformer;
a control circuit that alternately turns on and off the first switch and the second switch;
a rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes the voltage of the secondary winding of the transformer, and three LLC resonant converters are provided that are operated in three phases having a phase difference of 120°;
the first resonant capacitor has one end connected to one end of a series circuit of the resonant reactor and the primary winding of the transformer, and the other end connected to a first neutral point common to each phase;
the second resonant capacitor is connected to one end of the first resonant capacitor, and the other end is connected to a second neutral point common to each phase and to one end of a third switch;
the third resonant capacitor is connected to one end of the first resonant capacitor and to a common potential of the input, and the other end of the third switch is connected to the common potential of the input;
When the resonant capacitor Cr is divided into the first resonant capacitor (1-α) Cr, the second resonant capacitor (α-β) Cr, and a third resonant capacitor βCr, division ratios α and β are set based on a resonant circuit impedance and a load constant;
The three-phase LLC resonant converter according to claim 1, wherein the control circuit turns the third switch on and off in response to an input voltage of the DC power source.
前記第1スイッチと前記第2スイッチとが接続される接続端に一端が接続される共振リアクトル、第1共振コンデンサ、第2共振コンデンサ、第3共振コンデンサ及びトランスの1次巻線からなる共振回路と、
前記第1スイッチと前記第2スイッチとを交互にオンオフさせる制御回路と、
前記トランスの2次巻線の電圧を整流平滑する整流平滑回路とを有し、120°の位相差を有する3相で動作させる3個のLLC共振コンバータを備え、
前記第1共振コンデンサは、一端を前記共振リアクトルと前記トランスの1次巻線との直列回路のいずれか一端に接続し、他端を隣接する相の第1及び第2共振コンデンサの一端に接続し、
前記第2共振コンデンサは前記第1共振コンデンサの一端に接続し、他端を各相共通の中性点と第3スイッチの一方に接続し、
前記第3共振コンデンサは、前記第1共振コンデンサの一端に接続し、他端を入力の共通電位に接続し、前記第3スイッチの他端は入力の共通電位に接続し、
共振コンデンサCrを、前記第1共振コンデンサ(1-α)Cr/3と前記第2共振コンデンサ(α-β)Cr、前記第3共振コンデンサβCrに分割した場合に、共振回路インピーダンスと負荷の定数に基づき分割率αとβを設定し、
前記制御回路は、前記第3スイッチを前記直流電源の入力電圧に応じてオンオフさせることを特徴とする3相LLC共振コンバータ。 a switch circuit in which a first switch and a second switch are connected in series to both ends of a DC power supply;
a resonant circuit including a resonant reactor, one end of which is connected to a connection end to which the first switch and the second switch are connected, a first resonant capacitor, a second resonant capacitor, a third resonant capacitor, and a primary winding of a transformer;
a control circuit that alternately turns on and off the first switch and the second switch;
a rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes the voltage of the secondary winding of the transformer, and three LLC resonant converters are provided that are operated in three phases having a phase difference of 120°;
the first resonant capacitor has one end connected to one end of a series circuit of the resonant reactor and a primary winding of the transformer, and the other end connected to one end of the first and second resonant capacitors of an adjacent phase;
the second resonant capacitor is connected to one end of the first resonant capacitor, and the other end is connected to a neutral point common to each phase and to one end of a third switch;
the third resonant capacitor is connected to one end of the first resonant capacitor and to a common potential of the input, and the other end of the third switch is connected to the common potential of the input;
When the resonant capacitor Cr is divided into the first resonant capacitor (1-α)Cr/3, the second resonant capacitor (α-β)Cr, and the third resonant capacitor βCr, division ratios α and β are set based on a resonant circuit impedance and a load constant;
The three-phase LLC resonant converter according to claim 1, wherein the control circuit turns the third switch on and off in response to an input voltage of the DC power source.
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