JP7772302B2

JP7772302B2 - 電子変圧器及びその三相四線式電源システム

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Publication number: JP7772302B2
Application number: JP2023129303A
Authority: JP
Inventors: 陳思維; 郭文皓
Original assignee: Delta Electronics Inc
Current assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2022-08-18
Filing date: 2023-08-08
Publication date: 2025-11-18
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Description

本開示は、電子変圧器に関し、特に電子変圧器及びその三相四線式電源システムに関する。

電子変圧器又はコイル型変圧器は、電力電子変換技術と電磁誘導原理に基づく高周波電気エネルギー変換技術を組み合わせ、電力特徴の電気エネルギーを別の電力特徴の電気エネルギーに変換することを実現する設備である。しかしながら、三相交流電圧を直流電圧に変換する際に、従来のコイル型変圧器は、熱損失量が多く、電力消費量が多く、取り付けにくく、効率が低く、輸送が不便であるなどの欠点を有する。これに鑑み、業界では従来のコイル型変圧器の代わりになれる小型電子変圧器の開発に取り組んでいる。

本開示の一態様は、第１相電源と第１出力端子との間に接続される第１順方向整流回路と、第２相電源と前記第１出力端子との間に接続される第２順方向整流回路と、第３相電源と前記第１出力端子との間に接続される第３順方向整流回路と、中性線と第２出力端子との間に接続される逆方向整流回路と、を備え、前記第１順方向整流回路、前記第２順方向整流回路及び前記第３順方向整流回路が、前記第１相電源、前記第２相電源及び前記第３相電源に対して半波整流を行い、整流された第１相電源、整流された第２相電源及び整流された第３相電源を発生させ、前記整流された第１相電源、前記整流された第２相電源及び前記整流された第３相電源を前記第１出力端子に重ね合わせて出力電圧とするように配置される電子変圧器である。

本開示の別の態様は、第１相電源、第２相電源及び第３相電源を提供するように配置され、中性線を含む電源供給装置と、負荷と、前記電源供給装置と前記負荷の間に接続され、前記第１相電源、前記第２相電源及び前記第３相電源を前記負荷への出力電圧に変換するように配置される以上に記載の電子変圧器と、を備える三相四線式電源システムである。

本開示の電子変圧器及びその三相四線式電源システムは、３つの順方向整流回路によりそれぞれ三相電源に対して半波整流を行い、第１出力端子に、均等に割り当てられる出力電流を発生させる。また、負荷に発生したリターン電流は、逆方向整流回路により整流された後、中性線を介して電源供給装置にリターンし、電源供給装置、電子変圧器と負荷の間に完全な電流ループが構成され、且つ、順方向出力電流と逆方向リターン電流の操作が対称で均等であるため、三相四線式電源システムの操作効率を高めることができる。従って、本開示は、電流の割り当てが均等でないことで所定の素子が迅速に損傷されるという問題を解決した。なお、本開示は、後続製品に使用するために三相三線構造に配置する必要がなく、本開示の電子電圧器は、従来の電子変圧器の設計に比べてより簡素化されている。本開示の電子変圧器及びその三相四線式電源システムは、以下のメリットを有する。（１）出力電圧が安定的である。（２）出力電流の割り当てが均等である。（３）回路設計が簡素化され、レイアウト面積が小さくコストが低い。（４）操作温度が安定的で時間の経過につれて上昇することはない。

実施例及びその利点をより完全に把握するために、添付される図面に合わせて行った下記の記載を参照する。
三相四線式電源システムの模式図である。図１の電子変圧器の三相入力電圧及び３つのノード電圧の波形図である。図１の電子変圧器の第１出力端子における出力電流の波形図である。本開示の実施例による三相四線式電源システムの模式図である。本開示の実施例による電子変圧器の模式図である。図５に示す電子変圧器の出力電圧の波形図である。図５に示す電子変圧器の出力電流の波形図である。図５に示す電子変圧器の１００％負荷及び１５０％負荷の操作条件での温度変化図である。本開示の実施例による電子変圧器の模式図である。本開示の実施例による電子変圧器の模式図である。図１０に示す電子変圧器及び三相四線式電源システムのレイアウト模式図である。

以下、本開示の実施例を詳しく検討する。しかしながら、実施例により多くの適用可能な概念が提供され、これらの概念が様々な特定の内容で実施可能であることが理解されるであろう。

本開示において、「接続」に関する説明は、一般的に、素子が他の素子を介して間接に別の素子に接続されること、又は素子が他の素子を介せずに直接に別の素子に接続されることを指す。

図１は、三相四線式電源システム（以下、システムと略称される）１の模式図である。システム１は、電源供給装置ＶＳと、電子変圧器１０と、負荷ＬＤと、を備える。電源供給装置ＶＳは、それぞれ３本の活線を介して三相電源Ｒ、Ｓ、Ｔを電子変圧器１０に伝送する。電子変圧器１０は、３つのブリッジ整流回路を介してそれぞれ第１相電源Ｒ、第２相電源Ｓ及び第３相電源Ｔを整流し、負荷ＬＤに給電する。電子変圧器１０は、前段のブリッジ変圧回路及び後段の六相インバータを含む。操作時に、ノードＬ１、Ｌ２、Ｌ３の前に、ブリッジ変圧回路は、第１相電源Ｒ、第２相電源Ｓ及び第３相電源Ｔに対して整流変換を行うために用いられ、ノードＬ１、Ｌ２、Ｌ３の後、六相インバータは、二次整流を行い、コンデンサ１５は、第１出力端子ＯＵＴ１と第２出力端子ＯＵＴ２との間に接続され、電力の蓄積及び整流された電圧のスムージング、平滑化（即ち、スムージングした）後の電圧を負荷ＬＤに提供するために用いられる。

しかしながら、電子変圧器１０において、ブリッジ変圧回路の設計によって電圧の割り当てが均等でない現象が引き起こされる。具体的には、第１相電源Ｒ及び第２相電源Ｓを受ける２つのブリッジ整流回路の何れも、ノードＬ１に接続され、第３相電源Ｔを受けるブリッジ整流回路は、ノードＬ２に接続され、中性線Ｎは、ノードＬ３に直接接続される。従って、第１相電源Ｒ及び第２相電源Ｓからの変換電圧は、同時にノードＬ１を介して六相インバータに伝達され、第３相電源Ｔからの変換電圧は、ノードＬ２を介して六相インバータに伝達され、中性線Ｎは、ノードＬ３を介して六相インバータに接続されるが、電源供給装置ＶＳは、中性線Ｎに何の電力も提供しない。割り当てが均等でない電圧が六相インバータに伝達されて整流される場合、不均等な電流が発生する。電子変圧器１０の操作時間の経過につれて、所定の素子（例えば、ノードＬ１に接続されるダイオード）は、頻繁に大電流に遭うことで発熱し、他の素子より速く損傷される。また、電力システムにおける三相電源Ｒ、Ｓ、Ｔの配線は、順番に繋がっていない可能性があるため、大電流に遭って発熱する素子が一定でなく、将来製品が故障する時の修理難易度が増える。

図２は、図１の電子変圧器１０の三相電源Ｒ、Ｓ、Ｔ及びノードＬ１、Ｌ２、Ｌ３の電圧波形図である。三相電源Ｒ、Ｓ、Ｔは、大きさが等しく、周波数が同じであり、位相の差が互いに１２０度である交流電圧であり、その線間電圧は、例えば３８０ボルトであってよく、相電圧は、例えば２２０ボルトであってよいが、これらに限定されない。第１相電源Ｒ及び第２相電源Ｓからの変換電圧は、同時にノードＬ１を介して伝達されるため、ノードＬ１は、２倍の電流ストレスを受けることになる。第３相電源Ｔからの変換電圧は、ノードＬ２を介して伝達されるため、ノードＬ２は、正常な電流ストレスを受けることになる。電源供給装置ＶＳは、中性線Ｎに電力を提供しないため、ノードＬ３の電圧は、負荷ＬＤからの逆方向電圧となる。図２から分かるように、ノードＬ１、Ｌ２、Ｌ３に割り当てられた電圧及び電流は均等ではない。

図３は、図１の電子変圧器１０の第１出力端子ＯＵＴ１における電流の波形図である。電流Ｉ３１、Ｉ３２、Ｉ３３は、それぞれノードＬ１、Ｌ２、Ｌ３からダイオードを経て出力端子ＯＵＴ１まで流れる電流である。第１出力端子ＯＵＴ１では、電流Ｉ３１は、第１相電源Ｒ及び第２相電源Ｓの変換電圧に基づいて発生したものであるため、二相のこぎり波を有し、電流Ｉ３２は、第３相電源Ｔの変換電圧に基づいて発生したものであるため、一相のこぎり波を有し、電流Ｉ３３は、中性線Ｎの変換電圧に基づいて発生したものであるため、常にゼロ電流に維持されて何れの相ののこぎり波も有しない。上記から分かるように、電子変圧器１０には、操作時に電流が均等でない問題がある。電子変圧器１０を長期使用する場合、電流Ｉ３１を発生させるための所定の素子は、頻繁に大電流に遭うことで発熱して昇温し、他の素子より速く損傷される。また、図１の電子変圧器１０は、多くの電子素子を配置する必要があるため、大きいレイアウト面積が必要とされる。

図４は、本開示の実施例による三相四線式電源システム４の模式図である。三相四線式電源システム４は、電源供給装置ＶＳと、電子変圧器４０と、負荷ＬＤと、を備える。電子変圧器４０は、電源供給装置ＶＳと負荷ＬＤとの間に接続され、電源供給装置ＶＳから第１相電源Ｒ、第２相電源Ｓ及び第３相電源Ｔを受けると共に整流変換を行うために用いられ、コンデンサにより電力を蓄積してスムージングした後に負荷ＬＤに給電する。

構造的には、電子変圧器４０は、第１順方向整流回路４１と、第２順方向整流回路４２と、第３順方向整流回路４３と、逆方向整流回路４４と、コンデンサ４５と、を備える。第１順方向整流回路４１は、電源供給装置ＶＳの第１相電源Ｒと第１出力端子ＯＵＴ１との間に接続され、第２順方向整流回路４２は、電源供給装置ＶＳの第２相電源Ｓと第１出力端子ＯＵＴ１との間に接続され、第３順方向整流回路４３は、電源供給装置ＶＳの第３相電源Ｔと第１出力端子ＯＵＴ１との間に接続され、逆方向整流回路４４は、電源供給装置ＶＳの中性線Ｎと第２出力端子ＯＵＴ２との間に接続される。コンデンサ４５は、第１出力端子ＯＵＴ１と第２出力端子ＯＵＴ２との間に接続される。第２出力端子ＯＵＴ２は接地する。

操作時に、第１順方向整流回路４１、第２順方向整流回路４２及び第３順方向整流回路４３は、それぞれ第１相電源Ｒ、第２相電源Ｓ及び第３相電源Ｔに対して半波整流を行い、整流された第１相電源Ｒ'、整流された第２相電源Ｓ'及び整流された第３相電源Ｔ'を発生させ、整流された第１相電源Ｒ'、整流された第２相電源Ｓ'及び整流された第３相電源Ｔ'を第１出力端子ＯＵＴ１に重ね合わせるように配置される。コンデンサ４５は、第１出力端子ＯＵＴ１に重ね合わせられている電圧を平滑化し（即ち、スムージング）、出力電圧Ｖｄｃとして負荷ＬＤに提供する。第１順方向整流回路４１、第２順方向整流回路４２及び第３順方向整流回路４３は、それぞれ第１相電源Ｒ、第２相電源Ｓ及び第３相電源Ｔに対して半波整流を行うため、電流の割り当てが均等である。従って、本開示の電子変圧器４０及びその三相四線式電源システム４は、所定の素子が頻繁に大電流（即ち、電流の割り当てが均等でない）に遭うことで迅速に損傷されるという問題を解決した。

続いて、負荷ＬＤが出力電圧Ｖｄｃを受けた後、負荷ＬＤに発生したリターン電流Ｉｒｅは、更に第２出力端子ＯＵＴ２を介して電子変圧器４０に流れる。逆方向整流回路４４は、リターン電流Ｉｒｅに対して半波整流を行い、整流されたリターン電流Ｉｒｅ'を発生させ、中性線Ｎを介して電源供給装置ＶＳに送り戻すように配置される。

簡単に言えば、電子変圧器４０は、第１順方向整流回路４１、第２順方向整流回路４２及び第３順方向整流回路４３によりそれぞれ第１相電源Ｒ、第２相電源Ｓ及び第３相電源Ｔに対して半波整流を行い、整流された第１相電源Ｒ'、整流された第２相電源Ｓ'及び整流された第３相電源Ｔ'を第１出力端子ＯＵＴ１に重ね合わせてから、コンデンサ４５により第１出力端子ＯＵＴ１に重ね合わせられている電圧を平滑化し（即ち、スムージング）、出力電圧Ｖｄｃとして負荷ＬＤに提供する。続いて、逆方向整流回路４４は、負荷ＬＤに発生したリターン電流Ｉｒｅに対して半波整流を行い、中性線Ｎを介して整流されたリターン電流Ｉｒｅ'を電源供給装置ＶＳに送り戻す。

換言すれば、電源供給装置ＶＳにより発生した三相電源Ｒ、Ｓ、Ｔは、それぞれ電子変圧器４０の３つの順方向整流回路４１、４２、４３により整流された後、第１出力端子ＯＵＴ１を介して出力電流Ｉｏｕｔとして集まって負荷ＬＤに流れ、続いて、負荷ＬＤに発生したリターン電流Ｉｒｅは、電子変圧器４０の逆方向整流回路４４により整流された後、中性線Ｎを介して電源供給装置ＶＳにリターンする。このように、電源供給装置ＶＳ、電子変圧器４０と負荷ＬＤの間に完全な電流ループが構成され、且つ、順方向出力電流Ｉｏｕｔと逆方向リターン電流Ｉｒｅの操作が対称で均等であるため、三相四線式電源システム４の操作効率を高めることができる。

図５は、本開示の実施例による電子変圧器５０の模式図である。電子変圧器５０は、図４の三相四線式電源システム４に用いられ、電子変圧器４０の代わりとされてよい。構造的には、電子変圧器５０は、第１順方向整流回路５１と、第２順方向整流回路５２と、第３順方向整流回路５３と、逆方向整流回路５４と、コンデンサ５５と、を備える。第１順方向整流回路５１はダイオードＤ１、Ｄ２を含み、第２順方向整流回路５２はダイオードＤ３、Ｄ４を含み、第３順方向整流回路５３はダイオードＤ５、Ｄ６を含み、逆方向整流回路５４はダイオードＤ７、Ｄ８を含む。

本実施例において、各整流回路５１、５２、５３、５４は、並列接続された２つのダイオードを含む（例えば整流回路５１におけるダイオードＤ１、Ｄ２は並列接続される）。第１順方向整流回路５１における各ダイオードＤ１、Ｄ２のカソードが第１相電源Ｒに接続され、第２順方向整流回路５２における各ダイオードＤ３、Ｄ４のカソードが第２相電源Ｓに接続され、第３順方向整流回路５３における各ダイオードＤ５、Ｄ６のカソードが第３相電源Ｔに接続され、第１順方向整流回路５１、第２順方向整流回路５２及び第３順方向整流回路５３における各ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６のアノードが第１出力端子ＯＵＴ１に接続される。逆方向整流回路５４における各ダイオードＤ７、Ｄ８のアノードが中性線Ｎに接続され、且つ逆方向整流回路５４における各ダイオードＤ７、Ｄ８のカソードが第２出力端子ＯＵＴ２に接続される。コンデンサ５５は、第１出力端子ＯＵＴ１と第２出力端子ＯＵＴ２との間に接続される。電子変圧器５０と４０の操作方法は類似するため、ここで繰り返して説明しない。

各整流回路５１、５２、５３、５４がＫ個の同じダイオードＤ１、Ｄ２、…、ＤＫを有すれば、このＫ個のダイオードＤ１、Ｄ２、…、ＤＫが並列接続された後の総電流Ｉ＿ＴＯＴＡＬ、総電力Ｐ＿ＴＯＴＡＬ及び総抵抗Ｒ＿ＴＯＴＡＬは、以下の関数（１）、（２）、（３）で表されてよい（ただし、「＊」は乗算記号を表す）ことに留意されたい。
それぞれダイオードＤ１、Ｄ２、…ＤＫを流れる電流Ｉ＿Ｄ１、Ｉ＿Ｄ２、…、Ｉ＿ＤＫの何れもＩ＿Ｄとされ、ダイオードＤ１、Ｄ２、…、ＤＫの抵抗率の何れもＲ＿Ｄとされる。各整流回路において、関数（１）、（２）、（３）から分かるように、総電力Ｐ＿ＴＯＴＡＬは、ダイオードの数Ｋに反比例する（総電流が変わらないように維持されるため）。つまり、整流回路の総電力の損失は、並列接続されたダイオードの数Ｋの増加につれて低下する。

Ｋ個のダイオードが並列接続された後に各ダイオードを流れる電流の大きさは、以下の表１で表されてよい。

表１から分かるように、数Ｋが５及び６である場合に対応する２つの電流の差は３％であり、電流の低下幅が顕著ではない。電子変圧器５０の消費電力及びレイアウト面積などの仕様を総合的に考慮すれば、幾つかの実施例において、各整流回路５１、５２、５３、５４内における並列接続されたダイオードの数Ｋは、２つ～５つであってよい。また、図１に示す多くの電子素子（即ち、３つのブリッジ整流回路、六相インバータ）が配置されている電子変圧器１０に比べ、図４に示す電子変圧器４０に少ない電子素子が配置されているため、レイアウト面積を節約することができる。

一実施例において、各ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｄ８は、ＰＮ接合ダイオード又は高速整流ダイオードである。

図６は、図５に示す電子変圧器５０の出力電圧Ｖｄｃの波形図である。電圧と電流が均等であるアーキテクチャでは、電力を蓄積してスムージングする適切なコンデンサ５５を選択することは、従来の二段整流を行う電子変圧器に対して、出力電圧が依然として比較的安定的であり、メリットを有する。

図７は、図５に示す電子変圧器５０の出力電流Ｉｏｕｔの波形図であり、電流Ｉ７１、Ｉ７２、Ｉ７３は、それぞれ順方向整流回路５１、５２、５３から出力された電流である。電流Ｉ７１、Ｉ７２、Ｉ７３は、第１出力端子ＯＵＴ１に集まり、電子変圧器５０の出力電流Ｉｏｕｔを形成する。図７から分かるように、三相電源Ｒ、Ｓ、Ｔが順方向整流回路５１、５２、５３を均等に通過して半波整流されるため、均等に割り当てられた電流Ｉ７１、Ｉ７２、Ｉ７３を発生させることができる。従って、本開示の電子変圧器５０は、所定の素子が頻繁に大電流（即ち、電流の割り当てが均等でない）に遭うことで迅速に損傷されるという問題を解決した。

図８は、図５に示す電子変圧器５０の１００％負荷及び１５０％負荷の操作条件での温度変化図であり、曲線８１、８２は、それぞれ１００％負荷及び１５０％負荷の温度変化に対応する。図８から分かるように、電源投入初期に瞬間的に最大温度まで昇温した以外に、操作時間の経過につれて、全負荷（１００％負荷）の操作条件で、電子変圧器５０の温度は、常に時間につれて徐々に上昇することなく所定の範囲（例えば摂氏７１度～７７度）内に保つことができる。また、過負荷（１５０％負荷）の操作条件で、電子変圧器５０の温度は、時間につれて徐々に上昇することなく所定の範囲（例えば摂氏７８度～８４度）内に保つことができる。従って、本開示の電子変圧器５０は、温度が安定的で時間の経過につれて上昇しない利点を有する。

電子変圧器５０のテスト条件及び結果は、以下の表２に纏めることができる。

図９は、本開示の実施例による電子変圧器９０の模式図である。電子変圧器９０は、図４の三相四線式電源システム４に用いられ、電子変圧器４０の代わりとされてよい。構造的には、電子変圧器９０は、第１順方向整流回路９１と、第２順方向整流回路９２と、第３順方向整流回路９３と、逆方向整流回路９４と、コンデンサ９５と、を備える。第１順方向整流回路９１はダイオードＤ９１を含み、第２順方向整流回路９２はダイオードＤ９２を含み、第３順方向整流回路９３はダイオードＤ９３を含み、逆方向整流回路９４はダイオードＤ９４、Ｄ９５、Ｄ９６を含む。

幾つかの実施例において、１つの順方向整流回路のダイオードの数と１つの逆方向整流回路のダイオードの数の比は、１：３である。即ち、第１順方向整流回路、第２順方向整流回路及び第３順方向整流回路の何れも、並列接続されたＫ個のダイオードを含み、逆方向整流回路は、３組の並列接続されたＫ個のダイオードを含む。例えば、本実施例において、順方向整流回路９１（又は９２、９３）は１つのダイオードＤ９１（又はＤ９２、Ｄ９３）を含み、逆方向整流回路９４は３つのダイオードＤ９４、Ｄ９５、Ｄ９６を含むため、ダイオードの数の比は１：３である。換言すれば、３つの順方向整流回路９１、９２、９３に含まれるダイオードの数（即ち、３つの順バイアスダイオードＤ９１、Ｄ９２、Ｄ９３）は、１つの逆方向整流回路９４に含まれるダイオードの数（即ち、３つの逆バイアスダイオードＤ９４、Ｄ９５、Ｄ９６）に等しい。

図９の構造では、長期から見れば、３つの順方向ダイオードＤ９４、Ｄ９５、Ｄ９６を流れる平均電流は、それぞれ（１／３）＊Ｉｏｕｔであり、３つの逆方向ダイオードＤ９４、Ｄ９５、Ｄ９６を流れる平均電流は、それぞれ（１／３）＊Ｉｒｅである。従って、出力電流Ｉｏｕｔは、３つの順方向ダイオードＤ９４、Ｄ９５、Ｄ９６に均等に割り当てられ、リターン電流Ｉｒｅも、３つの逆バイアスダイオードＤ９４、Ｄ９５、Ｄ９６に均等に割り当てられ、このように、所定の素子が頻繁に大電流に遭う（即ち、電流の割り当てが均等でない）ことで迅速に損傷されるという問題を解決したため、電子変圧器９０の操作温度をより安定的にすることができる。

図５の実施例から分かるように、並列接続されたダイオードの数Ｋの増加につれて、各ダイオードの電流が下り、各ダイオードの損失が下る。従って、幾つかの実施例において、並列接続されたダイオードの数Ｋが２である場合、順方向整流回路９１、９２、９３は、それぞれ並列接続された２つのダイオードを含み、逆方向整流回路９４は、並列接続された６つのダイオードを含み、このように類推される。

図１０は、本開示の実施例による電子変圧器９９の模式図である。電子変圧器９９と９０は同じ素子を含み、素子の間の接続関係も同じである。電子変圧器９９と９０の相違点は、ダイオードＤ９１とＤ９４、Ｄ９２とＤ９５、Ｄ９３とＤ９６が隣接して設けられることである。各順方向及び逆方向ダイオードにとって、順方向電流（１／３）＊Ｉｏｕｔ及び逆方向電流（１／３）＊Ｉｒｅは、大きさが等しく方向が逆であり、１つの順方向ダイオードと１つの逆方向ダイオードとその線が隣接して設けられると、差動ペア（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐａｉｒ）が構成され、このようにすれば、三相電源の電力伝送効率を高めることができる。

図１１は、図１０に示す電子変圧器９９及び三相四線式電源システム１１のレイアウト模式図である。三相四線式電源システム１１は、ＸＹ平面に形成され、第１表面ＳＦ１及び第２表面ＳＦ２を含む回路基板１１０を備える。構造的には、電源供給装置ＶＳ、順方向整流回路９１のダイオードＤ９１（順方向整流回路９２、９３のダイオードＤ９２、Ｄ９３が図示されていない）、第１電源Ｒを伝達するための活線（第２相電源Ｓ及び第３相電源Ｔを伝達するための活線が図示されていない）及び負荷ＬＤは、第１表面ＳＦ１に設けられ、逆方向整流回路９４のダイオードＤ９４（ダイオードＤ９５、Ｄ９６が図示されていない）及び中性線Ｎは、第２表面ＳＦ２に設けられている。第１スルーホール１１１は、回路基板１１０に形成され、Ｚ方向に延伸して、電源供給装置ＶＳと中性線Ｎを接続するように配置される。第２スルーホール１１２は、回路基板１１０に形成され、Ｚ方向に延伸して、負荷ＬＤと中性線Ｎを接続するように配置される。一実施例において、コネクタは、電源供給装置ＶＳを接続するように回路基板１１０に設けられてよく、別のコネクタは、負荷ＬＤを接続するように回路基板１１０に設けられてよいため、電源供給装置ＶＳ及び負荷ＬＤは外部装置であってよい。

図１１の構造では、順方向ダイオードＤ９１に発生した順方向電流（１／３）＊Ｉｏｕｔは、活線を介して負荷ＬＤに提供された後、負荷ＬＤに発生した逆方向電流（１／３）＊Ｉｒｅは逆方向ダイオードＤ９４に提供されてから、中性線Ｎを介して電源供給装置ＶＳにリターンする。このように、電源供給装置ＶＳ、電子変圧器９９と負荷ＬＤの間に完全な電流ループＣＬが構成され、且つ、順方向出力電流と逆方向リターン電流の操作が対称で均等であるため、三相四線式電源システム１１の操作効率を高めることができる。

一実施例において、第１表面ＳＦ１に設けられている三相電源Ｒ、Ｓ、Ｔを伝達するための活線及び順方向ダイオード（Ｄ９１、Ｄ９２、Ｄ９３を含む）のＸＹ平面への投影と、第２表面ＳＦ２に設けられている中性線Ｎ及び逆方向ダイオード（Ｄ９４、Ｄ９５、Ｄ９６を含む）のＸＹ平面への投影は、互いに重なる。この構造では、電流ループＣＬの面積は、回路基板１１０のＺ方向における厚さと中性線Ｎ（又は活線）のＸ方向における線長さに近似し、電流ループＣＬの面積が最小値に近似するようにして、電流ループＣＬに発生した電磁放射（即ち、エネルギー損失）を最小化する。他の実施例において、回路基板１１０が多層板（例えば４層、６層又はより多くの層）である場合、三相電源Ｒ、Ｓ、Ｔを伝達するための活線及び中性線Ｎのうちの少なくとも１つは、回路基板１１０の内層に形成されてよく、このようにすれば、電流ループＣＬの面積を更に減少させることができ、電流ループＣＬに発生した電磁放射（即ち、エネルギー損失）を低減するように、回路基板１１０の表層により電磁遮蔽を実現してもよい。

以上を纏めると、本開示の電子変圧器及びその三相四線式電源システムは、３つの順方向整流回路によりそれぞれ三相電源に対して半波整流を行い、第１出力端子に、均等に割り当てられる出力電流を発生させる。従って、本開示は、所定の素子が頻繁に大電流（即ち、電流の割り当てが均等でない）に遭うことで迅速に損傷されるという問題を解決した。また、負荷に発生したリターン電流は、逆方向整流回路により整流された後、中性線を介して電源供給装置にリターンし、電源供給装置、電子変圧器と負荷の間に完全な電流ループが構成され、且つ、順方向出力電流と逆方向リターン電流の操作が対称で均等であるため、三相四線式電源システムの操作効率を高めることができる。本開示の電子変圧器及びその三相四線式電源システムは、以下のメリットを有する。（１）出力電圧が安定的である。（２）出力電流の割り当てが均等である。（３）回路設計が簡素化され、レイアウト面積が小さくコストが低い。（４）操作温度が安定的で時間の経過につれて上昇することはない。

本開示は、実施例により前述の通りに開示されたが、当業者であれば、本開示の精神と範囲から逸脱しない限り、何らかの変更や修飾を加えることができる。従って、本開示の保護範囲は、下記特許請求の範囲で指定した内容を基準とするものである。

１、４、１１三相四線式電源システム
１０、４０、５０、９０、９９電子変圧器
４１、５１、９１第１順方向整流回路
４２、５２、９２第２順方向整流回路
４３、５３、９３第３順方向整流回路
４４、５４、９４逆方向整流回路
４５、５５、９５コンデンサ
８１、８２曲線
１１０回路基板
ＣＬ電流ループ
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｄ８、Ｄ９１、Ｄ９２、Ｄ９３、Ｄ９４、Ｄ９５、Ｄ９６ダイオード
Ｉｏｕｔ出力電流
Ｉｒｅ、Ｉｒｅ' リターン電流
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ノード
ＬＤ負荷
Ｎ中性線
ＯＵＴ１第１出力端子
ＯＵＴ２第２出力端子
Ｒ、Ｒ' 第１相電源
Ｓ、Ｓ' 第２相電源
Ｔ、Ｔ' 第３相電源
Ｖｄｃ出力電圧
ＶＳ電源供給装置

Claims

第１相電源と第１出力端子との間に接続される第１順方向整流回路と、
第２相電源と前記第１出力端子との間に接続される第２順方向整流回路と、
第３相電源と前記第１出力端子との間に接続される第３順方向整流回路と、
中性線と第２出力端子との間に接続される逆方向整流回路と、
前記第１出力端子と前記第２出力端子との間に接続され、電力を蓄積すると共に出力電圧をスムージングするために配置されるコンデンサと、
から構成され、
前記第１順方向整流回路、前記第２順方向整流回路及び前記第３順方向整流回路は、各々前記第１相電源、前記第２相電源及び前記第３相電源に対して半波整流を行い、整流された第１相電源、整流された第２相電源及び整流された第３相電源を発生させ、前記整流された第１相電源、前記整流された第２相電源及び前記整流された第３相電源を前記第１出力端子に重ね合わせて出力電圧とするように配置され、
前記第１順方向整流回路、前記第２順方向整流回路、及び前記第３順方向整流回路における複数のダイオードと、前記第１相電源、前記第２相電源、及び前記第３相電源を伝送するための活線とは、回路基板の第１表面上に配置され、前記逆方向整流回路における複数のダイオードと、前記中性線とは、前記回路基板の第２表面上に配置され、前記回路基板は、平面に形成され、前記第１表面上に配置される前記活線及び前記複数のダイオードの投影と、前記第２表面上に配置される前記中性線及び前記複数のダイオードの投影とは、前記平面で互いに重なる、電子変圧器。
前記出力電圧は、負荷に供給され、前記第２出力端子にリターン電流を発生させ、前記逆方向整流回路は、前記リターン電流に対して半波整流を行って整流されたリターン電流を発生させ、前記中性線を介して前記整流されたリターン電流を電源供給装置まで伝送するように配置される請求項１に記載の電子変圧器。
前記第１順方向整流回路、前記第２順方向整流回路、前記第３順方向整流回路及び前記逆方向整流回路の何れも並列接続された２つ～５つのダイオードを含む、請求項１に記載の電子変圧器。
前記第１順方向整流回路における各ダイオードのカソードが前記第１相電源に接続され、前記第２順方向整流回路における各ダイオードのカソードが前記第２相電源に接続され、前記第３順方向整流回路における各ダイオードのカソードが前記第３相電源に接続され、前記第１順方向整流回路、前記第２順方向整流回路及び前記第３順方向整流回路における各ダイオードのアノードが前記第１出力端子に接続され、前記逆方向整流回路における各ダイオードのアノードが前記中性線に接続され、且つ前記逆方向整流回路における各ダイオードのカソードが前記第２出力端子に接続される請求項３に記載の電子変圧器。
前記第１順方向整流回路、前記第２順方向整流回路、前記第３順方向整流回路の何れかの前記複数のダイオードの数と前記逆方向整流回路の前記複数のダイオードの数の比は、１：３である請求項１に記載の電子変圧器。
前記第１順方向整流回路、前記第２順方向整流回路及び前記第３順方向整流回路における前記複数のダイオードは、それぞれ前記逆方向整流回路における前記複数のダイオードに隣接して設けられる請求項５に記載の電子変圧器。
前記第１順方向整流回路、前記第２順方向整流回路及び前記第３順方向整流回路の何れも並列接続されたＫ個のダイオードを含み、前記逆方向整流回路は３組の並列接続されたＫ個のダイオードを含み、且つＫは２～５の正整数である請求項５に記載の電子変圧器。
前記第１順方向整流回路における各ダイオードのカソードが前記第１相電源に接続され、前記第２順方向整流回路における各ダイオードのカソードが前記第２相電源に接続され、前記第３順方向整流回路における各ダイオードのカソードが前記第３相電源に接続され、前記第１順方向整流回路、前記第２順方向整流回路及び前記第３順方向整流回路における各ダイオードのアノードが前記第１出力端子に接続され、前記逆方向整流回路における各ダイオードのアノードが前記中性線に接続され、且つ前記逆方向整流回路における各ダイオードのカソードが前記第２出力端子に接続される請求項７に記載の電子変圧器。