JP7577507B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。
従来、電力変換装置は小型・軽量化を行ってきたが、さらなる小型・軽量化が求められている。
これを実現するための手段の一つとして、回路の一部に共振回路を利用したソフトスイッチング機能を有するＤＣ／ＤＣコンバータ回路を採用し、高周波化することで、装置内のリアクトル、トランスの外形・質量を低減し、電力変換装置としても小型・軽量化を図るものが提案されている。
一般的にこの回路方式では、共振回路を利用したソフトスイッチング（電流を強制的に小さくしたタイミングでスイッチング素子をターンオン、ターンオフ）をするため、高周波スイッチングであるにも関わらずスイッチング素子の損失も低く抑えることができる回路構成となっていた。
これを実現するための手段の一つとして、回路の一部に共振回路を利用したソフトスイッチング機能を有するＤＣ／ＤＣコンバータ回路を採用し、高周波化することで、装置内のリアクトル、トランスの外形・質量を低減し、電力変換装置としても小型・軽量化を図るものが提案されている。
一般的にこの回路方式では、共振回路を利用したソフトスイッチング（電流を強制的に小さくしたタイミングでスイッチング素子をターンオン、ターンオフ）をするため、高周波スイッチングであるにも関わらずスイッチング素子の損失も低く抑えることができる回路構成となっていた。
しかしながら、このような回路構成を採った場合、何らかの原因で共振回路部の共振周波数が低下した場合、スイッチング素子に電流が流れている状態でターンオフ(ハードスイッチング)することになるため、損失が増大する虞があった。また共振周波数が増加した場合には，電流振幅が増すことによって各構成部品の抵抗損失が増大する虞もある。 また、高周波スイッチングのため急激な温度上昇となり、冷却器上にサーミスタを備え過温度検知を有する装置であっても、過温度検出する前に半導体素子の破損が起こる虞もあった。
このような問題を解消するために、共振回路に電流検出器を設けて共振電流を検出し、共振周波数を監視して、あらかじめ定めた領域を逸脱した際に異常を検知し、装置を停止させるという方法が提案されていた。
このような問題を解消するために、共振回路に電流検出器を設けて共振電流を検出し、共振周波数を監視して、あらかじめ定めた領域を逸脱した際に異常を検知し、装置を停止させるという方法が提案されていた。
ところで、上記従来の方法を採用するには電流検出器を設置する必要があるが、高周波の用途では電流検出器の発熱が大きいため温度環境の厳しい用途の装置では採用が困難であるという課題があった。
また、高周波用電流検出器は外形が大きくなるため、装置内のスペースとのアンマッチやコストも増大するという新たな課題が生じていた。
さらに、上述した問題を克服したとしても、検出回路として、高速なマイコンやＦＰＧＡが必要となるため、コストアップが生じるという課題があった。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、共振周波数の異常検出を容易かつ低コストで実現することが可能な高周波絶縁方式の電力変換装置を提供することを目的としている。
また、高周波用電流検出器は外形が大きくなるため、装置内のスペースとのアンマッチやコストも増大するという新たな課題が生じていた。
さらに、上述した問題を克服したとしても、検出回路として、高速なマイコンやＦＰＧＡが必要となるため、コストアップが生じるという課題があった。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、共振周波数の異常検出を容易かつ低コストで実現することが可能な高周波絶縁方式の電力変換装置を提供することを目的としている。
実施形態の電力変換装置は、電源からの電力を所望の電圧に調整する電圧調整回路と、電圧調整回路が出力した電力を交流電力に変換するインバータと、インダクタンス及びキャパシタンスを有し、前記キャパシタンスとして共振コンデンサを備えた共振回路と、インバータの交流電力を変換する高周波変圧器と、高周波変圧器から出力された交流電力を直流電力に変換する整流器と、共振コンデンサの温度を検出する温度検出部と、温度が所定の温度閾値以上である場合に、共振周波数の異常であると検出して、異常時の制御を行う制御部と、を備える。
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。
［１］第１実施形態
図１は、第１実施形態に係る電力変換装置の概要構成説明図である。
電力変換装置は、電源ＰＷと、電圧調整回路１１と、共振方式単相ハーフブリッジインバータとしての共振インバータを構成する共振コンデンサ１２Ｕ、１２Ｌ、スイッチング素子１３Ｕ及びスイッチング素子１３Ｌと、高周波変圧器１４と、ダイオード整流器１５と、フィルタコンデンサ１６と、電流検出器１７と、フィルタコンデンサ１８と、制御部２１と、電圧調整回路１１の入力電圧を検出する電圧検出部２２と、共振コンデンサ１２Ｕ及び共振コンデンサ１２Ｌの温度を代表する温度を検出する温度検出部２３と、電力変換装置の出力電圧を検出する電圧検出部２４と、電流検出器１７の出力信号に基づいて電力変換装置の出力電流を検出する電流検出部２５と、を備えている。
［１］第１実施形態
図１は、第１実施形態に係る電力変換装置の概要構成説明図である。
電力変換装置は、電源ＰＷと、電圧調整回路１１と、共振方式単相ハーフブリッジインバータとしての共振インバータを構成する共振コンデンサ１２Ｕ、１２Ｌ、スイッチング素子１３Ｕ及びスイッチング素子１３Ｌと、高周波変圧器１４と、ダイオード整流器１５と、フィルタコンデンサ１６と、電流検出器１７と、フィルタコンデンサ１８と、制御部２１と、電圧調整回路１１の入力電圧を検出する電圧検出部２２と、共振コンデンサ１２Ｕ及び共振コンデンサ１２Ｌの温度を代表する温度を検出する温度検出部２３と、電力変換装置の出力電圧を検出する電圧検出部２４と、電流検出器１７の出力信号に基づいて電力変換装置の出力電流を検出する電流検出部２５と、を備えている。
上記構成において、共振コンデンサ１２Ｕ、１２Ｌ、スイッチング素子１３Ｕ、スイッチング素子１３Ｌ、高周波変圧器１４、ダイオード整流器１５、フィルタコンデンサ１６及びフィルタコンデンサ１８は、共振回路ＲＥＳを構成している。
また、図１の例では、電圧調整回路１１として、スイッチング素子１１Ａ、ダイオード１１Ｂ及びコイル１１Ｃを有する降圧チョッパ回路を構成している場合を示している。しかしながら、所望の電圧が得られるように調整を行えるのであれば、昇降圧チョッパ回路、昇圧チョッパ回路、コンバータ等様々な回路を適用することが可能である。
また、高周波変圧器１４は、漏れインダクタンス成分１４Ｘを含んでいるものとする。
また、高周波変圧器１４は、漏れインダクタンス成分１４Ｘを含んでいるものとする。
また、制御部２１は、電圧検出部２２、温度検出部２３、電圧検出部２４、電流検出部２５と接続されている。電圧検出部２４、電流検出部２５にて出力を検出しながら、定められた制御特性に基づいてスイッチング素子１１Ａのゲート制御を行っている。
また、図１においては、スイッチング素子１１Ａ、スイッチング素子１３Ｕ及びスイッチング素子１３ＬをＩＧＢＴとしているが、ＩＧＢＴに限定するものではない。例えば、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴでも、パワートランジスタ、ＧＴＯサイリスタでも良い。
図２は、共振周波数の正常時におけるスイッチング素子のゲート電圧及び各部の電流との関係の説明図である。
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、スイッチング素子１３Ｕのゲート電圧Ｇ１３Ｕ及びスイッチング素子１３Ｌのゲート電圧Ｇ１３Ｌは、所定のデッドタイムＤＴを介して排他的に“Ｈ”レベル（オン）／“Ｌ”レベル（オフ）が切り替わるようになっている。
そして、スイッチング素子１３Ｕがオン状態である場合に、図２（Ｃ）に示すように、スイッチング素子１３Ｕを電流Ｉ１３Ｕが流れる。同様にスイッチング素子１３Ｌがオン状態である場合に、図２（Ｄ）に示すように、スイッチング素子１３Ｌを電流Ｉ１３Ｌが流れる。
これらの結果、図２（Ｅ）に示すように、高周波変圧器１４の一次側を電流Ｉｉｎ１４が流れることとなる。
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、スイッチング素子１３Ｕのゲート電圧Ｇ１３Ｕ及びスイッチング素子１３Ｌのゲート電圧Ｇ１３Ｌは、所定のデッドタイムＤＴを介して排他的に“Ｈ”レベル（オン）／“Ｌ”レベル（オフ）が切り替わるようになっている。
そして、スイッチング素子１３Ｕがオン状態である場合に、図２（Ｃ）に示すように、スイッチング素子１３Ｕを電流Ｉ１３Ｕが流れる。同様にスイッチング素子１３Ｌがオン状態である場合に、図２（Ｄ）に示すように、スイッチング素子１３Ｌを電流Ｉ１３Ｌが流れる。
これらの結果、図２（Ｅ）に示すように、高周波変圧器１４の一次側を電流Ｉｉｎ１４が流れることとなる。
ところで、正常時には、制御部２１は、スイッチング素子１３Ｕ、１３Ｌを設定したスイッチング周期で制御している。
ここで、スイッチング素子１３Ｕ、１３Ｌ、高周波変圧器１４、ダイオード整流器１５及びフィルタコンデンサ１６、１８の閉回路を構成する導体によって構成された配線のインダクタンスと高周波変圧器１４の漏れインダクタンス１４Ｘの合計値と、共振コンデンサ１２Ｕ、１２Ｌによって共振回路ＲＥＳを構成し、負荷に電力を供給する。
したがって、スイッチング周波数と共振周波数はソフトスイッチング（小さい電流でのターンオフ）を実現するタイミングとなっている。
したがって、スイッチング周波数と共振周波数はソフトスイッチング（小さい電流でのターンオフ）を実現するタイミングとなっている。
すなわち、図２に示すように、スイッチング周期の前半では、スイッチング素子１３Ｕのゲート電圧Ｇ１３Ｕが“Ｈ”レベルとなっている期間の前半で電流Ｉ１３Ｕが大きく流れ、スイッチング素子１３Ｕ、１３Ｌの切替を行うために設定されているデッドタイムＤＴの期間においては電流Ｉ１３Ｕは小さくなっており、ソフトスイッチングが行えるようになっている。
さらにスイッチング周期の後半では、スイッチング素子１３Ｌのゲート電圧Ｇ１３Ｌが“Ｈ”レベルとなっている期間の前半で電流Ｉ１３Ｌが大きく流れ、スイッチング素子１３Ｕ、１３Ｌの切替を行うために設定されているデッドタイムＤＴの期間においては電流Ｉ１３Ｌは小さくなっており、ソフトスイッチングが行えるようになっている。
図３は、共振コンデンサの容量減少などによる共振周波数の異常時におけるスイッチング素子のゲート電圧及び各部の電流との関係の説明図である。
異常時においても、スイッチング周期Ｔの前半では、スイッチング素子１３Ｕのゲート電圧Ｇ１３Ｕが“Ｈ”レベルとなっている期間の前半で電流Ｉ１３Ｕが大きく流れ、スイッチング素子１３Ｕ、１３Ｌの切替を行うために設定されているデッドタイムＤＴの期間においては電流Ｉ１３Ｕは小さくなっている。
異常時においても、スイッチング周期Ｔの前半では、スイッチング素子１３Ｕのゲート電圧Ｇ１３Ｕが“Ｈ”レベルとなっている期間の前半で電流Ｉ１３Ｕが大きく流れ、スイッチング素子１３Ｕ、１３Ｌの切替を行うために設定されているデッドタイムＤＴの期間においては電流Ｉ１３Ｕは小さくなっている。
しかしながら、スイッチング素子１３Ｕのゲート電圧Ｇ１３Ｕが“Ｈ”レベルとなっている期間の前半で流れる電流の値は、正常時の場合と比較して、大きくなっており、回路全体として発熱量が大きくなっている。
同様に、スイッチング周期の後半では、スイッチング素子１３Ｌのゲート電圧Ｇ１３Ｌが“Ｈ”レベルとなっている期間の前半で電流Ｉ１３Ｌが大きく流れ、スイッチング素子１３Ｕ、１３Ｌの切替を行うために設定されているデッドタイムＤＴの期間においては電流Ｉ１３Ｌは小さくなっている。
しかしながら、スイッチング素子１３Ｌのゲート電圧Ｇ１３Ｌが“Ｈ”レベルとなっている期間の前半で流れる電流の値は、正常時の場合と比較して、大きくなっており、消費電力が増大するとともに、回路全体として発熱量が大きくなることとなっていた。
より詳細には、共振回路全体のインダクタンスをＬ、共振回路全体のキャパシタンスをＣとした場合に、共振周波数ｆは、（１）式で表される。
ｆ＝１／２π・√（Ｌ・Ｃ） …（１）
従って、キャパシタンスＣが小さくなると、共振周波数は高くなり、回路全体としては、所望の動作が行えなくなるのである。
ｆ＝１／２π・√（Ｌ・Ｃ） …（１）
従って、キャパシタンスＣが小さくなると、共振周波数は高くなり、回路全体としては、所望の動作が行えなくなるのである。
そこで、本実施形態においては、温度変化を検出することで、共振周波数の変化をとらえ、制御を行うようにしている。
すなわち、温度検出部２３により、共振コンデンサ１２Ｕ、１２Ｌ、あるいは共振コンデンサ１２Ｕ、１２Ｌに接続している導体の温度監視を行っている。
そして温度検出部２３において、正常時に検出されるはずの温度領域を逸脱した場合には、温度検出部２３の出力に基づいて制御部２１が共振周波数が異常であること検出して電力変換装置１０を停止モードに移行する。
すなわち、温度検出部２３により、共振コンデンサ１２Ｕ、１２Ｌ、あるいは共振コンデンサ１２Ｕ、１２Ｌに接続している導体の温度監視を行っている。
そして温度検出部２３において、正常時に検出されるはずの温度領域を逸脱した場合には、温度検出部２３の出力に基づいて制御部２１が共振周波数が異常であること検出して電力変換装置１０を停止モードに移行する。
以下、より詳細に制御部２１の動作を説明する。
図４は、第１の共振周波数異常検知処理の処理フローチャートである。
共振周波数の定数が変化し共振周波数の異常状態において（ステップＳ０１）、制御部２１は、温度検出２３を介して共振回路、すなわち、共振コンデンサ１２Ｕ、１２Ｌ、あるいは共振コンデンサ１２Ｕ、１２Ｌに接続している導体の温度を計測して温度計測値Ａを取得する（ステップＳ０２）。
図４は、第１の共振周波数異常検知処理の処理フローチャートである。
共振周波数の定数が変化し共振周波数の異常状態において（ステップＳ０１）、制御部２１は、温度検出２３を介して共振回路、すなわち、共振コンデンサ１２Ｕ、１２Ｌ、あるいは共振コンデンサ１２Ｕ、１２Ｌに接続している導体の温度を計測して温度計測値Ａを取得する（ステップＳ０２）。
続いて制御部２１は、予め設定した温度閾値に相とする温度セット値Ｂと比較を行い、温度計測値Ａが温度セット値Ｂ以上（Ａ－Ｂ≧０）であるか否かを判断する（ステップＳ０３）。
ステップＳ０３の判断において、温度計測値Ａが温度セット値Ｂ以上（Ａ－Ｂ≧０）である場合には（ステップＳ０３；Ｙｅｓ）、制御部２１は、電力変換装置１０の動作を停止シーケンスへ移行し（ステップＳ０４）、電力変換装置１０の保護を図る。
ステップＳ０３の判断において、温度計測値Ａが温度セット値Ｂ未満（Ａ－Ｂ＜０）である場合には（ステップＳ０３；Ｎｏ）、制御部２１は、処理を再びステップＳ０２に移行して同様の処理を繰り返すこととなる。
図５は、第２の共振周波数異常検知処理の処理フローチャートである。
図４の処理においては、共振周波数が異常である場合には、電力変換装置１０を停止シーケンスへ移行させていたが、図５の処理では、出力を低減することにより電力変換装置１０の保護を図っている。
図４の処理においては、共振周波数が異常である場合には、電力変換装置１０を停止シーケンスへ移行させていたが、図５の処理では、出力を低減することにより電力変換装置１０の保護を図っている。
共振周波数の定数が変化し共振周波数の異常状態において（ステップＳ１１）、制御部２１は、温度検出２３を介して共振回路、すなわち、共振コンデンサ１２Ｕ、１２Ｌ、あるいは共振コンデンサ１２Ｕ、１２Ｌに接続している導体の温度を計測して温度計測値Ａを取得する（ステップＳ１２）。
続いて制御部２１は、予め設定した温度閾値に相とする温度セット値Ｂと比較を行い、温度計測値Ａが温度セット値Ｂ以上（Ａ－Ｂ≧０）であるか否かを判断する（ステップＳ１３）。
ステップＳ１３の判断において、温度計測値Ａが温度セット値Ｂ以上（Ａ－Ｂ≧０）である場合には（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、制御部２１は、電力変換装置１０の出力制御を行い、出力を低減する出力低減モードに移行し（ステップＳ１４）、電力変換装置１０の保護を図る。さらにさらなる出力低減が必要か否かを判断するために、処理を再びステップＳ１２処理を移行して同様の処理を繰り返すこととなる。
一方、ステップＳ１３の判断において、温度計測値Ａが温度セット値Ｂ未満（Ａ－Ｂ＜０）である場合には（ステップＳ１３；Ｎｏ）、制御部２１は、出力制御を通常モードのままとして処理を終了する（ステップＳ１４）。
図６は、第３の共振周波数異常検知処理の処理フローチャートである。
本例においては、共振回路を構成している共振コンデンサ１２Ｕ、１２Ｌを冷却するための冷却装置として電力変換装置が冷却用ファンを備えている場合について説明する。
図４の処理においては、共振周波数が異常である場合には、電力変換装置１０を停止シーケンスへ移行させていたが、図６の処理では、共振コンデンサ１２Ｕ、１２Ｌ及び周囲回路を冷却して、電力変換装置１０の保護を図っている。
本例においては、共振回路を構成している共振コンデンサ１２Ｕ、１２Ｌを冷却するための冷却装置として電力変換装置が冷却用ファンを備えている場合について説明する。
図４の処理においては、共振周波数が異常である場合には、電力変換装置１０を停止シーケンスへ移行させていたが、図６の処理では、共振コンデンサ１２Ｕ、１２Ｌ及び周囲回路を冷却して、電力変換装置１０の保護を図っている。
共振周波数の定数が変化し共振周波数の異常状態において（ステップＳ２１）、制御部２１は、温度検出２３を介して共振回路、すなわち、共振コンデンサ１２Ｕ、１２Ｌ、あるいは共振コンデンサ１２Ｕ、１２Ｌに接続している導体の温度を計測して温度計測値Ａを取得する（ステップＳ２２）。
続いて制御部２１は、予め設定した温度閾値に相とする温度セット値Ｂと比較を行い、温度計測値Ａが温度セット値Ｂ以上（Ａ－Ｂ≧０）であるか否かを判断する（ステップＳ２３）。
ステップＳ２３の判断において、温度計測値Ａが温度セット値Ｂ以上（Ａ－Ｂ≧０）である場合には（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、制御部２１は、冷却ファンの動作制御を行うためのファン動作指令を“Ｈ”レベルとして冷却ファンを動作させて（ステップＳ２５）、共振コンデンサ１２Ｕ、１２Ｌ及び周囲回路を冷却して、電力変換装置１０の保護を図る。
一方、ステップＳ１３の判断において、温度計測値Ａが温度セット値Ｂ未満（Ａ－Ｂ＜０）である場合には（ステップＳ２３；Ｎｏ）、制御部２１は、冷却ファンの動作制御を行うためのファン動作指令を“Ｌ”レベルとして冷却ファンを停止し、あるいは、停止状態を維持して処理を終了する（ステップＳ１４）。
以上の説明のように、本第１実施形態によれば、共振周波数の異常検出を容易かつ低コストで実現でき、電力変換装置１０の保護を図ることができる。
以上の説明のように、本第１実施形態によれば、共振周波数の異常検出を容易かつ低コストで実現でき、電力変換装置１０の保護を図ることができる。
［２］第２実施形態
図７は、第２実施形態に係る電力変換装置の概要構成説明図である。
図７において、図１の第１実施形態と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
本第２実施形態が、第１実施形態と異なる点は、電圧調整回路１１の入力電圧を検出する電圧検出部２２を設けていない点である。
図７は、第２実施形態に係る電力変換装置の概要構成説明図である。
図７において、図１の第１実施形態と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
本第２実施形態が、第１実施形態と異なる点は、電圧調整回路１１の入力電圧を検出する電圧検出部２２を設けていない点である。
この構成によれば、電圧調整回路１１に代えて、最終的な調整対象である負荷ＬＤへの出力電圧を検出して第１実施形態と同様の制御を行うので、回路構成を簡略化されている。
したがって、本第２実施形態によれば、第１実施形態よりもより簡易な構成で、共振周波数の異常検出を容易かつ低コストで実現でき、電力変換装置１０の保護を図ることができる。
［３］第３実施形態
図８は、第３実施形態に係る電力変換装置の概要構成説明図である。
図８において、図１の第１実施形態と異なる点は、スイッチング素子１３Ｕと、スイッチング素子１３Ｌの接続点と、高周波変圧器１４の一次巻線との間に共振コンデンサ１２Ｃを設けた点と、共振コンデンサ１２Ｕ及び共振コンデンサ１２Ｌに代えて、共振コンデンサ１２Ｕ及び共振コンデンサ１２Ｌと比較して容量の大きな分圧用コンデンサ３１Ｕ及び分圧用コンデンサ３１Ｌを設けた点と、温度検出部２３により共振コンデンサ１２Ｃの近傍の温度を測定している点である。
図８は、第３実施形態に係る電力変換装置の概要構成説明図である。
図８において、図１の第１実施形態と異なる点は、スイッチング素子１３Ｕと、スイッチング素子１３Ｌの接続点と、高周波変圧器１４の一次巻線との間に共振コンデンサ１２Ｃを設けた点と、共振コンデンサ１２Ｕ及び共振コンデンサ１２Ｌに代えて、共振コンデンサ１２Ｕ及び共振コンデンサ１２Ｌと比較して容量の大きな分圧用コンデンサ３１Ｕ及び分圧用コンデンサ３１Ｌを設けた点と、温度検出部２３により共振コンデンサ１２Ｃの近傍の温度を測定している点である。
本第３実施形態によれば、第１実施形態と同様に、共振周波数の異常検出を容易かつ低コストで実現でき、電力変換装置１０の保護を図ることができる。
［４］第４実施形態
図９は、第４実施形態に係る電力変換装置の概要構成説明図である。
ところで、上述した（１）に示すように、共振周波数を決める要因としては、キャパシタンスＣのみならず、インダクタンスＬがある。
そこで、本第４実施形態は、共振回路ＲＥＳにおけるインダクタンスＬを大きくする場合の実施形態である。
図９は、第４実施形態に係る電力変換装置の概要構成説明図である。
ところで、上述した（１）に示すように、共振周波数を決める要因としては、キャパシタンスＣのみならず、インダクタンスＬがある。
そこで、本第４実施形態は、共振回路ＲＥＳにおけるインダクタンスＬを大きくする場合の実施形態である。
図９において、図１の第１実施形態と異なる点は、スイッチング素子１３Ｕと、スイッチング素子１３Ｌの接続点と、高周波変圧器１４の一次巻線との間にインダクタンス素子としてのコイルＬ１を設けた点である。
本第４実施形態によれば、第１実施形態と同様に、共振周波数の異常検出を温度により行うことで、異常検出を容易かつ低コストで実現でき、電力変換装置１０の保護を図ることができる。
本第４実施形態によれば、第１実施形態と同様に、共振周波数の異常検出を温度により行うことで、異常検出を容易かつ低コストで実現でき、電力変換装置１０の保護を図ることができる。
［５］第５実施形態
図１０は、第５実施形態に係る電力変換装置の概要構成説明図である。
図１０において、図８の第２実施形態と異なる点は、共振方式単相ハーフブリッジインバータに代えて共振方式単相フルブリッジインバータを用いている点である。
図１０は、第５実施形態に係る電力変換装置の概要構成説明図である。
図１０において、図８の第２実施形態と異なる点は、共振方式単相ハーフブリッジインバータに代えて共振方式単相フルブリッジインバータを用いている点である。
より詳細には、スイッチング素子１３Ｕ及びスイッチング素子１３Ｌに代えて、スイッチング素子１３Ｕ１及びスイッチング素子１３Ｌ１を直列接続し、当該接続点を高周波変圧器１４の一方の一次巻線に接続している。さらに、スイッチング素子１３Ｕ２及びスイッチング素子１３Ｌ２を直列接続し、当該接続点を高周波変圧器１４の他方の一次巻線に接続している。
これらの結果、スイッチング素子１３Ｕ１、１３Ｕ２、１３Ｌ１、１３Ｌ２は、フルブリッジインバータを構成することとなる。
これらの結果、本第５実施形態によれば、第１実施形態と同様に、共振周波数の異常検出を容易かつ低コストで実現でき、電力変換装置１０の保護を図ることができる。
また、フルブリッジインバータを備えていることにより、一次側の電圧を電源電圧と等しくすることが可能となり、電流が少ない、すなわち、消費電力の少ない電源を供給することが可能となる。
これらの結果、本第５実施形態によれば、第１実施形態と同様に、共振周波数の異常検出を容易かつ低コストで実現でき、電力変換装置１０の保護を図ることができる。
また、フルブリッジインバータを備えていることにより、一次側の電圧を電源電圧と等しくすることが可能となり、電流が少ない、すなわち、消費電力の少ない電源を供給することが可能となる。
以上の説明では、スイッチング素子１３Ｕ１と、スイッチング素子１３Ｌ１の接続点と、高周波変圧器１４の一次巻線との間に共振コンデンサ１２Ｃを設けていたが、さらに必要に応じて共振コンデンサ１２Ｃと直列にコイルを設けるようにしてもよい。
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
例えば、電源からの電力を直流電力に変換して出力するチョッパと、チョッパが出力した直流電力を交流電力に変換するインバータと、共振回路を構成し、インバータの直流入力部に二直列に接続される共振コンデンサと、インバータの交流電力を変換する高周波変圧器と、を備えた電力変換装置で実行される方法であって、共振回路の温度を検出する過程と、温度が所定の温度閾値以上である場合に、共振周波数の異常であると検出して、異常時の制御を行う過程と、を備えるようにしてもよい。
また、電源からの電力を直流電力に変換して出力するチョッパと、チョッパが出力した直流電力を交流電力に変換するインバータと、共振回路を構成し、インバータの直流入力部に二直列に接続される共振コンデンサと、インバータの交流電力を変換する高周波変圧器と、を備えた電力変換装置をコンピュータにより制御するためのプログラムであって、コンピュータを、共振回路の温度を検出する手段と、温度が所定の温度閾値以上である場合に、共振周波数の異常であると検出して、異常時の制御を行う手段と、して機能させるようにしても良い。
以上の説明においては、温度検出部２３を共振コンデンサ近傍に配置する構成としていたが、共振周波数の異常に応じた温度変化を検出できる箇所であれば、これに限られず、
高周波変圧器近傍など共振回路ＲＥＳの様々な部位に配置することも可能である。
以上の説明においては、インダクタンス素子として、コイルの場合について説明したが、フェライトコア、トロイダルコア等の素子を適用することも可能である。
高周波変圧器近傍など共振回路ＲＥＳの様々な部位に配置することも可能である。
以上の説明においては、インダクタンス素子として、コイルの場合について説明したが、フェライトコア、トロイダルコア等の素子を適用することも可能である。
１０…電力変換装置
１１…電圧調整回路
１２Ｕ、１２Ｌ、１２Ｃ…共振コンデンサ（キャパシタンス）
１３Ｕ、１３Ｕ１、１３Ｕ２、…スイッチング素子（上アーム：スイッチングトランジスタ）
１３Ｌ、１３Ｌ１、１３Ｌ２…スイッチング素子（下アーム：スイッチングトランジスタ）
１４…高周波変圧器
１４Ｘ…漏れインダクタンス
１５…ダイオード整流器
１６、１８…フィルタコンデンサ
１７…電流検出器
２１…制御部
２２…電圧検出部
２３…温度検出部
２４…電圧検出部
２５…電流検出部
Ｌ１…コイル（インダクタンス素子）
１１…電圧調整回路
１２Ｕ、１２Ｌ、１２Ｃ…共振コンデンサ（キャパシタンス）
１３Ｕ、１３Ｕ１、１３Ｕ２、…スイッチング素子（上アーム：スイッチングトランジスタ）
１３Ｌ、１３Ｌ１、１３Ｌ２…スイッチング素子（下アーム：スイッチングトランジスタ）
１４…高周波変圧器
１４Ｘ…漏れインダクタンス
１５…ダイオード整流器
１６、１８…フィルタコンデンサ
１７…電流検出器
２１…制御部
２２…電圧検出部
２３…温度検出部
２４…電圧検出部
２５…電流検出部
Ｌ１…コイル（インダクタンス素子）
Claims (9)
- 電源からの電力を所望の電圧に調整する電圧調整回路と、
前記電圧調整回路が出力した電力を交流電力に変換するインバータと、
インダクタンス及びキャパシタンスを有し、前記キャパシタンスとして共振コンデンサを備えた共振回路と、
前記インバータの交流電力を変換する高周波変圧器と、
前記高周波変圧器から出力された交流電力を直流電力に変換する整流器と、
前記共振コンデンサの温度を検出する温度検出部と、
前記温度が所定の温度閾値以上である場合に、共振周波数の異常であると検出して、異常時の制御を行う制御部と、
を備えた電力変換装置。 - 前記制御部は、前記異常時の制御として、前記電力変換装置を停止させる制御を行う、
請求項１に記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、前記異常時の制御として、通常時の制御による出力よりも出力を低減させる制御を行う、
請求項１記載の電力変換装置。 - 前記共振回路を冷却する冷却装置を備え、
前記制御部は、前記異常時の制御として、前記冷却装置による冷却を行わせる制御を行う、
請求項１記載の電力変換装置。 - 前記共振コンデンサは、前記インバータの直流入力部に接続されている、
請求項１乃至請求項４のいずれか一項記載の電力変換装置。 - 前記共振コンデンサは、前記インバータの交流出力部と前記高周波変圧器の一次巻線との間に接続されている、
請求項１乃至請求項４のいずれか一項記載の電力変換装置。 - 前記共振回路は、前記インダクタンス、前記インバータの交流出力部と前記高周波変圧器の一次巻線との間に接続されたインダクタンス素子を備えている、
請求項１乃至請求項６のいずれか一項記載の電力変換装置。 - 前記電圧調整回路は、チョッパ回路あるいはコンバータ回路として構成されている、
請求項１乃至請求項７のいずれか一項記載の電力変換装置。 - 前記インバータは、ハーフブリッジインバータあるいはフルブリッジインバータとして構成されている、
請求項１乃至請求項８のいずれか一項記載の電力変換装置。
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