JP2007215324A - Surge voltage suppression circuit - Google Patents
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Abstract
【課題】直流電源から交流電力に変換する場合に、高周波トランスを備えた電力変換装置を用い、高周波トランスの出力側に発生するサージを、簡単な回路構成と制御により除去する電力変換装置を提供する。
【解決手段】インバータ12と、高周波トランス13と、双方向スイッチ15とを備え、高周波トランス13により昇圧された正負の矩形波状パルス列を、双方向スイッチ15で整流し、同一極性の矩形波状パルス列に変換する電力変換装置において、高周波トランス13の出力側両端に、電力スイッチ素子AS1とコンデンサC1の直列回路と、該直列回路と逆向きの電力スイッチ素子AS2とコンデンサC2の直列回路と、を2つ以上接続し、電力スイッチ素子AS1,AS2が高周波トランス13の出力電圧の極性に同期して動作し、トランス13の出力電圧に発生するサージ電圧を、コンデンサC1,C2の電圧にクランプする。
【選択図】図1Provided is a power converter that uses a power converter equipped with a high-frequency transformer to remove a surge generated on the output side of the high-frequency transformer with a simple circuit configuration and control when converting from a DC power supply to AC power. To do.
An inverter 12, a high-frequency transformer 13, and a bidirectional switch 15 are provided, and a positive and negative rectangular wave pulse train boosted by the high-frequency transformer 13 is rectified by the bidirectional switch 15 to form a rectangular wave pulse train of the same polarity. In the power conversion device to be converted, two series circuits of the power switch element AS1 and the capacitor C1 and two series circuits of the power switch element AS2 and the capacitor C2 opposite to the series circuit are provided at both ends on the output side of the high-frequency transformer 13. With the above connection, the power switch elements AS1 and AS2 operate in synchronization with the polarity of the output voltage of the high frequency transformer 13, and the surge voltage generated in the output voltage of the transformer 13 is clamped to the voltage of the capacitors C1 and C2.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、直流電圧を正負の矩形波状パルス列に変換するインバータと、該インバータの出力側に接続された高周波トランスと、該高周波トランスの出力側に接続した双方向スイッチとを備え、前記高周波トランスにより昇圧された正負の矩形波状パルス列を、前記双方向スイッチで整流し、同一極性の矩形波状パルス列に変換する電力変換装置に係り、特に、転流に伴い高周波トランスの出力電圧に発生するサージ電圧を吸収するサージ電圧抑制回路に関する。 The present invention comprises an inverter that converts a DC voltage into a positive and negative rectangular wave pulse train, a high-frequency transformer connected to the output side of the inverter, and a bidirectional switch connected to the output side of the high-frequency transformer. The present invention relates to a power converter for rectifying a positive and negative rectangular wave pulse train boosted by the bidirectional switch to convert it into a rectangular wave pulse train of the same polarity, and in particular, a surge voltage generated in an output voltage of a high frequency transformer due to commutation The present invention relates to a surge voltage suppression circuit that absorbs noise.
直流電源からの直流電力を、インバータにより例えば商用交流電源系統に連系した交流電力に変換する場合に、高周波トランスを備えた電力変換装置が知られている。係る電力変換装置は、図7に示すように、直流電源11の直流電圧を正負の矩形波状パルス列に変換するインバータ12と、該インバータの出力側に接続された高周波トランス13と、該高周波トランスの出力側に接続した双方向スイッチ15とを備え、高周波トランス13により昇圧された正負の矩形波状パルス列を、双方向スイッチ15で整流し、同一極性の矩形波状パルス列に変換する。
A power converter provided with a high-frequency transformer is known in the case where DC power from a DC power source is converted into AC power linked to, for example, a commercial AC power supply system by an inverter. As shown in FIG. 7, the power conversion apparatus includes an
これにより、電源系統の周波数に対応したPWM波形が得られ、フィルタ16で高周波成分を除去することで、電源系統の周波数に対応した低周波交流電力に変換される。そして、電源系統(負荷)17に直流電力から変換された交流電力が供給される。
As a result, a PWM waveform corresponding to the frequency of the power supply system is obtained, and the high frequency component is removed by the
しかしながら、係る電力変換装置においては、高周波トランスの漏れインダクタンスや配線などの寄生インダクタンスに蓄積されたエネルギーに起因して、双方向スイッチ両端にサージ電圧が発生する。このサージ電圧が双方向スイッチの電力スイッチ素子の耐圧を越えると、素子破壊につながる場合があるという課題がある。 However, in such a power conversion device, a surge voltage is generated at both ends of the bidirectional switch due to energy accumulated in leakage inductance of the high-frequency transformer and parasitic inductance such as wiring. When this surge voltage exceeds the withstand voltage of the power switch element of the bidirectional switch, there is a problem that the element may be destroyed.
そこで、サージ電圧を抑制するために一般的にはRCスナバ回路が設けられるが、RCスナバ回路の抵抗による損失が大きいという問題がある。また、損失を低減するために、例えば双方向スイッチに並列にエネルギー回生形の回路を付加し、無損失でサージ電圧を吸収することが提案されている(特許文献1)。しかしながら、この方法では、制御、回路共に複雑な構成となるという問題がある。
本発明はこのような課題を解決するもので、直流電源から交流電力に変換する際に、高周波トランスを備えた電力変換装置を用いる場合に、高周波トランスの出力側に発生するサージ電圧を、簡単な回路構成と制御により経済的に除去することができるサージ電圧抑制回路を提供することを目的とするものである。 The present invention solves such a problem. When a power converter equipped with a high-frequency transformer is used when converting from a DC power supply to AC power, a surge voltage generated on the output side of the high-frequency transformer can be simplified. An object of the present invention is to provide a surge voltage suppression circuit that can be economically removed by a simple circuit configuration and control.
本発明のサージ電圧抑制回路は、直流電圧を正負の矩形波状パルス列に変換するインバータと、該インバータの出力側に接続された高周波トランスと、該高周波トランスの出力側に接続した双方向スイッチとを備え、前記高周波トランスにより昇圧された正負の矩形波状パルス列を、前記双方向スイッチで整流し、同一極性の矩形波状パルス列に変換する電力変換装置において、前記高周波トランスの出力側両端に、サージ電圧を吸収する電力スイッチ素子とコンデンサとの直列回路を二つ以上備え、前記電力スイッチ素子が前記高周波トランスの出力電圧の極性に同期して動作し、前記トランスの出力電圧に発生するサージ電圧を、前記コンデンサの電圧にクランプすることを特徴とするものである。 The surge voltage suppression circuit of the present invention comprises an inverter that converts a DC voltage into a positive and negative rectangular wave pulse train, a high-frequency transformer connected to the output side of the inverter, and a bidirectional switch connected to the output side of the high-frequency transformer. A positive and negative rectangular wave pulse train boosted by the high frequency transformer is rectified by the bidirectional switch and converted into a rectangular wave pulse train of the same polarity, a surge voltage is applied across the output side of the high frequency transformer. Two or more series circuit of a power switch element and a capacitor to absorb, the power switch element operates in synchronization with the polarity of the output voltage of the high-frequency transformer, the surge voltage generated in the output voltage of the transformer, It is characterized by clamping to the voltage of the capacitor.
ここで、高周波トランスの2次側に補助巻線を備え、該補助巻線から前記高周波トランスの出力電圧の極性に同期した出力を取り出し、該出力を前記電力スイッチ素子の駆動信号に利用することが好ましい。 Here, an auxiliary winding is provided on the secondary side of the high-frequency transformer, an output synchronized with the polarity of the output voltage of the high-frequency transformer is taken out from the auxiliary winding, and the output is used as a drive signal for the power switch element. Is preferred.
本発明によれば、高周波トランスの出力側両端に、電力スイッチ素子とコンデンサの直列回路と、該直列回路と逆向きの電力スイッチ素子とコンデンサの直列回路と、を二つ以上備え、前記電力スイッチ素子が前記高周波トランスの出力電圧の極性に同期して動作させることで、高周波トランスの出力電圧に発生する正極性と負極性のサージ電圧を、極性に対応して上記直列回路と逆向きの直列回路のそれぞれのコンデンサの有する一定電圧にクランプして、吸収することができる。これにより、双方向スイッチの電力素子の破壊を簡単な回路およびサージを吸収する為に特別な制御モードを有することなく、従来のサージ電圧抑制回路の無い回路構成と同様の制御により防止でき、経済的で且つ信頼性の高い電力変換装置を提供できる。 According to the present invention, two or more series circuits of a power switch element and a capacitor and a series circuit of a power switch element and a capacitor opposite to the series circuit are provided at both ends of the output side of the high-frequency transformer, and the power switch By operating the element in synchronization with the polarity of the output voltage of the high-frequency transformer, positive and negative surge voltages generated in the output voltage of the high-frequency transformer are connected in series in the opposite direction to the series circuit corresponding to the polarity. It can be absorbed by clamping to a constant voltage of each capacitor of the circuit. As a result, destruction of the power element of the bidirectional switch can be prevented by the same control as a circuit configuration without a conventional surge voltage suppression circuit without having a special control mode to absorb a simple circuit and surge. And a highly reliable power conversion device can be provided.
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。なお、各図中、同一の作用または機能を有する部材または要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the member or element which has the same effect | action or function, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1および図2は、本発明の第1実施形態の電力変換装置およびその動作例を示す。直流電源11は、例えば燃料電池や太陽電池などの直流電源であり、一例として20−30V程度の直流電圧を有している。直流電源11の両端には、直流電圧を正負の矩形波状の高周波電圧に変換するインバータ12が接続されている。インバータ12は、電力スイッチ素子Q1〜Q4が直並列接続され、キャリア周波数のサイクルタイム毎に所要パルス幅のオン/オフを繰り返し、キャリア周波数のサイクルタイム毎に所要パルス幅の正負の矩形状パルス列であるPWM波形Vpを形成する。キャリア周波数としては、例えば10−100kHz程度の周波数が採用され、矩形状パルス列の波高値は±20−30V程度である。
1 and 2 show a power conversion apparatus according to a first embodiment of the present invention and an operation example thereof. The
インバータ12の出力側には、高周波トランス13が接続され、高周波トランス13の出力側には、サージ吸収回路14が接続され、さらに双方向スイッチ15とフィルタ16が接続されている。高周波トランス13からは、上記の正負の矩形波状パルス列が昇圧比1:nに昇圧されて出力される。高周波トランス13の昇圧比は、整流後の同一極性の矩形波状パルス列の波高値が例えば200Vや400Vの交流商用電源系統電圧波形が得られる電圧となるように設定される。
A
サージ吸収回路14は、高周波トランス13の漏れインダクタンス等により転流によって生じるサージ電圧を吸収し、後段の双方向スイッチ15の電力スイッチ素子を保護するためのものである。サージ吸収回路14は、高周波トランス15の出力側両端に、電力スイッチ素子AS1とコンデンサC1の直列回路と、該直列回路と逆向きの電力スイッチ素子AS2とコンデンサの直列回路C2とを逆並列接続して、構成されている。
The
双方向スイッチ15は、電力スイッチ素子S1〜S4を図示するように接続したもので、高周波トランスから出力された正負の矩形波状パルス列を整流し、同一極性の矩形波状パルス列のPWM電圧波形に変換する。すなわち、正極性パルスの場合には、電力スイッチ素子S1,S4がオンし、負極性パルスの場合には、電力スイッチ素子S2,S3がオンする。これにより、負極性パルスが正極性パルスに変換され、或いは正極性パルスが負極性パルスに変換され、同一極性の矩形波状パルス列のPWM電圧波形が、系統電源の半周期毎に交互に形成される。
The
そして、インダクタL1とコンデンサC3により構成されるフィルタ16で、PWM電圧波形の高周波成分を除去することで、低周波交流電力に変換され、商用交流電源系統(負荷)17に、交流電力が出力される。
The
次に、サージ吸収回路14の動作について詳細に説明する。インバータ12の出力電圧Vpは、インバータ12により直流電源11の直流電圧から形成された正負の矩形波状のPWM波形(波高値E)の電圧である。高周波トランス13の出力電圧Voutは、インバータの出力電圧Vpを、高周波トランスの昇圧比1:nに従って昇圧したものである(波高値nE)。コンデンサC1,C2の両端の電圧Vc1,Vc2は、電力スイッチ素子AS1,AS2のオン状態により高周波トランス13の出力電圧Vout(波高値nE)に充電されている。
Next, the operation of the
サージ吸収回路14が存在しない(電力スイッチ素子AS1,AS2が常にオフ状態である)と仮定すると、正負の矩形波状パルス電圧(波高値nE)の形成(転流)に際して、高周波トランス13の漏れインダクタンスや配線などの寄生インダクタンスに蓄積されたエネルギーに起因して、高周波トランス13の両端にサージ電圧が発生し、双方向スイッチ15に印加される。このサージ電圧が双方向スイッチ15の電力スイッチ素子の耐圧を越え、素子破壊につながる場合があることは上述したとおりである。
Assuming that the
そこで、サージ吸収回路14の電力スイッチ素子AS1,AS2を、高周波トランス13の出力電圧Voutのパルス極性に同期してオン/オフ制御する。すなわち、高周波トランス13の出力電圧Voutが正極性パルスの場合、電力スイッチ素子AS1がオンとなり、負極性パルスの場合、電力スイッチ素子AS2がオンとなるように制御する。Vout=0Vの場合は、電力スイッチ素子AS1,AS2共にオフとなるように制御する。
Therefore, the power switch elements AS1 and AS2 of the
具体的には、高周波トランス13の出力電圧Voutが正極性パルスである場合には、これを図示しない検出部で検出し、電力スイッチ素子AS1をオンにする駆動信号として利用する。従って、高周波トランス13の出力電圧Voutにサージ電圧が存在し、コンデンサC1の電圧以上である場合には、電流Ic1がコンデンサC1に流入し、コンデンサC1の電圧以下である場合には、電流Ic1がコンデンサC1から流出し、高周波トランス13の出力電圧VoutはコンデンサC1の電圧にクランプされる。高周波トランス13の出力電圧Voutが負極性パルスである場合には、これを検出部で検出し、電力スイッチ素子AS2をオンにする。これにより、高周波トランス13の出力電圧Voutにサージ電圧が存在し、コンデンサC2の電圧以上である場合には、電流Ic2がコンデンサC2に流入し、コンデンサC2の電圧以下である場合には、電流Ic2がコンデンサC2から流出し、高周波トランス13の出力電圧VoutはコンデンサC2の電圧にクランプされる。高周波トランス13の出力電圧Voutが0Vである場合には、電力スイッチ素子AS1,AS2は共にオフとなり、コンデンサC1,C2を遮断する。
Specifically, when the output voltage Vout of the high-
すなわち、電力スイッチ素子As1,As2をトランス出力パルスのタイミングに同期してオン/オフすることで、トランス出力パルス電圧の立ち上がりのタイミングで発生するサージ電圧をコンデンサC1,C2の電圧にクランプすることができる。コンデンサC1,C2よりトランス出力電圧が高い場合は、コンデンサC1,C2に充電する向きで電流Ic1,Ic2が流れ、低い場合は、コンデンサC1,C2から放電する向きで電流Ic1,Ic2が流れるので、サージ電圧によるエネルギーをコンデンサC1,C2に一旦蓄えて、その後、負荷側に回生していることとなる。 That is, by turning on / off the power switch elements As1 and As2 in synchronization with the timing of the transformer output pulse, the surge voltage generated at the rising timing of the transformer output pulse voltage can be clamped to the voltage of the capacitors C1 and C2. it can. When the transformer output voltage is higher than the capacitors C1 and C2, the currents Ic1 and Ic2 flow in the direction of charging the capacitors C1 and C2, and when the transformer output voltage is low, the currents Ic1 and Ic2 flow in the direction of discharging from the capacitors C1 and C2. Energy due to the surge voltage is temporarily stored in the capacitors C1 and C2, and then regenerated to the load side.
また、電力スイッチ素子AS1,AS2をインバータのQ1〜Q4に同期してオン/オフ制御することでも可能であり、Q1,Q4がオンの場合、電力スイッチ素子AS1をオンとし、Q2,Q3がオンの場合、電力スイッチ素子AS2をオンとなるように制御する。Q1〜Q4が全てオフ、もしくはQ1,Q3がオフやQ2,Q4がオフの場合は、電力スイッチ素子AS1,AS2共にオフとなるように制御する。この場合は、電力スイッチ素子AS1,AS2の制御信号をQ1〜Q4の制御信号と共用することができ、かつ、トランスVoutの極性検出手段は不要となる。 The power switch elements AS1 and AS2 can also be controlled on / off in synchronization with the inverters Q1 to Q4. When Q1 and Q4 are on, the power switch element AS1 is turned on and Q2 and Q3 are turned on. In this case, the power switch element AS2 is controlled to be turned on. When all of Q1 to Q4 are turned off, or when Q1 and Q3 are turned off and Q2 and Q4 are turned off, the power switch elements AS1 and AS2 are controlled to be turned off. In this case, the control signals for the power switch elements AS1 and AS2 can be shared with the control signals for Q1 to Q4, and the polarity detection means for the transformer Vout is not required.
なお、以上の説明は電力スイッチ素子AS1,AS2をトランス出力電圧またはインバータと同期させて制御する場合についてのものであるが、完全に同期させずに、T1の遅れ分の時間を予め定めて、同期信号に所定の時間を加えて上述と同様に制御してもよい。 The above description is for the case where the power switch elements AS1 and AS2 are controlled in synchronization with the transformer output voltage or the inverter, but the time for delay of T1 is determined in advance without being completely synchronized, Control may be performed in the same manner as described above by adding a predetermined time to the synchronization signal.
従って、電力スイッチ素子とコンデンサを1組として電圧クランプ回路を構成し、高周波トランス2次側両端に接続することで、高周波トランス出力などに同期して電圧クランプ回路の電力スイッチ素子を駆動すれば良く、複雑な制御・回路を必要とせずに、高周波トランス出力の転流時に生じるサージ電圧を抑制できる。 Therefore, it is only necessary to configure the voltage clamp circuit by combining the power switch element and the capacitor and connect the both ends of the high frequency transformer secondary side to drive the power switch element of the voltage clamp circuit in synchronization with the output of the high frequency transformer. The surge voltage generated at the time of commutation of the high-frequency transformer output can be suppressed without requiring a complicated control / circuit.
図3および図4は、本発明の第2実施形態の電力変換装置およびその動作例を示す。この実施形態においても、直流電圧を正負の矩形波状の高周波電圧に変換するインバータ12と、該インバータの出力側に接続された高周波トランス13と、該高周波トランスの出力側に接続した双方向スイッチ15とを備え、高周波トランス13から正負の矩形波状パルス列が出力され、双方向スイッチ15で整流し、同一極性の矩形波状パルス列に変換する電力変換装置であるという基本的な構成において共通する。また、高周波トランス13の出力側両端に、電力スイッチ素子AS1とコンデンサC1の直列回路と、該直列回路と逆向きの電力スイッチ素子AS2とコンデンサC2の直列回路とを逆並列接続し、電力スイッチ素子AS1,AS2が高周波トランス13の出力電圧の極性に同期して動作し、トランス13の転流時の出力電圧に発生するサージ電圧を、コンデンサC1,C2の電圧にクランプするサージ吸収回路14を備えたという点においても共通する。
3 and 4 show a power conversion device according to the second embodiment of the present invention and an operation example thereof. Also in this embodiment, an
しかしながら、この実施形態においては、高周波トランス13の2次側に補助巻線13aを備え、補助巻線13aから高周波トランス13の出力電圧の極性に同期した出力を取り出し、該出力を電力スイッチ素子AS1,AS2の駆動信号に利用している。補助巻線13aの出力電圧Vas1,Vas2は、電力スイッチ素子の駆動電圧に適合する電圧が得られるような巻数比とし、例えば15V程度の出力が得られるようにする。
However, in this embodiment, the auxiliary winding 13a is provided on the secondary side of the high-
補助巻線13aの出力電圧Vas1が正の場合、電力スイッチ素子AS1がオンとなり、補助巻線13bの出力電圧Vas2が負の場合、電力スイッチ素子AS2がオンとなる。よって、トランス出力電圧Voutの正極性および負極性パルスに同期して、電力スイッチ素子AS1,AS2をオン/オフすることができる。これにより、高周波トランスの補助巻線からの出力を電力スイッチ素子AS1,AS2の駆動信号とすることで、より簡素化された回路構成にすることができる。 When the output voltage Vas1 of the auxiliary winding 13a is positive, the power switch element AS1 is turned on. When the output voltage Vas2 of the auxiliary winding 13b is negative, the power switch element AS2 is turned on. Therefore, the power switch elements AS1 and AS2 can be turned on / off in synchronization with the positive and negative pulses of the transformer output voltage Vout. As a result, the output from the auxiliary winding of the high-frequency transformer is used as a drive signal for the power switch elements AS1 and AS2, whereby a more simplified circuit configuration can be achieved.
本発明の第2実施形態のサージ吸収回路の動作は図2に示すものと同じであるが、本実施形態においては、トランスの出力電圧Voutに同期して補助巻線出力電圧Vas1,Vas2が得られ、補助巻線出力電圧Vas1がハイ状態となることで、電力スイッチ素子AS1がオン状態となり、補助巻線出力電圧Vas2がハイ状態となることで、電力スイッチ素子AS2がオン状態となる。これにより、転流によって生じるサージ電圧はコンデンサC1,C2の電圧にクランプされ、サージ電流Ic1,Ic2がコンデンサC1,C2にのみ流れ、サージ電圧が双方向スイッチ15側には影響を及ぼさないことが示されている。
The operation of the surge absorbing circuit of the second embodiment of the present invention is the same as that shown in FIG. 2, but in this embodiment, auxiliary winding output voltages Vas1 and Vas2 are obtained in synchronization with the output voltage Vout of the transformer. When the auxiliary winding output voltage Vas1 is in a high state, the power switch element AS1 is turned on, and when the auxiliary winding output voltage Vas2 is in a high state, the power switch element AS2 is turned on. As a result, the surge voltage generated by the commutation is clamped to the voltage of the capacitors C1 and C2, the surge currents Ic1 and Ic2 flow only in the capacitors C1 and C2, and the surge voltage does not affect the
図5および図6は、本発明の第3実施形態の電力変換装置およびその動作例を示す。この実施形態では、高周波トランス13の2次側をセンタータップ型整流回路とした場合の動作例を示す。サージ吸収回路14は、出力側にセンタータップを設けた高周波トランス13の出力巻線st1両端に電力スイッチ素子AS1とコンデンサC1の直列回路と、出力巻線st2両端に電力スイッチ素子AS1と逆向きの電力スイッチ素子AS2とコンデンサの直列回路C2を接続して構成されている。
5 and 6 show a power conversion device according to a third embodiment of the present invention and an operation example thereof. In this embodiment, an operation example in the case where the secondary side of the high-
双方向スイッチ15は、電力スイッチ素子S1,S2を図示するように、出力側にセンタータップを設けた高周波トランス13の出力巻線st1,st2の両端に接続したものである。電力スイッチ素子S1,S2は、高周波トランスから出力された正負の矩形波状パルス列をその極性に対応してオンオフ制御することで整流し、同一極性の矩形波状パルス列のPWM電圧波形に変換する。すなわち、Vout1,Vout2が正極性パルスの場合には、電力スイッチ素子S1がオンし、Vout1,Vout2が負極性パルスの場合には、電力スイッチ素子S2がオンする。これにより、負極性パルスが正極性パルスに変換され、或いは正極性パルスが負極性パルスに変換され、同一極性の矩形波状パルス列のPWM電圧波形が、系統電源の半周期毎に交互に形成される。
As shown in the figure, the
センタータップ整流の場合、フルブリッジ整流に比べ、双方向スイッチの数を半分に減らすことができ、かつ、整流時に導通する双方向スイッチが1個で済むため、スイッチ導通損失を低減できる。 In the case of center tap rectification, the number of bidirectional switches can be reduced to half compared to full-bridge rectification, and only one bidirectional switch is required to conduct during rectification, so that switch conduction loss can be reduced.
そして、インダクタL1とコンデンサC3により構成されるフィルタ16で、PWM電圧波形の高周波成分を除去することで、低周波交流電力に変換され、商用交流電源系統(負荷)17に、交流電力が出力される。
The
サージ吸収回路14の動作についても、基本的には同様である。インバータ12の出力電圧Vpは、インバータ12により直流電源11の直流電圧から形成された正負の矩形波状のPWM波形(波高値E)の電圧は、高周波トランスの昇圧比に従って昇圧され、高周波トランス13の出力電圧Vout1,Vout2が形成される。コンデンサC1,C2の両端の電圧Vc1,Vc2は、電力スイッチ素子AS1,AS2のオン状態により高周波トランス13の出力電圧Vout1,Vout2に充電されている。
The operation of the
そして、サージ吸収回路14の電力スイッチ素子AS1,AS2を、高周波トランス13の出力電圧Vout1,Vout2のパルス極性に同期してオン/オフ制御する。すなわち、高周波トランス13の出力電圧Vout1,Vout2が正極性パルスの場合、電力スイッチ素子AS1がオンとなり、負極性パルスの場合、電力スイッチ素子AS2がオンとなるように制御する。Vout1,Vout2=0Vの場合は、電力スイッチ素子AS1,AS2共にオフとなるように制御する。
The power switch elements AS1 and AS2 of the
従って、高周波トランス13の出力電圧Vout1にサージ電圧が存在し、コンデンサC1の電圧以上である場合には、電流Ic1がコンデンサC1に流入し、コンデンサC1の電圧以下である場合には、電流Ic1がコンデンサC1から流出し、高周波トランス13の出力電圧Vout1はコンデンサC1の電圧にクランプされる。高周波トランス13の出力電圧Vout1,Vout2が負極性パルスであり、高周波トランス13の出力電圧Vout2にサージ電圧が存在し、コンデンサC2の電圧以上である場合には、電流Ic2がコンデンサC2に流入し、コンデンサC2の電圧以下である場合には、電流Ic2がコンデンサC2から流出し、高周波トランス13の出力電圧Vout2はコンデンサC2の電圧にクランプされる。高周波トランス13の出力電圧Vout1,Vout2が0Vである場合には、電力スイッチ素子AS1,AS2は共にオフとなり、コンデンサC1,C2を遮断する。
Therefore, when a surge voltage exists in the output voltage Vout1 of the high-
すなわち、電力スイッチ素子As1,As2をトランス出力パルスのタイミングに同期してオン/オフすることで、トランス出力パルス電圧の立ち上がりのタイミングで発生するサージ電圧をコンデンサC1,C2の電圧にクランプすることができる。コンデンサC1,C2よりトランス出力電圧が高い場合は、コンデンサC1,C2に充電する向きで電流Ic1,Ic2が流れ、低い場合は、コンデンサC1,C2から放電する向きで電流Ic1,Ic2が流れるので、サージ電圧によるエネルギーをコンデンサC1,C2に一旦蓄えて、その後、負荷側に回生していることとなる。 That is, by turning on / off the power switch elements As1 and As2 in synchronization with the timing of the transformer output pulse, the surge voltage generated at the rising timing of the transformer output pulse voltage can be clamped to the voltage of the capacitors C1 and C2. it can. When the transformer output voltage is higher than the capacitors C1 and C2, the currents Ic1 and Ic2 flow in the direction of charging the capacitors C1 and C2, and when the transformer output voltage is low, the currents Ic1 and Ic2 flow in the direction of discharging from the capacitors C1 and C2. Energy due to the surge voltage is temporarily stored in the capacitors C1 and C2, and then regenerated to the load side.
従って、電力スイッチ素子とコンデンサを1組として電圧クランプ回路を構成し、高周波トランス2次側両端に接続することで、高周波トランス出力などに同期して電圧クランプ回路の電力スイッチ素子を駆動すれば良く、複雑な制御・回路を必要とせずに、高周波トランス出力の転流時に生じるサージ電圧を抑制できる。 Therefore, it is only necessary to configure the voltage clamp circuit by combining the power switch element and the capacitor and connect the both ends of the high frequency transformer secondary side to drive the power switch element of the voltage clamp circuit in synchronization with the output of the high frequency transformer. The surge voltage generated at the time of commutation of the high-frequency transformer output can be suppressed without requiring a complicated control / circuit.
なお、上記実施形態では、サージ吸収回路の電力スイッチ素子AS1,AS2が高周波トランス13の出力電圧Voutの極性に同期して動作する例として、高周波トランスに補助巻線を設け、その出力を駆動信号として利用する例について説明したが、補助巻線以外の検出部を設け、出力電圧Voutの極性を検出し、その出力を駆動信号として利用してよいことは勿論である。また、センタータップ整流方式の場合でも同様に補助巻線を設け、その出力を駆動信号として利用することが可能である。
In the above embodiment, as an example in which the power switch elements AS1 and AS2 of the surge absorbing circuit operate in synchronization with the polarity of the output voltage Vout of the high-
また、インバータ12がフルブリッジで構成された動作例にしたがって、電力スイッチ素子AS1,AS2とインバータのQ1〜Q4との同期について説明したが、フルブリッジ以外の場合でも、インバータ12を構成する電力スイッチ素子のオン/オフ状態により、Voutの極性が判断できる構成であれば、AS1,AS2はインバータ12の電力スイッチ素子に同期して制御することが可能である。
Further, according to the operation example in which the
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは勿論である。 Although one embodiment of the present invention has been described so far, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may of course be implemented in various forms within the scope of the technical idea.
11 直流電源
12 インバータ
13 高周波トランス
13a,13b 補助巻線
14 サージ吸収回路
15 双方向スイッチ
16 フィルタ
17 負荷
11
Claims (4)
前記高周波トランスの出力側両端に、サージ電圧を吸収する電力スイッチ素子とコンデンサとの直列回路を二つ以上備え、
前記電力スイッチ素子が前記高周波トランスの出力電圧の極性に同期して動作し、前記トランスの出力電圧に発生するサージ電圧を、前記コンデンサの電圧にクランプすることを特徴とするサージ電圧抑制回路。 An inverter that converts a DC voltage into a positive and negative rectangular wave pulse train, a high-frequency transformer connected to the output side of the inverter, and a bidirectional switch connected to the output side of the high-frequency transformer are boosted by the high-frequency transformer In a power converter that rectifies positive and negative rectangular wave pulse trains with the bidirectional switch and converts them into rectangular wave pulse trains of the same polarity,
Two or more series circuits of power switch elements and capacitors that absorb surge voltage are provided at both ends of the output side of the high-frequency transformer,
A surge voltage suppression circuit, wherein the power switch element operates in synchronization with the polarity of the output voltage of the high-frequency transformer, and clamps a surge voltage generated in the output voltage of the transformer to the voltage of the capacitor.
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