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JPH11215841A - 車両用電源装置 - Google Patents

車両用電源装置

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JPH11215841A
JPH11215841A JP10018873A JP1887398A JPH11215841A JP H11215841 A JPH11215841 A JP H11215841A JP 10018873 A JP10018873 A JP 10018873A JP 1887398 A JP1887398 A JP 1887398A JP H11215841 A JPH11215841 A JP H11215841A
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JP
Japan
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power supply
voltage
capacitor
power
supply device
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Application number
JP10018873A
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Yoshishi Nomura
芳士 野村
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Priority to US09/234,714 priority patent/US6388904B2/en
Priority to KR1019990002829A priority patent/KR100349734B1/ko
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Abstract

(57)【要約】 【課題】装置の小形化、軽量化、低騒音化、低価格化を
図ること。 【解決手段】第１の直流電圧を出力する直流電源１に複
数個直列接続された平滑用の第１のコンデンサ21,22
と、複数個のパワー素子をブリッジ接続してなり、各第
１のコンデンサ21,22 に夫々各別に並列接続されたイン
バータブリッジ、１次巻線が各インバータブリッジの出
力側に夫々各別に接続された高周波数の絶縁トランス3
1,32 、複数個のパワー素子をブリッジ接続してなり、
各絶縁トランス31,32 の２次巻線に夫々各別に接続され
た整流器ブリッジからなるＤＣ／ＤＣコンバータと、平
滑用の直流リアクトル41および第２のコンデンサ42を備
え、並列接続後の各整流器ブリッジの出力から第２の直
流電圧を得る平滑回路41,42 と、複数個のパワー素子を
ブリッジ接続してなり、平滑回路41,42 で得られた第２
の直流電圧から３相交流電圧を得る３相インバータ９と
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電源電圧と３相電
源出力とを絶縁する必要がある車両用電源装置に係り、
特に装置の小形化、軽量化、低騒音化、低価格化を図れ
るようにした車両用電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は、この種の従来の車両用電源装置
の構成例を示す回路図である。図４において、架線電源
１からパンタグラフ２により直流電圧を得、ヒューズ３
を介して、接触器４、直流リアクトル５を通り、初期充
電抵抗７により電解コンデンサ８を充電する。そして、
電解コンデンサ８の充電々圧が、所定の電圧まで充電さ
れた時点で、初期充電抵抗７に並列接続された導通サイ
リスタ６をＯＮさせる。さらに、かかる初期充電動作が
完了したら、３相インバータ９を動作させる。
【０００３】３相インバータ９は、直流電源から３相交
流電圧を得るものであり、その出力は、公知の正弦波Ｐ
ＷＭ電圧波形で多くの高調波を有している。そのため、
平滑用の交流リアクトル１０および交流コンデンサ１１
によりＡＣフィルターを形成して、３相インバータ９の
出力波形をフィルタリングして高周波成分を除去し、基
本波である５０ＨＺまたは６０ＨＺの商用電圧を得てい
る。
【０００４】また、この商用電圧は、本分野の条件とな
る電源電圧と３相電源出力１３とを絶縁する目的で、商
用周波数の絶縁トランス１２を介して絶縁する。なお、
図４中、１４は帰線用電源を示している。
【０００５】現在の車両用電源装置としては、本方式の
車両用電源装置が主流で、どの方式の場合にも、商用電
圧を得た後に、商用周波数の絶縁トランスにより絶縁す
るものである。
【０００６】また、３相インバータ９の制御装置として
は、例えば“特開平７−３１１５６号公報”で開示され
た制御装置を適用することができる（その詳細な説明に
ついては、ここでは省略する）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来方式の車両用電源装置においては、次のよ
うな幾つかの問題点がある。すなわち、第１に、商用周
波数の絶縁トランス１２を用いていることから、その重
量、外形共に大きくなり、さらに商用周波数の騒音が発
生するという問題点がある。
【０００８】第２に、３相インバータ９、交流リアクト
ル１０、交流コンデンサ１１が、架線電源１側と同一電
位であることから、高圧で相応の耐圧協調を必要とし、
電源装置全体が大型化するという問題点がある。
【０００９】第３に、電源装置の負荷変動が架線電源１
の帰線電流に現われることによる車両信号機器への影響
を最小化するために、架線電源１の直流電圧によって充
電される電解コンデンサ８の容量を大きくする必要があ
ることから、高圧側のための耐圧設計を必要とし、電源
装置全体が高価で、より一層大型化するという問題点が
ある。本発明の目的は、装置の小形化、軽量化、低騒音
化、低価格化を図ることが可能な車両用電源装置を提供
することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明の車両用電源装置は、第１の直流
電圧を出力する直流電源に複数個直列に接続された平滑
用の第１のコンデンサと、複数個のパワー素子をブリッ
ジ接続してなり、各第１のコンデンサにそれぞれ各別に
並列に接続されたインバータブリッジ、１次巻線が各イ
ンバータブリッジの出力側にそれぞれ各別に接続された
高周波数の絶縁トランス、複数個のパワー素子をブリッ
ジ接続してなり、各絶縁トランスの２次巻線にそれぞれ
各別に接続された整流器ブリッジから構成されたＤＣ／
ＤＣコンバータと、平滑用の直流リアクトルおよび第２
のコンデンサからなり、各ＤＣ／ＤＣコンバータの整流
器ブリッジの出力から第２の直流電圧を得る平滑回路
と、複数個のパワー素子をブリッジ接続してなり、平滑
回路により得られた第２の直流電圧から３相交流電圧を
得る３相インバータとを備えている。
【００１１】従って、請求項１の発明の車両用電源装置
においては、直流電源の出力である第１の直流電圧によ
り第１のコンデンサを充電し、第１のコンデンサの直流
電圧を、ＤＣ／ＤＣコンバータのインバータブリッジで
交流電圧とし、さらにこの交流電圧を高周波数の絶縁ト
ランスで絶縁した後に、整流器ブリッジで直流電圧とす
る。そして、この各ＤＣ／ＤＣコンバータの直流出力を
並列接続した後に、平滑回路で第２の直流電圧を得、こ
の第２の直流電圧から３相インバータで３相交流電圧を
得る。
【００１２】これにより、第２の直流電圧としては、直
流電源電圧（第１の直流電圧）の影響を受けることな
く、安定した直流電圧を得ることができる。また、電源
電圧と３相電源出力とを高周波数の絶縁トランスで絶縁
することにより、装置の小形化、軽量化、低騒音化を図
ることができる。
【００１３】一方、請求項２の発明では、上記請求項１
の発明の車両用電源装置において、ＤＣ／ＤＣコンバー
タの絶縁トランスのキャリヤ周波数を、１〜６ＫＨＺの
範囲の周波数領域としている。
【００１４】従って、請求項２の発明の車両用電源装置
においては、ＤＣ／ＤＣコンバータの絶縁トランスのキ
ャリヤ周波数を、１〜６ＫＨＺの範囲の周波数領域とす
ることにより、騒音、形状、重量の要素を最適化して、
装置の小形化、軽量化、低騒音化を図ることができる。
【００１５】また、請求項３の発明では、上記請求項１
の発明の車両用電源装置において、第１のコンデンサと
ＤＣ／ＤＣコンバータの個数を、２個、または３個とし
ている。
【００１６】従って、請求項３の発明の車両用電源装置
においては、第１のコンデンサとＤＣ／ＤＣコンバータ
の個数を、２個、または３個とすることにより、価格、
形状、重量の要素を最適化して、装置の小形化、軽量
化、低価格化を図ることができる。
【００１７】また、請求項４の発明では、上記請求項１
の発明の車両用電源装置において、各ＤＣ／ＤＣコンバ
ータの絶縁トランスの鉄芯を共通とし、かつその１次巻
線数、２次巻線数を同一としている。
【００１８】従って、請求項４の発明の車両用電源装置
においては、各ＤＣ／ＤＣコンバータの絶縁トランスの
鉄芯を共通とし、かつその１次巻線数、２次巻線数を同
一とすることにより、各ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷分
担を均等化することができる。
【００１９】一方、請求項５の発明では、上記請求項１
の発明の車両用電源装置において、第２のコンデンサの
容量を、電源装置本体の負荷変動の影響が小さくなるよ
うに各第１のコンデンサの合計容量よりも大きくしてい
る。
【００２０】ここで、例えば請求項６に記載したよう
に、特に上記第２のコンデンサの容量を、各第１のコン
デンサの合計容量の３〜６倍の大きさとすることが好ま
しい。従って、請求項５、および請求項６の発明の車両
用電源装置においては、第２のコンデンサの容量を、電
源装置本体の負荷変動の影響が小さくなるように各第１
のコンデンサの合計容量よりも大きくする（例えば、各
第１のコンデンサの合計容量の３〜６倍の大きさとす
る）ことにより、電源装置本体の負荷変動が直流電源の
帰線電流変化として影響しないようにして、車両信号機
器への影響を最小化することができる。
【００２１】すなわち、各第１のコンデンサのリップル
周波数は、第１の直流電圧を出力する直流電源の影響を
受けて１８０または３６０Ｈｚであり、また第２のコン
デンサには、３相交流電圧を出力する３相インバータの
影響を受けて６０Ｈｚのリップル周波数がのる。従っ
て、第２のコンデンサのリップル周波数は、第１のコン
デンサのリップル周波数に比較して、３分の１〜６分の
１になるので、容量的には第２のコンデンサを第１のコ
ンデンサの３〜６倍の大きさとすることが好ましい。
【００２２】一方、請求項７の発明では、第１の直流電
圧を出力する直流電源に単数個直列に接続された平滑用
の第１のコンデンサと、複数個のパワー素子をブリッジ
接続してなり、第１のコンデンサに並列に接続されたイ
ンバータブリッジと、１次巻線がインバータブリッジの
出力側に接続された高周波数の絶縁トランスと、複数個
のパワー素子をブリッジ接続してなり、絶縁トランスの
２次巻線に接続された整流器ブリッジとから構成された
単数個のＤＣ／ＤＣコンバータと、平滑用の直流リアク
トルおよび第２のコンデンサからなり、ＤＣ／ＤＣコン
バータの整流器ブリッジの出力から第２の直流電圧を得
る平滑回路と、複数個のパワー素子をブリッジ接続して
なり、平滑回路により得られた第２の直流電圧から３相
交流電圧を得る３相インバータとを備え、上記インバー
タブリッジの転流方式を部分共振型としている。
【００２３】従って、請求項７の発明の車両用電源装置
においては、第１のコンデンサとＤＣ／ＤＣコンバータ
の個数をそれぞれ単数とし、そのインバータブリッジの
転流方式を部分共振型とすることにより、ＤＣ／ＤＣコ
ンバータのインバータブリッジのパワー素子のスイッチ
ングロスを最小化（削減）して、ＤＣ／ＤＣコンバータ
のインバータブリッジのパワー素子のオンロスのみを主
体とすることができる。
【００２４】また、請求項８の発明では、上記請求項１
または請求項７の発明の車両用電源装置において、パワ
ー素子およびパワー抵抗を直列に接続してなり、平滑回
路の第２のコンデンサに並列に接続された電力放電回路
と、平滑回路により得られた第２の直流電圧を検出する
電圧監視手段とを付加し、電圧監視手段により第２の直
流電圧が設定電圧以上に達したことを検出した場合に、
電力放電回路のパワー素子をオン状態にして、電源装置
本体に接続された回生負荷の回生エネルギーを電力放電
回路のパワー抵抗にて消費するようにしている。
【００２５】従って、請求項８の発明の車両用電源装置
においては、第２の直流電圧が回生負荷により電圧上昇
を期たして設定電圧以上に達した場合に、電力放電回路
のパワー素子をオン状態にして、電源装置本体に接続さ
れた回生負荷の回生エネルギーをパワー抵抗にて消費す
ることにより、第２の直流電圧が高電圧にならないよう
制御して、３相インバータのパワー素子の電圧破壊を防
止することができる。
【００２６】さらに、請求項９の発明では、上記請求項
１または請求項７の発明の車両用電源装置において、交
流リアクトルおよび交流コンデンサからなり、かつ３相
インバータの出力側に接続される交流フィルターの上記
交流コンデンサの一端を、第２の直流電圧の中性点に接
続している。
【００２７】さらにまた、請求項１０の発明では、上記
請求項１または請求項７の発明の車両用電源装置におい
て、交流リアクトルおよび交流コンデンサからなり、か
つ３相インバータの出力側に接続される交流フィルター
の交流コンデンサの一端を、各絶縁トランスの２次巻線
の中性点に接続している。
【００２８】従って、請求項９、および請求項１０の発
明の車両用電源装置においては、３相インバータの出力
側に接続される交流フィルターの交流コンデンサの一端
を、第２の直流電圧の中性点に接続する（例えば、平滑
回路の第２のコンデンサを２個直列接続してその中間点
に接続する）か、または各絶縁トランスの２次巻線の中
性点に接続することにより、誘導障害の低減を図ること
ができる。
【００２９】すなわち、例えば平滑回路の第２のコンデ
ンサを中性点にすることにより、交流フィルターの交流
コンデンサに流れる電流が正、負となって、ピーク電流
がほぼ２分の１となり、スイッチングノイズによる誘導
障害を低減することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。 （第１の実施の形態：請求項１、請求項９、請求項１０
に対応）図１は、本実施の形態による車両用電源装置の
構成例を示す回路図であり、図４と同一要素には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いてのみ述べる。
【００３１】本実施の形態の車両用電源装置は、図１に
示すように、図４における電解コンデンサ８、および絶
縁トランス１２を省略し、これらに代えて新たに、以下
の各要素を設けた構成としている。
【００３２】すなわち、直流電圧（以下、第１の直流電
圧と称する）を出力する直流電源である前記架線電源１
に、パンタグラフ２、ヒューズ３、接触器４、直流リア
クトル５、導通サイリスタ６および初期充電抵抗７を介
して、複数個（本例では２個）直列に平滑用の第１のコ
ンデンサ２１，２２を接続している。
【００３３】一方、複数個のパワー素子２３〜２６，２
７〜３０をブリッジ接続して構成されたＨ型インバータ
ブリッジを、各第１のコンデンサ２１，２２にそれぞれ
各別に並列に接続している。
【００３４】換言すれば、Ｈ型インバータブリッジに並
列に第１のコンデンサを接続し、それを一組としたもの
を直列に接続して、直流母線間に接続している。また、
各Ｈ形インバータブリッジの出力側に、高周波数の絶縁
トランス３１，３２の１次巻線をそれぞれ各別に接続し
ている。
【００３５】さらに、複数個のパワー素子３３〜３６，
３７〜４０をブリッジ接続してセンタータップ方式で構
成された整流器ブリッジ（全波整流回路）を、絶縁トラ
ンス３１，３２の２次巻線にそれぞれ各別に接続してい
る。
【００３６】そして、上記一つのＨ形インバータブリッ
ジと、一つの絶縁トランスと、一つの整流器ブリッジと
から、一組のＤＣ／ＤＣコンバータを構成している。一
方、上記各整流器ブリッジの出力を並列に接続し、さら
にこれに平滑用の直流リアクトル４１および第２のコン
デンサ４２から構成された平滑回路を接続して、並列接
続した後の各整流器ブリッジの出力から第２の直流電圧
を得るようにしている。
【００３７】そして、この平滑回路により得られた第２
の直流電圧を、前記３相インバータ９に入力して３相交
流電圧を得るようにしている。さらに、前記交流リアク
トル１０および交流コンデンサ１１から構成された交流
フィルターの交流コンデンサ１１の一端を、上記各絶縁
トランス３１，３２の２次巻線の中性点、すなわち第２
の直流電圧の中性点に接続している。
【００３８】一方、上記各ＤＣ／ＤＣコンバータのＨ型
インバータブリッジのパワー素子２３〜２６，２７〜３
０の制御回路は、以下のように構成している。すなわ
ち、電圧設定器４３によりＤＣ／ＤＣコンバータ出力の
直流電圧基準を設定し、この直流電圧基準を加算器４４
により直流出力電圧と突き合わせて、その差分電圧（誤
差電圧）を、演算増幅器４５により比例積分動作して誤
差増幅する。
【００３９】また、この増幅された誤差と三角波発生器
４７からの出力とを、公知のＰＷＭ発生器４６により比
較してパルス幅変調する。さらに、このパルス幅変調さ
れたデジタル波形信号を、上記Ｈ形インバータブリッジ
のパワー素子２３〜２６，２７〜３０を駆動するための
パワー素子駆動増幅器４８，４９により、絶縁すると共
にパワー増幅する。
【００４０】すなわち、架線電源１から得られた第１の
直流電圧（直流高電圧）を、上記各ＤＣ／ＤＣコンバー
タにより、３相インバータ９にて発生する３相電源電圧
に最も適した定電圧の直流電圧に制御することになる。
【００４１】勿論、電源電圧の変動の激しい架線電源１
電圧に対して、上記各ＤＣ／ＤＣコンバータの直流出力
電圧は一定な安定した直流電圧を得ることになる。次
に、以上のように構成した本実施の形態の車両用電源装
置の作用について説明する。
【００４２】図１において、架線電源１からパンタグラ
フ２により第１の直流電圧が得られ、ヒューズ３を介し
て、接触器４、直流リアクトル５を通り、初期充電抵抗
７により第１のコンデンサ２１，２２が充電される。そ
して、第１のコンデンサ２１，２２の充電々圧が、所定
の電圧まで充電された時点で、初期充電抵抗７に並列接
続された導通サイリスタ６がＯＮされる。
【００４３】次に、第１のコンデンサ２１，２２の出力
は、ゲート駆動増幅器４８，４９からの出力で制御され
るＨ型インバータブリッジにより交流電圧に変換され、
さらに絶縁トランス３１，３２により絶縁された後に、
整流器ブリッジにより全波整流して直流電圧に変換され
る。
【００４４】さらに、この直流電圧は、直流リアクトル
４１と第２のコンデンサ４２からなる平滑回路により平
滑して第２の直流電圧が得られ、この第２の直流電圧
は、３相インバータ９により正弦波ＰＷＭ制御して３相
交流電圧が得られる。
【００４５】そして、この３相交流電圧は、交流リアク
トル１０と交流コンデンサ１１とからなるＡＣフィルタ
ーにより、フィルタリングして高周波成分を除去し、基
本波である５０ＨＺまたは６０ＨＺの商用電圧が得られ
る。
【００４６】これにより、第２の直流電圧としては、架
線電源１電圧（第１の直流電圧）の影響を受けることな
く、安定した直流電圧を得ることができる。一方、本実
施の形態の車両用電源装置では、以下のような作用効果
を得ることができる。
【００４７】第１に、各ＤＣ／ＤＣコンバータの絶縁ト
ランス３１，３２を、高周波数の絶縁トランスとしてい
ることにより、１次巻線の電源となる前記Ｈ形インバー
タブリッジのパワー素子として、高速素子、例えばＩＧ
ＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｏｒＧａｔｅｄ Ｂｉｐｏｒｌａ
ｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等を使用して、数ＫＨＺの
キャリヤ周波数で励磁することができる。
【００４８】すなわち、高周波トランス化することによ
り、絶縁トランス３１，３２の外形、重量を、４分の１
〜８分の１に小さくすることができ、さらに騒音を低減
することができる。
【００４９】第２に、各ＤＣ／ＤＣコンバータの絶縁ト
ランス３１，３２の１次、２次側で、絶縁耐圧を変える
ことができる。すなわち、絶縁トランス３１，３２の１
次側は、高電圧であることから、構成機器は全て高耐圧
設計を必要とするが、絶縁トランス３１，３２の２次側
は、３相出力電圧が一般にＡＣ４４０Ｖ以下であること
から、各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は６００Ｖ以
下でよいことになり、２次側以降の構成機器は、必ずし
も高耐圧設計を必要とせず、小形で、低価格な機器を使
用することができる。
【００５０】第３に、ＤＣ／ＤＣコンバータの構成にお
いて、Ｈ形インバータブリッジと第１のコンデンサとを
並列構成したブロックを２個直列に構成しているが、Ｈ
形インバータブリッジの負荷分担に差が生ずると、直流
電圧を１／２ずつの分担とすることはできなくなり、極
端な例を挙げると、殆どの電圧を一端のＨ形インバータ
ブリッジが分担するようなことになり、Ｈ形インバータ
ブリッジのパワー素子２３〜２６，２７〜３０の電圧破
損に至ることがある。
【００５１】この点、本実施の形態では、Ｈ形インバー
タブリッジの負荷分担のアンバランスをなくす目的か
ら、絶縁トランス３１，３２をＨ形インバータブリッジ
に個々に設けているが、絶縁トランス３１，３２の２次
巻線出力を整流器ブリッジの出力にて並列に接続するこ
とにより、負荷分担アンバランスを除去することができ
る。
【００５２】すなわち、例えば負荷分担の大きいＨ形イ
ンバータブリッジは、負荷電流が増えたことにより、並
列に接続された第１のコンデンサ電圧が低下する。従っ
て、そのＨ形インバータブリッジの出力側に設けた絶縁
トランスの２次巻線電圧の波高値が低下することにな
る。
【００５３】一方、直列に接続された片方の第１のコン
デンサ電圧は上昇することになり、したがってそのＨ形
インバータブリッジの出力側に設けた絶縁トランスの２
次巻線電圧の波高値も上昇することになる。
【００５４】この結果、波高値電圧の高い方に負荷分担
が増加することになる。そして、これらが瞬間的に作用
することになり、最終的には、２つのＨ形インバータブ
リッジの負荷分担が平均化されて均等になる。
【００５５】すなわち、各Ｈ形インバータブリッジにか
かる直流電圧も均等になり、各Ｈ形インバータブリッジ
を構成するパワ素子としても、その耐圧の低い素子を使
用することができる。
【００５６】第４に、３相インバータ９の出力側に接続
される交流フィルターの交流コンデンサ１１の一端を、
各絶縁トランス３１，３２の２次巻線の中性点、すなわ
ち第２の直流電圧の中性点に接続することにより、誘導
障害を低減することができる。
【００５７】すなわち、交流フィルターの交流コンデン
サ１１に流れる電流が正、負となって、ピーク電流がほ
ぼ２分の１となり、スイッチングノイズによる誘導障害
を低減することができる。
【００５８】上述したように、本実施の形態の車両用電
源装置においては、第２の直流電圧として、架線電源１
電圧（第１の直流電圧）の影響を受けることなく、安定
した直流電圧を得ることが可能となる。
【００５９】さらに、装置の小形化、軽量化、低騒音
化、誘導障害の低減化を図ることが可能となる。 （第２の実施の形態：請求項２に対応）本実施の形態の
車両用電源装置は、前述した図１に示す第１の実施の形
態において、各ＤＣ／ＤＣコンバータの絶縁トランス３
１，３２のキャリヤ周波数を、１〜６ＫＨＺの範囲の周
波数領域とするようにしている。
【００６０】これにより、騒音、形状、重量の要素を最
適化して、装置の小形化、軽量化、低騒音化を図ること
ができる。すなわち、各ＤＣ／ＤＣコンバータの絶縁ト
ランス３１，３２のキャリヤ周波数を高周波数化するこ
とにより、小形、軽量、低騒音化を達成することができ
るが、低騒音化の観点からすると、人間の可聴域である
１５ＫＨＺ以下に、その効果は見られるが、この値以上
では域外であり、効果は低い、従って、公知の制御原理
から、１／２周波数、すなわち７．５ＫＨＺ以下、実用
的には６ＫＨＺ以下が有効となる。また、絶縁トランス
３１，３２の小形、軽量化の観点からすると、６ＫＨＺ
以上では、スイッチングロスとの整合性を考慮するとそ
のメリットは見られない。
【００６１】すなわち、上記３要素の最適化を見た場合
に、１〜６ＫＨＺの限定された範囲の周波数領域にその
効果が見られる。上述したように、本実施の形態の車両
用電源装置においては、騒音、形状、重量の要素を最適
化して、装置の小形化、軽量化、低騒音化を図ることが
可能となる。
【００６２】（第３の実施の形態：請求項３に対応）本
実施の形態の車両用電源装置は、前述した図１に示す第
１の実施の形態において、第１のコンデンサとＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータの個数を、図１に示すように２個、または
３個とするようにしている。
【００６３】これにより、価格、形状、重量の要素を最
適化して、装置の小形化、軽量化、低価格化を図ること
ができる。すなわち、第１のコンデンサとＤＣ／ＤＣコ
ンバータの直列数の観点から考慮すると、パワー素子の
電圧、電流、スイッチング特性からして、架線電源１電
圧が６００Ｖの場合に２段、１５００Ｖの場合に２〜３
段にそれぞれ限定することにより、価格、形状、重量の
３要素の最適化を得ることができる。
【００６４】上述したように、本実施の形態の車両用電
源装置においては、価格、形状、重量の要素を最適化し
て、装置の小形化、軽量化、低価格化を図ることが可能
となる。
【００６５】（第４の実施の形態：請求項４に対応）本
実施の形態の車両用電源装置は、前述した図１に示す第
１の実施の形態において、各ＤＣ／ＤＣコンバータの絶
縁トランス３１，３２の鉄芯を共通とし、かつその１次
巻線数、２次巻線数を同一とするようにしている。
【００６６】これにより、各ＤＣ／ＤＣコンバータの負
荷分担を均等化することができる。すなわち、各ＤＣ／
ＤＣコンバータの負荷分担の均等化制御は最も重要なこ
とであるが、各ＰＷＭ波形の同時駆動に加えて、絶縁ト
ランス３１，３２の鉄芯を共通化することにより、均等
分担化することができる。
【００６７】上述したように、本実施の形態の車両用電
源装置においては、各ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷分担
を均等化することが可能となる。 （第５の実施の形態：請求項５、請求項６に対応）本実
施の形態の車両用電源装置は、前述した図１に示す第１
の実施の形態において、第２のコンデンサ４２の容量
を、電源装置本体の負荷変動の影響が小さくなるよう
に、各第１のコンデンサ２１，２２の合計容量よりも大
きくするようにしている。
【００６８】ここで、特に第２のコンデンサ４２の容量
としては、各第１のコンデンサ２１，２２の合計容量の
３〜６倍の大きさとすることが好ましい。これにより、
電源装置本体の負荷変動が架線電源１の帰線電流変化と
して影響しないようにして、車両信号機器への影響を最
小化することができる。
【００６９】すなわち、架線電源１のレール帰線電流の
周波数成分は、車両信号機器に重大な影響を及ぼし、機
器の誤動作を招く。従って、電源装置本体の負荷特性か
らくる電流変動の周波数成分を除去するために、第２の
コンデンサ４２の容量を各第１のコンデンサ２１，２２
の合計容量よりも大きくすることにより、このフィルタ
ー効果にて低減することができる。
【００７０】すなわち、各第１のコンデンサ２１，２２
のリップル周波数は、第１の直流電圧を出力する架線電
源１の影響を受けて１８０または３６０Ｈｚであり、ま
た第２のコンデンサ４２には、３相交流電圧を出力する
３相インバータ９の影響を受けて６０Ｈｚのリップル周
波数がのる。従って、第２のコンデンサ４２のリップル
周波数は、第１のコンデンサ２１，２２のリップル周波
数に比較して、３分の１〜６分の１になるので、容量的
には第２のコンデンサ４２を第１のコンデンサ２１，２
２の３〜６倍の大きさとすることが好ましい。
【００７１】上述したように、本実施の形態の車両用電
源装置においては、電源装置本体の負荷変動が架線電源
１の帰線電流変化として影響しないようにして、車両信
号機器への影響を最小化することが可能となる。
【００７２】（第６の実施の形態：請求項７に対応）図
２は、本実施の形態による車両用電源装置の要部構成例
を示す回路図であり、図１と同一要素には同一符号を付
してその説明を省略し、ここでは異なる部分についての
み述べる。
【００７３】本実施の形態の車両用電源装置は、図２に
示すように、図１における一方の第１のコンデンサ２２
と、パワー素子２７〜３０で構成されたＨ型インバータ
ブリッジ、絶縁トランス３２、パワー素子３７〜４０で
構成された整流器ブリッジからなる一方のＤＣ／ＤＣコ
ンバータとを省略して、第１のコンデンサとＤＣ／ＤＣ
コンバータの個数をそれぞれ単数とするようにしてい
る。
【００７４】さらに、図２に示すように、一組のＤＣ／
ＤＣコンバータのＨ形インバータブリッジに、それぞれ
並列に部分共振転流回路５０，５１を接続して、ＤＣ／
ＤＣコンバータのＨ形インバータブリッジの転流方式を
部分共振型とするようにしている。
【００７５】これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータのＨ形
インバータブリッジのパワー素子のスイッチングロスを
最小化（削減）して、ＤＣ／ＤＣコンバータのＨ形イン
バータブリッジのパワー素子のオンロスのみを主体とす
ることができる。
【００７６】すなわち、絶縁トランスを備えたＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータでは、Ｈ形インバータブリッジによるパワ
ー素子のロスが素子のオンロスに加わって、高周波のス
イッチングロスが増大する。
【００７７】この点、本実施の形態では、図２に示すよ
うに、ＤＣ／ＤＣコンバータのＨ形インバータブリッジ
の転流方式を部分共振型にすることにより、零電圧、ま
たは零電流による転流となることから、スイッチングロ
スがなく、高周波数化によるデメリットを改善すること
ができる。
【００７８】上述したように、本実施の形態の車両用電
源装置においては、ＤＣ／ＤＣコンバータのＨ形インバ
ータブリッジのパワー素子のスイッチングロスを最小化
（削減）して、ＤＣ／ＤＣコンバータのＨ形インバータ
ブリッジのパワー素子のオンロスのみを主体とすること
が可能となる。
【００７９】（第７の実施の形態：請求項８に対応）図
３は、本実施の形態による車両用電源装置の要部構成例
を示す回路図であり、図１と同一要素には同一符号を付
してその説明を省略し、ここでは異なる部分についての
み述べる。
【００８０】本実施の形態の車両用電源装置は、図３に
示すように、図１における平滑回路の第２のコンデンサ
４２に、パワー素子５２およびパワー抵抗５３を直列に
接続してなる電力放電回路を並列に接続すると共に、平
滑回路により得られた第２の直流電圧を検出する電圧監
視器５４を並列に接続するようにしている。
【００８１】そして、電圧監視器５４により第２の直流
電圧が設定電圧以上に達したことを検出した場合に、パ
ワー素子駆動増幅器５５を介して電力放電回路のパワー
素子５２をオン状態にして、電源装置本体に接続された
回生負荷の回生エネルギーを電力放電回路のパワー抵抗
５３にて消費するようにしている。
【００８２】これにより、第２の直流電圧が高電圧にな
らないよう制御して、３相インバータ９のパワー素子の
電圧破壊を防止することができる。すなわち、ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータを通して平滑回路から得られる第２の直流
電圧は、負荷からの回生エネルギーがあった場合、１次
側への回生能力がないことから、直流電圧が上昇して、
３相インバータ９のパワー素子の耐圧以上になると電圧
破損を期たす。
【００８３】この点、本実施の形態では、図３に示すよ
うに、電力放電回路である回生エネルギー放電回路を備
えた第２の直流電圧の電圧監視器５４を設けて、第２の
直流電圧がある設定値以上の電圧となった場合に検出信
号を発生し、パワー素子駆動増幅器５５にてパワー増幅
してパワー素子５２をオンすることにより、パワー素子
５２と直列に接続されたパワー抵抗５３に電流が流れ
て、Ｉ2 Ｒの電力を放電することにより、第２の直流電
圧が低下する。
【００８４】また、第２の直流電圧の電圧監視器５４に
ヒステリシス値を持たせることにより、第２の直流電圧
がある値以下になったら、パワー素子５２をオフして放
電を停止する。そして、このくり返しであるオンオフに
より、平均値電圧を一定化すると同時に、回生エネルギ
ーを放電する。
【００８５】これにより、負荷の回生エネルギーによる
第２の直流電圧の電圧上昇を防止して、３相インバータ
９のパワー素子の電圧破損を防止することができる。上
述したように、本実施の形態の車両用電源装置において
は、負荷の回生エネルギーによって第２の直流電圧が高
電圧にならないよう制御して、３相インバータ９のパワ
ー素子の電圧破壊を防止することが可能となる。
【００８６】（第８の実施の形態：請求項９、請求項１
０に対応）本実施の形態の車両用電源装置は、前述した
図１に示す第１の実施の形態において、３相インバータ
９の出力側に接続される交流フィルターの交流コンデン
サ１１の一端を、第２の直流電圧の中性点に接続する、
すなわち各絶縁トランス３１，３２の２次巻線の中性点
に接続する代わりに、当該交流コンデンサ１１の一端
を、平滑回路の第２のコンデンサ４２を２個直列接続し
てその中間点に接続するようにしている。
【００８７】すなわち、平滑回路の第２のコンデンサ４
２を中性点にすることにより、交流フィルターの交流コ
ンデンサ１１に流れる電流が正、負となって、ピーク電
流がほぼ２分の１となり、スイッチングノイズによる誘
導障害を低減することができる。上述したように、本実
施の形態の車両用電源装置においては、誘導障害の低減
を図ることが可能となる。
【００８８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の車両用電
源装置によれば、装置の小形化、軽量化、低騒音化、低
価格化を図ることが可能となる。また、請求項５および
請求項６の発明の車両用電源装置によれば、負荷変動に
よる直流電源の帰線電流の変化から、車両信号機器への
影響を軽減化することが可能となる。
【００８９】一方、請求項７の発明の車両用電源装置に
よれば、ＤＣ／ＤＣコンバータのインバータブリッジの
パワー素子のスイッチングロスを最小化（削減）して、
ＤＣ／ＤＣコンバータのインバータブリッジのパワー素
子のオンロスのみを主体とすることが可能となる。
【００９０】また、請求項８の発明の車両用電源装置に
よれば、負荷の回生エネルギーによって第２の直流電圧
が高電圧にならないよう制御して、３相インバータのパ
ワー素子の電圧破壊を防止することが可能となる。さら
に、請求項９および請求項１０の発明の車両用電源装置
によれば、誘導障害の低減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による車両用電源装置の第１の実施の形
態を示す回路図。
【図２】本発明による車両用電源装置の第６の実施の形
態を示す回路図。
【図３】本発明による車両用電源装置の第７の実施の形
態を示す回路図。
【図４】従来の車両用電源装置の構成例を示す回路図。
【符号の説明】
１…架線電源、 ２…パンタグラフ、 ３…ヒューズ、 ４…接触器、 ５…直流リアクトル、 ６…導通サイリスタ、 ７…初期充電抵抗、 ８…電解コンデンサ、 ９…３相インバータ、 １０…交流リアクトル、 １１…交流コンデンサ、 １２…絶縁トランス、 １３…３相電源出力、 １４…帰線用電源、 ２１，２２…第１のコンデンサ、 ２３〜２６…パワー素子、 ２７〜３０…パワー素子、 ３１，３２…高周波数の絶縁トランス、 ３３〜３６…パワー素子、 ３７〜４０…パワー素子、 ４１…直流リアクトル、 ４２…第２のコンデンサ、 ４３…電圧設定器、 ４４…加算器、 ４５…演算増幅器、 ４６…ＰＷＭ発生器、 ４７…三角波発生器、 ４８，４９…パワー素子駆動増幅器、 ５０，５１…部分共振転流回路、 ５２…パワー素子、 ５３…パワー抵抗、 ５４…電圧監視器、 ５５…パワー素子駆動増幅器。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の直流電圧を出力する直流電源に複
    数個直列に接続された平滑用の第１のコンデンサと、 複数個のパワー素子をブリッジ接続してなり、前記各第
    １のコンデンサにそれぞれ各別に並列に接続されたイン
    バータブリッジと、１次巻線が前記各インバータブリッ
    ジの出力側にそれぞれ各別に接続された高周波数の絶縁
    トランスと、複数個のパワー素子をブリッジ接続してな
    り、前記各絶縁トランスの２次巻線にそれぞれ各別に接
    続された整流器ブリッジとから構成されたＤＣ／ＤＣコ
    ンバータと、 平滑用の直流リアクトルおよび第２のコンデンサからな
    り、前記各ＤＣ／ＤＣコンバータの整流器ブリッジの出
    力から第２の直流電圧を得る平滑回路と、 複数個のパワー素子をブリッジ接続してなり、前記平滑
    回路により得られた第２の直流電圧から３相交流電圧を
    得る３相インバータと、 を備えて成ることを特徴とする車両用電源装置。
  2. 【請求項２】 前記請求項１に記載の車両用電源装置に
    おいて、 前記ＤＣ／ＤＣコンバータの絶縁トランスのキャリヤ周
    波数を、１〜６ＫＨＺの範囲の周波数領域としたことを
    特微とする車両用電源装置。
  3. 【請求項３】 前記請求項１に記載の車両用電源装置に
    おいて、 前記第１のコンデンサと前記ＤＣ／ＤＣコンバータの個
    数を、２個、または３個としたことを特徴とする車両用
    電源装置。
  4. 【請求項４】 前記請求項１に記載の車両用電源装置に
    おいて、 前記各ＤＣ／ＤＣコンバータの絶縁トランスの鉄芯を共
    通とし、かつその１次巻線数、２次巻線数を同一とした
    ことを特徴とする車両用電源装置。
  5. 【請求項５】 前記請求項１に記載の車両用電源装置に
    おいて、 前記第２のコンデンサの容量を、電源装置本体の負荷変
    動の影響が小さくなるように前記各第１のコンデンサの
    合計容量よりも大きくしたことを特徴とする車両用電源
    装置。
  6. 【請求項６】 前記請求項５に記載の車両用電源装置に
    おいて、 前記第２のコンデンサの容量を、前記各第１のコンデン
    サの合計容量の３〜６倍の大きさとしたことを特徴とす
    る車両用電源装置。
  7. 【請求項７】 第１の直流電圧を出力する直流電源に単
    数個直列に接続された平滑用の第１のコンデンサと、 複数個のパワー素子をブリッジ接続してなり、前記第１
    のコンデンサに並列に接続されたインバータブリッジ
    と、１次巻線が前記インバータブリッジの出力側に接続
    された高周波数の絶縁トランスと、複数個のパワー素子
    をブリッジ接続してなり、前記絶縁トランスの２次巻線
    に接続された整流器ブリッジとから構成された単数個の
    ＤＣ／ＤＣコンバータと、 平滑用の直流リアクトルおよび第２のコンデンサからな
    り、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの整流器ブリッジの出力
    から第２の直流電圧を得る平滑回路と、 複数個のパワー素子をブリッジ接続してなり、前記平滑
    回路により得られた第２の直流電圧から３相交流電圧を
    得る３相インバータとを備え、 前記インバータブリッジの転流方式を部分共振型とした
    ことを特徴とする車両用電源装置。
  8. 【請求項８】 前記請求項１または請求項７に記載の車
    両用電源装置において、 パワー素子およびパワー抵抗を直列に接続してなり、前
    記平滑回路の第２のコンデンサに並列に接続された電力
    放電回路と、 前記平滑回路により得られた第２の直流電圧を検出する
    電圧監視手段とを付加し、 前記電圧監視手段により第２の直流電圧が設定電圧以上
    に達したことを検出した場合に、前記電力放電回路のパ
    ワー素子をオン状態にして、電源装置本体に接続された
    回生負荷の回生エネルギーを前記電力放電回路のパワー
    抵抗にて消費するようにしたことを特徴とする車両用電
    源装置。
  9. 【請求項９】 前記請求項１または請求項７に記載の車
    両用電源装置において、 交流リアクトルおよび交流コンデンサからなり、かつ前
    記３相インバータの出力側に接続される交流フィルター
    の前記交流コンデンサの一端を、前記第２の直流電圧の
    中性点に接続したことを特徴とする車両用電源装置。
  10. 【請求項１０】 前記請求項１または請求項７に記載の
    車両用電源装置において、 交流リアクトルおよび交流コンデンサからなり、かつ前
    記３相インバータの出力側に接続される交流フィルター
    の前記交流コンデンサの一端を、前記各絶縁トランスの
    ２次巻線の中性点に接続したことを特徴とする車両用電
    源装置。
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