電力変換装置
【課題】従来よりも電力損失及びノイズの影響を低減することができる電力変換装置を提供することを目的とする。
【解決手段】電力変換装置が、交流電力を整流によって直流電力へ変換し、当該直流電力を出力する整流回路と、前記整流回路から入力された直流電力を降圧し、降圧した直流電力を出力端子から外部に出力する降圧回路とを具備する電力変換装置であって、
前記整流回路と前記降圧回路とが電力線によって接続され、かつ、前記降圧回路が前記電力線を挟んで出力端子側に設けられている。
【解決手段】電力変換装置が、交流電力を整流によって直流電力へ変換し、当該直流電力を出力する整流回路と、前記整流回路から入力された直流電力を降圧し、降圧した直流電力を出力端子から外部に出力する降圧回路とを具備する電力変換装置であって、
前記整流回路と前記降圧回路とが電力線によって接続され、かつ、前記降圧回路が前記電力線を挟んで出力端子側に設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オルタネータ等の発電機が出力した電力を変換する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、航空機では、エンジンによって回転するオルタネータ（発電機）が出力する３相交流電圧を、整流回路によって直流電圧へ変換し、当該直流電圧をスイッチングシャントによって所定の電圧まで降圧し、当該直流電圧からＤＣ／ＤＣコンバータによって各種電圧を生成し、これら電圧を各種制御基板へ供給している。そして、上記整流回路、スイッチングシャント及びＤＣ／ＤＣコンバータは、１つの電源基板上に電力変換装置として実装されている。この電力変換装置から各制御基板に各直流電圧を給電する為に、電力変換装置と各制御基板との間には、低電圧電源配線が設けられている。
【０００３】
そして、このような電源電圧の制御に関する発明として、下記特許文献１には、シャントレギュレータをスイッチング形で構成することで、制御素子のオン抵抗を小さくし、スイッチング発熱量を小さくすることができるスイッチング方式シャントレギュレータが開示されている。このスイッチング方式シャントレギュレータは、インダクタンス分を持つ交流電源を整流して得られる直流電源に接続されているスイッチング素子と、このスイッチング素子の出力電圧を平滑するフィルタと、このフィルタの出力を前記スイッチング素子と並列接続されている負荷に供給する出力経路と、この出力経路間の電圧変動を検出して、所定電源電圧となるようにオン／オフ時間比を変化させて前記スイッチング素子をスイッチング制御するスイッチング制御回路とを具備する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−２０９４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記従来技術では、電力変換装置が電源電圧を整流及び降圧することで生成した直流電力を電力線によって各制御基板へ供給している。しかしながら、この電力変換装置と制御基板の間に配線された電力線では、給電する電圧が低い為に電流が大きくなってしまう。これによって、電力線では、インピーダンスによる損失が大きくなり、電力損失及び発熱が増加してしまう。また、電力変換装置が出力する電圧が低い為に、電力線の電圧は、外部からのノイズの影響を受け易くなってしまう。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも電力損失及びノイズの影響を低減することができる電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、電力変換装置に係る第１の解決手段として、交流電力を整流によって直流電力へ変換し、当該直流電力を出力する整流回路と、前記整流回路から入力された直流電力を降圧し、降圧した直流電力を出力端子から外部に出力する降圧回路とを具備する電力変換装置であって、前記整流回路と前記降圧回路とが電力線によって接続され、かつ、前記降圧回路が前記電力線を挟んで出力端子側に設けられているという手段を採用する。
【０００８】
本発明では、電力変換装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記整流回路と前記降圧回路とは、複数の並列接続された前記電力線によって接続されている手段を採用する。
【０００９】
本発明では、電力変換装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記降圧回路は、複数の出力端子の出力端子毎に取り付けられているという手段を採用する。
【００１０】
本発明では、電力変換装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３いずれかの解決手段において、前記降圧回路は、降圧チョッパ回路から構成されているという手段を採用する。
【発明の効果】
【００１１】
電力線の電圧は、降圧されていない電圧、すなわち高い電圧である為、電力線の電流が低くなり、電力線のインピーダンスによる電力損失を低減することができる。また、電力変換装置では、電力線の電圧が高い為、電力線の電力は、外部からのノイズの影響を受け難くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る電力変換装置Ａの構成を示す回路図である。
【図２】従来の電源基板上に整流回路、降圧チョッパ回路が配置され、当該降圧チョッパ回路と制御基板上のＤＣ／ＤＣコンバータとが電力線によって接続されている場合において、整流回路に入力された３相交流電力のＵ相‐Ｖ相線間電圧の波形図と、整流回路が出力する直流電圧Ｖ１の波形図と、降圧チョッパ回路が出力する直流電圧Ｖ２の波形図と、降圧チョッパ回路と降圧ＤＣ／ＤＣコンバータとを接続する電力線に流れる電流の波形図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電力変換装置Ａの整流回路１に入力された３相交流電力のＵ相‐Ｖ相線間電圧の波形図と、整流回路１が出力する直流電圧Ｖ１の波形図と、降圧チョッパ回路２−１が出力する直流電圧Ｖ２の波形図と、整流回路１と降圧チョッパ回路２‐１とを接続する電力線４に流れる電流の波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態は、オルタネータ等の発電機から入力された電力を変換する電力変換装置に関する。
まず、電力変換装置Ａの回路構成について、図１を参照して、説明する。図１は、本実施形態に係る電力変換装置Ａの構成を示す回路図である。
【００１４】
電力変換装置Ａは、エンジン（図示略）の回転によってオルタネータＢから入力された３相交流電力の整流及び降圧を行い、直流電力を制御基板ＣＢに配置されている負荷Ｃ１〜Ｃｎへ出力するものであり、図１に示すように、整流回路１、降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎ、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１〜３‐ｎ及び電力線４から構成されている。なお、図１の降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎ、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１〜３‐ｎは、複数存在し、負荷Ｃ１〜Ｃｎに応じて降圧チョッパ回路及び降圧ＤＣ／ＤＣコンバータが存在していることを示している。
【００１５】
電力変換装置Ａでは、整流回路１が電源基板ＥＢ上に配置され、降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎ及び降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１〜３‐ｎが、負荷Ｃ１〜Ｃｎが配置されている制御基板ＣＢ上に配置されている。すなわち、降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎ及び降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１〜３‐ｎは、整流回路１と負荷Ｃ１〜Ｃｎとの間において、負荷Ｃ１〜Ｃｎの側に配置されている。なお、降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎ及び降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１〜３‐ｎが、本実施形態における降圧回路を構成している。
【００１６】
整流回路１は、電源基板ＥＢ上に配置され、オルタネータＢから入力された３相交流電力を直流電力に変換し、当該直流電力を電力線４を介して降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎへ出力するものであり、図１に示すように、整流用ブリッジ回路１１、コンデンサ１２及び出力端子１３ａ，１３ｂを備えている。
【００１７】
整流用ブリッジ回路１１は、３相の交流電力に応じた整流用ダイオード１１ａ〜１１ｆ６を備えている。
整流用ダイオード１１ａは、カソード端子が、コンデンサ１２の一端及び正極側の出力端子１３ａに接続され、アノード端子が、オルタネータＢのＵ相巻線及び整流用ダイオード１１ｄのカソード端子に接続されている。
【００１８】
整流用ダイオード１１ｂは、カソード端子が、コンデンサ１２の一端及び正極側の出力端子１３ａに接続され、アノード端子が、オルタネータＢのＶ相巻線及び整流用ダイオード１１ｅのカソード端子に接続されている。
整流用ダイオード１１ｃは、カソード端子が、コンデンサ１２の一端及び正極側の出力端子１３ａに接続され、アノード端子が、オルタネータＢのＷ相巻線及び整流用ダイオード１１ｆのカソード端子に接続されている。
【００１９】
整流用ダイオード１１ｄは、カソード端子が、オルタネータＢのＵ相巻線及び整流用ダイオード１１ａのアノード端子に接続され、アノード端子が、コンデンサ１２の他端及び負極側の出力端子１３ｂに接続されている。
整流用ダイオード１１ｅは、カソード端子が、オルタネータＢのＶ相巻線及び整流用ダイオード１１ｂのアノード端子に接続され、アノード端子が、コンデンサ１２の他端及び負極側の出力端子１３ｂに接続されている。
【００２０】
整流用ダイオード１１ｆは、カソード端子が、オルタネータＢのＷ相巻線及び整流用ダイオード１１ｃのアノード端子に接続され、アノード端子が、コンデンサ１２の他端及び負極側の出力端子１３ｂに接続されている。
【００２１】
コンデンサ１２は、降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎへ出力する直流電力の電圧の平滑化、すなわち直流電力の電圧のリップルを低減することを目的として設けられたものであり、一端が整流用ダイオード１１ａ，１１ｂ，１１ｃのカソード端子及び正極側の出力端子１３ａに接続され、他端が整流用ダイオード１１ｄ，１１ｅ，１１ｆのアノード端子及び他方の出力端子１３ｂに接続されている。
【００２２】
出力端子１３ａ，１３ｂは、整流回路１が生成した直流電力を降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎへ出力するための一対の接続端子であり、正極側の出力端子１３ａは一方の電力線４を介して降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎの入力側の一端に接続され、負極側の出力端子１３ｂは他方の電力線４を介して降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎの入力側の他端に接続されている。
【００２３】
降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎは、制御基板ＣＢ上に配置され、チョッピング動作によって整流回路１から供給される直流電力を降圧し、それぞれ接続する降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１〜３‐ｎへ出力するものである。なお、降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎは同様の回路構成である為、降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎの回路構成について、降圧チョッパ回路２‐１を参照して説明する。降圧チョッパ回路２‐１は、入力端子２１ａ，２１ｂ、ＭＯＳＦＥＴ２２、ダイオード２３、リアクトル２４、コンデンサ２５、出力端子２６ａ，２６ｂ及び降圧ＰＷＭ制御部２７を備えている。
【００２４】
入力端子２１ａ，２１ｂは、整流回路１から直流電力を入力するための一対の接続端子であり、正極側の入力端子２１ａは電力線４を介して整流回路１の正極側の出力端子１３ａに接続され、負極側の入力端子２１ｂは電力線４を介して整流回路１の負極側の出力端子１３ｂに接続されている。
ＭＯＳＦＥＴ２２では、ドレイン端子が正極側の入力端子２１ａに接続され、ソース端子が、ダイオード２３のカソード端子、リアクトル２４の一端に接続され、さらにゲート端子が降圧ＰＷＭ制御部２７に接続されている。
【００２５】
ダイオード２３は、アノード端子が負極側の入力端子２１ｂ、コンデンサ２５の一方の端子及び負極側の出力端子２６ｂに接続され、カソード端子がＭＯＳＦＥＴ２２のソース端子及びリアクトル２４の一端に接続されている。
リアクトル２４は、一端がＭＯＳＦＥＴ２２のソース端子及びダイオード２３のカソード端子に接続され、他端がコンデンサ２５の一端及び正極側の出力端子２６ａに接続されている。
コンデンサ２５は、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１へ出力する直流電力の電圧の平滑化、すなわち直流電力の電圧のリップルを低減することを目的として設けられたものであり、一端がリアクトル２４の他端及び正極側の出力端子２６ａに接続され、他端が負極側の入力端子２１ｂ、ダイオード２３のアノード端子及び負極側の出力端子２６ｂに接続されている。
【００２６】
出力端子２６ａ，２６ｂは、チョッピング動作によって降圧された直流電力を降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１へ出力するための一対の接続端子であり、正極側の出力端子２６ａは、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１の入力側の一端に接続され、負極側の出力端子２６ｂは、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１の入力側の他端に接続されている。
【００２７】
降圧ＰＷＭ制御部２７は、ＭＯＳＦＥＴ２２と信号の入出力を行うインタフェース回路等から構成されており、ＰＷＭ制御に基づいてＭＯＳＦＥＴ２２にＯＮ／ＯＦＦを繰り返し実行させる。降圧チョッパ回路２‐１では、ＭＯＳＦＥＴ２２がＯＮ／ＯＦＦを繰り返し実行することで、整流回路１から入力された直流電力を降圧する。なお、降圧ＰＷＭ制御部２７は、半導体デバイス等のハードウェアのみによって制御を行う制御回路であってもよいし、またＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）から構成され、上記ＲＯＭに記憶された制御プログラムに基づいて制御を行うソフトウェアを用いた制御回路であってもよい。
【００２８】
降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１〜３‐ｎは、制御基板ＣＢ上に配置され、それぞれに接続された降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎから入力された直流電力をさらに降圧し、降圧した直流電力を、出力端子からそれぞれに接続された制御基板ＣＢ上の負荷Ｃ１〜Ｃｎへ出力する。
【００２９】
電力線４は、同一基板上に配置されている負荷Ｃ１〜Ｃｎと降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎ及び降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１〜３‐ｎとの距離関係と比較して、距離が離れている整流回路１と降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎとを、接続する給電用の配線であり、導電率の高い銅部材によって構成されている。
【００３０】
次に、このように構成された本実施形態に係る電力変換装置Ａの動作について、図２及び図３を参照して、詳しく説明する。
図２は、従来の電源基板上に整流回路、降圧チョッパ回路が配置され、当該降圧チョッパ回路と制御基板上のＤＣ／ＤＣコンバータとが電力線によって接続されている場合において、整流回路に入力された３相交流電力のＵ相‐Ｖ相線間電圧の波形図と、整流回路が出力する直流電圧Ｖ１の波形図と、降圧チョッパ回路が出力する直流電圧Ｖ２の波形図と、降圧チョッパ回路と降圧ＤＣ／ＤＣコンバータとを接続する電力線に流れる電流の波形図である。なお、図２（ａ）が、整流回路に入力された３相交流電力のＵ相‐Ｖ相線間電圧の波形を示し、図２（ｂ）が、整流回路が出力する直流電圧Ｖ１の波形を示し、図２（ｃ）が、降圧チョッパ回路が出力する直流電圧Ｖ２の波形を示し、図２（ｄ）が、降圧チョッパ回路と降圧ＤＣ／ＤＣコンバータとを接続する電力線に流れる電流の波形を示している。
【００３１】
図３は、本実施形態に係る電力変換装置Ａの整流回路１に入力された３相交流電力のＵ相‐Ｖ相線間電圧の波形図と、整流回路１が出力する直流電圧Ｖ１の波形図と、降圧チョッパ回路２−１が出力する直流電圧Ｖ２の波形図と、整流回路１と降圧チョッパ回路２‐１とを接続する電力線４に流れる電流の波形図である。なお、図３（ａ）が、整流回路１に入力された３相交流電力のＵ相‐Ｖ相線間電圧の波形を示し、図３（ｂ）が、整流回路１が出力する直流電圧Ｖ１の波形を示し、図３（ｃ）が、降圧チョッパ回路２−１が出力する直流電圧Ｖ２の波形を示し、図３（ｄ）が、整流回路１と降圧チョッパ回路２‐１とを接続する電力線４に流れる電流の波形を示している。なお、図２及び図３におけるＶａ、Ｖａ´、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｃ´及びＡｄは、図２と図３とを比較する上の基準値である。
【００３２】
そして、図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）では、縦軸が電圧（Ｖ）を示し、横軸が時間を示す。また、図２（ｄ）及び図３（ｄ）では、縦軸が電流（Ａ）を示し、横軸が時間を示す。
【００３３】
オルタネータＢに接続するエンジンが回転を開始すると、オルタネータＢは、３相交流電力の出力を開始する。そして、エンジンの回転数に比例して、図２（ａ）及び図３（ａ）に示すＵ相‐Ｖ相線間電圧及び周波数は上昇する。
電力変換装置Ａでは、整流回路１が、オルタネータＢから入力された３相交流電力を直流電圧Ｖ１の直流電力へ変換し、直流電圧Ｖ１の直流電力を降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎで直流電圧Ｖ２の直流電力に変換し、当該直流電圧Ｖ２の直流電力を降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１〜３‐ｎで降圧したものを負荷Ｃ１〜Ｃｎに供給する。
【００３４】
この際、従来のように電源基板上の降圧チョッパ回路と制御基板上のＤＣ／ＤＣコンバータとが電力線で接続されている場合において、整流回路に入力された３相交流電力のＵ相‐Ｖ相線間電圧、整流回路１が出力する直流電圧Ｖ１及び降圧チョッパ回路が出力する直流電圧Ｖ２の波形は、図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すようになる。
【００３５】
そして、降圧チョッパ回路と降圧ＤＣ／ＤＣコンバータとを接続する電力線の電圧は、降圧チョッパ回路による降圧で低くなっている為、電力線の電流は、図２の（ｄ）に示すように、高くなる。その為、電力線のインピーダンスによる電力損失は大きくなってしまう。
【００３６】
しかしながら、本実施形態の電力変換装置Ａでは、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示す整流回路１に入力された３相交流電力、整流回路１が出力する直流電圧Ｖ１及び降圧チョッパ回路２−１が出力する直流電圧Ｖ２の波形は図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）とほぼ同様であるが、電力線４が電源基板ＥＢ上の整流回路１と制御基板ＣＢ上の降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎとを接続する為、電力線４の電圧は、高い。その為、図３の（ｄ）に示す電力線４の電流は図２の（ｄ）よりも低くなり（図３の（ｄ）の電流実効値は図２の（ｄ）の約１／３）、電力線４のインピーダンスによる電力損失は図２の（ｄ）よりも、小さくなる。
【００３７】
以上のように、本実施形態の電力変換装置Ａでは、電源基板ＥＢ上に整流回路１を配置し、制御基板ＣＢ上に降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎ及び降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１〜３‐ｎを配置し、整流回路１と降圧チョッパ回路２とを電力線４で接続する。これにより、電力変換装置Ａでは、電力線４の電圧は、降圧されていない電圧、すなわち高い電圧である為、電力線４の電流が低くなり、電力線４のインピーダンスによる電力損失を低減することができる。また、電力変換装置Ａでは、電力線４の電圧が高い為、電力線４の電圧は、外部からのノイズの影響を受け難くなる。
【００３８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）上記実施形態に係る電力変換装置Ａでは、整流回路１にコンデンサ１２を取り付けているが、本発明はこれに限定されない。
例えば、電力変換装置Ａにおいて、整流回路１からコンデンサ１２を取り外し、整流用ブリッジ回路１１が出力した電力を、電力線４を介して降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎへ入力するようにしてもよい。また、電力線４と降圧チョッパ回路２との間にコンデンサを設け、電力線４から降圧チョッパ回路２へ入力された直流電力の電圧を平滑化するようにしてもよい。
【００３９】
（２）上記実施形態に係る電力変換装置Ａは、整流回路１と降圧チョッパ回路２‐１とが、正極及び負極側のそれぞれ１本の電力線４で接続されているが、本発明はこれに限定されない。
例えば、電力変換装置Ａは、整流回路１と降圧チョッパ回路２‐１とを、並列接続の複数の電力線４によって接続するようにしてもよい。このようにすることで、電力線４の静電容量によって、整流回路１が出力する直流電力の電圧が平滑化される。
【００４０】
（３）上記実施形態に係る電力変換装置Ａでは、降圧チョッパ回路２によって整流回路１が出力する直流電力を降圧したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、降圧チョッパ回路２の代わりに、スイッチングシャントによって、整流回路１が出力する直流電圧を降圧するようにしてもよい。また、降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎ及び降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１〜３‐ｎで直流電力を降圧したが、降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎ及び降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１〜３‐ｎのどちらか一方だけでもよい。
【符号の説明】
【００４１】
Ａ…電力変換装置、Ｂ…オルタネータ、Ｃ１〜Ｃｎ…負荷、１…整流回路、２‐１〜２‐ｎ…降圧チョッパ回路、３‐１〜３‐ｎ…降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ、４…電力線、ＣＢ…制御基板、ＥＢ…電源基板、１１…整流用ブリッジ回路、１１ａ〜１１ｆ…整流用ダイオード、１２…コンデンサ、１３ａ，１３ｂ…出力端子、２１ａ，２１ｂ…入力端子、２２…ＭＯＳＦＥＴ、２３…ダイオード、２４…リアクトル、２５…コンデンサ、２６ａ，２６ｂ…出力端子、２７…降圧ＰＷＭ制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オルタネータ等の発電機が出力した電力を変換する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、航空機では、エンジンによって回転するオルタネータ（発電機）が出力する３相交流電圧を、整流回路によって直流電圧へ変換し、当該直流電圧をスイッチングシャントによって所定の電圧まで降圧し、当該直流電圧からＤＣ／ＤＣコンバータによって各種電圧を生成し、これら電圧を各種制御基板へ供給している。そして、上記整流回路、スイッチングシャント及びＤＣ／ＤＣコンバータは、１つの電源基板上に電力変換装置として実装されている。この電力変換装置から各制御基板に各直流電圧を給電する為に、電力変換装置と各制御基板との間には、低電圧電源配線が設けられている。
【０００３】
そして、このような電源電圧の制御に関する発明として、下記特許文献１には、シャントレギュレータをスイッチング形で構成することで、制御素子のオン抵抗を小さくし、スイッチング発熱量を小さくすることができるスイッチング方式シャントレギュレータが開示されている。このスイッチング方式シャントレギュレータは、インダクタンス分を持つ交流電源を整流して得られる直流電源に接続されているスイッチング素子と、このスイッチング素子の出力電圧を平滑するフィルタと、このフィルタの出力を前記スイッチング素子と並列接続されている負荷に供給する出力経路と、この出力経路間の電圧変動を検出して、所定電源電圧となるようにオン／オフ時間比を変化させて前記スイッチング素子をスイッチング制御するスイッチング制御回路とを具備する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−２０９４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記従来技術では、電力変換装置が電源電圧を整流及び降圧することで生成した直流電力を電力線によって各制御基板へ供給している。しかしながら、この電力変換装置と制御基板の間に配線された電力線では、給電する電圧が低い為に電流が大きくなってしまう。これによって、電力線では、インピーダンスによる損失が大きくなり、電力損失及び発熱が増加してしまう。また、電力変換装置が出力する電圧が低い為に、電力線の電圧は、外部からのノイズの影響を受け易くなってしまう。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも電力損失及びノイズの影響を低減することができる電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、電力変換装置に係る第１の解決手段として、交流電力を整流によって直流電力へ変換し、当該直流電力を出力する整流回路と、前記整流回路から入力された直流電力を降圧し、降圧した直流電力を出力端子から外部に出力する降圧回路とを具備する電力変換装置であって、前記整流回路と前記降圧回路とが電力線によって接続され、かつ、前記降圧回路が前記電力線を挟んで出力端子側に設けられているという手段を採用する。
【０００８】
本発明では、電力変換装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記整流回路と前記降圧回路とは、複数の並列接続された前記電力線によって接続されている手段を採用する。
【０００９】
本発明では、電力変換装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記降圧回路は、複数の出力端子の出力端子毎に取り付けられているという手段を採用する。
【００１０】
本発明では、電力変換装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３いずれかの解決手段において、前記降圧回路は、降圧チョッパ回路から構成されているという手段を採用する。
【発明の効果】
【００１１】
電力線の電圧は、降圧されていない電圧、すなわち高い電圧である為、電力線の電流が低くなり、電力線のインピーダンスによる電力損失を低減することができる。また、電力変換装置では、電力線の電圧が高い為、電力線の電力は、外部からのノイズの影響を受け難くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る電力変換装置Ａの構成を示す回路図である。
【図２】従来の電源基板上に整流回路、降圧チョッパ回路が配置され、当該降圧チョッパ回路と制御基板上のＤＣ／ＤＣコンバータとが電力線によって接続されている場合において、整流回路に入力された３相交流電力のＵ相‐Ｖ相線間電圧の波形図と、整流回路が出力する直流電圧Ｖ１の波形図と、降圧チョッパ回路が出力する直流電圧Ｖ２の波形図と、降圧チョッパ回路と降圧ＤＣ／ＤＣコンバータとを接続する電力線に流れる電流の波形図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電力変換装置Ａの整流回路１に入力された３相交流電力のＵ相‐Ｖ相線間電圧の波形図と、整流回路１が出力する直流電圧Ｖ１の波形図と、降圧チョッパ回路２−１が出力する直流電圧Ｖ２の波形図と、整流回路１と降圧チョッパ回路２‐１とを接続する電力線４に流れる電流の波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態は、オルタネータ等の発電機から入力された電力を変換する電力変換装置に関する。
まず、電力変換装置Ａの回路構成について、図１を参照して、説明する。図１は、本実施形態に係る電力変換装置Ａの構成を示す回路図である。
【００１４】
電力変換装置Ａは、エンジン（図示略）の回転によってオルタネータＢから入力された３相交流電力の整流及び降圧を行い、直流電力を制御基板ＣＢに配置されている負荷Ｃ１〜Ｃｎへ出力するものであり、図１に示すように、整流回路１、降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎ、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１〜３‐ｎ及び電力線４から構成されている。なお、図１の降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎ、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１〜３‐ｎは、複数存在し、負荷Ｃ１〜Ｃｎに応じて降圧チョッパ回路及び降圧ＤＣ／ＤＣコンバータが存在していることを示している。
【００１５】
電力変換装置Ａでは、整流回路１が電源基板ＥＢ上に配置され、降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎ及び降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１〜３‐ｎが、負荷Ｃ１〜Ｃｎが配置されている制御基板ＣＢ上に配置されている。すなわち、降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎ及び降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１〜３‐ｎは、整流回路１と負荷Ｃ１〜Ｃｎとの間において、負荷Ｃ１〜Ｃｎの側に配置されている。なお、降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎ及び降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１〜３‐ｎが、本実施形態における降圧回路を構成している。
【００１６】
整流回路１は、電源基板ＥＢ上に配置され、オルタネータＢから入力された３相交流電力を直流電力に変換し、当該直流電力を電力線４を介して降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎへ出力するものであり、図１に示すように、整流用ブリッジ回路１１、コンデンサ１２及び出力端子１３ａ，１３ｂを備えている。
【００１７】
整流用ブリッジ回路１１は、３相の交流電力に応じた整流用ダイオード１１ａ〜１１ｆ６を備えている。
整流用ダイオード１１ａは、カソード端子が、コンデンサ１２の一端及び正極側の出力端子１３ａに接続され、アノード端子が、オルタネータＢのＵ相巻線及び整流用ダイオード１１ｄのカソード端子に接続されている。
【００１８】
整流用ダイオード１１ｂは、カソード端子が、コンデンサ１２の一端及び正極側の出力端子１３ａに接続され、アノード端子が、オルタネータＢのＶ相巻線及び整流用ダイオード１１ｅのカソード端子に接続されている。
整流用ダイオード１１ｃは、カソード端子が、コンデンサ１２の一端及び正極側の出力端子１３ａに接続され、アノード端子が、オルタネータＢのＷ相巻線及び整流用ダイオード１１ｆのカソード端子に接続されている。
【００１９】
整流用ダイオード１１ｄは、カソード端子が、オルタネータＢのＵ相巻線及び整流用ダイオード１１ａのアノード端子に接続され、アノード端子が、コンデンサ１２の他端及び負極側の出力端子１３ｂに接続されている。
整流用ダイオード１１ｅは、カソード端子が、オルタネータＢのＶ相巻線及び整流用ダイオード１１ｂのアノード端子に接続され、アノード端子が、コンデンサ１２の他端及び負極側の出力端子１３ｂに接続されている。
【００２０】
整流用ダイオード１１ｆは、カソード端子が、オルタネータＢのＷ相巻線及び整流用ダイオード１１ｃのアノード端子に接続され、アノード端子が、コンデンサ１２の他端及び負極側の出力端子１３ｂに接続されている。
【００２１】
コンデンサ１２は、降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎへ出力する直流電力の電圧の平滑化、すなわち直流電力の電圧のリップルを低減することを目的として設けられたものであり、一端が整流用ダイオード１１ａ，１１ｂ，１１ｃのカソード端子及び正極側の出力端子１３ａに接続され、他端が整流用ダイオード１１ｄ，１１ｅ，１１ｆのアノード端子及び他方の出力端子１３ｂに接続されている。
【００２２】
出力端子１３ａ，１３ｂは、整流回路１が生成した直流電力を降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎへ出力するための一対の接続端子であり、正極側の出力端子１３ａは一方の電力線４を介して降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎの入力側の一端に接続され、負極側の出力端子１３ｂは他方の電力線４を介して降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎの入力側の他端に接続されている。
【００２３】
降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎは、制御基板ＣＢ上に配置され、チョッピング動作によって整流回路１から供給される直流電力を降圧し、それぞれ接続する降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１〜３‐ｎへ出力するものである。なお、降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎは同様の回路構成である為、降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎの回路構成について、降圧チョッパ回路２‐１を参照して説明する。降圧チョッパ回路２‐１は、入力端子２１ａ，２１ｂ、ＭＯＳＦＥＴ２２、ダイオード２３、リアクトル２４、コンデンサ２５、出力端子２６ａ，２６ｂ及び降圧ＰＷＭ制御部２７を備えている。
【００２４】
入力端子２１ａ，２１ｂは、整流回路１から直流電力を入力するための一対の接続端子であり、正極側の入力端子２１ａは電力線４を介して整流回路１の正極側の出力端子１３ａに接続され、負極側の入力端子２１ｂは電力線４を介して整流回路１の負極側の出力端子１３ｂに接続されている。
ＭＯＳＦＥＴ２２では、ドレイン端子が正極側の入力端子２１ａに接続され、ソース端子が、ダイオード２３のカソード端子、リアクトル２４の一端に接続され、さらにゲート端子が降圧ＰＷＭ制御部２７に接続されている。
【００２５】
ダイオード２３は、アノード端子が負極側の入力端子２１ｂ、コンデンサ２５の一方の端子及び負極側の出力端子２６ｂに接続され、カソード端子がＭＯＳＦＥＴ２２のソース端子及びリアクトル２４の一端に接続されている。
リアクトル２４は、一端がＭＯＳＦＥＴ２２のソース端子及びダイオード２３のカソード端子に接続され、他端がコンデンサ２５の一端及び正極側の出力端子２６ａに接続されている。
コンデンサ２５は、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１へ出力する直流電力の電圧の平滑化、すなわち直流電力の電圧のリップルを低減することを目的として設けられたものであり、一端がリアクトル２４の他端及び正極側の出力端子２６ａに接続され、他端が負極側の入力端子２１ｂ、ダイオード２３のアノード端子及び負極側の出力端子２６ｂに接続されている。
【００２６】
出力端子２６ａ，２６ｂは、チョッピング動作によって降圧された直流電力を降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１へ出力するための一対の接続端子であり、正極側の出力端子２６ａは、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１の入力側の一端に接続され、負極側の出力端子２６ｂは、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１の入力側の他端に接続されている。
【００２７】
降圧ＰＷＭ制御部２７は、ＭＯＳＦＥＴ２２と信号の入出力を行うインタフェース回路等から構成されており、ＰＷＭ制御に基づいてＭＯＳＦＥＴ２２にＯＮ／ＯＦＦを繰り返し実行させる。降圧チョッパ回路２‐１では、ＭＯＳＦＥＴ２２がＯＮ／ＯＦＦを繰り返し実行することで、整流回路１から入力された直流電力を降圧する。なお、降圧ＰＷＭ制御部２７は、半導体デバイス等のハードウェアのみによって制御を行う制御回路であってもよいし、またＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）から構成され、上記ＲＯＭに記憶された制御プログラムに基づいて制御を行うソフトウェアを用いた制御回路であってもよい。
【００２８】
降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１〜３‐ｎは、制御基板ＣＢ上に配置され、それぞれに接続された降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎから入力された直流電力をさらに降圧し、降圧した直流電力を、出力端子からそれぞれに接続された制御基板ＣＢ上の負荷Ｃ１〜Ｃｎへ出力する。
【００２９】
電力線４は、同一基板上に配置されている負荷Ｃ１〜Ｃｎと降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎ及び降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１〜３‐ｎとの距離関係と比較して、距離が離れている整流回路１と降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎとを、接続する給電用の配線であり、導電率の高い銅部材によって構成されている。
【００３０】
次に、このように構成された本実施形態に係る電力変換装置Ａの動作について、図２及び図３を参照して、詳しく説明する。
図２は、従来の電源基板上に整流回路、降圧チョッパ回路が配置され、当該降圧チョッパ回路と制御基板上のＤＣ／ＤＣコンバータとが電力線によって接続されている場合において、整流回路に入力された３相交流電力のＵ相‐Ｖ相線間電圧の波形図と、整流回路が出力する直流電圧Ｖ１の波形図と、降圧チョッパ回路が出力する直流電圧Ｖ２の波形図と、降圧チョッパ回路と降圧ＤＣ／ＤＣコンバータとを接続する電力線に流れる電流の波形図である。なお、図２（ａ）が、整流回路に入力された３相交流電力のＵ相‐Ｖ相線間電圧の波形を示し、図２（ｂ）が、整流回路が出力する直流電圧Ｖ１の波形を示し、図２（ｃ）が、降圧チョッパ回路が出力する直流電圧Ｖ２の波形を示し、図２（ｄ）が、降圧チョッパ回路と降圧ＤＣ／ＤＣコンバータとを接続する電力線に流れる電流の波形を示している。
【００３１】
図３は、本実施形態に係る電力変換装置Ａの整流回路１に入力された３相交流電力のＵ相‐Ｖ相線間電圧の波形図と、整流回路１が出力する直流電圧Ｖ１の波形図と、降圧チョッパ回路２−１が出力する直流電圧Ｖ２の波形図と、整流回路１と降圧チョッパ回路２‐１とを接続する電力線４に流れる電流の波形図である。なお、図３（ａ）が、整流回路１に入力された３相交流電力のＵ相‐Ｖ相線間電圧の波形を示し、図３（ｂ）が、整流回路１が出力する直流電圧Ｖ１の波形を示し、図３（ｃ）が、降圧チョッパ回路２−１が出力する直流電圧Ｖ２の波形を示し、図３（ｄ）が、整流回路１と降圧チョッパ回路２‐１とを接続する電力線４に流れる電流の波形を示している。なお、図２及び図３におけるＶａ、Ｖａ´、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｃ´及びＡｄは、図２と図３とを比較する上の基準値である。
【００３２】
そして、図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）では、縦軸が電圧（Ｖ）を示し、横軸が時間を示す。また、図２（ｄ）及び図３（ｄ）では、縦軸が電流（Ａ）を示し、横軸が時間を示す。
【００３３】
オルタネータＢに接続するエンジンが回転を開始すると、オルタネータＢは、３相交流電力の出力を開始する。そして、エンジンの回転数に比例して、図２（ａ）及び図３（ａ）に示すＵ相‐Ｖ相線間電圧及び周波数は上昇する。
電力変換装置Ａでは、整流回路１が、オルタネータＢから入力された３相交流電力を直流電圧Ｖ１の直流電力へ変換し、直流電圧Ｖ１の直流電力を降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎで直流電圧Ｖ２の直流電力に変換し、当該直流電圧Ｖ２の直流電力を降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１〜３‐ｎで降圧したものを負荷Ｃ１〜Ｃｎに供給する。
【００３４】
この際、従来のように電源基板上の降圧チョッパ回路と制御基板上のＤＣ／ＤＣコンバータとが電力線で接続されている場合において、整流回路に入力された３相交流電力のＵ相‐Ｖ相線間電圧、整流回路１が出力する直流電圧Ｖ１及び降圧チョッパ回路が出力する直流電圧Ｖ２の波形は、図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すようになる。
【００３５】
そして、降圧チョッパ回路と降圧ＤＣ／ＤＣコンバータとを接続する電力線の電圧は、降圧チョッパ回路による降圧で低くなっている為、電力線の電流は、図２の（ｄ）に示すように、高くなる。その為、電力線のインピーダンスによる電力損失は大きくなってしまう。
【００３６】
しかしながら、本実施形態の電力変換装置Ａでは、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示す整流回路１に入力された３相交流電力、整流回路１が出力する直流電圧Ｖ１及び降圧チョッパ回路２−１が出力する直流電圧Ｖ２の波形は図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）とほぼ同様であるが、電力線４が電源基板ＥＢ上の整流回路１と制御基板ＣＢ上の降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎとを接続する為、電力線４の電圧は、高い。その為、図３の（ｄ）に示す電力線４の電流は図２の（ｄ）よりも低くなり（図３の（ｄ）の電流実効値は図２の（ｄ）の約１／３）、電力線４のインピーダンスによる電力損失は図２の（ｄ）よりも、小さくなる。
【００３７】
以上のように、本実施形態の電力変換装置Ａでは、電源基板ＥＢ上に整流回路１を配置し、制御基板ＣＢ上に降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎ及び降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１〜３‐ｎを配置し、整流回路１と降圧チョッパ回路２とを電力線４で接続する。これにより、電力変換装置Ａでは、電力線４の電圧は、降圧されていない電圧、すなわち高い電圧である為、電力線４の電流が低くなり、電力線４のインピーダンスによる電力損失を低減することができる。また、電力変換装置Ａでは、電力線４の電圧が高い為、電力線４の電圧は、外部からのノイズの影響を受け難くなる。
【００３８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）上記実施形態に係る電力変換装置Ａでは、整流回路１にコンデンサ１２を取り付けているが、本発明はこれに限定されない。
例えば、電力変換装置Ａにおいて、整流回路１からコンデンサ１２を取り外し、整流用ブリッジ回路１１が出力した電力を、電力線４を介して降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎへ入力するようにしてもよい。また、電力線４と降圧チョッパ回路２との間にコンデンサを設け、電力線４から降圧チョッパ回路２へ入力された直流電力の電圧を平滑化するようにしてもよい。
【００３９】
（２）上記実施形態に係る電力変換装置Ａは、整流回路１と降圧チョッパ回路２‐１とが、正極及び負極側のそれぞれ１本の電力線４で接続されているが、本発明はこれに限定されない。
例えば、電力変換装置Ａは、整流回路１と降圧チョッパ回路２‐１とを、並列接続の複数の電力線４によって接続するようにしてもよい。このようにすることで、電力線４の静電容量によって、整流回路１が出力する直流電力の電圧が平滑化される。
【００４０】
（３）上記実施形態に係る電力変換装置Ａでは、降圧チョッパ回路２によって整流回路１が出力する直流電力を降圧したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、降圧チョッパ回路２の代わりに、スイッチングシャントによって、整流回路１が出力する直流電圧を降圧するようにしてもよい。また、降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎ及び降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１〜３‐ｎで直流電力を降圧したが、降圧チョッパ回路２‐１〜２‐ｎ及び降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３‐１〜３‐ｎのどちらか一方だけでもよい。
【符号の説明】
【００４１】
Ａ…電力変換装置、Ｂ…オルタネータ、Ｃ１〜Ｃｎ…負荷、１…整流回路、２‐１〜２‐ｎ…降圧チョッパ回路、３‐１〜３‐ｎ…降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ、４…電力線、ＣＢ…制御基板、ＥＢ…電源基板、１１…整流用ブリッジ回路、１１ａ〜１１ｆ…整流用ダイオード、１２…コンデンサ、１３ａ，１３ｂ…出力端子、２１ａ，２１ｂ…入力端子、２２…ＭＯＳＦＥＴ、２３…ダイオード、２４…リアクトル、２５…コンデンサ、２６ａ，２６ｂ…出力端子、２７…降圧ＰＷＭ制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を整流によって直流電力へ変換し、当該直流電力を出力する整流回路と、前記整流回路から入力された直流電力を降圧し、降圧した直流電力を出力端子から外部に出力する降圧回路とを具備する電力変換装置であって、
前記整流回路と前記降圧回路とが電力線によって接続され、かつ、前記降圧回路が前記電力線を挟んで出力端子側に設けられていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記整流回路と前記降圧回路とは、複数の並列接続された前記電力線によって接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記降圧回路は、複数の出力端子の出力端子毎に取り付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記降圧回路は、降圧チョッパ回路から構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１】
交流電力を整流によって直流電力へ変換し、当該直流電力を出力する整流回路と、前記整流回路から入力された直流電力を降圧し、降圧した直流電力を出力端子から外部に出力する降圧回路とを具備する電力変換装置であって、
前記整流回路と前記降圧回路とが電力線によって接続され、かつ、前記降圧回路が前記電力線を挟んで出力端子側に設けられていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記整流回路と前記降圧回路とは、複数の並列接続された前記電力線によって接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記降圧回路は、複数の出力端子の出力端子毎に取り付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記降圧回路は、降圧チョッパ回路から構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−３０３２９（Ｐ２０１１−３０３２９Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７２１３６（Ｐ２００９−１７２１３６）
【出願日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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