電力変換装置
【課題】ＩＧＢＴやＦＥＴなどの半導体スイッチング素子のゲートドライブ回路に駆動用電力を供給する電源装置の部品点数を減少させて基板サイズを小さくした電力変換装置を提供する。
【解決手段】複数の半導体スイッチング素子６、７と、これらの半導体スイッチング素子６，７をそれぞれ駆動する複数のゲートドライブ回路８、９と、これらのゲートドライブ回路８、９にそれぞれ駆動用電力を供給する電源装置１０とを備えたパワーコンデショナ１において、電源装置１０を高周波交流電源で構成すると共に、ゲートドライブ回路８、９の入力側に、電源装置１０から出力される高周波交流を直流に変換するパルストランス１３、１４を備えた。
【解決手段】複数の半導体スイッチング素子６、７と、これらの半導体スイッチング素子６，７をそれぞれ駆動する複数のゲートドライブ回路８、９と、これらのゲートドライブ回路８、９にそれぞれ駆動用電力を供給する電源装置１０とを備えたパワーコンデショナ１において、電源装置１０を高周波交流電源で構成すると共に、ゲートドライブ回路８、９の入力側に、電源装置１０から出力される高周波交流を直流に変換するパルストランス１３、１４を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に関し、特に分散電源を系統に連系するパワーコンディショナ等に用いる電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パワーコンディショナは、例えばソーラパワーコンディショナに示されるように、太陽電池である分散電源で発電された直流電力を昇圧し、ＰＷＭ制御のインバータを用いて電力会社による単相３線式または三相３線式などの商用系統の周波数及び電圧に応じた交流電力に変換してその商用系統に電力を出力する。即ち、パワーコンディショナは、昇圧部とインバータ部を備え、昇圧部は太陽電池の電圧を系統へ連系するのに必要となる電圧まで昇圧し、インバータ部は４つのスイッチング素子で構成されて、系統電圧に同期した位相の出力電流となるようにＰＷＭスイッチングを行い、系統へ交流電力を出力する。
【０００３】
ところで、パワーコンディショナの昇圧部やインバータ部には、一般に、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＦＥＴ（Field effect transistor）などの半導体スイッチング素子が複数用いられており、このＩＧＢＴやＦＥＴなどの半導体スイッチング素子を複数用いる場合、半導体スイッチング素子およびそのゲートドライブ回路はそれぞれ絶縁されている必要がある。
【０００４】
例えば、特開２００９−２８４５６２号公報（特許文献１）には、直流電圧を高速でスイッチングする複数の半導体スイッチング素子と、これらの半導体スイッチング素子をそれぞれ駆動する複数のゲートドライブ回路と、これらのゲートドライブ回路に整流回路を介してそれぞれ駆動用電力を供給するゲート用電源とで構成された高周波交流電源装置が開示されている。
【０００５】
そして、ゲート用電源には、閉じた磁路を形成する複数のトランスコアと、これらのトランスコアを貫通する共通の１次巻線と、この１次巻線と空間距離を設けて前記トランスコアに巻回され、前記各ゲートドライブ回路にそれぞれ接続された複数の２次巻線と、直流電圧をスイッチングし、共通の１次巻線に交流電圧を供給するトランスドライブ回路が備えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２８４５６２号公報（要約の欄、図３、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
パワーコンディショナにより高度な制御を実現するためには、昇圧部やインバータ部のＩＧＢＴやＦＥＴなどの半導体スイッチング素子を多くする必要があるが、半導体スイッチング素子を増やした場合、前述のように、半導体スイッチング素子およびそのゲートドライブ回路はそれぞれが絶縁されている必要がある。前記特許文献１に開示された電源装置では、トランスコアに巻回された２次巻線の出力を、整流回路を介して直流とし、ゲートドライブ回路に直流駆動用電力として供給しているため、ゲートドライブ回路に駆動用電力を供給する電源装置の部品点数が増え、基板サイズが大きくなり、また電源装置から半導体スイッチング素子への総配線長が長くなる課題がある。
【０００８】
この発明の目的は、ＩＧＢＴやＦＥＴなどの半導体スイッチング素子のゲートドライブ
回路に駆動用電力を供給する電源装置の部品点数を減少させて基板サイズを小さくした電力変換装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る電力変換装置は、直流電源の直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であって、複数の半導体スイッチング素子と、これらの半導体スイッチング素子をそれぞれ駆動する複数のゲートドライブ回路と、これらのゲートドライブ回路にそれぞれ駆動用電力を供給する電源装置とを備えた電力変換装置において、前記電源装置を高周波交流電源で構成すると共に、前記ゲートドライブ回路の入力側に、前記電源装置から出力される高周波交流を直流に変換するパルストランスを備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、ＩＧＢＴやＦＥＴなどの半導体スイッチング素子のゲートドライブ回路の電源を高周波交流電源装置としたので、その出力端をそれぞれ絶縁する必要がなくなって電源装置の部品点数が減り、基板サイズを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電力変換装置を説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照して、この発明に係る電力変換装置について好適な実施の形態を説明する。なお、この実施の形態により発明が限定されるものではなく、諸種の設計的変更を含むものである。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電力変換装置を説明するブロック図である。図１に示すように、電力変換装置（以下、パワーコンディショナと称する。）１は、昇圧部２とインバータ部３を備え、太陽電池である分散電源４で発電された直流電力を昇圧部２で昇圧し、インバータ部３を用いてＰＷＭ制御し、電力会社による単相３線式または三相３線式などの商用系統の周波数及び電圧に応じた交流電力に変換している。そして、商用系統電源５に電力を出力している。
【００１４】
昇圧部２とインバータ部３は、それぞれ４つのＩＧＢＴあるいはＦＥＴなどの半導体スイッチング素子６、７から構成されており、インバータ部３は上述のように、系統電圧に同期した位相の出力電流となるようにＰＷＭスイッチングを行い、系統へ交流電力を出力するように構成されている。また、昇圧部２とインバータ部３の半導体スイッチング素子６、７は、それぞれ互いに絶縁されたゲートドライブ回路８、９により駆動される。
【００１５】
ゲートドライブ回路８、９に駆動用電力を供給する電源装置１０は、太陽電池である分散電源４で発電された直流電力を入力する電源入力部１１と高周波交流を出力する電源交流出力部１２を備えている。また、ゲートドライブ回路８、９の入力側には、電源装置１０の電源交流出力部１２から出力される高周波の交流を直流に変換するパルストランス１３、１４が備えられている。なお、電源交流出力部１２から昇圧部２のゲートドライブ回路８への配線１５は、パルストランス１３の相互間をチェーン状に接続しており、電源交流出力部１２からインバータ部３のゲートドライブ回路９への配線１６も同様に構成されている。
【００１６】
以上説明したように、実施の形態１に係るパワーコンディショナ１は、昇圧部２あるいはインバータ部３の半導体スイッチング素子６、７を駆動するゲートドライブ回路８、９に駆動用電力を供給する電源装置１０が、高周波交流の電源装置で構成されているので、
その電源交流出力部１２でそれぞれ絶縁する必要がなくなる。従って、部品点数の削減が可能となり、基板サイズが小さくなる。
【００１７】
また、電源装置１０からゲートドライブ回路８、９への配線１５、１６をチェーン状に接続し、パワーコンディショナ１に使用するＩＧＢＴあるいはＦＥＴなどの半導体スイッチング素子６、７への電力供給を、同一の信号で行うことができるため、配線数を低減して総配線長を短くできる効果がある。
【符号の説明】
【００１８】
１ パワーコンディショナ
２ 昇圧部
３ インバータ部
４ 分散電源（太陽電池）
５ 商用系統電源
６、７ 半導体スイッチング素子
８、９ ゲートドライブ回路
１０ 電源装置
１１ 電源入力部
１２ 電源交流出力部
１３、１４ パルストランス
１５、１６ 配線
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に関し、特に分散電源を系統に連系するパワーコンディショナ等に用いる電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パワーコンディショナは、例えばソーラパワーコンディショナに示されるように、太陽電池である分散電源で発電された直流電力を昇圧し、ＰＷＭ制御のインバータを用いて電力会社による単相３線式または三相３線式などの商用系統の周波数及び電圧に応じた交流電力に変換してその商用系統に電力を出力する。即ち、パワーコンディショナは、昇圧部とインバータ部を備え、昇圧部は太陽電池の電圧を系統へ連系するのに必要となる電圧まで昇圧し、インバータ部は４つのスイッチング素子で構成されて、系統電圧に同期した位相の出力電流となるようにＰＷＭスイッチングを行い、系統へ交流電力を出力する。
【０００３】
ところで、パワーコンディショナの昇圧部やインバータ部には、一般に、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＦＥＴ（Field effect transistor）などの半導体スイッチング素子が複数用いられており、このＩＧＢＴやＦＥＴなどの半導体スイッチング素子を複数用いる場合、半導体スイッチング素子およびそのゲートドライブ回路はそれぞれ絶縁されている必要がある。
【０００４】
例えば、特開２００９−２８４５６２号公報（特許文献１）には、直流電圧を高速でスイッチングする複数の半導体スイッチング素子と、これらの半導体スイッチング素子をそれぞれ駆動する複数のゲートドライブ回路と、これらのゲートドライブ回路に整流回路を介してそれぞれ駆動用電力を供給するゲート用電源とで構成された高周波交流電源装置が開示されている。
【０００５】
そして、ゲート用電源には、閉じた磁路を形成する複数のトランスコアと、これらのトランスコアを貫通する共通の１次巻線と、この１次巻線と空間距離を設けて前記トランスコアに巻回され、前記各ゲートドライブ回路にそれぞれ接続された複数の２次巻線と、直流電圧をスイッチングし、共通の１次巻線に交流電圧を供給するトランスドライブ回路が備えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２８４５６２号公報（要約の欄、図３、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
パワーコンディショナにより高度な制御を実現するためには、昇圧部やインバータ部のＩＧＢＴやＦＥＴなどの半導体スイッチング素子を多くする必要があるが、半導体スイッチング素子を増やした場合、前述のように、半導体スイッチング素子およびそのゲートドライブ回路はそれぞれが絶縁されている必要がある。前記特許文献１に開示された電源装置では、トランスコアに巻回された２次巻線の出力を、整流回路を介して直流とし、ゲートドライブ回路に直流駆動用電力として供給しているため、ゲートドライブ回路に駆動用電力を供給する電源装置の部品点数が増え、基板サイズが大きくなり、また電源装置から半導体スイッチング素子への総配線長が長くなる課題がある。
【０００８】
この発明の目的は、ＩＧＢＴやＦＥＴなどの半導体スイッチング素子のゲートドライブ
回路に駆動用電力を供給する電源装置の部品点数を減少させて基板サイズを小さくした電力変換装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る電力変換装置は、直流電源の直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であって、複数の半導体スイッチング素子と、これらの半導体スイッチング素子をそれぞれ駆動する複数のゲートドライブ回路と、これらのゲートドライブ回路にそれぞれ駆動用電力を供給する電源装置とを備えた電力変換装置において、前記電源装置を高周波交流電源で構成すると共に、前記ゲートドライブ回路の入力側に、前記電源装置から出力される高周波交流を直流に変換するパルストランスを備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、ＩＧＢＴやＦＥＴなどの半導体スイッチング素子のゲートドライブ回路の電源を高周波交流電源装置としたので、その出力端をそれぞれ絶縁する必要がなくなって電源装置の部品点数が減り、基板サイズを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電力変換装置を説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照して、この発明に係る電力変換装置について好適な実施の形態を説明する。なお、この実施の形態により発明が限定されるものではなく、諸種の設計的変更を含むものである。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電力変換装置を説明するブロック図である。図１に示すように、電力変換装置（以下、パワーコンディショナと称する。）１は、昇圧部２とインバータ部３を備え、太陽電池である分散電源４で発電された直流電力を昇圧部２で昇圧し、インバータ部３を用いてＰＷＭ制御し、電力会社による単相３線式または三相３線式などの商用系統の周波数及び電圧に応じた交流電力に変換している。そして、商用系統電源５に電力を出力している。
【００１４】
昇圧部２とインバータ部３は、それぞれ４つのＩＧＢＴあるいはＦＥＴなどの半導体スイッチング素子６、７から構成されており、インバータ部３は上述のように、系統電圧に同期した位相の出力電流となるようにＰＷＭスイッチングを行い、系統へ交流電力を出力するように構成されている。また、昇圧部２とインバータ部３の半導体スイッチング素子６、７は、それぞれ互いに絶縁されたゲートドライブ回路８、９により駆動される。
【００１５】
ゲートドライブ回路８、９に駆動用電力を供給する電源装置１０は、太陽電池である分散電源４で発電された直流電力を入力する電源入力部１１と高周波交流を出力する電源交流出力部１２を備えている。また、ゲートドライブ回路８、９の入力側には、電源装置１０の電源交流出力部１２から出力される高周波の交流を直流に変換するパルストランス１３、１４が備えられている。なお、電源交流出力部１２から昇圧部２のゲートドライブ回路８への配線１５は、パルストランス１３の相互間をチェーン状に接続しており、電源交流出力部１２からインバータ部３のゲートドライブ回路９への配線１６も同様に構成されている。
【００１６】
以上説明したように、実施の形態１に係るパワーコンディショナ１は、昇圧部２あるいはインバータ部３の半導体スイッチング素子６、７を駆動するゲートドライブ回路８、９に駆動用電力を供給する電源装置１０が、高周波交流の電源装置で構成されているので、
その電源交流出力部１２でそれぞれ絶縁する必要がなくなる。従って、部品点数の削減が可能となり、基板サイズが小さくなる。
【００１７】
また、電源装置１０からゲートドライブ回路８、９への配線１５、１６をチェーン状に接続し、パワーコンディショナ１に使用するＩＧＢＴあるいはＦＥＴなどの半導体スイッチング素子６、７への電力供給を、同一の信号で行うことができるため、配線数を低減して総配線長を短くできる効果がある。
【符号の説明】
【００１８】
１ パワーコンディショナ
２ 昇圧部
３ インバータ部
４ 分散電源（太陽電池）
５ 商用系統電源
６、７ 半導体スイッチング素子
８、９ ゲートドライブ回路
１０ 電源装置
１１ 電源入力部
１２ 電源交流出力部
１３、１４ パルストランス
１５、１６ 配線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であって、複数の半導体スイッチング素子と、これらの半導体スイッチング素子をそれぞれ駆動する複数のゲートドライブ回路と、これらのゲートドライブ回路にそれぞれ駆動用電力を供給する電源装置とを備えた電力変換装置において、
前記電源装置を高周波交流電源で構成すると共に、前記ゲートドライブ回路の入力側に、前記電源装置から出力される高周波交流を直流に変換するパルストランスを備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記電源装置から前記ゲートドライブ回路への配線をチェーン状に接続した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１】
直流電源の直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であって、複数の半導体スイッチング素子と、これらの半導体スイッチング素子をそれぞれ駆動する複数のゲートドライブ回路と、これらのゲートドライブ回路にそれぞれ駆動用電力を供給する電源装置とを備えた電力変換装置において、
前記電源装置を高周波交流電源で構成すると共に、前記ゲートドライブ回路の入力側に、前記電源装置から出力される高周波交流を直流に変換するパルストランスを備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記電源装置から前記ゲートドライブ回路への配線をチェーン状に接続したことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−１７５８８１（Ｐ２０１２−１７５８８１Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３８２７４（Ｐ２０１１−３８２７４）
【出願日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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