特許 7569998 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-10

(45)【発行日】2024-10-21

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20241011BHJP

【ＦＩ】

H02M3/28 E

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021537257

(86)(22)【出願日】2020-07-29

(86)【国際出願番号】 JP2020029072

(87)【国際公開番号】W WO2021024879

(87)【国際公開日】2021-02-11

【審査請求日】2023-06-23

(31)【優先権主張番号】P 2019143273

(32)【優先日】2019-08-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2019143278

(32)【優先日】2019-08-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2019143279

(32)【優先日】2019-08-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106518

【弁理士】

【氏名又は名称】松谷 道子

(74)【代理人】

【識別番号】100132241

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 博史

(74)【代理人】

【識別番号】100135703

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 英隆

(72)【発明者】

【氏名】西本 太樹

(72)【発明者】

【氏名】武田 憲明

(72)【発明者】

【氏名】澤田 直暉

【審査官】武内 大志

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１４０５２５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平１１－１２２９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平８－３３３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－７７０７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－４０９２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トランスと、一次側回路と、二次側回路とを備える電力変換装置であって、
前記一次側回路は、前記トランスの一次巻線に接続され、一次側の正極バス及び負極バスを有し、少なくとも１つのスイッチング素子を含み、
前記二次側回路は、前記トランスの二次巻線に接続され、二次側の正極バス及び負極バスを有し、少なくとも１つのスイッチング素子を含み、
前記電力変換装置は、少なくとも第１のキャパシタを含む結合回路をさらに備え、
前記電力変換装置は、
（Ａ）前記一次側回路が不平衡回路でありかつ前記二次側回路が平衡回路であるように構成され、前記結合回路が、前記トランスの二次巻線のセンタータップと、前記一次側の正極バス及び負極バスの一方との間に接続され、前記結合回路が前記二次側回路に接続されない構成Ａと、
（Ｂ）前記一次側回路が平衡回路でありかつ前記二次側回路が不平衡回路であるように構成され、前記結合回路が、前記トランスの一次巻線のセンタータップと、前記二次側の正極バス及び負極バスの一方との間に接続され、前記結合回路が前記一次側回路に接続されない構成Ｂと、
（Ｃ）前記一次側回路が平衡回路でありかつ前記二次側回路が平衡回路であるように構成され、前記結合回路が、前記トランスの一次巻線のセンタータップと、前記トランスの二次巻線のセンタータップとの間に接続され、前記結合回路が前記一次側回路及び前記二次側回路に接続されない構成Ｃと
のうちのいずれか１つを有することを特徴とする、
電力変換装置。

【請求項2】

前記電力変換装置は接地導体をさらに備え、
前記第１のキャパシタは、前記接地導体と前記一次側の正極バス及び負極バスとの間の容量よりも大きな容量を有する、
請求項１記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記結合回路は、前記第１のキャパシタに直列に接続された抵抗をさらに備えた、
請求項１又は２記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記結合回路は、前記第１のキャパシタに直列に接続された第１のインダクタをさらに備えた、
請求項１～３のうちの１つに記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記電力変換装置が前記構成Ａを有する場合、前記一次側回路は、２つのスイッチング素子を含むハーフブリッジ回路である、
請求項１～４のうちの１つに記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記電力変換装置が前記構成Ａを有する場合、前記一次側回路は、前記トランスの一次巻線と、前記一次側回路のスイッチング素子との間に接続された第２のキャパシタをさらに含む、
請求項１～５のうちの１つに記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記電力変換装置が前記構成Ａを有する場合、前記一次側回路は、前記第２のキャパシタに直列に接続された第２及び第３のインダクタと、前記第３のインダクタに並列に接続された第３のキャパシタとをさらに備えた、
請求項６記載の電力変換装置。

【請求項8】

前記電力変換装置が前記構成Ｂ又はＣを有する場合、前記一次側回路は、４つのスイッチング素子を含むフルブリッジ回路である、
請求項１～４のうちの１つに記載の電力変換装置。

【請求項9】

前記電力変換装置が前記構成Ｂ又はＣを有する場合、前記一次側回路は、前記トランスの一次巻線の両端と、前記一次側回路のスイッチング素子との間にそれぞれ接続された第２及び第３のキャパシタをさらに含む、
請求項１～４のうちの１つに記載の電力変換装置。

【請求項10】

前記電力変換装置が前記構成Ｂを有する場合、前記二次側回路は、２つのスイッチング素子を含むハーフブリッジ回路である、
請求項１～４のうちの１つに記載の電力変換装置。

【請求項11】

前記電力変換装置が前記構成Ａ又はＣを有する場合、前記二次側回路は、４つのスイッチング素子を含むフルブリッジ回路である、
請求項１～４のうちの１つに記載の電力変換装置。

【請求項12】

前記電力変換装置が前記構成Ａ又はＣを有する場合、前記二次側回路は、前記トランスの二次巻線の両端と、前記二次側回路のスイッチング素子との間にそれぞれ接続された第４及び第５のキャパシタをさらに含む、
請求項１～４のうちの１つに記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、トランスを含む絶縁型の電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

トランス、一次側回路、及び二次側回路を備える絶縁型の電力変換装置が知られている。例えば、特許文献１は、トランスと、不平衡な一次側回路と、平衡な二次側回路とを備える電力変換装置を開示している。また、特許文献２は、トランスと、平衡な一次側回路と、不平衡な二次側回路とを備える電力変換装置を開示している。また、特許文献３は、トランスと、平衡な一次側回路と、平衡な二次側回路とを備える電力変換装置を開示している。

【0003】

また、特許文献１～３は、トランスの一次巻線と一次側回路との間にインダクタ及びキャパシタを設けることにより、一次巻線、インダクタ、及びキャパシタからなる共振回路（「ＬＬＣ共振回路」ともいう）を構成することを開示している。このような共振回路を用いてソフトスイッチングを実現することにより、電力変換装置の損失を抑え、電力密度を向上することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第４６７２５０４号公報

【文献】特許第５６３３７７８号公報

【文献】特開２００４－０４０９２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

電力変換装置では、ノーマルモードで電力が伝送される場合が多いが、ノーマルモードの電力の一部がコモンモードの電力に変換されると、コモンモードノイズとして観測される。通信信号の伝送では、互いに異なる平衡度を有する２つの伝送線路が接続される場合、その接続点においてモード変換が発生することが知られている。このことを電力変換回路に適用すると、電力変換装置が整合されていない不平衡回路及び平衡回路を備える場合、その接続部においてコモンモードノイズが発生すると考えられる。また、電力変換装置においては、特許文献３のように、装置の全体を平衡回路から構成することによりコモンモードノイズを抑える方法が提案されているが、回路の寄生成分により平衡が崩れ、コモンモードノイズが発生することがある。特に、共振回路では電圧及び電流の振幅が増大するので、共振回路を含む電力変換装置において平衡度の不整合があると、大きなコモンモードノイズが発生しやすい。従って、コモンモードノイズを低減するために、一次側回路及び二次側回路の平衡度を整合させることが求められる。

【0006】

本開示の目的は、簡単な追加構成で、従来よりもコモンモードノイズを低減することができる電力変換装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様に係る電力変換装置によれば、
トランスと、一次側回路と、二次側回路とを備える電力変換装置であって、
前記一次側回路は、前記トランスの一次巻線に接続され、一次側の正極バス及び負極バスを有し、少なくとも１つのスイッチング素子を含み、
前記二次側回路は、前記トランスの二次巻線に接続され、二次側の正極バス及び負極バスを有し、少なくとも１つのスイッチング素子を含み、
前記電力変換装置は、少なくとも第１のキャパシタを含む結合回路をさらに備え、
前記電力変換装置は、
（Ａ）前記一次側回路が不平衡回路でありかつ前記二次側回路が平衡回路であるように構成され、前記結合回路が、前記トランスの二次巻線のセンタータップと、前記一次側の正極バス及び負極バスの一方との間に接続されることと、
（Ｂ）前記一次側回路が平衡回路でありかつ前記二次側回路が不平衡回路であるように構成され、前記結合回路が、前記トランスの一次巻線のセンタータップと、前記二次側の正極バス及び負極バスの一方との間に接続されることと、
（Ｃ）前記一次側回路が平衡回路でありかつ前記二次側回路が平衡回路であるように構成され、前記結合回路が、前記トランスの一次巻線のセンタータップと、前記トランスの二次巻線のセンタータップとの間に接続されることと
のうちのいずれか１つを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本開示の一態様に係る電力変換装置によれば、簡単な追加構成で、従来よりもコモンモードノイズを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１の実施形態に係る電力変換装置１０の構成を示す回路図である。

【図2】第１の実施形態の第１の変形例に係る電力変換装置１０Ａの構成を示す回路図である。

【図3】第１の実施形態の第２の変形例に係る電力変換装置１０Ｂの構成を示す回路図である。

【図4】第１の実施形態の第３の変形例に係る電力変換装置１０Ｃの構成を示す回路図である。

【図5】第１の実施形態の第４の変形例に係る電力変換装置１０Ｄの構成を示す回路図である。

【図6】第２の実施形態に係る電力変換装置２０の構成を示す回路図である。

【図7】第２の実施形態の第１の変形例に係る電力変換装置２０Ａの構成を示す回路図である。

【図8】第２の実施形態の第２の変形例に係る電力変換装置２０Ｂの構成を示す回路図である。

【図9】第２の実施形態の第３の変形例に係る電力変換装置２０Ｃの構成を示す回路図である。

【図10】第３の実施形態に係る電力変換装置３０の構成を示す回路図である。

【図11】第３の実施形態の第１の変形例に係る電力変換装置３０Ａの構成を示す回路図である。

【図12】第３の実施形態の第２の変形例に係る電力変換装置３０Ｂの構成を示す回路図である。

【図13】第３の実施形態の第３の変形例に係る電力変換装置３０Ｃの構成を示す回路図である。

【図14】実施例に係る電力装置の構成を示すブロック図である。

【図15】図１４の安定化回路４２の構成を示す回路図である。

【図16】図１４の入力フィルタ４３の構成を示す回路図である。

【図17】図１４の出力フィルタ４５の構成を示す回路図である。

【図18】第１の実施例に係る電力変換装置を含む電力装置において発生するコモンモードノイズの周波数特性を示すグラフである。

【図19】第２の実施例に係る電力変換装置を含む電力装置において発生するコモンモードノイズの周波数特性を示すグラフである。

【図20】第２の実施例に係る電力変換装置を含む電力装置のキャパシタＣ０の容量に対する、電力装置において発生するコモンモードノイズの特性を示すグラフである。

【図21】第３の実施例に係る電力変換装置を含む電力装置において発生するコモンモードノイズの周波数特性を示すグラフである。

【図22】第４の実施例に係る電力変換装置を含む電力装置において発生するコモンモードノイズの周波数特性を示すグラフである。

【図23】第５の実施例に係る電力変換装置を含む電力装置において発生するコモンモードノイズの周波数特性を示すグラフである。

【図24】第５の実施例に係る電力変換装置を含む電力装置のキャパシタＣ０の容量に対する、電力装置において発生するコモンモードノイズの特性を示すグラフである。

【図25】第６の実施例に係る電力変換装置を含む電力装置において発生するコモンモードノイズの周波数特性を示すグラフである。

【図26】第７の実施例に係る電力変換装置を含む電力装置において発生するコモンモードノイズの周波数特性を示すグラフである。

【図27】第７の実施例に係る電力変換装置を含む電力装置のキャパシタＣ０の容量に対する、電力装置において発生するコモンモードノイズの特性を示すグラフである。

【図28】第８の実施例に係る電力変換装置を含む電力装置において発生するコモンモードノイズの周波数特性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して、本開示の実施形態について説明する。各図面において、同じ符号は同様の構成要素を示す。

【0011】

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置１０の構成を示す回路図である。電力変換装置１０は、トランスＴ１と、一次側回路１１と、二次側回路１２とを備える。

【0012】

トランスＴ１は、一次巻線ｗ１と、センタータップｔｂを有する二次巻線ｗ２ａ，ｗ２ｂとを有する。

【0013】

電力変換装置１０の一次側回路１１は、トランスＴ１の一次巻線ｗ１に接続される。電力変換装置１０の一次側回路１１は、一次側の正極バスＢ１ｐ、一次側の負極バスＢ１ｎ、キャパシタＣ１，Ｃ３、及びスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２を備える。正極バスＢ１ｐ及び負極バスＢ１ｎには、外部の直流電源装置から端子Ｐ１，Ｐ２を介して直流電圧が入力される。キャパシタＣ１は、入力された直流電圧を平滑化する。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２は、正極バスＢ１ｐ及び負極バスＢ１ｎの間において互いに直列に接続され、ハーフブリッジ型のインバータを構成する。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２は、トランジスタである。スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の間のノードは、キャパシタＣ３を介してトランスＴ１の一次巻線ｗ１の一端に接続される。トランスＴ１の一次巻線ｗ１、トランスＴ１の漏れインダクタンス、及びキャパシタＣ３は、ＬＬＣ共振回路を構成する。ＬＬＣ共振回路は、トランスＴ１の一次巻線ｗ１及びキャパシタＣ３と直列に接続された共振インダクタをさらに含んでもよい。

【0014】

電力変換装置１０は、接地導体ＧＮＤを備えてもよい。この場合、正極バスＢ１ｐ及び負極バスＢ１ｎは、接地導体ＧＮＤに対して容量的に結合してもよい。この容量を「Ｙキャパシタ」ともいう。図１の例は、正極バスＢ１ｐ及び負極バスＢ１ｎが、キャパシタＣ１１，Ｃ１２を介して接地導体ＧＮＤにそれぞれ接続される場合を示す。

【0015】

また、トランスＴ１の一次巻線ｗ１の両端が、接地導体ＧＮＤに対して容量的に結合してもよい。図１の例は、トランスＴ１の一次巻線ｗ１の両端の配線が、キャパシタＣ１３，Ｃ１４を介して接地導体ＧＮＤにそれぞれ接続される場合を示す。また、トランスＴ１の一次巻線ｗ１は、トランスＴ１の二次巻線ｗ２ａ，ｗ２ｂに容量的に結合されてもよい。

【0016】

電力変換装置１０の二次側回路１２は、トランスＴ１の二次巻線ｗ２ａ，ｗ２ｂに接続される。電力変換装置１０の二次側回路１２は、二次側の正極バスＢ２ｐ、二次側の負極バスＢ２ｎ、キャパシタＣ２、及びスイッチング素子Ｓ５～Ｓ８を備える。スイッチング素子Ｓ５～Ｓ８は、例えばダイオードであり、フルブリッジ型の整流回路を構成する。整流回路の入力端子はトランスＴ１の二次巻線ｗ２ａ，ｗ２ｂに接続され、整流回路の出力端子は正極バスＢ２ｐ及び負極バスＢ２ｎに接続される。キャパシタＣ２は、整流回路から出力された電圧を平滑化する。正極バスＢ２ｐ及び負極バスＢ２ｎは、端子Ｐ３，Ｐ４を介して外部の負荷装置に接続され、平滑化された電圧は負荷装置に出力される。

【0017】

電力変換装置１０の二次側回路１２は、ダイオードのスイッチング素子Ｓ５～Ｓ８に代えて、トランジスタのスイッチング素子を備えてもよい。この場合、スイッチング素子は、フルブリッジ型の同期整流回路を構成する。

【0018】

電力変換装置１０は、キャパシタＣ０を含む結合回路１３をさらに備える。結合回路１３（すなわちキャパシタＣ０）は、トランスＴ１の二次巻線のセンタータップｔｂと、一次側の負極バスＢ１ｎとの間に接続される。

【0019】

第１の実施形態によれば、電力変換装置１０は、一次側回路１１が不平衡回路であり、かつ、二次側回路１２が平衡回路であるように構成される。前述のように、電力変換装置が整合されていない不平衡回路及び平衡回路を備える場合、電力が不平衡回路から平衡回路に入力されるときにコモンモードノイズが発生する。通信信号の伝送では、互いに異なる平衡度を有する２つの伝送線路が接続される場合、互いに異なる基準電位を有するので、その接続点においてモード変換が生じることが知られている。従って、一次側回路１１及び二次側回路１２の基準電位を互いに一致させることにより、一次側回路１１及び二次側回路１２の平衡度を互いに整合させることができる。第１の実施形態では、キャパシタＣ０を用いることにより、トランスＴ１は通信用の伝送線路で用いられるバランとして機能し、一次側回路１１及び二次側回路１２の基準電位を互いに一致させることができる。キャパシタＣ０を用いるのは、電力変換装置の場合、一次側回路１１及び二次側回路１２の絶縁性を維持する必要があるためである。これにより、一次側回路１１及び二次側回路１２の平衡度を互いに整合させ、キャパシタＣ０なし（開放）の場合よりも、コモンモードノイズを低減することができる。

【0020】

一次側回路１１がＹキャパシタ（すなわち、キャパシタＣ１１，Ｃ１２）を含む場合、キャパシタＣ０の容量は、好ましくは、Ｙキャパシタの容量よりも大きく設定される。キャパシタＣ０の容量を大きくするほど、コモンモードノイズを低減する効果が大きくなり、キャパシタＣ０の容量がＹキャパシタの容量よりも大きいとき、コモンモードノイズが大きく低減される。一方、二次側回路１２がＹキャパシタを含む場合、キャパシタＣ０によりコモンモードノイズを低減する効果は、二次側回路１２のＹキャパシタの容量にはあまり影響を受けない。

【0021】

このように、第１の実施形態に係る電力変換装置１０によれば、簡単な追加構成で、従来よりもコモンモードノイズを低減することができる。

【0022】

従来のノイズフィルタを用いて本開示の実施形態に係る電力変換装置と同等のコモンモードノイズの低減を達成するためには、大型のノイズフィルタが必要になる。一方、第１の実施形態に係る電力変換装置１０によれば、キャパシタＣ０を設けるだけでコモンモードノイズを低減することができ、他のノイズ対策部品が不要になるので、小型かつ低コストの電力変換装置を提供することができる。

【0023】

第１の実施形態に係る電力変換装置１０によれば、電力変換装置がＬＬＣ共振回路を含む場合であっても、大きなコモンモードノイズを発生しにくくすることができる。

【0024】

以下、第１の実施形態の変形例について説明する。

【0025】

図２は、第１の実施形態の第１の変形例に係る電力変換装置１０Ａの構成を示す回路図である。電力変換装置１０Ａは、図１の電力変換装置１０の結合回路１３（すなわちキャパシタＣ０）に代えて、互いに直列に接続されたキャパシタＣ０及び抵抗Ｒ０を含む結合回路１３Ａを備える。トランスＴ１の二次巻線のセンタータップｔｂは、互いに直列に接続されたキャパシタＣ０及び抵抗Ｒ０を介して、一次側の負極バスＢ１ｎに接続される。抵抗Ｒ０を用いることにより、電力変換装置１０Ａにおいて意図しない寄生成分が発生しても、また、部品のばらつきが発生しても、回路の共振を生じにくくすることができる。また、抵抗Ｒ０を用いることにより、高い周波数帯域においてコモンモードノイズの増大を生じにくくすることができる。従って、図２の電力変換装置１０Ａによれば、広い周波数帯域にわたって安定的にコモンモードノイズを低減することができる。

【0026】

図３は、第１の実施形態の第２の変形例に係る電力変換装置１０Ｂの構成を示す回路図である。電力変換装置１０Ｂは、図１の電力変換装置１０の結合回路１３（すなわちキャパシタＣ０）に代えて、互いに直列に接続されたキャパシタＣ０、抵抗Ｒ０、及びインダクタＬ０を含む結合回路１３Ｂを備える。トランスＴ１の二次巻線のセンタータップｔｂは、互いに直列に接続されたキャパシタＣ０、抵抗Ｒ０、及びインダクタＬ０を介して、一次側の負極バスＢ１ｎに接続される。図３の電力変換装置１０Ｂによれば、キャパシタＣ０、抵抗Ｒ０、及びインダクタＬ０の共振回路を構成することにより、所望の周波数帯域においてコモンモードノイズを低減することができる。

【0027】

図４は、第１の実施形態の第３の変形例に係る電力変換装置１０Ｃの構成を示す回路図である。電力変換装置１０Ｃは、図１の電力変換装置１０の一次側回路１１に代えて、一次側回路１１Ｃを備える。一次側回路１１Ｃは、図１のキャパシタＣ３に代えて、キャパシタＣ２１，Ｃ２２及びインダクタＬ２１，Ｌ２２を備える。インダクタＬ２１、キャパシタＣ２１、及びインダクタＬ２２は、トランスＴ１の一次巻線ｗ１と、一次側回路１１Ｃのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２との間において、互いに直列に接続される。また、キャパシタＣ２２はインダクタＬ２２に並列に接続される。インダクタＬ２１及びキャパシタＣ２１は直列共振回路を構成し、インダクタＬ２２及びキャパシタＣ２２は並列共振回路を構成する。さらに、トランスＴ１の一次巻線ｗ１、キャパシタＣ２１，Ｃ２２、及びインダクタＬ２１，Ｌ２２は、共振回路（「ＬＬＣＬＣ共振回路」ともいう）を構成する。このような共振回路を用いてソフトスイッチングを実現することにより、電力変換装置の損失を抑え、電力密度を向上することができる。

【0028】

また、電力変換装置１０Ｃは、図４の結合回路１３に代えて、図２の結合回路１３Ａ又は図３の結合回路１３Ｂを備えてもよい。

【0029】

図５は、第１の実施形態の第４の変形例に係る電力変換装置１０Ｄの構成を示す回路図である。第１の実施形態に係る電力変換装置において、結合回路１３（すなわちキャパシタＣ０）は、トランスＴ１の二次巻線のセンタータップｔｂと、一次側の正極バスＢ１ｐとの間に接続されてもよい。センタータップｔｂを正極バスＢ１ｐに接続する場合もまた、センタータップｔｂを負極バスＢ１ｎに接続する場合と同等のコモンモードノイズの低減を達成することができる。

【0030】

また、電力変換装置１０Ｄは、図５の結合回路１３に代えて、図２の結合回路１３Ａ又は図３の結合回路１３Ｂを備えてもよい。

【0031】

また、第１の実施形態によれば、結合回路は、互いに直列に接続されたキャパシタＣ０及びインダクタＬ０のみを含んでもよい。

【0032】

また、第１の実施形態によれば、一次側回路は、２つのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２を含む回路に限定されず、１つ又は３つ以上のスイッチング素子を含む不平衡回路であってもよい。

【0033】

また、第１の実施形態によれば、一次側回路は、正極バスＢ１ｐ及び負極バスＢ１ｎの一方が接地された不平衡回路であってもよい。

【0034】

［第２の実施形態］
図６は、第２の実施形態に係る電力変換装置２０の構成を示す回路図である。電力変換装置２０は、トランスＴ２と、一次側回路２１と、二次側回路２２とを備える。

【0035】

トランスＴ２は、センタータップｔａを有する一次巻線ｗ１ａ，ｗ１ｂと、センタータップｔｂを有する二次巻線ｗ２ａ，ｗ２ｂとを有する。

【0036】

電力変換装置２０の一次側回路２１は、トランスＴ２の一次巻線ｗ１ａ，ｗ１ｂに接続される。電力変換装置２０の一次側回路２１は、一次側の正極バスＢ１ｐ、一次側の負極バスＢ１ｎ、キャパシタＣ１，Ｃ５，Ｃ６、及びスイッチング素子Ｓ１～Ｓ４を備える。正極バスＢ１ｐ及び負極バスＢ１ｎには、外部の直流電源装置から直流電圧が入力される。キャパシタＣ１は、入力された直流電圧を平滑化する。スイッチング素子Ｓ１～Ｓ４は、トランジスタであり、フルブリッジ型のインバータを構成する。インバータの入力端子は正極バスＢ１ｐ及び負極バスＢ１ｎにそれぞれ接続され、インバータの出力端子はキャパシタＣ５，Ｃ６を介してトランスＴ２の一次巻線ｗ１ａ，ｗ１ｂの両端にそれぞれ接続される。トランスＴ２の一次巻線ｗ１ａ，ｗ１ｂ、トランスＴ２の漏れインダクタンス、及びキャパシタＣ５，Ｃ６は、ＬＬＣ共振回路を構成する。ＬＬＣ共振回路は、トランスＴ２の一次巻線ｗ１ａ，ｗ１ｂ及びキャパシタＣ５，Ｃ６と直列に接続された共振インダクタをさらに含んでもよい。

【0037】

電力変換装置２０は、接地導体ＧＮＤを備えてもよい。この場合、正極バスＢ１ｐ及び負極バスＢ１ｎは、接地導体ＧＮＤに対して容量的に結合してもよい。この容量を「Ｙキャパシタ」ともいう。図６の例は、正極バスＢ１ｐ及び負極バスＢ１ｎが、キャパシタＣ１１，Ｃ１２を介して接地導体ＧＮＤにそれぞれ接続される場合を示す。

【0038】

また、トランスＴ２の一次巻線ｗ１ａ，ｗ１ｂの両端が、接地導体ＧＮＤに対して容量的に結合してもよい。また、トランスＴ２の一次巻線ｗ１ａ，ｗ１ｂは、トランスＴ２の二次巻線ｗ２ａ，ｗ２ｂに容量的に結合されてもよい。

【0039】

電力変換装置２０の二次側回路２２は、トランスＴ２の二次巻線ｗ２ａ，ｗ２ｂに接続される。電力変換装置２０の二次側回路２２は、二次側の正極バスＢ２ｐ、二次側の負極バスＢ２ｎ、キャパシタＣ２、及びスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６を備える。スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６は、例えばダイオードであり、ハーフブリッジ型の整流回路を構成する。スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６のアノードはトランスＴ２の二次巻線ｗ２ａ，ｗ２ｂの両端に接続され、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６のカソードは正極バスＢ２ｐに接続される。トランスＴ２の二次巻線のセンタータップｔｂは負極バスＢ２ｎに接続される。キャパシタＣ２は、整流回路から出力された電圧を平滑化する。正極バスＢ２ｐ及び負極バスＢ２ｎは、外部の負荷装置に接続され、平滑化された電圧は負荷装置に出力される。

【0040】

電力変換装置２０の二次側回路２２は、ダイオードのスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６に代えて、トランジスタのスイッチング素子を備えてもよい。この場合、スイッチング素子は、ハーフブリッジ型の同期整流回路を構成する。

【0041】

電力変換装置２０は、キャパシタＣ０を含む結合回路２３をさらに備える。結合回路２３は、トランスＴ２の一次巻線のセンタータップｔａと、二次側の負極バスＢ２ｎとの間に接続される。

【0042】

第２の実施形態によれば、電力変換装置２０は、一次側回路２１が平衡回路であり、かつ、二次側回路２２が不平衡回路であるように構成される。第２の実施形態でもまた、第１の実施形態と同様に、キャパシタＣ０を用いることにより、トランスＴ２はバランとして機能し、一次側回路２１及び二次側回路２２を互いに絶縁しながら、一次側回路２１及び二次側回路２２の基準電位を互いに一致させることができる。これにより、一次側回路２１及び二次側回路２２の平衡度を互いに整合させ、キャパシタＣ０なしの場合よりも、コモンモードノイズを低減することができる。

【0043】

第２の実施形態でもまた、第１の実施形態と同様に、一次側回路２１がＹキャパシタ（すなわち、キャパシタＣ１１，Ｃ１２）を含む場合、キャパシタＣ０の容量は、好ましくは、Ｙキャパシタの容量よりも大きく設定される。キャパシタＣ０の容量を大きくするほど、コモンモードノイズを低減する効果が大きくなり、キャパシタＣ０の容量がＹキャパシタの容量よりも大きいとき、コモンモードノイズが大きく低減される。一方、二次側回路２２がＹキャパシタを含む場合、キャパシタＣ０によりコモンモードノイズを低減する効果は、二次側回路２２のＹキャパシタの容量にはあまり影響を受けない。

【0044】

このように、第２の実施形態に係る電力変換装置２０によれば、簡単な追加構成で、従来よりもコモンモードノイズを低減することができる。

【0045】

第２の実施形態に係る電力変換装置２０によれば、キャパシタＣ０を設けるだけでコモンモードノイズを低減することができ、他のノイズ対策部品が不要になるので、小型かつ低コストの電力変換装置を提供することができる。

【0046】

第２の実施形態に係る電力変換装置２０によれば、電力変換装置がＬＬＣ共振回路を含む場合であっても、大きなコモンモードノイズを発生しにくくすることができる。

【0047】

以下、第２の実施形態の変形例について説明する。

【0048】

図７は、第２の実施形態の第１の変形例に係る電力変換装置２０Ａの構成を示す回路図である。電力変換装置２０Ａは、図６の電力変換装置２０の結合回路２３（すなわちキャパシタＣ０）に代えて、互いに直列に接続されたキャパシタＣ０及び抵抗Ｒ０を含む結合回路２３Ａを備える。トランスＴ２の一次巻線のセンタータップｔａは、互いに直列に接続されたキャパシタＣ０及び抵抗Ｒ０を介して、二次側の負極バスＢ２ｎに接続される。抵抗Ｒ０を用いることにより、電力変換装置２０Ａにおいて意図しない寄生成分が発生しても、また、部品のばらつきが発生しても、回路の共振を生じにくくすることができる。また、抵抗Ｒ０を用いることにより、高い周波数帯域においてコモンモードノイズの増大を生じにくくすることができる。従って、図７の電力変換装置２０Ａによれば、広い周波数帯域にわたって安定的にコモンモードノイズを低減することができる。

【0049】

図８は、第２の実施形態の第２の変形例に係る電力変換装置２０Ｂの構成を示す回路図である。電力変換装置２０Ｂは、図６の電力変換装置２０の結合回路２３（すなわちキャパシタＣ０）に代えて、互いに直列に接続されたキャパシタＣ０、抵抗Ｒ０、及びインダクタＬ０を含む結合回路２３Ｂを備える。トランスＴ２の一次巻線のセンタータップｔａは、互いに直列に接続されたキャパシタＣ０、抵抗Ｒ０、及びインダクタＬ０を介して、二次側の負極バスＢ２ｎに接続される。図８の電力変換装置２０Ｂによれば、キャパシタＣ０、抵抗Ｒ０、及びインダクタＬ０の共振回路を構成することにより、所望の周波数帯域においてコモンモードノイズを低減することができる。また、図８の電力変換装置２０Ｂによれば、雷サージ等の外来ノイズが一次側回路２１及び二次側回路２２の間で伝達しにくくなり、耐ノイズ性能が向上する。

【0050】

図９は、第２の実施形態の第３の変形例に係る電力変換装置２０Ｃの構成を示す回路図である。第２の実施形態に係る電力変換装置において、結合回路２３（すなわちキャパシタＣ０）は、トランスＴ２の一次巻線のセンタータップｔａと、正極バスＢ２ｐとの間に接続されてもよい。センタータップｔａを正極バスＢ２ｐに接続する場合もまた、センタータップｔａを負極バスＢ２ｎに接続する場合と同等のコモンモードノイズの低減を達成することができる。

【0051】

また、電力変換装置２０Ｃは、図９の結合回路２３に代えて、図７の結合回路２３Ａ又は図８の結合回路２３Ｂを備えてもよい。

【0052】

また、第２の実施形態によれば、結合回路は、互いに直列に接続されたキャパシタＣ０及びインダクタＬ０のみを含んでもよい。

【0053】

また、第２の実施形態によれば、二次側回路は、２つのスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６を含む回路に限定されず、１つ又は３つ以上のスイッチング素子を含む不平衡回路であってもよい。

【0054】

また、第２の実施形態によれば、二次側回路は、正極バスＢ２ｐ及び負極バスＢ２ｎの一方が接地された不平衡回路であってもよい。

【0055】

［第３の実施形態］
図１０は、第３の実施形態に係る電力変換装置３０の構成を示す回路図である。電力変換装置３０は、トランスＴ２と、一次側回路３１と、二次側回路３２とを備える。

【0056】

トランスＴ２は、センタータップｔａを有する一次巻線ｗ１ａ，ｗ１ｂと、センタータップｔｂを有する二次巻線ｗ２ａ，ｗ２ｂとを有する。

【0057】

電力変換装置３０の一次側回路３１は、図６の電力変換装置２０の一次側回路２１と同様に構成される。図１０の例は、トランスＴ２の一次巻線ｗ１ａ，ｗ１ｂの両端の配線が、キャパシタＣ１３，Ｃ１４を介して接地導体ＧＮＤにそれぞれ接続される場合を示す。

【0058】

電力変換装置３０の二次側回路３２は、図１の電力変換装置１０の二次側回路１２と同様に構成される。

【0059】

電力変換装置３０は、キャパシタＣ０を含む結合回路３３をさらに備える。結合回路３３（すなわちキャパシタＣ０）は、トランスＴ２の一次巻線のセンタータップｔａとトランスＴ２の二次巻線のセンタータップｔｂとの間に接続される。

【0060】

第３の実施形態によれば、電力変換装置３０は、一次側回路３１が平衡回路であり、かつ、二次側回路３２が平衡回路であるように構成される。前述のように、電力変換装置が平衡な一次側回路３１及び平衡な二次側回路３２を備える場合であっても、回路の寄生成分により平衡が崩れ、コモンモードノイズが発生することがある。例えば、キャパシタＣ１３及びＣ１４の容量が異なるとき、平衡が崩れている。キャパシタＣ１３及びＣ１４は、トランスＴ２とヒートシンク（ＧＮＤ）との間に生じる浮遊容量を想定している。トランスの物理構造が完全対称でない限り、多くのトランスで平衡が崩れていると言える。第３の実施形態でもまた、第１及び第２の実施形態と同様に、キャパシタＣ０を用いることにより、トランスＴ２はバランとして機能し、一次側回路３１及び二次側回路３２を互いに絶縁しながら、一次側回路３１及び二次側回路３２の基準電位を互いに一致させることができる。これにより、一次側回路３１及び二次側回路３２の平衡度を互いに整合させ、キャパシタＣ０なしの場合よりも、コモンモードノイズを低減することができる。

【0061】

第３の実施形態でもまた、第１の実施形態と同様に、一次側回路３１がＹキャパシタ（すなわち、キャパシタＣ１１，Ｃ１２）を含む場合、キャパシタＣ０の容量は、好ましくは、Ｙキャパシタの容量よりも大きく設定される。キャパシタＣ０の容量を大きくするほど、コモンモードノイズを低減する効果が大きくなり、キャパシタＣ０の容量がＹキャパシタの容量よりも大きいとき、コモンモードノイズが大きく低減される。一方、二次側回路３２がＹキャパシタを含む場合、キャパシタＣ０によりコモンモードノイズを低減する効果は、二次側回路３２のＹキャパシタの容量にはあまり影響を受けない。

【0062】

このように、第３の実施形態に係る電力変換装置３０によれば、簡単な追加構成で、従来よりもコモンモードノイズを低減することができる。

【0063】

第３の実施形態に係る電力変換装置３０によれば、キャパシタＣ０を設けるだけでコモンモードノイズを低減することができ、他のノイズ対策部品が不要になるので、小型かつ低コストの電力変換装置を提供することができる。

【0064】

第３の実施形態に係る電力変換装置３０によれば、電力変換装置がＬＬＣ共振回路を含む場合であっても、大きなコモンモードノイズを発生しにくくすることができる。

【0065】

以下、第３の実施形態の変形例について説明する。

【0066】

図１１は、第３の実施形態の第１の変形例に係る電力変換装置３０Ａの構成を示す回路図である。電力変換装置３０Ａは、図１０の電力変換装置３０の結合回路３３（すなわちキャパシタＣ０）に代えて、互いに直列に接続されたキャパシタＣ０及び抵抗Ｒ０を含む結合回路３３Ａを備える。トランスＴ２の一次巻線のセンタータップｔａは、互いに直列に接続されたキャパシタＣ０及び抵抗Ｒ０を介して、トランスＴ２の二次巻線のセンタータップｔｂに接続される。抵抗Ｒ０を用いることにより、電力変換装置３０Ａにおいて意図しない寄生成分が発生しても、また、部品のばらつきが発生しても、回路の共振を生じにくくすることができる。また、抵抗Ｒ０を用いることにより、高い周波数帯域においてコモンモードノイズの増大を生じにくくすることができる。従って、図１１の電力変換装置３０Ａによれば、広い周波数帯域にわたって安定的にコモンモードノイズを低減することができる。

【0067】

図１２は、第３の実施形態の第２の変形例に係る電力変換装置３０Ｂの構成を示す回路図である。電力変換装置３０Ｂは、図１０の電力変換装置３０の結合回路３３（すなわちキャパシタＣ０）に代えて、互いに直列に接続されたキャパシタＣ０、抵抗Ｒ０、及びインダクタＬ０を含む結合回路３３Ｂを備える。トランスＴ２の一次巻線のセンタータップｔａは、互いに直列に接続されたキャパシタＣ０、抵抗Ｒ０、及びインダクタＬ０を介して、トランスＴ２の二次巻線のセンタータップｔｂに接続される。図１２の電力変換装置３０Ｂによれば、キャパシタＣ０、抵抗Ｒ０、及びインダクタＬ０の共振回路を構成することにより、所望の周波数帯域においてコモンモードノイズを低減することができる。

【0068】

図１３は、第３の実施形態の第３の変形例に係る電力変換装置３０Ｃの構成を示す回路図である。電力変換装置３０Ｃは、図１０の電力変換装置３０の二次側回路３２に代えて、二次側回路３２Ｃを備える。二次側回路３２Ｃは、図１０のダイオードのスイッチング素子Ｓ５～Ｓ８に代えて、トランジスタのスイッチング素子Ｓ５Ａ～Ｓ８Ａを備える。二次側回路３２Ｃは、トランスＴ２の二次巻線ｗ２ａ，ｗ２ｂの両端と、二次側回路のスイッチング素子Ｓ５Ａ～Ｓ８Ａとの間にそれぞれ接続されたキャパシタＣ７，Ｃ８をさらに備える。一次側回路３１のスイッチング素子Ｓ１～Ｓ４は、インバータとして動作し、また、同期整流回路として動作する。二次側回路３２Ｃのスイッチング素子Ｓ５Ａ～Ｓ８Ａもまた、インバータとして動作し、また、同期整流回路として動作する。これにより、電力変換装置３０Ｃは、一次側から入力された電圧を所定電圧に変換して二次側から出力し、また、二次側から入力された電圧を所定電圧に変換して一次側から出力する「可逆」な電力変換装置として動作する。キャパシタＣ５，Ｃ６、トランスＴ２の一次巻線ｗ１ａ，ｗ１ｂ、二次巻線ｗ２ａ，ｗ２ｂ、及びキャパシタＣ７，Ｃ８は、共振回路（「ＣＬＬＣ共振回路」ともいう）を構成する。このような共振回路を用いてソフトスイッチングを実現することにより、電力変換装置の損失を抑え、電力密度を向上することができる。

【実施例】

【0069】

以下、図１４～図２８を参照して、本開示の実施例に係る電力変換装置のシミュレーション結果について説明する。

【0070】

図１４は、実施例に係る電力装置の構成を示すブロック図である。電力装置は、直流電源装置４１、安定化回路４２、入力フィルタ４３、電力変換装置４４、出力フィルタ４５、及び負荷装置４６を備える。

【0071】

直流電源装置４１は、所定の直流電圧を供給する。

【0072】

図１５は、図１４の安定化回路４２の構成を示す回路図である。安定化回路４２は、キャパシタＣ１０１，Ｃ１０２、インダクタＬ１０１，Ｌ１０２、及び抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０２を備える。安定化回路４２は、電力変換装置４４によって発生するコモンモードノイズを正確に測定するために、電力変換装置４４に対して電力が入力される端子におけるインピーダンスを安定化させる。後述するシミュレーションでは、安定化回路４２におけるコモンモードノイズを計算した。

【0073】

図１６は、図１４の入力フィルタ４３の構成を示す回路図である。入力フィルタ４３は、キャパシタＣ１１１～Ｃ１１４及びコモンモードチョークコイルＬ１１１を備える。

【0074】

電力変換装置４４は、第１～第３の実施形態において説明した電力変換装置のうちのいずれかである。

【0075】

図１７は、図１４の出力フィルタ４５の構成を示す回路図である。出力フィルタ４５は、キャパシタＣ１２１～Ｃ１２６及びコモンモードチョークコイルＬ１２１を備える。

【0076】

負荷装置４６は、所定の抵抗値を有する。

【0077】

次に、図１８～図２１を参照して、第１の実施形態に係る電力変換装置のシミュレーション結果について説明する。ここでは、電力変換装置４４が、図１の電力変換装置１０、図２の電力変換装置１０Ａ、又は図３の電力変換装置１０Ｂである場合についてシミュレーションを行った。

【0078】

図１８～図２１のシミュレーションでは、以下のパラメータを設定した。

【0079】

（直流電源装置４１）
入力電圧： ４００Ｖ
（入力フィルタ４３）
キャパシタＣ１１１，Ｃ１１２の容量： ２μＦ
キャパシタＣ１１３，Ｃ１１４の容量： １ｎＦ
コモンモードチョークコイルＬ１１１のインダクタンス： ３ｍＨ
コモンモードチョークコイルＬ１１１の結合率： ０．９９９５
（電力変換装置４４）
キャパシタＣ１の容量： １００μＦ
キャパシタＣ２の容量： １０μＦ
キャパシタＣ３の容量： ２２．５ｎＦ
キャパシタＣ１１，Ｃ１２の容量： １ｎＦ
キャパシタＣ１３，Ｃ１４の容量： １０ｐＦ
トランスＴ１の一次巻線ｗ１のインダクタンス： １２０μＨ
トランスＴ１の二次巻線ｗ２ａ，ｗ２ｂのインダクタンス： ６．６μＨ
トランスＴ１の結合率： ０．９４
スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のスイッチング周波数： ２００ｋＨｚ
（出力フィルタ４５）
キャパシタＣ１２１，Ｃ１２２の容量： ２μＦ
キャパシタＣ１２３～Ｃ１２６の容量： １０ｎＦ
コモンモードチョークコイルＬ１２１のインダクタンス： ３ｍＨ
コモンモードチョークコイルＬ１２１の結合率： ０．９９９５
（負荷装置４６）
負荷装置４６の抵抗値： １０Ω

【0080】

図１８は、第１の実施例に係る電力変換装置を含む電力装置において発生するコモンモードノイズの周波数特性を示すグラフである。図１８において、第１の実施例は、電力変換装置４４が図１の電力変換装置１０であり、キャパシタＣ０の容量を１００ｎＦに設定した場合を示す。また、図１８において、比較例は、キャパシタＣ０を除去した場合を示す。図１８によれば、コモンモードノイズの周波数特性は、スイッチング周波数の整数倍にピークを有するスペクトラムとして観測される。また、図１８によれば、スイッチング周波数２００ｋＨｚにおいて、コモンモードノイズを１４．７ｄＢ低減できることがわかる。また、図１８によれば、約５ＭＨｚまでの高調波のコモンモードノイズも低減できることがわかる。

【0081】

図１９は、第２の実施例に係る電力変換装置を含む電力装置において発生するコモンモードノイズの周波数特性を示すグラフである。図１９において、第２の実施例は、電力変換装置４４が図２の電力変換装置１０Ａであり、キャパシタＣ０の容量を１００ｎＦに設定し、抵抗Ｒ０の抵抗値を１０Ωに設定した場合を示す。また、図１９において、比較例は、キャパシタＣ０及び抵抗Ｒ０を除去した場合を示す。図１９によれば、スイッチング周波数２００ｋＨｚにおいて、コモンモードノイズを１５．４ｄＢ低減できることがわかる。また、図１９によれば、高周波における意図しない共振がダンピングされ、高周波のコモンモードノイズ特性が図１８の場合よりも改善することがわかる。

【0082】

図２０は、第２の実施例に係る電力変換装置を含む電力装置のキャパシタＣ０の容量に対する、電力装置において発生するコモンモードノイズの特性を示すグラフである。図２０は、電力変換装置４４が図２の電力変換装置１０Ａであり、キャパシタＣ０の容量を１ｐＦ～１μＦにわたって変化させ、抵抗Ｒ０の抵抗値を１０Ωに設定した場合を示す。図２０によれば、キャパシタＣ０の容量がキャパシタＣ１１，Ｃ１２（Ｙキャパシタ）の容量を超えたとき、コモンモードノイズを低減する効果が大きくなることがわかる。

【0083】

図２１は、第３の実施例に係る電力変換装置を含む電力装置において発生するコモンモードノイズの周波数特性を示すグラフである。図２１において、第３の実施例は、電力変換装置４４が図３の電力変換装置１０Ｂであり、キャパシタＣ０の容量を１００ｎＦに設定し、抵抗Ｒ０の抵抗値を１０Ωに設定し、インダクタＬ０のインダクタンスを９．４μＨに設定した場合を示す。また、図２１において、比較例は、キャパシタＣ０、抵抗Ｒ０、及びインダクタＬ０を除去した場合を示す。図２１によれば、スイッチング周波数２００ｋＨｚにおいて、コモンモードノイズを２６．１ｄＢ低減できることがわかる。また、図２１によれば、コモンモードノイズを有効に低減できる周波数帯域が限られるものの、特定の周波数帯域においては効果が向上することがわかる。

【0084】

次に、図２２～図２４を参照して、第２の実施形態に係る電力変換装置のシミュレーション結果について説明する。ここでは、電力変換装置４４が、図６の電力変換装置２０又は図７の電力変換装置２０Ａである場合についてシミュレーションを行った。

【0085】

図２２～図２４のシミュレーションでは、以下のパラメータを設定した。

【0086】

（直流電源装置４１）
入力電圧： ２００Ｖ
（電力変換装置４４）
キャパシタＣ１の容量： １００μＦ
キャパシタＣ２の容量： １０μＦ
キャパシタＣ５，Ｃ６の容量： ４５ｎＦ
キャパシタＣ１１，Ｃ１２の容量： １ｎＦ
トランスＴ２の一次巻線ｗ１ａ，ｗ１ｂのインダクタンス： ３０μＨ
トランスＴ２の二次巻線ｗ２ａ，ｗ２ｂのインダクタンス： ２６．４μＨ
トランスＴ２の結合率： ０．９４
スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のスイッチング周波数： ２００ｋＨｚ

【0087】

図２２～図２４のシミュレーションでは、さらに、トランスＴ２の一次巻線ｗ１ｂの端子（すなわち、一次巻線ｗ１ｂとキャパシタＣ６との間のノード）と、トランスＴ２の二次巻線のセンタータップｔｂとの間に、１０ｐＦの容量を設定した。

【0088】

図２２～図２４のシミュレーションにおいて、入力フィルタ４３、出力フィルタ４５、及び負荷装置４６のパラメータは、図１８～図２１の場合と同様に設定した。

【0089】

図２２は、第４の実施例に係る電力変換装置を含む電力装置において発生するコモンモードノイズの周波数特性を示すグラフである。図２２において、第４の実施例は、電力変換装置４４が図６の電力変換装置２０であり、キャパシタＣ０の容量を３０ｎＦに設定した場合を示す。また、図２２において、比較例は、キャパシタＣ０を除去した場合を示す。図２２によれば、スイッチング周波数２００ｋＨｚにおいて、コモンモードノイズを１６．５ｄＢ低減できることがわかる。

【0090】

図２３は、第５の実施例に係る電力変換装置を含む電力装置において発生するコモンモードノイズの周波数特性を示すグラフである。図２３において、第５の実施例は、電力変換装置４４が図７の電力変換装置２０Ａであり、キャパシタＣ０の容量を３０ｎＦに設定し、抵抗Ｒ０の抵抗値を１００Ωに設定した場合を示す。また、図２３において、比較例は、キャパシタＣ０及び抵抗Ｒ０を除去した場合を示す。図２３によれば、スイッチング周波数２００ｋＨｚにおいて、コモンモードノイズを１４．８ｄＢ低減できることがわかる。また、図２３によれば、高周波における意図しない共振がダンピングされ、高周波のコモンモードノイズ特性が図２２の場合よりも改善することがわかる。

【0091】

図２４は、第５の実施例に係る電力変換装置を含む電力装置のキャパシタＣ０の容量に対する、電力装置において発生するコモンモードノイズの特性を示すグラフである。図２４は、電力変換装置４４が図７の電力変換装置２０Ａであり、キャパシタＣ０の容量を１ｐＦ～１μＦにわたって変化させ、抵抗Ｒ０の抵抗値を１０Ωに設定した場合を示す。図２４によれば、キャパシタＣ０の容量がキャパシタＣ１１，Ｃ１２（Ｙキャパシタ）の容量を超えたとき、コモンモードノイズを低減する効果が大きくなることがわかる。

【0092】

次に、図２５～図２８を参照して、第３の実施形態に係る電力変換装置のシミュレーション結果について説明する。ここでは、電力変換装置４４が、図１０の電力変換装置３０、図１１の電力変換装置３０Ａ、又は図１２の電力変換装置３０Ｂである場合についてシミュレーションを行った。

【0093】

図２５～図２８のシミュレーションでは、以下のパラメータを設定した。

【0094】

（電力変換装置４４）
キャパシタＣ１の容量： １００μＦ
キャパシタＣ２の容量： １０μＦ
キャパシタＣ５，Ｃ６の容量： ４５ｎＦ
キャパシタＣ１１，Ｃ１２の容量： １ｎＦ
キャパシタＣ１３の容量： ２０ｐＦ
キャパシタＣ１４の容量： １０ｐＦ
トランスＴ２の一次巻線ｗ１ａ，ｗ１ｂのインダクタンス： ３０μＨ
トランスＴ２の二次巻線ｗ２ａ，ｗ２ｂのインダクタンス： ６．６μＨ
トランスＴ２の結合率： ０．９４
スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のスイッチング周波数： ２００ｋＨｚ

【0095】

図２５～図２８のシミュレーションにおいて、直流電源装置４１、入力フィルタ４３、出力フィルタ４５、及び負荷装置４６のパラメータは、図１８～図２１の場合と同様に設定した。

【0096】

図２５は、第６の実施例に係る電力変換装置を含む電力装置において発生するコモンモードノイズの周波数特性を示すグラフである。図２５において、第６の実施例は、電力変換装置４４が図１０の電力変換装置３０であり、キャパシタＣ０の容量を１００ｎＦに設定した場合を示す。また、図２５において、比較例は、キャパシタＣ０を除去した場合を示す。図２５によれば、スイッチング周波数２００ｋＨｚにおいて、コモンモードノイズを１６．２ｄＢ低減できることがわかる。

【0097】

図２６は、第７の実施例に係る電力変換装置を含む電力装置において発生するコモンモードノイズの周波数特性を示すグラフである。図２６において、第７の実施例は、電力変換装置４４が図１１の電力変換装置３０Ａであり、キャパシタＣ０の容量を１００ｎＦに設定し、抵抗Ｒ０の抵抗値を５０Ωに設定した場合を示す。また、図２６において、比較例は、キャパシタＣ０及び抵抗Ｒ０を除去した場合を示す。図２６によれば、スイッチング周波数２００ｋＨｚにおいて、コモンモードノイズを１２．２ｄＢ低減できることがわかる。

【0098】

図２７は、第７の実施例に係る電力変換装置を含む電力装置のキャパシタＣ０の容量に対する、電力装置において発生するコモンモードノイズの特性を示すグラフである。図２７は、電力変換装置４４が図１１の電力変換装置３０Ａであり、キャパシタＣ０の容量を１ｐＦ～１μＦにわたって変化させ、抵抗Ｒ０の抵抗値を１０Ωに設定した場合を示す。図２７によれば、キャパシタＣ０の容量がキャパシタＣ１１，Ｃ１２（Ｙキャパシタ）の容量を超えたとき、コモンモードノイズを低減する効果が大きくなることがわかる。

【0099】

図２８は、第８の実施例に係る電力変換装置を含む電力装置において発生するコモンモードノイズの周波数特性を示すグラフである。図２８において、第８の実施例は、電力変換装置４４が図１２の電力変換装置３０Ｂであり、キャパシタＣ０の容量を１００ｎＦに設定し、抵抗Ｒ０の抵抗値を１０Ωに設定し、インダクタＬ０のインダクタンスを６．４μＨに設定した場合を示す。また、図２８において、比較例は、キャパシタＣ０、抵抗Ｒ０、及びインダクタＬ０を除去した場合を示す。図２８によれば、スイッチング周波数２００ｋＨｚにおいて、コモンモードノイズを１９．１ｄＢ低減できることがわかる。また、図２８によれば、コモンモードノイズを有効に低減できる周波数帯域が限られるものの、特定の周波数帯域においては効果が向上することがわかる。

【0100】

［実施形態のまとめ］
本開示の第１の態様に係る電力変換装置は、以下のように構成される。

【0101】

本開示の第１の態様によれば、
トランスと、一次側回路と、二次側回路とを備える電力変換装置であって、
前記一次側回路は、前記トランスの一次巻線に接続され、一次側の正極バス及び負極バスを有し、少なくとも１つのスイッチング素子を含む不平衡回路として構成され、
前記二次側回路は、前記トランスの二次巻線に接続され、二次側の正極バス及び負極バスを有し、複数のスイッチング素子を含む平衡回路として構成され、
前記電力変換装置は、前記トランスの二次巻線のセンタータップと、前記一次側の正極バス及び負極バスの一方との間に接続された第１のキャパシタをさらに備える。

【0102】

本開示の第１の態様によれば、
前記電力変換装置は接地導体をさらに備え、
前記第１のキャパシタは、前記接地導体と前記一次側の正極バス及び負極バスとの間の容量よりも大きな容量を有する。

【0103】

本開示の第１の態様によれば、
前記電力変換装置は抵抗をさらに備え、前記トランスの二次巻線のセンタータップは、互いに直列に接続された前記第１のキャパシタ及び前記抵抗を介して、前記一次側の正極バス及び負極バスの一方に接続される。

【0104】

本開示の第１の態様によれば、
前記電力変換装置は第１のインダクタをさらに備え、前記トランスの二次巻線のセンタータップは、互いに直列に接続された前記第１のキャパシタ及び前記第１のインダクタを介して、前記一次側の正極バス及び負極バスの一方に接続される。

【0105】

本開示の第１の態様によれば、
前記一次側回路は、２つのスイッチング素子を含むハーフブリッジ回路である。

【0106】

本開示の第１の態様によれば、
前記二次側回路は、４つのスイッチング素子を含むフルブリッジ回路である。

【0107】

本開示の第１の態様によれば、
前記一次側回路は、前記トランスの一次巻線と、前記一次側回路のスイッチング素子との間に接続された第２のキャパシタをさらに含む。

【0108】

本開示の第１の態様によれば、
前記一次側回路は、前記第２のキャパシタに直列に接続された第２及び第３のインダクタと、前記第３のインダクタに並列に接続された第３のキャパシタとをさらに備える。

【0109】

本開示の第２の態様に係る電力変換装置は、以下のように構成される。

【0110】

本開示の第２の態様によれば、
トランスと、一次側回路と、二次側回路とを備える電力変換装置であって、
前記一次側回路は、前記トランスの一次巻線に接続され、一次側の正極バス及び負極バスを有し、複数のスイッチング素子を含む平衡回路として構成され、
前記二次側回路は、前記トランスの二次巻線に接続され、二次側の正極バス及び負極バスを有し、少なくとも１つのスイッチング素子を含む不平衡回路として構成され、
前記電力変換装置は、前記トランスの一次巻線のセンタータップと、前記二次側の正極バス及び負極バスの一方との間に接続された第１のキャパシタをさらに備える。

【0111】

本開示の第２の態様によれば、
前記電力変換装置は接地導体をさらに備え、
前記第１のキャパシタは、前記接地導体と前記一次側の正極バス及び負極バスとの間の容量よりも大きな容量を有する。

【0112】

本開示の第２の態様によれば、
前記電力変換装置は抵抗をさらに備え、前記トランスの一次巻線のセンタータップは、互いに直列に接続された前記第１のキャパシタ及び前記抵抗を介して、前記二次側の正極バス及び負極バスの一方に接続される。

【0113】

本開示の第２の態様によれば、
前記電力変換装置は第１のインダクタをさらに備え、前記トランスの一次巻線のセンタータップは、互いに直列に接続された前記第１のキャパシタ及び前記第１のインダクタを介して、前記二次側の正極バス及び負極バスの一方に接続される。

【0114】

本開示の第２の態様によれば、
前記一次側回路は、４つのスイッチング素子を含むフルブリッジ回路である。

【0115】

本開示の第２の態様によれば、
前記二次側回路は、２つのスイッチング素子を含むハーフブリッジ回路である。

【0116】

本開示の第２の態様によれば、
前記一次側回路は、前記トランスの一次巻線の両端と、前記一次側回路のスイッチング素子との間にそれぞれ接続された第２及び第３のキャパシタをさらに含む。

【0117】

本開示の第３の態様に係る電力変換装置は、以下のように構成される。

【0118】

本開示の第３の態様によれば、
トランスと、一次側回路と、二次側回路とを備える電力変換装置であって、
前記一次側回路は、前記トランスの一次巻線に接続され、一次側の正極バス及び負極バスを有し、複数のスイッチング素子を含む平衡回路として構成され、
前記二次側回路は、前記トランスの二次巻線に接続され、二次側の正極バス及び負極バスを有し、複数のスイッチング素子を含む平衡回路として構成され、
前記電力変換装置は、前記トランスの一次巻線のセンタータップと、前記トランスの二次巻線のセンタータップとの間に接続された第１のキャパシタをさらに備える。

【0119】

本開示の第３の態様によれば、
前記電力変換装置は接地導体をさらに備え、
前記第１のキャパシタは、前記接地導体と前記一次側の正極バス及び負極バスとの間の容量よりも大きな容量を有する。

【0120】

本開示の第３の態様によれば、
前記電力変換装置は抵抗をさらに備え、前記トランスの一次巻線のセンタータップは、互いに直列に接続された前記第１のキャパシタ及び前記抵抗を介して、前記トランスの二次巻線のセンタータップに接続される。

【0121】

本開示の第３の態様によれば、
前記電力変換装置は第１のインダクタをさらに備え、前記トランスの一次巻線のセンタータップは、互いに直列に接続された前記第１のキャパシタ及び前記第１のインダクタを介して、前記トランスの二次巻線のセンタータップに接続される。

【0122】

本開示の第３の態様によれば、
前記一次側回路は、前記複数のスイッチング素子として４つのトランジスタを含むフルブリッジ回路である。

【0123】

本開示の第３の態様によれば、
前記二次側回路は、前記複数のスイッチング素子として４つのダイオード又は４つのトランジスタを含むフルブリッジ回路である。

【0124】

本開示の第３の態様によれば、
前記一次側回路は、前記トランスの一次巻線の両端と、前記一次側回路のスイッチング素子との間にそれぞれ接続された第２及び第３のキャパシタをさらに含む。

【0125】

本開示の第３の態様によれば、
前記二次側回路は、前記トランスの二次巻線の両端と、前記二次側回路のスイッチング素子との間にそれぞれ接続された第４及び第５のキャパシタをさらに含む。

【産業上の利用可能性】

【0126】

本開示の態様に係る電力変換装置は、例えば、車載充電器、車載ＤＣ／ＤＣコンバータなどに適用可能である。

【符号の説明】

【0127】

１０，１０Ａ～１０Ｄ，２０，２０Ａ～２０Ｃ，３０，３０Ａ～３０Ｃ 電力変換装置
１１，１１Ｃ，２１，３１ 一次側回路
１２，２２，３２，３２Ｃ 二次側回路
１３，１３Ａ，１３Ｂ，２３，２３Ａ，２３Ｂ，３３，３３Ａ，３３Ｂ 結合回路
４１ 直流電源装置
４２ 安定化回路
４３ 入力フィルタ
４４ 電力変換装置
４５ 出力フィルタ
４６ 負荷装置
Ｂ１ｐ，Ｂ２ｐ 正極バス
Ｂ１ｎ，Ｂ２ｎ 負極バス
Ｃ０，Ｃ１～Ｃ８，Ｃ１１～Ｃ１４，Ｃ２１，Ｃ２２ キャパシタ
Ｌ０，Ｌ２１，Ｌ２２ インダクタ
Ｒ０ 抵抗
Ｓ１～Ｓ８，Ｓ５Ａ～Ｓ８Ａ スイッチング素子
Ｔ１，Ｔ２ トランス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】