CN103999341B

CN103999341B - 电力变换装置

Info

Publication number: CN103999341B
Application number: CN201280063013.2A
Authority: CN
Inventors: 石关晋; 石关晋一; 键村纪雄; 石井英宏
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2032-11-05
Also published as: EP2800264A1; JP2013138560A; WO2013099443A1; EP2800264B1; EP2800264A4; CN103999341A; ES2677493T3

Abstract

本发明提供能够抑制对开关元件施加反向电压的电力变换装置。第1反向阻断型开关部(31)具有在交流线(Pr)与直流线(LH)之间相互串联连接的第1二极管(Dr1)和第1开关元件(Sr1)，第1二极管(Dr1)被设置成其阴极朝向第1直流线(LH)侧。第2反向阻断型开关元件(34)具有在交流线(Pr)与第2直流线(LL)之间相互串联连接的第2二极管(Dr2)和第2开关元件(Sr2)，第2二极管(Dr2)被设置成其阳极朝向第2直流线(LL)侧。第3二极管与第1和第2开关元件(Sr1、Sr2、Ss1、Ss2、St1、St2)中的至少任意一方并联连接，且使阳极朝向第1直流线(LH)侧。

Description

电力变换装置

技术领域

本发明涉及电力变换装置，尤其涉及具有反向阻断型开关部的电力变换装置。

背景技术

在专利文献1中记载了三相电流型变流器。该电流型变流器将对输入线施加的三相交流电压变换为直流电压，并将其施加给一对直流线之间。更具体地讲，电流型变流器针对各相各具有一对反向阻断型开关部。各相中，一对反向阻断型开关部在一对直流线之间相互串联连接，其连接点与输入线连接。并且，各相的一对反向阻断型开关部在直流母线间与其他相的一对反向阻断型开关部并联连接。

这些反向阻断型开关部具有二极管和开关元件。二极管和开关元件相互串联连接。这些二极管均被设置成其阳极朝向高电位侧的直流线。由此，二极管实现作为反向阻断型开关部的反向阻断功能。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-15604号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1的技术中，在对反向阻断型开关部施加反向(即二极管的正向的相反方向的)电压的情况下，也通过二极管来支持该反向电压，所以，对开关元件施加的反向电压较小。

但是，本申请的申请人发现，例如由于雷击等而产生以下现象。即，存在对该反向阻断型开关部施加的反向电压虽然不大，但是，却对开关元件单体施加了较大的反向电压。这种现象将在后面详细叙述，但是，该反向电压不会被反向阻断用二极管降低。

因此，本发明的目的在于，提供一种能够抑制对开关元件施加反向电压的电力变换装置。

用于解决课题的手段

本发明的电力变换装置的第1方式具有：交流线(Pr、Ps、Pt)；第1直流线和第2直流线(LH、LL)；第1反向阻断型开关部(31～33)，其具有在所述交流线与所述第1直流线之间相互串联连接的第1二极管(Dr1、Ds1、Dt1)和第1开关元件(Sr1、Ss1、St1)，所述第1二极管被设置成其阴极朝向所述第1直流线侧；第2反向阻断型开关部(34～36)，其具有在所述交流线与所述第2直流线之间相互串联连接的第2二极管(Dr2、Ds2、Dt2)和第2开关元件(Sr2、Ss2、St2)，所述第2二极管被设置成其阳极朝向所述第2直流线侧；以及第3二极管(Dr3、Ds3、Dt3)，其用于抑制仅对开关元件单体施加反向电压的情况下的该反向电压，该第3二极管在所述第1直流线侧具有阳极，并与所述第1开关元件并联连接。

本发明的电力变换装置的第2方式是在第1方式的电力变换装置中，还具有第4二极管(Dr4、Ds4、Dt4)，其用于抑制仅对开关元件单体施加反向电压的情况下的该反向电压，该第4二极管在所述第2直流线侧具有阴极，并与所述第2开关元件(Sr2、Ss2、St2)并联连接。

本发明的电力变换装置的第3方式是在第1或第2方式的电力变换装置中，所述第3二极管和所述第4二极管(Dr3、Ds3、Dt3、Dr4、Ds4、Dt4)的容许电流比所述第1二极管和所述第2二极管(Dr1、Ds1、Dt1、Dr2、Ds2、Dt2)的容许电流小。

发明效果

根据本发明的电力变换装置(3)的第1方式，即使对第1反向阻断开关部和第2反向阻断开关部施加反向电压，第1二极管和第2二极管也支持该反向电压的大部分，所以，抑制了第1和第2开关元件中产生的反向电压。而且，根据本发明的第1方式，例如在不对反向阻断开关部施加反向电压、而仅对与第3二极管并联连接的开关元件单体施加反向电压的情况下，也能够通过第3二极管来抑制该反向电压。另外，作为这种情况的一例，可以列举出例如由于雷击等，而导致经由开关元件的动作电源，该开关元件的第1直流线侧的一端的电位增大。

根据本发明的电力变换装置的第2方式，能够防止对第1和第2开关元件双方施加较大的反向电压。

根据本发明的电力变换装置的第3方式，与采用容许电流较大的二极管的情况相比，能够降低部件/制造成本。

本发明的目的、特征、方面和优点通过以下的详细说明和附图将更加明了。

附图说明

图1是示出电力变换装置的概念性结构的一例的图。

图2是示出现有的电力变换装置的概念性结构的一例的图。

图3是示出对开关元件施加的电压的图。

图4是示出开关元件的动作电源侧的概念性结构的一例的图。

具体实施方式

如图1所示，在电力变换装置(以下称为变流器)3上连接有交流线Pr、Ps、Pt和直流线LH、LL。在交流线Pr、Ps、Pt上连接有三相交流电源1，其被施加三相交流电压。另外，在图1中，例示了与3条交流线连接的三相变流器3，但是不限于此。变流器3例如也可以是单相变流器，或者也可以是相数大于三相的变流器。

变流器3具有反向阻断型开关部31～36。反向阻断型开关部31～33分别设置在各个交流线Pr、Ps、Pt与直流线LH之间。反向阻断型开关部31具有二极管Dr1和开关元件Sr1，反向阻断型开关部32具有二极管Ds1和开关元件Ss1，反向阻断型开关部33具有二极管Dt1和开关元件St1。

在各个反向阻断型开关部31～33中，二极管Dx1(以下，x代表r、s、t)和开关元件Sx1在交流线Px与直流线LH之间相互串联连接。在图1的例示中，二极管Dx1配置在比开关元件Sx1靠直流线LH侧。另外，二极管Dx1也可以配置在比开关元件Sx1靠交流线Px侧。特别是从使各开关元件Sx1的动作电源的电位与直流线LH的电位相同的观点出发，优选二极管Dx1配置在交流线Px侧。二极管Dx1被配置成其阴极朝向直流线LH侧，发挥反向阻断型开关部31～33的反向阻断功能。即，二极管Dr1、Ds1、Dt1分别防止电流从直流线LH经由反向阻断型开关部31～33流向交流线Pr、Ps、Pt。

开关元件Sx1例如是绝缘栅双极型晶体管等，是将从直流线LL朝向直流线LH的方向作为正向的开关元件。

反向阻断型开关部34～36分别设置在各个交流线Pr、Ps、Pt与直流线LL之间。反向阻断型开关部34具有二极管Dr2和开关元件Sr2，反向阻断型开关部35具有二极管Ds2和开关元件Ss2，反向阻断型开关部36具有二极管Dt2和开关元件St2。

在各个反向阻断型开关部34～36中，二极管Dx2和开关元件Sx2在交流线Px与直流线LL之间相互串联连接。在图1的例示中，二极管Dx2配置在比开关元件Sx2靠交流线Px侧。另外，二极管Dx2也可以配置在比开关元件Sx2靠直流线LL侧。二极管Dx2被配置成其阳极朝向直流线LL侧，发挥反向阻断型开关部34～36的反向阻断功能。即，二极管Dr2、Ds2、Dt2分别防止电流从交流线Pr、Ps、Pt经由反向阻断型开关部34～36流向直流线LL。

开关元件Sx2例如是绝缘栅双极型晶体管等，是将从直流线LL朝向直流线LH的方向作为正向的开关元件。

根据对交流线Px施加的交流电压，适当控制这些开关元件Sx1、Sx2。由此，变流器3能够将对交流线Pr、Ps、Pt施加的交流电压变换为直流电压，并将其施加到直流线LH、LL之间。这种控制是公知的技术，所以省略详细说明。

并且，在图1的例示中，变流器3还具有二极管Dr3、Ds3、Dt3、Dr4、Ds4、Dt4。二极管Dx3、Dx4被设置成分别与开关元件Sx1、Sx2并联连接，且其阳极朝向直流线LH侧。理论上，这些二极管Dx3、Dx4在变流器3的通常动作、即在从交流电压变换为直流电压的变换动作中完全不发挥作用。但是，能够通过二极管Dx3、Dx4抑制例如由于雷击等而引起的不良情况。这点在后面详细叙述。

在图1的例示中，在三相交流电源1与变流器3之间设有滤波器2。例如滤波器2具有分别设置在交流线Pr、Ps、Pt上的电抗器、以及设置在交流线Pr、Ps、Pt彼此之间的电容器。电容器设置在电抗器与变流器3之间，在图1的例示中，这些电容器以星型接线相互连接。该滤波器2抑制流过交流线Pr、Ps、Pt的电流中的、例如由于变流器3的开关而引起的谐波成分。由此，能够使输入电流的波形平滑。另外，滤波器2不是必须的要件。

并且，在图1的例示中，在变流器3的后级连接有逆变器4。逆变器4例如是三相逆变器，将直流线LH、LL之间的直流电压变换为交流电压，并将其施加给负载5。逆变器4关于三相中的每一相，具有在直流线LH、LL之间相互串联连接的一对开关部。该一对开关部之间的连接点与负载5连接。各开关部具有相互并联连接的二极管和开关元件。该二极管被设置成其阳极朝向直流线LH侧。而且，通过适当控制这些开关元件，逆变器4能够将直流电压变换为期望的交流电压。该控制是公知的技术，所以省略详细说明。

负载5例如是电机，根据从逆变器4施加的交流电压而被驱动。

另外，变流器3提供直流电压的装置不限于逆变器，也可以是任意的装置。

下面，根据与现有变流器之间的比较来说明本变流器3的效果。如图2所示，现有的变流器30不具有二极管Dx3、Dx4。在该变流器30中，反向阻断型开关部31～36也分别具有二极管Dr1、Ds1、Dt1、Dr2、Ds2、Dt2。因此，即使对反向阻断型开关部31～36施加以直流线LH侧为高电位的反向电压，其大部分也被二极管Dr1、Ds1、Dt1、Dr2、Ds2、Dt2支持。因此，能够抑制对开关元件Sr1、Ss1、St1、Sr2、Ss2、St2施加的反向电压。

但是，有时例如由于雷击等而产生以下现象。即，例如虽然在反向阻断型开关部36的两端未产生那么大的反向电压，但是，如图3所示，有时在开关元件St2单体中产生较大的反向电压。另外，在图3的例示中，在开关元件St2导通的状态下被施加反向电压，在反向电压消除后，开关元件St2处于非导通。但是，开关元件St2的导通/非导通的定时以及反向电压的定时并不限于此，这只不过是例示。

可知上述反向电压例如是取决于开关元件Sx1、Sx2的动作电源的变动而产生的。因此，首先对开关元件Sx1、Sx2的动作电源进行说明。如图4中例示的那样，在开关元件Sx1、Sx2的控制端子(栅极端子)上分别连接有驱动电路Drx1、Drx2。在驱动电路Drx1、Drx2上连接有动作电源Ex1、Ex2。动作电源Ex1、Ex2分别为直流电源，动作电源Ex1的低电位侧的一端与开关元件Sx1的直流线LH侧的一端(发射极端子)连接，动作电源Ex2的低电位侧的一端与开关元件Sx2的直流线LH侧的一端(发射极端子)连接。驱动电路Drx1、Drx2分别接收开关信号，并将其施加给开关元件Sx1、Sx2的控制端子。

在该变流器3中，动作电源Ex1、Ex2由于雷击等而发生变动，从而可能产生上述现象。例如由于动作电源Ex2的低电位的增大，开关元件Sx2的直流线LH侧的一端的电位可能增大。该电位的增大虽然会在开关元件Sx2中产生反向电压，但是，不会改变开关元件Sx2和二极管Dx2这一组(即反向阻断型开关部36)的两端电压。

这样，当开关元件Sx2和二极管Dx2这一组的两端电压不变、但是在开关元件Sx2中产生了反向电压的情况下，无法通过二极管Dx2来降低该反向电压。

另一方面，根据本实施方式的变流器3，在开关元件Sx1、Sx2上逆并联(逆並列)连接有二极管Dx3、Dx4。因此，即使有时未对反向阻断型开关部施加反向电压、而对开关元件Sx1、Sx2单体施加了反向电压，也能够通过二极管Dx3、Dx4的导通来降低该反向电压。这种对策并不能根据拘泥于通过二极管Dx1、Dx2来进行开关元件Sx1、Sx2的反向电压抑制的现有技术容易地导出。

另外，流过二极管Dx3、Dx4的电流是基于电路的寄生电容等中蓄积的电荷而产生的。而且，这种寄生电容比三相交流电源1的电容小，所以，流过二极管Dx3、Dx4的电流比流过二极管Dx1、Dx2的电流小。因此，优选二极管Dx3或二极管Dx4的容许电流比二极管Dx1、Dx2的容许电流小。由此，能够降低部件/制造成本。

另一方面，优选二极管Dx3、Dx4的正向电压的额定值比二极管Dx1、Dx2大。这是因为，瞬间对二极管Dx3、Dx4施加的正向电压可能比对二极管Dx1、Dx2施加的正向电压高。

并且，变流器3并不是必须具有二极管Dx3、Dx4的全部。只要设置二极管Dr3、Ds3、Dt3、Dr4、Ds4、Dt4中的至少一方即可。这是为了能够防止与其并联连接的开关元件的反向电压并且能够发挥效果。

并且，作为现有技术的思想，可以考虑设置公知的浪涌吸收电路。例如通过在变流器3的输入侧设置至少一级以上的用于吸收浪涌电压的公知的浪涌吸收电路，吸收变流器3的浪涌电压。但是，这种对策导致电路规模的增大，并不一定能够抑制开关元件的反向电压。

以上详细说明了本发明，但是，上述说明在所有方面均是例示性的，本发明并不限于此。应当理解为未例示的无数变形例是在不脱离本发明的范围的情况下能够想到的。

标号说明

3：变流器；31～36：反向阻断型开关部；Dr1、Ds1、Dt1、Dr2、Ds2、Dt2、Dr3、Ds3、Dt3、Dr4、Ds4、Dt4：二极管；LH、LL：直流线；Pr、Ps、Pt：交流线；Sr1、Ss1、St1、Sr2、Ss2、St2：开关元件。

Claims

1.一种电力变换装置，其具有：

交流线(Pr、Ps、Pt)；

第1直流线和第2直流线(LH、LL)；

第1反向阻断型开关部(31～33)，其具有在所述交流线与所述第1直流线之间相互串联连接的第1二极管(Dr1、Ds1、Dt1)和第1开关元件(Sr1、Ss1、St1)，所述第1二极管被设置成其阴极朝向所述第1直流线侧；

第2反向阻断型开关部(34～36)，其具有在所述交流线与所述第2直流线之间相互串联连接的第2二极管(Dr2、Ds2、Dt2)和第2开关元件(Sr2、Ss2、St2)，所述第2二极管被设置成其阳极朝向所述第2直流线侧；以及

第3二极管(Dr3、Ds3、Dt3)，其用于抑制仅对开关元件单体施加反向电压的情况下的该反向电压，该第3二极管在所述第1直流线侧具有阳极，并与所述第1开关元件(Sr1、Ss1、St1)并联连接。

2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中，

该电力变换装置还具有第4二极管(Dr4、Ds4、Dt4)，其用于抑制仅对开关元件单体施加反向电压的情况下的该反向电压，该第4二极管在所述第2直流线侧具有阴极，并与所述第2开关元件(Sr2、Ss2、St2)并联连接。

3.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中，

所述第3二极管(Dr3、Ds3、Dt3)的容许电流比所述第1二极管(Dr1、Ds1、Dt1)和所述第2二极管(Dr2、Ds2、Dt2)的容许电流小。

4.根据权利要求2所述的电力变换装置，其中，

所述第4二极管(Dr4、Ds4、Dt4)的容许电流比所述第1二极管(Dr1、Ds1、Dt1)和所述第2二极管(Dr2、Ds2、Dt2)的容许电流小。