CN105191107A - 多电平逆变器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多电平逆变器，该多电平逆变器能在不导致切断电路的规模增大、布线数增加的情况下，在产生切断指令时稳定地切断来自主电路的电压输出。切断电路(310)在接收到了第一切断信号时，将主电路中的与输出电路部(110)的正电压端子(N1)直接连接的开关元件(Q1a)、和集电极与中性点(N3)相连的反向阻止型开关元件(QR2)的组设为断开。切断电路(320)在接收到第二切断信号时，将主电路中的与输出电路部(110)的负电压端子(N2)直接连接的开关元件(Q6a)、和发射极与中性点(N3)相连的反向阻止型开关元件(QR1)的组设为断开。

Description

多电平逆变器

技术领域

本发明涉及将直流功率转换成交流功率的多电平逆变器。

背景技术

作为将直流功率转换成交流功率的逆变器，提供了一种利用开关元件(半导体开关)对与施加有直流电压的正电压端子、负电压端子及中间端子之间的连接进行切换的多电平逆变器。在这种多电平逆变器中，与中间端子相连的开关元件相比与正电压端子、负电压端子相连的开关元件，其进行开关的电压较小，因此能采用耐压较低、电特性较为优异的开关元件。

然而，在尝试紧急停止与逆变器相连的电动机时，若同时断开(OFF)所有的开关元件，则正电压端子与负电压端子之间的电位差会施加于与耐压较低的中间端子相连的开关元件，从而该开关元件可能发生破损。因此，提出如下结构：即，在紧急停止电动机时，首先断开与正电压端子及负电压端子相连的开关元件，稍后断开与中间端子相连的开关元件(例如专利文献1)。

然而，近年来，对于电气设备等，为了避免因故障而导致的人身事故，制定了各种国际标准，以将风险控制在允许范围内。例如，IEC61800-5-2中要求在紧急停止电动机时，搭载可靠停止电动机的STO(安全转矩关闭)功能。

关于双电平逆变器，作为适合IEC61800-5-2的结构，提出了分别设置使与正端子相连的开关元件无效化的电路和使与负端子相连的开关元件无效化的电路的结构(例如专利文献2)。双电平逆变器中，若将正端子和负端子中的某一个开关元件无效化，则切断对电动机的输出，因此即使上述某一个电路发生了故障，只要另一个电路正常起作用，就会使电动机停止。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2002-078351号公报

专利文献2：日本专利特开2010－284051号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

如上所述，到现在为止，已提出了各种用于在紧急时切断从逆变器对负载的输出电压的提供的切断电路的电路结构，但在多电平逆变器中，构成主电路的开关元件数增多，因此存在如下问题：即，若要可靠地切断对负载的功率提供，则切断电路和开关元件之间的布线数增加，切断电路的规模会增大。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种多电平逆变器，该多电平逆变器能在不导致切断电路的规模增大、布线数增加的情况下，在产生切断指令时稳定地切断来自主电路的电压输出。

解决技术问题所采用的技术手段

本发明提供一种多电平逆变器，其特征在于，包括：输出电路部，该输出电路部由串联地插入于接受直流输入电压的正电压端子与负电压端子间的多个开关元件构成，将各开关元件间的各节点中的一个节点作为交流输出端子；桥接部，该桥接部包含第一反向阻止型开关元件和第二反向阻止型开关元件，该第一反向阻止型开关元件的发射极与产生所述正电压端子及负电压端子的各电压的中间电压的中性点相连，该第二反向阻止型开关元件的集电极与所述中性点相连，其发射极与所述第一反向阻止型开关元件的集电极相连，在所述中性点和所述输出电路部的各开关元件间的任一节点之间形成包含所述第一反向阻止型开关元件和所述第二反向阻止型开关元件的电流路径；控制信号产生单元，该控制信号产生单元生成对所述输出电路部及所述桥接部的各开关元件的导通/断开进行切换的控制信号；以及切断单元，在输入了用于切断所述交流输出端子的输出电压的切断指令时，无论所述控制信号的状态如何，该切断单元切断所述输出电路部中的与所述正电压端子直接连接的开关元件和所述第二反向阻止型开关元件的组，或切断所述输出电路部中的与所述负电压端子直接连接的开关元件和所述第一反向阻止型开关元件的组。

根据本发明，若切断与正电压端子直接连接的开关元件，则从正电压端子到交流输出端子的电流路径被切断。若切断第二阻止型开关元件，则从中性点到交流输出端子的电流路径被切断。因而，能通过切断与正电压端子直接连接的开关元件及第二反向阻止型开关的组，来切断来自交流输出端子的电压输出。若切断与负电压端子直接连接的开关元件，则从交流输出端子到负电压端子的电流路径被切断。若切断第一阻止型开关元件，则从交流输出端子到中性点的电流路径被切断。因而，能通过切断与负电压端子直接连接的开关元件及第一反向阻止型开关的组，来切断来自交流输出端子的电压输出。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的多电平逆变器的实施方式1的7电平逆变器的结构的电路图。

图2是对实施方式1的主电路的各开关元件的导通/断开进行切换的状态进行例示的图。

图3是表示本发明所涉及的多电平逆变器的实施方式2的5电平逆变器的结构的电路图。

图4是表示本发明所涉及的多电平逆变器的实施方式3的3电平逆变器的结构的电路图。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

＜实施方式1＞

图1是表示本发明所涉及的多电平逆变器的实施方式1的7电平逆变器的结构的电路图。如图1所示，7电平逆变器具有：主电路100U、100V及100W、控制信号产生装置200、多个光耦合器PC、安全装置300。

图1中，来自未图示的直流电源的直流输入电压被提供到正电压端子N1及负电压端子N2之间。中性点N3固定于正电压端子N1及负电压端子N2的各电压的中间电压(图示的例中为接地)。在正电压端子N1和中性点N3之间插入有电容器C1。在负电压端子N2和中性点N3之间插入有电容器C2。

主电路100U、100V及100W是如下电路，进行正电压端子N1及负电压端子N2间的直流输入电压的开关，产生U相、V相、W相的交流电压，并提供给作为负载的电动机(省略图示)。图1中，图示出了主电路100U、100V及100W中的主电路100U的结构。如图1所示，主电路100U具有输出电路部110和桥接部120。

输出电路部110由串联地插入于正电压端子N1及负电压端子N2间的开关元件Q1a、Q1b、Q1c、Q1d、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6d、Q6c、Q6b、Q6a构成。该输出电路部110的各开关元件由IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor：绝缘栅双极晶体管)和飞二极管(flyingdiode)构成。图示的例中，开关元件Q3及Q4间的节点成为U相的交流输出端子Ou。

桥接部120是形成在中性点N3和输出电路部110的各开关元件间的某个节点之间的包含开关元件及飞跨电容(flyingcapacitors)的电流路径的电路。

桥接部120中，第一反向阻止型开关元件QR1及第二反向阻止型开关元件QR2分别是IGBT。该第一反向阻止型开关元件QR1的发射极及第二反向阻止型开关元件QR2的集电极共同连接到中性点N3。第一反向阻止型开关元件QR1的集电极及第二反向阻止型开关元件QR2的发射极在节点N4相互连接。

开关元件Q7a、Q7b、Q8a、Q8b分别是由IGBT和飞二极管构成的开关元件。此处，开关元件Q7a、Q7b串联地插入于节点N5和N4之间，该节点N5是输出电路部110的开关元件Q1d及Q2间的节点。此处，开关元件Q8a、Q8b串联地插入于节点N4和节点N6之间，该节点N6是输出电路部110的开关元件Q5及Q6d间的节点。飞跨电容器Cf1插入于节点N5和节点N6之间，该节点N5是输出电路部110的开关元件Q1d及Q2间的节点，该节点N6是开关元件Q5及Q6d间的节点。飞跨电容器Cf2插入于节点N7和节点N8之间，该节点N7是输出电路部110的开关元件Q2及Q3间的节点，该节点N8是开关元件Q4及Q5间的节点。飞跨电容器Cf3插入于节点N9和节点N10之间，该节点N9是开关元件Q7a及Q7b间的节点，该节点N10是开关元件Q8a及Q8b间的节点。

以上是桥接部120的结构。

主电路100U、100V、100W中，4个开关元件Q1a、Q1b、Q1c、Q1d的组，4个开关元件Q6a、Q6b、Q6c、Q6d的组，两个开关元件Q7a、Q7b的组，两个开关元件Q8a、Q8b的组在正常动作时分别一起进行导通/断开的切换。这些各个组由串联连接的多个开关元件而构成是为了在提高各组的耐压的同时使主电路动作时各开关元件所负担的电压最优。

控制信号产生装置200是根据控制指令分别产生脉宽调制后的脉冲信号以作为用于对构成主电路100U、100V及100W的各开关元件的导通/断开进行切换的控制信号的装置。该控制信号产生装置200所产生的各控制信号经由多个光耦合器PC传输至主电路100U、100V及100W内的各开关元件。

图2是对正常动作时的主电路100U的各开关元件的导通/断开进行切换的状态进行例示的图。另外，图2中，Q1表示开关元件Q1a～Q1d，Q6表示开关元件Q6a～Q6d，Q7表示开关元件Q7a、Q7b，Q8表示开关元件Q8a、Q8b。

本实施方式中，在直流电压+3E施加于正电压端子N1及中性点N3间，直流电压+3E施加于中性点N3及负电压端子N2间的状态下，控制信号产生装置200通过切换主电路100U的各开关元件的导通/断开，如图2所示那样将+3E、+2E、+1E、0V、-1E、-2E、-3E这7种电压从主电路100U输出到交流输出端子Ou。

正常动作中的主电路100U的各开关元件的导通/断开状态中具有图2所示的模式1～12。

模式1中，将Q1～Q3、Q8、QR2设为导通(ON)、将Q4～Q7、QR1设为断开(OFF)，从输出端子Ou输出电压+3E。在该情况下，直流电压+6E施加于处于断开的6个开关元件Q4、Q5、Q6d、Q6c、Q6b、Q6a。在该例中，使得各自相等的电压+1E施加于这些6个开关元件。因此，电压+2E、+1E分别对飞跨电容器Cf1、Cf2进行充电。此外，飞跨电容器Cf1的充电电压+2E施加于处于断开的2个开关元件Q7a、Q7b。在该例中，使得各自相等的电压+1E施加于这些2个开关元件。因此，电压+1E对飞跨电容器Cf3进行充电。

模式12中，将Q1～Q3、Q8、QR2设为断开、将Q4～Q7、QR1设为导通，从输出端子Ou输出电压-3E。在该情况下，直流电压+6E施加于处于断开的6个开关元件Q1a、Q1b、Q1c、Q1d、Q2、Q3。在该例中，使得各自相等的电压+1E施加于这些6个开关元件。因此，电压+2E、+1E分别对飞跨电容器Cf1、Cf2进行充电。此外，飞跨电容器Cf1的充电电压+2E施加于处于断开的2个开关元件Q8a、Q8b。在该例中，使得各自相等的电压+1E施加于这些2个开关元件。因此，电压+1E对飞跨电容器Cf3进行充电。

由此，在本实施方式中，在模式1及模式12的任一个模式下，电压+2E、+1E分别对飞跨电容器Cf1、Cf2、Cf3进行充电。然后，控制信号产生装置200在模式2～11下，通过在中性点N3和输出电路部110的各开关元件间的任一个节点之间形成包含飞跨电容器和开关元件的各种电流路径，从而从交流输出端子Ou输出各种电压。

例如在模式2下，将Q1、Q2、Q4、Q8、QR2设为导通，将Q3、Q5～Q7、QR1设为断开。在该情况下，对于比正电压端子N1的电压+3E低飞跨电容器Cf2的充电电压+1E的电压+2E，其经由开关元件Q4从输出端子Ou输出。

例如在模式3下，将Q2、Q3、Q8、QR1、QR2设为导通，将Q1、Q4～Q7设为断开。在该情况下，对于对中性点N3的电压OV加上飞跨电容器Cf1的充电电压+2E而得到的电压+2E，其经由开关元件Q2、Q3从输出端子Ou输出。

其他的模式4～11也同样，控制信号产生装置200根据控制指令产生各种控制信号，在中性点N3和输出电路部110的各开关元件间的任一个节点之间形成包含飞跨电容器和开关元件的各种电流路径，从而从交流输出端子Ou输出各种电压。

以上，以主电路100U为例进行了说明，但控制信号产生装置200对于主电路100V及100W，也能切换各个内部的开关元件的导通/断开，并输出各种电压。

安全装置300是如下装置：即、在产生切断指令时，无论控制信号产生装置200所产生的各控制信号如何，均将主电路100U、100V及100W内的一部分开关元件强制断开，并切断从主电路100U、100V及100W对负载的交流电压的提供。

本实施方式的安全装置300包括两个切断电路310及320。本实施方式的特征在于这些切断电路。

作为目前为止所提供的多电平逆变器的安全装置，通常在接收到输出电压的切断指令的情况下，将主电路100U、100V及100W的输出电路部110的所有开关元件均设为断开。

然而，在本实施方式那样的7电平逆变器的情况下，一个相的输出电路部110从图1的高电位侧起依次包含12个开关元件Q1a～Q6a。因此，在产生切断指令时，为了进行三个相的输出电压的切断，需要使用三相合计36根布线，并传输切断36个开关元件的信号。

然而，需要36根用于切断开关元件的布线表示多电平逆变器的布线图案有所增加，电路规模增大。不仅装置整体的成本有所增大，还可能由于布线的增多而导致噪声等变弱、可靠性降低。

本实施方式的两个切断电路310及320用于解决该问题。

图1中，从电源P5直接向将控制信号传输给U、V、W各相的开关元件Q1b、Q1c、Q1d、Q2～Q5、Q6d、Q6c、Q6b、Q7a、Q7b、Q8a、Q8b的各光耦合器PC提供驱动电流。

与此相对，从电源P5s经由NPN晶体管311向将控制信号传输给U、V、W各相的开关元件Q1a和反向阻止型开关元件QR2的组的光耦合器PC提供驱动电流。从电源P5s经由NPN晶体管321向将控制信号传输给U、V、W各相的开关元件Q6a和反向阻止型开关元件QR1的组的光耦合器PC提供驱动电流。切断电路310的输出端子经由延迟电路312与NPN晶体管311的基极相连，切断电路320的输出端子经由延迟电路322与NPN晶体管321的基极相连。

切断电路310及320在7电平逆变器正常动作时分别经由延迟电路312及322将信号“1”分别提供给NPN晶体管311及312的基极。在该状态下，NPN晶体管311及312成为导通状态，经由该NPN晶体管311及312将驱动电流提供给向开关元件Q1a及反向阻止型开关元件QR2的组传输控制信号的光耦合器PC、和向开关元件Q6a及反向阻止型开关元件QR1的组传输控制信号的光耦合器PC。

然而，若因检测到某种异常，而导致第一切断指令被提供到切断电路310，则切断电路310将输出信号设为“0”。在该信号“0”经由延迟电路312被提供到NPN晶体管311后，其结果是，NPN晶体管311成为断开状态，停止将驱动电流提供给向开关元件Q1a及反向阻止型开关元件QR2的组传输控制信号的光耦合器PC。其结果是，无论控制信号产生装置200输出的控制信号的内容如何，U、V、W各相的主电路的开关元件Q1a及反向阻止型开关元件QR2被切断。由此，来自主电路的输出端子Ou、Ov、Ow的电压输出被切断。

若因检测到某种异常，而导致第二切断指令被提供到切断电路320，则切断电路320将输出信号设为“0”。在该信号“0”经由延迟电路322被提供到NPN晶体管321后，其结果是，NPN晶体管321成为断开状态，停止将驱动电流提供给向开关元件Q6a及反向阻止型开关元件QR1的组传输控制信号的光耦合器PC。其结果是，无论控制信号产生装置200输出的控制信号的内容如何，U、V、W各相的主电路的开关元件Q6a及反向阻止型开关元件QR1被切断。由此，来自主电路的输出端子Ou、Ov、Ow的电压输出被切断。

第一切断指令及第二切断指令可以基于个别的理由而独立产生，也可以基于共同的理由双方同时产生。

此处，说明切断开关元件Q1a及QR2的组或开关元件Q6a及QR1的组时则能切断来自交流输出端子的输出的理由。如图1所示，若断开与U、V、W各相的正电压端子N1直接连接的开关元件Q1a，则即使开关元件Q1b～Q3全部导通，也不会有电流从正电压端子N1流向输出端子Ou、Ov、Ow。并且，若断开开关元件QR2，则无论开关元件Q7a、Q7b、Q8a、Q8b的状态如何，都不会有电流从中性点N3流向输出端子Ou、Ov、Ow。因此，若断开输出三相所有的开关元件Q1a及QR2、即合计6个开关元件，则无法从正电压端子N1侧及中性点N3侧提供功率，因此输出线间电压成为零，停止来自7电平逆变器的功率提供。

同样，若断开各相的负电压端子N2侧所连接的开关元件Q6a，则不会有电流从交流输出端子Ou、Ov、Ow流向负电压端子N2侧。并且，若断开开关元件QR1，则不会有电流从交流输出端子Ou、Ov、Ow流向中性点N3。因此，若断开输出三相所有的开关元件Q6a及QR1、即合计6个开关元件，则从输出端子Ou、Ov、Ow端返回到负电压端子N2侧的路径被切断，因此输出线间电压成为零，停止来自7电平逆变器的功率提供。

即使切断电路310和切断电路320分别仅一方动作，也能切断来自7电平逆变器的功率提供。在该意义上，切断电路310及320满足冗余化。

对切断电路310及320和控制信号产生装置200之间的关系进行说明。本实施方式的控制信号产生装置200为了保护主电路100U、100V、100W的开关元件，根据来自外部的切断指令，与切断电路310及320分开地根据停止序列断开各开关元件。作为实际的实现方法，考虑接收到切断指令之前的主电路的输出电压相位、输出电流流向等，从外侧的开关元件(靠近正电压端子N1侧及负电压端子N2侧的开关元件)起依次停止，最后断开与中性点相连接的开关元件QR1及QR2。另一方面，在重视功能安全的情况下，对于安全装置300，即使开关元件发生故障也能切断从7电平逆变器向负载的功率提供即可，因此只要有切断电路310及320就足够了。然而，保护主电路的开关元件不受故障影响也较为重要。因此，为了达到切断对负载的功率提供这一目的和保护主电路的开关元件这一目的双方，本实施方式如下所示那样进行。

(1)切断电路310或320在由外部输入有切断指令的情况下，也将切断指令提供给控制信号产生装置200，使控制信号产生装置200开始通常的停止序列。

(2)切断电路310或320通过接收了切断指令而将输出信号设为“0”，但延迟电路312或322延迟控制信号产生装置200的停止序列所需时间左右的延迟时间，并将该信号“0”提供给NPN晶体管311或321。在接收了切断指令后，又经过了控制信号产生装置200的停止序列所需时间左右的时间，然后切断开关元件Q1a及QR2的组或开关元件Q6a及QR1的组。

(3)关于安全装置300，向使用者表示将输入了切断指令后到完成功率切断为止的时间作为包含延迟电路312及322的延迟时间的执行时间。

(4)两个切断电路310及320中，在7电平逆变器停止时，包含对切断电路310及320是否正常动作进行诊断的诊断电路在内，对切断指令和监控信号进行诊断，在切断电路310或320发生异常的情况下，无论切断指令的状态如何，均切断功率，保持该状态。

以上为本实施方式的详细情况。

根据本实施方式，在产生切断指令时，切断主电路中与正电压端子直接连接的开关元件及集电极连接到中性点的反向阻止型开关元件的组，或切断主电路中与负电压端子直接连接的开关元件及发射极连接到中性点的反向阻止型开关元件的组，因此可获得如下效果：不会使切断电路和开关元件之间的布线数增加，不会使切断电路的规模增大，而能切断从多电平逆变器向负载的功率提供。

本实施方式中，设有如下两个切断电路：即，根据切断指令切断与正电压端子直接连接的开关元件及集电极连接到中性点的反向阻止型开关元件的组的切断电路；和根据切断指令切断与负电压端子直接连接的开关元件及发射极连接到中性点的反向阻止型开关元件的组的切断电路。因此，即使在例如一个切断电路不进行动作的情况下，另一个切断电路进行动作，因此能提高关于切断从7电平逆变器向负载的功率提供这一方面的可靠性。

根据本实施方式，并存有由控制信号产生装置200所进行的停止序列、和由切断电路310及320所进行的特定的开关元件的切断动作，因此能达到以下两个目的：即，保护主电路的开关元件这一目的，和切断从7电平逆变器向负载的功率提供这一目的。

＜实施方式2＞

图3是表示本发明所涉及的多电平逆变器的实施方式2的5电平逆变器的结构的框图。本实施方式中，主电路100Ua、100Va、100Wa的结构与上述实施方式1不同。主电路100Ua具有输出电路部110a及桥接部120a。输出电路部100a具有串联地插入于正电压端子N1及负电压端子N2之间的开关元件Q11、Q12、Q13、Q14。桥接部120a中，反向阻止型开关元件QR1及QR2与上述实施方式1相同。开关元件Q15插入于反向阻止型开关元件QR1的集电极及反向阻止型开关元件QR2的发射极的公共连接点、和开关元件Q11及Q12间的节点之间。开关元件Q16插入于反向阻止型开关元件QR1的集电极及反向阻止型开关元件QR2的发射极的公共连接点、和开关元件Q13及Q14间的节点之间。飞跨电容器Cf10插入于开关元件Q11及Q12间的节点、和开关元件Q13及Q14间的节点之间。该主电路100Ua在将电压+2E提供给正电压端子N1、将-2E提供给负电压端子N2的状态下，通过进行开关元件Q11～Q14、QR1、QR2的导通/断开的切换，能从输出端子Ou输出-2E、+E、0V、-E、-2E的各电压。以上是主电路100Ua的结构。主电路100Va、100Wa也与主电路100Ua相同。

控制信号产生装置200的结构与上述实施方式1相同。该控制信号产生装置200输出的控制信号经由多个光耦合器PC被提供给主电路内的各开关元件。安全装置300的结构也与上述实施方式1相同。

图3中，从电源P5直接向将控制信号传输给U、V、W各相的开关元件Q12、Q13、Q15、Q16的各光耦合器PC提供驱动电流。

与此相对，从电源P5s经由NPN晶体管311向将控制信号传输给U、V、W各相的开关元件Q11和反向阻止型开关元件QR2的组的光耦合器PC提供驱动电流。从电源P5s经由NPN晶体管321向将控制信号传输给U、V、W各相的开关元件Q14和反向阻止型开关元件QR1的组的光耦合器PC提供驱动电流。切断电路310的输出端子经由延迟电路312与NPN晶体管311的基极相连，切断电路320的输出端子经由延迟电路322与NPN晶体管321的基极相连。

本实施方式中，与上述实施方式1同样，在产生切断指令时，利用切断电路310切断与正电压端子N1相连的开关元件Q11和集电极连接到中性点N3的反向阻止型开关元件QR2的组，利用切断电路320切断与负电压端子N2相连的开关元件Q14和发射极连接到中性点N3的反向阻止型开关元件QR1的组。因此，能获得与上述实施方式1同样的效果。切断电路310及320和控制信号产生装置200之间的关系与上述实施方式1相同。

＜实施方式3＞

图4是表示本发明所涉及的多电平逆变器的实施方式3的3电平逆变器的结构的框图。本实施方式中，主电路100Ub、100Vb、100Wb的结构与上述实施方式1不同。主电路100Ub具有输出电路部110b及桥接部120b。输出电路部100b具有串联地插入于正电压端子N1及负电压端子N2之间的开关元件Q21、Q22。桥接部120b中，反向阻止型开关元件QR1及QR2与上述实施方式1相同。反向阻止型开关元件QR1的集电极及反向阻止型开关元件QR2的发射极的公共连接点与开关元件Q21及Q22间的连接点相连接。

该主电路100Ub在将电压+E提供给正电压端子N1、将-E提供给负电压端子N2的状态下，通过进行开关元件Q21、Q22、QR1、QR2的导通/断开的切换，能从输出端子Ou输出+E、0V、-E的各电压。以上是主电路100Ub的结构。主电路100Ub、100Wb也与主电路100Ub相同。

控制信号产生装置200的结构与上述实施方式1基本相同。该控制信号产生装置200输出的控制信号经由多个光耦合器PC被提供给主电路内的各开关元件。安全装置300的结构也与上述实施方式1相同。

图4中，从电源P5s经由NPN晶体管311向将控制信号传输给U、V、W各相的开关元件Q21和反向阻止型开关元件QR2的组的光耦合器PC提供驱动电流。从电源P5s经由NPN晶体管321向将控制信号传输给U、V、W各相的开关元件Q22和反向阻止型开关元件QR1的组的光耦合器PC提供驱动电流。与上述实施方式1相同，切断电路310的输出端子经由延迟电路312与NPN晶体管311的基极相连，切断电路320的输出端子经由延迟电路322与NPN晶体管321的基极相连。

本实施方式中，与上述实施方式1同样，在产生切断指令时，利用切断电路310切断与正电压端子N1相连的开关元件Q21和集电极连接到中性点N3的反向阻止型开关元件QR2的组，利用切断电路320切断与负电压端子N2相连的开关元件Q22和发射极连接到中性点N3的反向阻止型开关元件QR1的组。切断电路310及320和控制信号产生装置200之间的关系与上述实施方式1相同。

另外，构成多电平逆变器的各开关元件不仅是Si类半导体，也可以是由例如SiC、GaN或钻石等宽带隙半导体构成的开关元件，此外，也可以仅构成多电平逆变器的开关元件的一部分由宽带隙半导体构成。

标号说明

100U，100V，100W，100Ua，100Va，100Wa，100Ub，100Vb，100Wb主电路

N1正电压端子

N2负电压端子

N3中性点

Q1a，Q1b，Q1c，Q1d，Q2，Q3，Q4，Q5，Q6a，Q6b，Q6c，Q6d，Q7a，Q7b，Q8a，Q8b，Q11，Q12，Q13，Q14，Q15，Q16，Q21，Q22开关元件

QR1、QR2反向阻止型开关元件

110、110a、110b输出电路部

120、120a、120b桥接部

PC光耦合器

200控制信号产生装置

300安全装置

310、320切断电路

311、321NPN晶体管

312、322延迟电路。

Claims (4)

1.一种多电平逆变器，其特征在于，包括：

输出电路部，该输出电路部由串联地插入于接受直流输入电压的正电压端子与负电压端子间的多个开关元件构成，将各开关元件间的各节点中的一个节点作为交流输出端子；

桥接部，该桥接部包含第一反向阻止型开关元件和第二反向阻止型开关元件，该第一反向阻止型开关元件的发射极与产生所述正电压端子及负电压端子的各电压的中间电压的中性点相连，该第二反向阻止型开关元件的集电极与所述中性点相连，其发射极与所述第一反向阻止型开关元件的集电极相连，在所述中性点和所述输出电路部的各开关元件间的任一节点之间形成包含所述第一反向阻止型开关元件和所述第二反向阻止型开关元件的电流路径；

控制信号产生单元，该控制信号产生单元生成对所述输出电路部及所述桥接部的各开关元件的导通/断开进行切换的控制信号；以及

切断单元，在输入有用于切断所述交流输出端子的输出电压的切断指令时，无论所述控制信号的状态如何，该切断单元切断所述输出电路部中的与所述正电压端子直接连接的开关元件和所述第二反向阻止型开关元件的组,或切断所述输出电路部中的与所述负电压端子直接连接的开关元件和所述第一反向阻止型开关元件的组。

2.如权利要求1所述的多电平逆变器，其特征在于，

在输入有切断指令时，无论所述控制信号的状态如何，所述切断单元切断以下两个组：即，所述输出电路部中的与所述正电压端子直接连接的开关元件和所述第二反向阻止型开关元件的组,以及所述输出电路部中的与所述负电压端子直接连接的开关元件和所述第一反向阻止型开关元件的组。

3.如权利要求1所述的多电平逆变器，其特征在于，

在输入有切断指令的情况下，所述切断单元将所述切断指令提供给所述控制信号产生单元，之后，在延迟了规定时间后切断所述输出电路部中的与所述正电压端子直接连接的开关元件和所述第二反向阻止型开关元件的组，或切断所述输出电路部中的与所述负电压端子直接连接的开关元件和所述第一反向阻止型开关元件的组，

接收到所述切断指令的控制信号产生单元根据规定的停止序列，依次切断所述输出电路部及所述桥接部的各开关元件。

4.如权利要求2所述的多电平逆变器，其特征在于，

在输入有切断指令的情况下，所述切断单元将所述切断指令提供给所述控制信号产生单元，之后，在延迟了规定时间后切断所述输出电路部中的与所述正电压端子直接连接的开关元件和所述第二反向阻止型开关元件的组，或切断所述输出电路部中的与所述负电压端子直接连接的开关元件和所述第一反向阻止型开关元件的组，

接收到所述切断指令的控制信号产生单元根据规定的停止序列，依次切断所述输出电路部及所述桥接部的各开关元件。