CN106067738A - 电力变换装置 - Google Patents

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Abstract

在以往技术中，希望共模噪声的降低。一种电力变换装置，具备第1～第6开关元件、第1～第10二极管、第1～第4电容器和控制部；上述第1～第4电容器分别与上述第1～第4开关元件并联连接；上述第7二极管与上述第1电容器串联连接且与上述第1开关元件反并联连接；上述第8二极管与上述第2电容器串联连接且与上述第2开关元件并联连接；上述第9二极管与上述第3电容器串联连接且与上述第3开关元件反并联连接；上述第10二极管与上述第4电容器串联连接且与上述第4开关元件并联连接。

Description

电力变换装置
技术领域
本发明涉及对电力进行变换的电力变换装置。
背景技术
在专利文献1中，公开了具备逆变器部和钳位部的逆变器装置。
专利文献1：特开2014－209841号公报
发明内容
在以往技术中，希望共模噪声的降低。
本申请的一技术方案的电力变换电路具备第1～第6开关元件、第1～第10二极管、第1～第4电容器和控制部；上述第1开关元件的第2端与上述第2开关元件的第1端在第1连接点处连接；上述第3开关元件的第2端与上述第4开关元件的第1端在第2连接点处连接；上述第1开关元件的第1端与上述第3开关元件的第1端在第3连接点处连接；上述第2开关元件的第2端与上述第4开关元件的第2端在第4连接点处连接；上述第5开关元件的第2端与上述第1连接点在第5连接点处连接；上述第6开关元件的第2端与上述第2连接点在第6连接点处连接；上述第5开关元件的第1端与上述第6开关元件的第1端连接；在上述第3连接点与上述第4连接点之间被输入输入电压；上述控制部通过控制上述第1～第6开关元件的通断，将上述输入电压变换为输出电压；从上述第5连接点与上述第6连接点之间输出上述输出电压；上述第1～第4二极管分别与上述第1～第4开关元件反并联连接；上述第5二极管与上述第5开关元件并联连接；上述第6二极管与上述第6开关元件并联连接；上述第1～第4电容器分别与上述第1～第4开关元件并联连接；上述第7二极管与上述第1电容器串联连接、并且与上述第1开关元件反并联连接；上述第8二极管与上述第2电容器串联连接、并且与上述第2开关元件并联连接；上述第9二极管与上述第3电容器串联连接、并且与上述第3开关元件反并联连接；上述第10二极管与上述第4电容器串联连接、并且与上述第4开关元件并联连接。
根据本申请，能够降低共模噪声。
附图说明
图1是表示实施方式1的电力变换装置1000的概略结构的电路图。
图2是表示实施方式1的开关动作的时间图。
图3是表示共模电压的产生状态的图。
图4是表示共模电压的产生状态的图。
图5是表示作为实施方式1的变形例的电力变换装置1100的概略结构的电路图。
标号说明
2 逆变器部
5 钳位部
6 控制部
1000 电力变换装置
1100 电力变换装置
具体实施方式
以下，参照附图说明实施方式。
首先，下面说明本发明者的着眼点。
输出钳位方式的逆变器装置与其他方式的逆变器装置的动作不同。因此，输出钳位方式的逆变器装置容易发生共模噪声。
特别是，由于开关元件的关断(turn off)的定时的偏差，在逆变器部的输出的U相和W相发生共模成分。这成为高频电磁噪声的原因。
例如，与开关元件并联连接电容器，通过使开关速度变慢，能够抑制噪声。
即，如果通过电容器使开关速度变慢，则包含在脉冲状电压中的高频成分减少。由此，能够降低向设备外部传导的噪声。
但是，如果使开关速度变慢，则开关损失增加，效率变差。此外，需要的停滞时间变长，设备的控制性恶化。
基于以上的着眼点，本发明者创作出本申请的结构。
(实施方式1)
图1是表示实施方式1的电力变换装置1000的概略结构的电路图。
实施方式1的电力变换装置1000例如具有将直流电压变换为交流电压的功能。
实施方式1的电力变换装置1000具备逆变器部2和钳位部5。
更具体地讲，实施方式1的电力变换装置1000具备第1～第6开关元件Q1～Q6、第1～第10二极管D1～D10、第1～第4电容器C1～C4和控制部6。
第1开关元件Q1的第2端(例如发射极端子)和第2开关元件Q2的第1端(例如集电极端子)在第1连接点a1处连接。
第3开关元件Q3的第2端(例如发射极端子)与第4开关元件Q4的第1端(例如集电极端子)在第2连接点a2处连接。
第1开关元件Q1的第1端(例如集电极端子)与第3开关元件Q3的第1端(例如集电极端子)在第3连接点a3处连接。
第2开关元件Q2的第2端(例如发射极端子)与第4开关元件Q4的第2端(例如发射极端子)在第4连接点a4处连接。
第5开关元件Q5的第2端(例如发射极端子)与第1连接点a1在第5连接点a5处连接。
第6开关元件Q6的第2端(例如发射极端子)与第2连接点a2在第6连接点a6处连接。
第5开关元件Q5的第1端(例如集电极端子)与第6开关元件Q6的第1端(例如集电极端子)连接。
在第3连接点a3与第4连接点a4之间被输入输入电压。
控制部6通过控制第1～第6开关元件Q1～Q6的通断，将该输入电压变换为输出电压。
从第5连接点a5与第6连接点a6之间输出该输出电压。
第1～第4二极管D1～D4分别与第1～第4开关元件Q1～Q4反并联连接。
第5二极管D5与第5开关元件Q5并联连接。
第6二极管D6与第6开关元件Q6并联连接。
第1～第4电容器C1～C4分别与第1～第4开关元件Q1～Q4并联连接。
第7二极管D7与第1电容器C1串联连接、并且与第1开关元件Q1反并联连接。
第8二极管D8与第2电容器C2串联连接、并且与第2开关元件Q2并联连接。
第9二极管D9与第3电容器C3串联连接、并且与第3开关元件Q3反并联连接。
第10二极管D10与第4电容器C4串联连接、并且与第4开关元件Q4并联连接。
根据以上的结构，能够在抑制开关损失的增加的同时降低共模噪声。
另外，所谓“反并联连接”，表示规定的两个元件并联连接、并且该两个元件的导通方向相互相反的形态。
上述的输入电压例如是直流电压。输入电压例如也可以从直流电压源3等供给。
上述的输出电压例如是交流电压。输出电压例如也可以被供给到负载4等。
图2是表示实施方式1的开关动作的时间图。
期间Tp1是第1开关元件Q1和第4开关元件Q4为接通状态、并且第5开关元件Q5为断开状态的期间。
期间Tp2是第1开关元件Q1和第4开关元件Q4为断开状态、并且第5开关元件Q5为接通状态的期间。
期间Tn1是第2开关元件Q2和第3开关元件Q3为接通状态、并且第6开关元件Q6为断开状态的期间。
期间Tn2是第2开关元件Q2和第3开关元件Q3为断开状态、并且第6开关元件Q6为接通状态的期间。
控制部6在某期间Tp中，使第2开关元件Q2和第3开关元件Q3成为断开状态，并且使第6开关元件Q6成为接通状态。在该期间Tp中，控制部6一边将期间Tp1的长度调制，一边将期间Tp1和期间Tp2交替地重复。
此外，控制部6在另一期间Tn中，使第1开关元件Q1和第4开关元件Q4成为断开状态，并且使第5开关元件Q5成为接通状态。在该期间Tn中，控制部6一边将期间Tn1的长度调制，一边将期间Tn1和期间Tn2交替地重复。
通过以上的动作，将作为输入电压的直流电压变换为作为输出电压的交流电压。
这样，实施方式1的电力变换装置1000中，进行开关的开关元件根据输出交流电压的极性而变化。
在输出电压为正极性的定时，第1开关元件Q1、第1开关元件Q4和第5开关元件Q5具有停滞时间而互补地开关。此时，第2开关元件Q2和第3开关元件Q3维持断开状态。此外，第6开关元件Q6维持接通状态。
在输出电压为负极性的定时，第2开关元件Q2、第3开关元件Q3和第6开关元件Q6具有停滞时间而互补地开关。此时，第1开关元件Q1和第4开关元件Q4维持断开状态。此外，第5开关元件Q5维持接通状态。
控制部6例如也可以如图2所示基于三角波－正弦波方式制作出控制脉冲。
通过以上那样的PWM控制，控制部6切换逆变器部2及钳位部5的开关元件Q1～Q6的接通/断开状态(进行开关)。
由此，控制部6例如能够对负载4施加近似于交流波形的电流或电压。
另外，控制部6的PWM控制也可以通过软件控制来实现。或者，控制部6的PWM控制也可以通过使用比较器等的模拟电路来实现。另外，控制部6例如也可以由处理器(例如，CPU(Central Processing Unit)，MPU(Micro－Processing Unit)等)和存储器构成。此时，该处理器通过将存储在存储器中的程序读出并执行，来执行在本申请中示出的控制方法。
图3是表示共模电压的产生状态的图。
图3例如是没有各开关元件的特性偏差的情况下(即，理想的条件下的情况下)的图。
图3的(a)表示第1开关元件Q1和第4开关元件Q4关断时的第1连接点a1的电压状态和第2连接点a2的电压状态。
图3的(b)表示与图3的(a)对应的共模噪声的电压状态。
在第1开关元件Q1和第4开关元件Q4将要关断前的状态(即，第1开关元件Q1和第4开关元件Q4是接通状态)下，电流从直流电源3的正极以第1开关元件Q1、第1电抗器L1、负载4、第2电抗器L2、第4开关元件Q4、直流电源3的负极的路径流动。
在图3中的时刻t11，开始U相和W相的转变。即，第1开关元件Q1和第4开关元件Q4关断。于是，第1电抗器L1和第2电抗器L2成为电流源，第1～第4开关元件Q1～Q4的寄生电容被充放电。结果，第1连接点a1的电压下降，并且第2连接点a2的电压上升。
在图3中的时刻t12，第1连接点a1和第2连接点a2成为同电位。于是，第5二极管D5导通。由此，第1电抗器L1和第2电抗器L2的电流以第1电抗器L1、负载4、第2电抗器L2、第6开关元件Q6、第5二极管D5的路径流动。
从第1开关元件Q1和第4开关元件Q4的关断开始起经过停滞时间后，第5开关元件Q5接通。于是，第1电抗器L1和第2电抗器L2的电流流过第1电抗器L1、负载4、第2电抗器L2、第6开关元件Q6、第5开关元件Q5中。由此，开关完成。
这样，在图3中，在第1连接点a1和第2连接点a2成为同电位的瞬间，钳位开启。因而，共模电压较稳定。即，如果动作在理想的条件下进行，则第1连接点a1和第2连接点a2成为同电位的定时的共模电压为0。
图4是表示共模电压的产生状态的图。
图4例如是有各开关元件的特性偏差的情况下(即，不是理想的条件的情况下)的图。
图4的(a)表示第1开关元件Q1和第4开关元件Q4关断时的第1连接点a1的电压状态和第2连接点a2的电压状态。
图4的(b)表示与图4的(a)对应的共模噪声的电压状态。
在图4中的时刻t21，开始W相的转变。
在图4中的时刻t22，开始U相的转变。
即，通过具有各开关元件的特性偏差，转变的定时发生规定时间的偏离。
在图4中的时刻t23，在具有共模电压的状态下，钳位开启。
在图4中的时刻t23到时刻t24，经由寄生电容，电压逐渐衰减。
此时，产生如图4的(b)所示的共模电压。
如以上这样，通过具有各开关元件的特性偏差，产生共模电压。
实施方式1的电力变换装置1000仅对单极性的共模噪声具有抑制效果。
例如，在负载侧的共模电压与直流电源侧的共模电压相比为高电位的情况下，第7～第10二极管D7～D10成为导通状态，电容器发挥噪声抑制效果。
在负载侧的共模电压与直流电源侧的共模电压相比为低电位的情况下，在二极管上被施加逆电压，电流不易流过。
例如，在输出电压是正极性的情况下，第1开关元件Q1和第4开关元件Q4进行开关。
与第1开关元件Q1并联连接的包括寄生电容的电容器被充电、并且与第2开关元件Q2并联连接的包括寄生电容的电容器放电，从而第1开关元件Q1的关断完成。
此时，在第7二极管D7和第8二极管D8上被施加逆电压。因此，第1电容器C1和第2电容器C2的充放电不贡献于开关。
因此，不会因第1电容器C1和第2电容器而开关速度变慢。
如以上那样，实施方式1的电力变换装置1000起到抑制由零件的偏差引起的共模噪声的效果。即，能够不使开关时间变慢地抑制噪声。由此，起到不使开关损失增加而降低传导噪声的效果。进而，起到不使控制性恶化而降低传导噪声的效果。
另外，在实施方式1中，作为开关元件可以使用例如IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor)等晶体管。
此外，实施方式1的电力变换装置1000也可以不具备第1电抗器L1和第2电抗器L2。
此时，如图1所示，第1电抗器L1也可以设在第5连接点a5与输出侧之间。
此外，如图1所示，第1电抗器L2也可以设在第6连接点a6与输出侧之间。
通过具备第1电抗器L1或第2电抗器L2，能够使电流变化变少。
此外，控制部6也可以在从第1开关元件Q1从接通状态成为断开状态的时刻偏离了规定时间的时刻，使第4开关元件Q4从接通状态成为断开状态。
或者，控制部6也可以在从第2开关元件Q2从接通状态成为断开状态的时刻偏离了规定时间的时刻，使第3开关元件Q3从接通状态成为断开状态。
根据以上的结构，能够控制各开关元件的关断的定时的偏差。由此，能够控制共模噪声的极性。
此外，控制部6也可以包括驱动信号生成部和信号延迟部。
驱动信号生成部生成用于将第1～第4开关元件Q1～Q4分别通断控制的第1～第4驱动信号。
信号延迟部通过使第1～第4驱动信号中的至少1个延迟，产生上述规定时间的偏离。
根据以上的结构，能够通过简单的结构来控制各开关元件的关断的定时的偏差。
图5是表示作为实施方式1的变形例的电力变换装置1100的概略结构的电路图。
在作为实施方式1的变形例的电力变换装置1100中，控制部6包括驱动信号生成部10、第1信号延迟部8和第2信号延迟部9。
驱动信号生成部10生成用于将第1～第6开关元件Q1～Q6分别通断控制的第1～第6驱动信号。
第1信号延迟部8和第2信号延迟部9对从驱动信号生成部10输出的信号附加一定的延迟时间。
另外，第1信号延迟部8和第2信号延迟部9也可以通过软件控制来实现。或者，第1信号延迟部8和第2信号延迟部9也可以通过模拟电路来实现。
根据以上的结构，能够通过由第1信号延迟部8和第2信号延迟部9附加的延迟时间来控制根据零件的特性决定的共模电压的波形形状。
即，通过由第1信号延迟部8和第2信号延迟部9进行的控制，能够控制伴随于开关动作发生的共模噪声的极性。
例如，通过第1信号延迟部8，能够使第1开关元件Q1的关断比第4开关元件Q4的关断慢。此时，共模电压仅以正极性产生。
或者，通过第1信号延迟部8能够使第1开关元件Q1的关断比第4开关元件Q4的关断快。此时，共模电压仅以负极性产生。
另外，关于第2信号延迟部9的动作，与第1信号延迟部8是同样的，所以详细的说明省略。
根据以上的结构，能够控制各开关元件的关断的定时的偏差。由此，能够将共模电压的极性固定为希望的极性。例如，能够进行控制以使负载侧的共模电压成为比直流电源侧的共模电压高的电位。由此，第7～第10二极管D7～D10成为导通状态，电容器发挥噪声抑制效果。
另外，如图5所示，控制部6也可以具备将从驱动信号生成部10输出的控制信号(驱动信号)放大为规定的电压的放大电路。
本申请的电力变换装置可以利用于功率调节器、旋转机驱动用逆变器等。

Claims (4)

1.一种电力变换装置，其特征在于，
具备第1～第6开关元件、第1～第10二极管、第1～第4电容器和控制部；
上述第1开关元件的第2端与上述第2开关元件的第1端在第1连接点处连接；
上述第3开关元件的第2端与上述第4开关元件的第1端在第2连接点处连接；
上述第1开关元件的第1端与上述第3开关元件的第1端在第3连接点处连接；
上述第2开关元件的第2端与上述第4开关元件的第2端在第4连接点处连接；
上述第5开关元件的第2端与上述第1连接点在第5连接点处连接；
上述第6开关元件的第2端与上述第2连接点在第6连接点处连接；
上述第5开关元件的第1端与上述第6开关元件的第1端连接；
输入电压被输入到上述第3连接点与上述第4连接点之间；
上述控制部通过控制上述第1～第6开关元件的通断，将上述输入电压变换为输出电压；
从上述第5连接点与上述第6连接点之间输出上述输出电压；
上述第1～第4二极管分别与上述第1～第4开关元件反并联连接；
上述第5二极管与上述第5开关元件并联连接；
上述第6二极管与上述第6开关元件并联连接；
上述第1～第4电容器分别与上述第1～第4开关元件并联连接；
上述第7二极管与上述第1电容器串联连接、并且与上述第1开关元件反并联连接；
上述第8二极管与上述第2电容器串联连接、并且与上述第2开关元件并联连接；
上述第9二极管与上述第3电容器串联连接、并且与上述第3开关元件反并联连接；
上述第10二极管与上述第4电容器串联连接、并且与上述第4开关元件并联连接。
2.如权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
上述控制部在从上述第1开关元件从接通状态成为断开状态的时刻偏离规定时间的时刻，使上述第4开关元件从接通状态成为断开状态，或者在从上述第2开关元件从接通状态成为断开状态的时刻偏离规定时间的时刻，使上述第3开关元件从接通状态成为断开状态。
3.如权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于，
上述控制部包括驱动信号生成部和信号延迟部；
上述驱动信号生成部生成用于将上述第1～第4开关元件分别通断控制的第1～第4驱动信号；
上述信号延迟部通过使上述第1～第4驱动信号中的至少1个延迟，产生上述规定时间的偏离。
4.如权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
在将上述第1开关元件和上述第4开关元件为接通状态且上述第5开关元件为断开状态的期间设为期间Tp1、
将上述第1开关元件和上述第4开关元件为断开状态且上述第5开关元件为接通状态的期间设为期间Tp2、
将上述第2开关元件和上述第3开关元件为接通状态且上述第6开关元件为断开状态的期间设为期间Tn1、
将上述第2开关元件和上述第3开关元件为断开状态且上述第6开关元件为接通状态的期间设为期间Tn2时，
上述控制部在上述第2开关元件和上述第3开关元件为断开状态且上述第6开关元件为接通状态的期间中，将上述期间Tp1和上述期间Tp2交替地重复并且调制上述期间Tp1的长度，并且在上述第1开关元件和上述第4开关元件为断开状态且上述第5开关元件为接通状态的期间中，将上述期间Tn1和上述期间Tn2交替地重复并且调制上述期间Tn1的长度。
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