CN1276927A - 三电平中性点箝位式反相电路 - Google Patents

三电平中性点箝位式反相电路 Download PDF

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Abstract

一种三电平中性点箝位式反相电路,具有正母线4与负母线5与中性线6,在正母线4与相电压输出端子间10以及负母线5与相电压输出端子10间分别串联连接第一及第二IGBT11、12和第三及第四IGBT13、14,其特征为具备:设于正母线4与中性线6之间的第一缓冲电容器21,设于负母线5与中性线6之间的第二缓冲电容器22,及在正母线4连接有阴极而在相电压输出端子10连接有阳极的第一缓冲二极管23,及在负母线5连接有阳极而在相电压输出端子10连接有阴极的第二缓冲二极管24。

Description

三电平中性点箝位式反相电路
发明所属的技术领域
本发明涉及一种形成实行马达的可变速驱动运转或系统间联系等的电力变换装置的中性点箝位式反相电路。
现有技术
作为中性点箝位式反相电路的缓冲电路，有例如揭示在日本特开平7-135781号公报或日本特开平8-294285号公报，一般为在每一各开关元件设置缓冲电路的个别缓冲电路方式。
在日本特开平7-135781号公报中，揭示了在每一各开关元件，配设电阻器与电容器及二极管所构成的缓冲电路，在停止反相器时，不会由于过电压而损坏开关元件地使之停止的控制方法。
又，在日本特开平8-294285号公报中，揭示了在每一各开关元件，设置电阻器与电容器及二极管所构成的缓冲电路，而在该缓冲电路，作为施加电源电压一半的电压的电压箝位式缓冲电路而能减少缓冲电路损失的技术。
然而，欲在比较中小电容的中性点箝位式反相电路设置缓冲电路时，若作为每一各开关元件的个别缓冲方式时，则有零件数增多，缓冲电路的成本变高的缺失。
本发明的目的是在于提供一种可减少缓冲电路的零件数的三电平中性点箝位式反相电路。
解决课题所用的手段
本发明的三电平中性点箝位式反相电路，是具有正母线与负母线与中性线，而在上述正母线与相电压输出端子间以及上述负母线与相电压输出端子间分别串联连接多个开关元件的三位电平中性点箝位式反相电路，其特征为具备：设于上述正母线与上述中性线之间的第一缓冲电容器，及设于上述负母线与上述中性线之间的第二缓冲电容器，及在上述正母线连接有阴极而在上述相电压输出端子连接有阳极的第一缓冲二极管，及在上述负母线连接有阳极而在上述相电压输出端子连接有阴极的第二缓冲二极管。
又，本发明之三电平中性点箝位式反相电路，是具有正母线与负母线与中性线，而在上述正母线与相电压输出端子间以及上述负母线与相电压输出端子间分别串联连接多个开关元件的三位电平中性点箝位式反相电路，其特征为具备：
具有在上述正母线连接阳极之一方的二极管，且连接于该一方的二极管的阴极与上述中性线之间的第一缓冲电容器及与上述一方的二极管并联地连接的第一放电电阻器的第一RCD缓冲电路，及具有在上述负母线连接阴极的另一方的二极管，且连接于该另一方的二极管的阳极与上述中性线之间的第二缓冲电容器及与上述另一方的二极管并联地连接的第二放电电阻器的第二RCD缓冲电路，及在上述第一RCD缓冲电路的上述一方的二极管与上述第一缓冲电容器的连接点连接阴极且在相电压输出端子连接阴极的第一缓冲二极管，及在上述第二RCD缓冲电路的上述另一方的二极管与上述第二缓冲电容器的连接点连接阳极且在相电压输出端子连接阴极的第二缓冲二极管。
依照本发明，具有正母线与负母线与中性线，而在上述正母线与相电压输出端子之间以及上述负母线与相电压输出端子之间分别串联连接多个开关元件的三电平中性点箝位式反相电路，由于并不是每一各开关元件设置缓冲电路，而是在正负母线与中性线之间设置第一、第二缓冲电容器或第一、第二RCD缓冲电路，又，正负母线与相电压输出端子之间或是第一、第RCD缓冲电路与相电压输出端子之间设置第一、第二缓冲二极管的构成，因此，以较少的零件数形成缓冲电路。故即使对于中小电容之三电平中性点箝位式反相电路，也不会有上升成本地设置缓冲电路而可提高反相电路的品质。又，反相器装置的尺寸也不会增大。
附图的简单说明
图1是表示根据本发明的第一实施型态的反相电路的一相分量的电路图；
图2是表示于图1的电路的缓冲动作说明图；其中，
图2(a)是表示第一、第二IGBT从导通状态至第一IGBT成为断开的经过的说明图；
图2(b)是表示第二、第三IGBT从导通状态至第二IGBT成为断开的经过的说明图；
图2(c)是表示第三、第四IGBT从导通状态至第四IGBT成为断开的经过的说明图；
图2(d)是表示第二、第三IGBT从导通状态至第三IGBT成为断开的经过的说明图；
图3是表示根据本发明的第二实施型态的反相电路的一相分量的电路图；
图4是表示在图3的电路的缓冲动作说明图；其中，
图4(a)是表示第一、第二IGBT从导通状态至第一IGBT成为断开的经过的说明图；
图4(b)是表示第二、第三IGBT从导通状态成为第二IGBT成为断开的经过的说明图；
图4(c)是表示第三、第四IGBT从导通状态至第四IGBT成为断开的经过的说明图；
图4(d)是表示第二、第三IGBT从导通状态至第三IGBT成为断开的经过的说明图。
记号的说明
1  电源
4  正母线
5  负母线
6  中性线
7～9  配线电抗
10  相电压输出端子
11  第一IGBT
12  第二IGBT
13  第三IGBT
14  第四IGBT
15、16  箝位二极管
17～20  环流二极管
21、26  第一缓冲电容器
22、30  第二缓冲电容器
23、33  第一缓冲二极管
24、34  第一缓冲二极管
25  一方之二极管
27  第一放电电阻器
28  第一RCD缓冲电路
29  另一方之二极管
31  第二放电电阻器
32  第一RCD缓冲电路
发明的实施形态
以下，参照附图说明本发明的实施形态。
图1是按照本发明的三位电平中性点箝位式反相电路的一相分量的电路图。与电源1并联地连接有平滑电容器2与平滑电容器3的串联连接电路，而正母线4、负母线5、中性线6的配线电抗分别明示作为电抗7、8、9。在正母线4与相电压输出端子10之间，串联连接有形成开关元件的第一IGBT(绝缘栅双极晶体管)11及第二IGBT 12。又，在负母线5与相电压输出端子10之间，同样地串联连有形成开关元件的第三IGBT 13及第四IGBT 14。又，在第一IGBT11及第二IGBT 12的连接点，连接有将阳极连接于中性线6的其中一方的箝位二极管15的阴极，而在第三IGBT 13及第四IGBT 14的连接点，连接有将阴极连接于中性线6的另一方的箝位二极管16的阴极。如此，在各IGBT 11、12、13、14分别并联地连接有第一续流二极管17、第二续流二极管18、第三续流二极管19、及第四续流二极管20。
在此种反相电路中，依照本发明，在正母线4与中性线6之间连接第一缓冲电容器21，而在负母线5与中性线6之间连接第二缓冲电容器22，又，在正母线4连接有阴极而在相电压输出端子10连接有阳极的第一缓冲二极管23，及在负母线5连接有阳极而在相电压输出端子10连接有阴极的第二缓冲二极管24，以使之具有缓冲功能。
图2(a)、(b)、(c)、(d)是表示图1的电路之动作图。在图中将存在于从平滑电容器2、3至IGBT 11、12、13、14为止的配线的电抗表示作为电抗器7、8、9，而发生于形成闭关元件的IGBT的突波的主要原因，是由于该配线的电抗分量的存在。
在图2(a)中，第一、第二IGBT 11、12成为导通，第三、第四IGBT13、14成为断开状态，而电流流在虚线的路径时，第一IGBT 11成为关闭时，存储在电抗7的能量是经图2(a)的粗线的路径对第一缓冲电容器21进行充电。电抗7所具有的能量移动至第一缓冲电容器21时粗线的电流路径被切断，电流成为从中性线6经其中一方箝位二极管15、第二IGBT 12流至相电压输出端子10。又，作为电荷储存于第一缓冲电容器21的过剩能量被放电至平滑电容器2。
在图2(b)，第二、第三IGBT 12、13成为导通，第一、第四IGBT11、14成为断开状态，而电流电在虚线的路径时，第二IGBT 12成为关闭时，存储在电抗8之能量系经图2(b)的粗线的路径对第二缓冲电容器22充电。电抗8具有的能量移动至第二缓冲电容器22时粗线的电流路径被切断，电流是从平滑电容器3的负极侧经第一缓冲二极管24流至相电压输出端子10。由于反相电路的环流电流成为不流在第二、第四续流二极管19、20，而流在第二缓冲二极管24，因此，在第二缓冲二极管24成为需要与第三、第四IGBT 13、14相同程度的电流电容。又，作为电荷储存于第二缓冲电容器22的过剩能量被放电至平滑电容器3。
在图2(c)，第三、第四IGBT 13、14成为导通，第一、第二IGBT11、12成为断开状态，而电流流在虚线的路径时，第四IGBT 14成为关闭时，存储在电抗9的能量是经图2(c)的粗线的路径时成为对第二缓冲电容器22充电。电抗9具有的能量移动至第二缓冲电容器22时粗线的电流路径被切断，电流成为经第三IGBT 13，另一方的箝位二极管16而流至中性线6。又，作为电荷储存于第二缓冲电容器22的过剩能量被放电至平滑电容器3。
在图2(d)，第二、第三IGBT 12、13成为导通，第一、第四IGBT11、14成为断开状态，而电流流在虚线的路径时，第三IGBT 13成为关闭时，存储在电抗8的能量图2(d)的粗线的路径时成为对第一缓冲电容器21充电。电抗8具有的能量被放出时，粗线的电流路径是被切断，电流经第一缓冲二极管23流至平滑电容器2的正极侧。所以，反相电路的环流电流成为不流在第一续流二极管17、第二续流二极管18，而流在第一缓冲二极管23，因此，在第一缓冲二极管23也成为需要与第一、第二IGBT 11、12相同程度的电流电容。作为电荷储存于第一缓冲电容器21的过剩能量被放电至平滑电容器2。
以下，参照图3说明本发明的第2实施形态。
图3表示按照本发明的三位电平中性点箝位式反相电路之一相分量的电路图，与图1相同部分系以相同记号表示。
与电源1并联地连接有平滑电容器2与平滑电容器3的串联连接电路，而正母线4、负母线5、中性线6的配线电抗分别明示作为电抗7、8、9。在正母线4与相电压输出端子10之间，串联连接有形成开关元件的第一IGBT 11及第二IGBT 12。又，在负母线5与相电压输出端子10之间，同样地串联连接有形成开关元件的第三IGBT13及第四IGBT 14。又，在第一IGBT 11及第二IGBT 12的连接点，连接有将阳极连接于中性线6的其中一方的箝位二极管15的阴极，而在第三IGBT 13及第四IGBT 14的连接点，连接有将阴极连接于中性线6的另一方的箝位二极管16的阳极。如此，在各IGBT 11、12、13、14分别并联地连接有第一续流二极管17、第二续流二极管18、第三续流二极管19、及第四续流二极管20。
在上述构成的反相电路，依照本发明，于上述正母线4设置在连接有阳极之一方之二极管25的阴极与中性线6之间连接第一缓冲电容器26，而与上述一方之二极管25并联地连接第一放电电阻器27的第RCD缓冲电路28，于上述负母线5设置在连接有阴极的另一方之二极管29的阳极与中性线6之间连接第二缓冲电容器30，而与上述另一方之二极管29并联地连接第三放电电阻器31的第二RCD缓冲电路32。又，设置在上述第一RCD缓冲电路28之一方之二极管25与第一缓冲电容器26的连接点连接有阴极且于相电压输出端子10连接有阳极的第一缓冲二极管33，及在上述第二RCD缓冲电路32的另一方之二极管29与第二缓冲电容器30的连接点连接有阳极且于相电压输出端子10连接有阴极的第二缓冲二极管34。
以下，参照图4说明该实施形态的缓冲动作。图4是表示图3的反相电路的动作。在图中将存在于从平滑电容器2、3至各IGBT 11、12、13、14为止的配线的电抗表示作为电抗器7、8、9，而发生在形成开关元件的IGBT的突波的主要原因，是由于该配线的电抗分量的存在。
在图4(a)，第一、第二IGBT 11、12成为导通、第三、第四IGBT13、14成为断开状态，而电流流在虚线的路径时，第一IGBT 11成为关闭时，存储在电抗7的能量是经图4(a)的粗线的路径成为对第一缓冲电容器26充电。电抗7具有的能量移动至第一缓冲电容器26时粗线的电流路径被切断，电流成为从中性线6经其中一方的箝位二极管15与第二IGBT 12流至相电压输出端子10。又，作为电荷储存于第一缓冲电容器26的能量在第一缓冲电容器26未在充电状态的期间，经第一放电电阻器27，而在图示的放电路径被放电至平滑电容器2的一方。在该放电，由于反相电路的连接为中性点箝位式，因此，第一缓冲电容器26的两端电压系只放电至与平滑电容器2的两端电压大略相同为止，第一缓冲电容器26的两端电压是不会成为零。因此，与第一缓冲电容器26的两端电压是成为零的方式的缓冲电路比较可将由于突波的损失抑制成较低。
在图4(b)，第一、第四IGBT 11、14成为断开，第二、第三IGBT12、13成为导通状态，而电流流在虚线的路径时，第二IGBT 12成为关闭时，存储在电抗8的能量是经图4(b)的粗线的路径成为对第二缓冲电容器30充电。电抗8具有的能量移动至第二缓冲电容器22时粗线的电流路径是被切断，电流从平滑电容器3的负极侧经第四续流二极管20、第三续流二极管19流动。又，作为电容储存于第二缓冲电容器30的能量是在第二缓冲电容器30未在充电状态之期间经第二放电电阻器31，而在图示的放电路径被放电至平流电容器3之一方。在该放电，也由于反相电路的连接方式，第二缓冲电容器30的两端电压是只放电至与平滑电容器3的两端电压大略相同为止，故第二缓冲电容器30的两端电压是不会成为零。因此，此时与第二缓冲电容器30之两端电压是成为零之方式的缓冲电路比较也可将由于突波的损失抑制成较低。
在图4(c)，第一、第二IGBT 11、12成为断开，第三、第四IGBT13、14成为导通状态，而电流流在虚线的路径时，第四IGBT 14成为关闭时，存储在电抗9的能量系经第4(c)图的粗线的路径成为对第二缓冲电容器30充电。电抗9具有的能量移动至第二缓冲电容顺30时粗线的电流路径是被切断，电流成为经第三IGBT 13、另一方的箝位二极管16、中性线6流动。又，作为电荷储存于第二缓冲电容器30的能量在第二缓冲电容器30未在充电状态之期间，经第二放电电阻器31，而在图示的放电路径被放电至平滑电容器3的一方。在该放电，也由于反相电路的连接方式，第二缓冲电容器30的两端电压系只放电至与平滑电容器3的两端电压大略相同为止，故第二缓冲电容器30的两端电压是不会成为零。因此，此时也与第二缓冲电容器30的两端电压是成为零的方式的缓冲电路比较也可将由于突波的损失抑制成较低。
图4(d)，第一、第四IGBT 11、14成为断开，第二、第三IGBT 12、13成为断开状态，而电流流在虚线的路径时，第三IGBT 13成为关闭时，存储在电抗8的能量是经图4(d)的粗线的路径成为对第一缓冲电容器26充电。电抗8具有的量能被放出时，粗线的电流路径是被切断，电流经第二续流二极管18、第一续流二极管17、平滑电容器2的正极成为流通。又，作为电荷储存于第一缓冲电容器26的能量是在第一缓冲电容器26未在充电状态之期间，经第一放电电阻器27，而在图示的放电路径被放电至平滑电容器2之一方。在该放电，也由于反相电路的连接方式，第一缓冲电容器26的两端电压是只放电至与平滑电容器2的两端电压大略相同为止，故第二缓冲电容器26的两端电压不会成为零。因此，此时与第一缓冲电容器26的两端电压是成为零的方式的缓冲电路比较也可将由于突波的损失抑制成较低。
发明的效果
如上所述，依照本发明，一种三电平中性点箝位式反相电路，属于具有正母线与负母线与中性线，而在正母线与相电压输出端子间以及负母线与相电压输出端子间分别串联连接多个开关元件的三电平中性点箝位式反相电路，由于可构成正负母线与中性线之间设置第一、第二缓冲电容器或第一、第二RCD缓冲电路，又，在正负母线与相电压输出端子之间或第一、第二RCD缓冲电路与相电压输出端子之间设置第一、第二缓冲二极管，因此，提供与以往的个别缓冲方式比较以较少零件可设置缓冲电路，对于中小电容的三电平中性点箝位式反相电路，可抑制成本上升，并可提高缓冲功能，而在经济上提高品质与使用上的方便。

Claims (2)

1.一种三电平中性点箝位式反相电路，具有正母线与负母线与中性线，而在上述正母线与相电压输出端子间以及上述负母线与相电压输出端子间分别串联连接多个开关元件，其特征在于，它具备：设于上述正母线与上述中性线之间的第一缓冲电容器，及设于上述负母线与上述中性线之间的第二缓冲电容器，及在上述正母线连接有阴极而在上述相电压输出端子连接有阳极的第一缓冲二极管，及在上述负母线连接有阳极而在上述相电压输出端子连接有阴极的第二缓冲二极管。
2.一种三电平中性点箝位式反相电路，具有正母线与负母线与中性线，而在上述正母线与相电压输出端子间以及上述负母线与相电压输出端子间分别串联连接多个开关元件，其特征在于，它具备：设有在上述正母线连接阳极之一方的二极管，且连接于该一方的二极管的阴极与上述中性线之间的第一缓冲电容器及与上述一方的二极管并联地连接的第一放电电阻器的第一RCD缓冲电路，及设有在上述负母线连接阴极的另一方的二极管，且连接于该另一方的二极管的阳极与上述中性线之间的第二缓冲电容器及与上述另一方的二极管并联地连接的第二放电电阻器的第二RCD缓冲电路，及在上述第一RCD缓冲电路的上述一方的二极管与上述第一缓冲电容器的连接点连接阴极且在相电压输出端子连接阴极的第一缓冲二极管，及在上述第二RCD缓冲电路的上述另一方的二极管与上述第二缓冲电容器的连接点连接阳极且在相电压输出端子连接阴极的第二缓冲二极管。
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