DE102020207668A1

DE102020207668A1 - Dämpfungsschaltung und stromrichter

Info

Publication number: DE102020207668A1
Application number: DE102020207668.5A
Authority: DE
Inventors: Ryuji Yamada
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2019-08-29
Filing date: 2020-06-22
Publication date: 2021-03-04
Also published as: CN112448570A; US11146168B2; JP7276006B2; US20210067031A1; JP2021035289A

Abstract

Bereitgestellt wird eine Dämpfungsschaltung, umfassend N parallele Ladewege, die jeweils einen Kondensator der positiven Seite, eine erste Diode und einen Kondensator der negativen Seite aufweisen, die der Reihe nach in Serie verbunden sind zwischen einem Pluspol und einem Minuspol, und die konfiguriert sind, Strom vom Minuspol zum Pluspol zu leiten; (N+1) parallele Entladewege, die jeweils eine zweite Diode, die zwischen dem Minuspol oder dem Kondensator der negativen Seite eines k-ten Ladewegs von N Ladewegen und dem Kondensator der positiven Seite eines (k+1)^ten Ladewegs von N Ladewegen oder dem Pluspol angeschlossen ist, und die konfiguriert sind, Strom vom Minuspol zum Pluspol über zumindest den Kondensator der negativen Seite und/oder den Kondensator der positiven Seite zu leiten; und mindestens ein Hilfskondensator, der jeweils parallel zu mindestens einer der N ersten Dioden in N Ladewegen und (N+1) zweiten Dioden in (N+1) Entladewegen angeschlossen ist.

Description

TECHNISCHER HINTERGRUND
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dämpfungsschaltung und einen Stromrichter.
STAND DER TECHNIK
Im Stand der Technik werden verschiedene Technologien zum Verhindern von Störungen von Bauteilen aufgrund von Stoßspannung vorgeschlagen (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldung Nr. 2016-144340
In den letzten Jahren wurde es notwendig, die Stoßspannung im Zusammenhang mit einer Zunahme eines Stroms in einem Halbleitermodul effektiv zu verringern.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen betrifft ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Dämpfungsschaltung. Die Dämpfungsschaltung kann N (N: ganze Zahl gleich oder größer 1) parallele Ladewege aufweisen, die jeweils einen Kondensator der positiven Seite, eine erste Diode und einen Kondensator der negativen Seite aufweisen, die der Reihe nach in Serie verbunden sind zwischen einem Pluspol und einem Minuspol, und die konfiguriert sind, einen Stromfluss vom Pluspol zum Minuspol zu bewirken. Die Dämpfungsschaltung kann (N+1) parallele Entladewege aufweisen, die jeweils eine zweite Diode, die zwischen dem Minuspol oder dem Kondensator der negativen Seite eines k-ten Ladewegs (k: ganze Zahl gleich oder größer 0 und kleiner als N) der N Ladewege und dem Kondensator der positiven Seite eines (k+1)^ten Ladewegs der N Ladewege oder dem Pluspol angeschlossen ist, und die konfiguriert sind, einen Stromfluss vom Minuspol zum Pluspol über den Kondensator der negativen Seite und/oder den Kondensator der positiven Seite zu bewirken.
Die Dämpfungsschaltung kann mindestens ein Hilfskondensator aufweisen, der jeweils parallel zu mindestens einer der N ersten Dioden in den N Ladewegen und den (N+1) zweiten Dioden in den (N+1) Entladewegen angeschlossen ist.
Eine Kapazität des Hilfskondensators kann kleiner als eine Kapazität eines jeden Kondensators der positiven Seite und eine Kapazität eines jeden Kondensators der negativen Seite sein.
Die Kapazität des Hilfskondensators kann 1/1000 bis 1/100 der Kapazität eines jeden Kondensators der positiven Seite und der Kapazität eines jeden Kondensators der negativen Seite sein.
Jeder Hilfskondensator kann parallel zu einer der ersten Dioden und der zweiten Diode angeschlossen sein.
Jeder Hilfskondensator kann parallel zu einer beliebigen der jeweils N ersten Dioden und der jeweils (N+1) zweiten Dioden angeschlossen sein.
Eine Leiterinduktivität eines jeden Ladewegs kann kleiner als eine Leiterinduktivität eines jeden Entladewegs sein.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Stromrichter. Der Stromrichter kann die Dämpfungsschaltung gemäß dem ersten Aspekt aufweisen. Der Stromrichter kann einen Schalterkreis aufweisen, der mit dem Pluspol und dem Minuspol verbunden ist.
Der Schalterkreis kann ein Wechselrichter sein, der obere und untere Arme aufweist. Wenn einer der oberen oder unteren Arme nichtleitend wird, können ein Zeitraum ΔT1 nachdem eine an den Armen angelegte Spannung eine Versorgungsspannung erreicht bis die Spannung zu einer Gesamtspannung der in Reihe geschalteten Kondensatoren der positiven Seite und der negativen Seite wird und ein Zeitraum ΔT2 ab einem Ende des Zeitraums ΔT1 bis zum Ende des Ladens des Kondensators der positiven Seite und/oder des Kondensators der negativen Seite eine der folgenden Beziehungen erfüllen: ΔT1 ist gleich oder kleiner als ΔT2 und ΔT2 ist kleiner als 5 x ΔT1.
Die Zusammenfassung beschreibt nicht notwendigerweise alle notwendigen Merkmale der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung kann auch eine Unterkombination der oben beschriebenen Merkmale sein.
Figurenliste

1 ist ein Schaltplan eines Stromrichters 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. 2 zeigt einen Stromfluss, wenn ein Schalterelement 11 im Vergleichsbeispiel ausgeschaltet ist. 3 zeigt einen Stromfluss, wenn ein Schalterelement 11 im Vergleichsbeispiel eingeschaltet ist. 4 zeigt einen Stromfluss in einem Modus (1). 5 zeigt einen Stromfluss in einem Modus (2). 6 zeigt einen Stromfluss in einem Modus (3). 7 zeigt einen Stromfluss in einem Modus (4). 8 zeigt einen Stromfluss in einem Modus (5). 9 zeigt Spannungen, die an das Schalterelement 11 angelegt werden, wenn das Schalterelement 11 ausgeschaltet ist und nichtleitend wird. 10 zeigt einen Stromrichter 1A gemäß einem modifizerten Ausführungsbeispiel. 11 zeigt einen Stromfluss in einem Modus (1A). 12 zeigt einen Stromfluss in einem Modus (2A). 13 zeigt einen Stromfluss in einem Modus (3A). 14 zeigt einen Stromfluss in einem Modus (4A). 15 zeigt einen Stromfluss in einem Modus (5A).

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben. Diese Ausführungsbeispiele sind allerdings nicht als einschränkend für die in den Ansprüchen formulierte Erfindung zu verstehen. Auch sind alle Kombinationen von Merkmalen, die in den Ausführungsbeispielen beschrieben werden, nicht notwendigerweise essentiell für die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe.
[Schaltungsanordnung eines Stromrichters]
1 ist ein Schaltplan eines Stromrichters 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Der Stromrichter 1 ist ein Schaltkreis für eine Phase, der konfiguriert ist, einen Gleichstrom in einen mehrphasigen Wechselstrom zu konvertieren. Der Stromrichter 1 gibt an einer Stromversorgungs-Ausgangsklemme 19 eine Spannung aus, die durch Schalten einer Verbindung zwischen jeder Elektrode eines Stromversorgungskondensators 10 und der Stromversorgungs-Ausgangsklemme 19 konvertiert wird. Ein Rückweg des ausgegebenen Wechselstroms kann die Stromversorgungs-Ausgangsklemme 19 für eine andere Phase sein. Die Stromversorgungs-Ausgangsklemme 19 kann mit einer induktiven Last (nicht dargestellt) verbunden sein. Der Stromrichter 1 umfasst einen Stromversorgungskondensator 10, einen Schalterkreis 3 und eine Dämpfungsschaltung 2 („Snubber Circuit“). Der Stromrichter 1 kann mit dem Schalterkreis 3 den Gleichstrom in einphasigen Wechselstrom konvertieren. In diesem Fall kann der Stromrichter 1 zwei Stromversorgungskondensatoren 10 aufweisen, die in Reihe geschaltet sind, und der Rückweg des an der Stromversorgungs-Ausgangsklemme 19 ausgegebenen Wechselstroms kann ein Mittelpunkt zwischen den Stromversorgungskondensatoren 10 sein.
Der Stromversorgungskondensator 10 fungiert als Gleichstromversorgung. Ein Pol des Stromversorgungskondensators 10 ist mit einem Draht 101 der positiven Seite verbunden und der andere Pol ist mit einem Draht 102 der negativen Seite verbunden. In 1 ist ein Stromversorgungskondensator 10 dargestellt. Der Stromrichter 1 kann jedoch eine Vielzahl von Stromversorgungskondensatoren 10 aufweisen, die in Reihe oder parallel geschaltet sind.
Der Schalterkreis 3 ist zwischen dem Draht 101 der positiven Seite und dem Draht 102 der negativen Seite angeschlossen. Dadurch ist der Schalterkreis 3 zwischen einem Pluspol 201 und einem Minuspol 202 der Dämpfungsschaltung 2, die später beschrieben wird, angeschlossen. Der Schalterkreis 3 des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann ein Wechselrichter sein und umfasst Schalterelemente 11 und 12 als einen oberen Arm und einen unteren Arm im Stromrichter 1 und Schutzdioden 13 und 14.
Die Schalterelemente 11 und 12 sind der Reihe nach in Serie zwischen dem Draht 102 der negativen Seite und dem Draht 101 der positiven Seite angeschlossen. Eine Drain-Anschlussklemme und die Source-Anschlussklemme eines jeden der Schalterelemente 11 und 12 sind jeweils mit der Seite des Drahts 101 der positiven Seite und der Seite des Drahts 102 der negativen Seite verbunden. Gate-Anschlussklemmen der Schalterelemente 11 und 12 sind mit einer Gate-Steuerungsschaltung (nicht dargestellt) verbunden, so dass Ein- und Aus-Vorgänge der Schalterelemente 11 und 12 gesteuert werden. Zum Beispiel können die Schalterelemente 11 und 12 gesteuert werden, so dass sie selektiv in einem Verbindungszustand mit Totzeit sind, wofür beide Schalterelemente in Aus-Zuständen sind, die dazwischen vorgesehen sind. Die Schalterelemente 11 und 12 können mittels PWM („Pulse-Width Modulation“, Pulsdauermodulation) gesteuert werden. Ein Mittelpunkt zwischen dem Schalterelement 11 und dem Schalterelement 12 ist mit der Stromversorgungs-Ausgangsklemme 19 verbunden.
Die Schalterelemente 11 und 12 können Silizium-Halbleiterelemente sein, deren Ausgangsmaterial Silizium oder Halbleiterelemente mit breiter Bandlücke sind. Das Halbleiterelement mit breiter Bandlücke ist ein Halbleiterelement mit einer größeren Bandlücke als das Silizium-Halbleiterelement und ist zum Beispiel ein Halbleiterelement, das SiC, GaN, Diamant, ein Galliumnitrid-basiertes Material, ein Galliumoxid-basiertes Material, AIN, AlGaN, ZnO oder dergleichen umfasst. Die Schalterelemente 11 und 12 können MOSFETs oder Halbleiterelemente mit einem anderen Aufbau sein, wie zum Beispiel ein IGBT, ein bipolarer Transistor oder dergleichen.
Die Schutzdioden 13 und 14 sind anti-parallel mit den Schalterelementen 11 und 12 verbunden, so dass eine Seite, die zum Draht 101 der positiven Seite ausgerichtet ist, jeweils eine Kathode ist. Die Schutzdioden 13 und 14 können Schottky-Barrieredioden sein. Die Schutzdioden 13 und 14 können Silizium-Halbleiterelemente oder Halbleiterelemente mit breiter Bandlücke sein.
Mindestens zwei der Schalterelemente 11 und 12 und der Schutzdioden 13 und 14 können als ein Halbleitermodul 5 modularisiert sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Schalterelemente 11 und 12 und die Schutzdioden 13 und 14 als das Halbleitermodul 5 modularisiert. In diesem Fall kann die Drain-Anschlussklemme des Schalterelements 11 der positiven Seite ein Pluspol 51 des Halbleitermoduls 5 sein und die Source-Anschlussklemme des Schalterelements 12 der negativen Seite kann ein Minuspol 52 des Halbleitermoduls 5 sein.
[Dämpfungsschaltung 2]
Die Dämpfungsschaltung 2 schützt jedes Element des Stromrichters 1 durch Absorbieren einer Stoßspannung, die erzeugt wird, wenn die Schalterelemente 11 und 12 einen Strom unterbrechen. Die Dämpfungsschaltung 2 kann zwischen dem Draht 101 der positiven Seite und dem Draht 102 der negativen Seite über einen Pluspol 201 und einen Minuspol 202 angeschlossen sein. Ein Draht (zum Beispiel ein Draht, der den Draht 101 der positiven Seite und den Draht 102 der negativen Seite umfasst) zwischen der Dämpfungsschaltung 2 und dem Stromversorgungskondensator 10 kann eine Leiterinduktivität 1011 entsprechend einer Länge des Drahts aufweisen. Ferner kann ein Draht (zum Beispiel ein Draht, der den Draht 101 der positiven Seite und den Draht 102 der negativen Seite umfasst) zwischen der Dämpfungsschaltung 2 und den Schalterelementen 11 und 12 eine Leiterinduktivität 1012 entsprechend einer Länge des Drahts aufweisen.
Die Dämpfungsschaltung 2 umfasst N parallele Ladewege 21, (N+1) parallele Entladewege 22 und mindestens einen Hilfskondensator 252, Die Größe N ist eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 und beträgt beispielsweise 3 im vorliegenden Ausführungsbeispiel. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die drei Ladewege 21 beispielsweise als ein erster Ladeweg 21(1), ein zweiter Ladeweg 21(2) und ein dritter Ladeweg 21(3) bezeichnet, gemäß der Reihenfolge von links in den Zeichnungen. Ferner werden die vier Entladewege als ein erster Entladeweg 22(1), ein zweiter Entladeweg 22(2), ein dritter Entladeweg 22(3) und ein vierter Entladeweg 22(4) bezeichnet, gemäß der Reihenfolge von links in den Zeichnungen.
Jeder Ladeweg 21 umfasst einen Kondensator 211 der positiven Seite, eine erste Diode 212 und einen Kondensator 213 der negativen Seite, die der Reihe nach in Serie verbunden sind zwischen dem Pluspol 201 und dem Minuspol 202. Der Kondensator 211 der positiven Seite und der Kondensator 213 der negativen Seite dienen jeweils als Dämpfungskondensator („Snubber Capacitor“), der eine momentane Stoßspannung absorbieren kann, die erzeugt wird, wenn die Schalterelemente 11 und 12 geschaltet werden (beispielsweise eine Stoßspannung, die an einem Element anliegt während eines Zeitraums größer als 10 ns und kleiner als 10 µs). Zum Beispiel können der Kondensator 211 der positiven Seite und der Kondensator 213 der negativen Seite Schwingungen über 100 kHz und unter 100 MHz unterdrücken. Der Kondensator 211 der positiven Seite und der Kondensator 213 der negativen Seite können beispielsweise Folienkondensatoren oder gestapelte Keramikkondensatoren sein.
Die erste Diode 212 ist so angeordnet, dass eine Anode zur Seite des Pluspols 201 zeigt und eine Kathode zur Seite des Minuspols 202 zeigt. Dadurch bewirkt jeder Ladeweg 21 einen Stromfluss von der Seite des Pluspols 201 zur Seite des Minuspols 202.
Jeder Entladeweg 22 hat eine zweite Diode 221. Die zweite Diode 221 ist zwischen dem Minuspol 202 oder dem Kondensator 213 der negativen Seite eines k-ten Ladewegs 21 (k: ganze Zahl gleich oder größer 0 und gleich oder kleiner als N) der N Ladewege 21 und dem Kondensator 211 der positiven Seite eines (k+1)^ten Ladewegs 21 der N Ladewege 21 oder dem Pluspol 201 angeschlossen. Zum Beispiel ist die zweite Diode 221 des ersten Entladewegs 22(1) zwischen dem Minuspol 202 und dem Kondensator 211 der positiven Seite des ersten Ladewegs 21(1) angeschlossen. Die zweite Diode 221 des zweiten Entladewegs 22(2) ist zwischen dem Kondensator 213 der negativen Seite des ersten Ladewegs 21(1) und dem Kondensator 211 der positiven Seite des zweiten Ladewegs 21(2) angeschlossen. Die zweite Diode 221 des dritten Entladewegs 22(3) ist zwischen dem Kondensator 213 der negativen Seite des zweiten Ladewegs 21(2) und dem Kondensator 211 der positiven Seite des dritten Ladewegs 21(3) angeschlossen. Die zweite Diode 221 des vierten Entladewegs 22(4) ist zwischen dem Kondensator 213 der negativen Seite des dritten Ladewegs 21(3) und dem Pluspol 201 angeschlossen. Die zweite Diode 221 ist so angeordnet, dass eine Anode zur Seite des k-ten Ladewegs 21(k) oder des Minuspols 202 zeigt, und eine Kathode zur Seite des (k+1)^ten Ladewegs 21(k+1) oder des Pluspols 201 zeigt. Dadurch bewirkt jeder Entladeweg 22 einen Stromfluss von der Seite des Minuspols 202 zur Seite des Pluspols 201 über den Kondensator 213 der negativen Seite und/oder den Kondensator 211 der positiven Seite.
Eine Leiterinduktivität eines jeden Ladewegs 21 kann kleiner als eine Leiterinduktivität eines jeden Entladewegs 22 sein. Eine Leiterlänge eines jeden Ladewegs 21 kann beispielsweise kürzer als eine Leiterlänge eines jeden Entladewegs 22 sein. Beispielsweise kann die Leiterlänge eines jeden Ladewegs 21 zwischen Pluspol 201 und Minuspol 202 kürzer als die Leiterlänge eines jeden Entladewegs 22 zwischen Pluspol 201 und Minuspol 202 sein.
Die Hilfskondensatoren 252 sind jeweils parallel zu mindestens einer der (N+1) zweiten Dioden 221 in den (N+1) Entladewegen 22 angeschlossen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist beispielsweise die Dämpfungsschaltung 2 die (N+1) Hilfskondensatoren 252 auf und ein jeder Hilfskondensator 252 ist parallel zu jeder der (N+1) zweiten Dioden 221 angeschlossen.
Eine Kapazität eines jeden Hilfskondensators 252 kann kleiner als eine Kapazität eines jeden Kondensators 211 der positiven Seite und eine Kapazität eines jeden Kondensators 213 der negativen Seite sein. Beispielsweise kann die Kapazität des Hilfskondensators 252 1/1000 bis 1/100 der Kapazität eines jeden Kondensators 211 der positiven Seite und der Kapazität eines jeden Kondensators 213 der negativen Seite betragen. Die Kapazitäten der Hilfskondensators 252 können jeweils gleich groß oder verschieden groß sein.
Ferner kann eine Ladespannung eines jeden Hilfskondensators 252 niedriger sein als eine Ladespannung des Kondensators 213 der negativen Seite zu einem Zeitpunkt, in dem die Schalterelemente 11 und 12 den Strom unterbrechen. Dadurch kann jeder Hilfskondensator 252 Strom, der von der Seite des Pluspols 201 zur Seite des Minuspols 212 fließt, aufnehmen.
[Vorgänge der Dämpfungsschaltung 2]
[Vorgänge der Dämpfungsschaltung des Vergleichsbeispiels]
Bevor die Vorgänge der Dämpfungsschaltung 2 des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschrieben werden, werden Vorgänge einer Dämpfungsschaltung 200 (siehe 2 und 3) eines Vergleichsbeispiels beschrieben. Die Dämpfungsschaltung 200 unterscheidet sich von der Dämpfungsschaltung 2 darin, dass sie keinen Hilfskondensator 252 aufweist.
Zunächst werden Vorgänge beschrieben, die ausgeführt werden, wenn das Schalterelement 11 ausgeschaltet wird in einem Zustand, in dem das Schalterelement 11 in einem Ein-Zustand ist und das Schalterelement 12 in einem Aus-Zustand ist. Im Zustand, in dem das Schalterelement 11 in einem Ein-Zustand ist und das Schalterelement 12 in einem Aus-Zustand ist, fließt der Ausgangsstrom durch einen Weg des Stromversorgungskondensators 10, des Drahts 101 der positiven Seite, des Schalterelements 11 und der Stromversorgungs-Ausgangsklemme 19. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Ausgangsstrom durch die Leiterinduktivität 1012 und Energie wird darin angesammelt.
2 zeigt einen Stromfluss, wenn das Schalterelement 11 aus diesem Zustand ausgeschaltet wird, als Vergleichsbeispiel. Die gestrichelten Pfeile in 2 bezeichnen den Stromfluss und die durchgezogenen Pfeile bezeichnen Spannungen des Stromversorgungskondensators 10, des Kondensators 211 der positiven Seite, des Kondensators 213 der negativen Seite und dergleichen und Spannungen, die durch die Leiterinduktivität 1012 und dergleichen erzeugt werden.
Wenn das Schalterelement 11 ausgeschaltet ist, wird der Ausgangsstrom gleichgerichtet, so dass er vom Stromversorgungskondensator 10 und dem Draht 101 der positiven Seite durch den Kondensator 211 der positiven Seite, die erste Diode 212 und den Kondensator 213 der negativen Seite eines jeden Ladewegs 21 fließt und von der Stromversorgungs-Ausgangsklemme 19 über die Schutzdiode 14 ausgegeben wird. Dadurch wird die aktuelle Leistung der Leiterinduktivität 1012 durch Laden des Kondensators 211 der positiven Seite und des Kondensators 213 der negativen Seite des Ladewegs 21 absorbiert. Dann wird der Ausgangsstrom letztendlich gleichgerichtet zu einem Weg des Stromversorgungskondensators 10, des Drahts 102 der negativen Seite, der Schutzdiode 14 und der Stromversorgungs-Ausgangsklemme 19. Damit ist die mit dem Ausschaltvorgang des Schalterelements 11 in Verbindung gebrachte Gleichrichtung abgeschlossen.
3 zeigt einen Stromfluss, wenn das Schalterelement 11 wieder eingeschaltet wird aus dem Zustand, in dem der Ausschaltvorgang des Schalterelements 11 abgeschlossen ist, im Vergleichsbeispiel.
Wenn das Schalterelement 11 wird eingeschaltet wird, wird der Ausgangsstrom, der durch den Weg des Stromversorgungskondensators 10, des Drahts 102 der negativen Seite, der Schutzdiode 14 und der Stromversorgungs-Ausgangsklemme 19 fließt, gleichgerichtet auf einen Weg des Stromversorgungskondensators 10, des Drahts 102 der negativen Seite, der zweiten Diode 221 eines jeden Entladewegs 22, des Schalterelements 11 und der Stromversorgungs-Ausgangsklemme 19. In diesem Zeitpunkt wird die Energie, die sich während des Ausschaltvorgangs im Kondensator 211 der positiven Seite und/oder im Kondensator 213 der negativen Seite auf der Anoden-Seite/Kathoden-Seite der zweiten Diode 221 sammelt, freigegeben. Dann wird der Ausgangsstrom letztendlich gleichgerichtet auf den Weg des Stromversorgungskondensators 10, des Drahts 101 der positiven Seite, des Schalterelements 11 und der Stromversorgungs-Ausgangsklemme 19. Damit ist die mit dem Einschaltvorgang des Schalterelements 11 in Verbindung gebrachte Gleichrichtung abgeschlossen.
Hier werden die Spannungen des Kondensators 211 der positiven Seite und des Kondensators 213 der negativen Seite während der Ein- und Ausschaltvorgänge des Schalterelements 11 beschrieben. Während des Ausschaltvorgangs wird eine Beziehung zwischen den Spannungen des Kondensators 211 der positiven Seite und dem Kondensator 213 der negativen Seite eines jeden Ladewegs 21 durch die folgende Gleichung (1) beschrieben. In der Gleichung bezeichnen E eine Spannung des Stromversorgungskondensators 10 und V_dc-off eine Spannung zwischen den Anschlussklemmen, d.h. eine Spannung zwischen dem Draht 101 der positiven Seite und dem Minuspol 202 während des Ausschaltvorgangs. Ferner bezeichnen V_p(1) bis V_p(3) Spannungen der Kondensatoren 211 der positiven Seite des ersten Ladewegs 21(1) bis zum dritten Ladeweg 21(3). Ferner bezeichnen V_n(1) bis V_n(3) Spannungen der Kondensatoren 213 der negativen Seite des ersten Ladewegs 21(1) bis zum dritten Ladeweg 21(3).
$\begin{array}{l} E \leq (V_{p (1)} + V_{n (1)}) \\ = (V_{p (2)} + V_{n (2)}) \\ = (V_{p (3)} + V_{n (3)}) \\ = V_{dc-off} (1) \end{array}$
Während des Einschaltvorgangs wird eine Beziehung zwischen den Spannungen des Kondensators 211 der positiven Seite und dem Kondensator 213 der negativen Seite eines jeden Ladewegs 21 durch die folgende Gleichung (2) beschrieben. In der Gleichung bezeichnet V_dc-oN eine Spannung zwischen den Anschlussklemmen, d.h. eine Spannung zwischen dem Draht 101 der positiven Seite und dem Minuspol 202 während des Einschaltvorgangs.
$\begin{array}{l} E \leq V_{p (1)} \\ = (V_{n (1)} + V_{p (2)}) \\ = (V_{n (2)} + V_{p (3)}) \\ = V_{n (3)} \\ = V_{dc-oN} (2) \end{array}$
Durch die Gleichungen (1) und (2) wird eine Beziehung zwischen Spannungen jedes Kondensators 211 der positiven Seite und jedes Kondensators 213 der negativen Seite durch die folgende Gleichung (3) ausgedrückt (siehe auch die Spannungen in 2 und 3). In der Gleichung bezeichnet V_dc eine Spannung zwischen den Anschlussklemmen, d.h. eine Spannung zwischen dem Pluspol 51 und dem Minuspol 52 in einem stationären Zustand.
$\begin{array}{l} E = V_{dc} ≒ V_{p (1)} \\ = V_{n (3)} \\ = 1,5 \times V_{p (2)} \\ = 1,5 \times V_{n (2)} \\ = 3 \times V_{n (1)} \\ = 3 \times V_{p (3)} (3) \end{array}$
Aus Gleichung (3) geht hervor, dass bei Unterbrechung des Kondensatorstroms eine Ladespannung (zum Beispiel 4E/3 in 3) jedes Ladewegs 21 höher ist als eine Entladespannung (zum Beispiel E in 3) jedes Entladewegs 22. Auch bei den Ein- und Ausschaltvorgängen des Schalterelements 12, wenn der Ausgangsstrom in umgekehrter Richtung fließt, werden aufgrund der Symmetrie der Schaltung ähnliche Effekte erzielt, so dass eine detaillierte Beschreibung derselben entfallen.
Gemäß der Dämpfungsschaltung 200 des Vergleichsbeispiels sind die N parallelen Ladewege 21 vorgesehen, die jeweils den Kondensator 211 der positiven Seite und den Kondensator 213 der negativen Seite aufweisen. Wenn der Strom durch das Halbleitermodul 5 unterbrochen wird, lädt daher die in der Leiterinduktivität 1012 angesammelte Energie den Kondensator 211 der positiven Seite und den Kondensator 213 der negativen Seite über jeden Ladeweg 21 auf Spannungen, die höher sind als die Spannung zwischen dem Draht 101 der positiven Seite und dem Minuspol 202. Hierdurch kann eine durch die Stoßspannung verursachte Störung eines Bauteils verhindert werden.
Ferner umfasst die Dämpfungsschaltung 200 (N+1) Entladewege 22, die einen Stromfluss von der Seite des Minuspols 202 zur Seite des Pluspols 201 über den Kondensator 213 der negativen Seite und/oder den Kondensator 211 der positiven Seite bewirken. Wenn der Strom durch das Halbleitermodul 5 fließt, wird daher die im Kondensator 211 der positiven Seite und im Kondensator 213 der negativen Seite angesammelte Energie entladen und die Entladespannung jedes Entladewegs 22 wird auf die Spannung zwischen dem Pluspol 201 und dem Minuspol 202 reduziert.
Hier ist bei Stromunterbrechung die Ladespannung jedes der N Ladewege 21 höher als die Entladespannung jedes der Entladewege 22, so dass die Energie, die den Ladeweg 21 durch die Stromunterbrechung aufgeladen hat, den Ladeweg 21 nicht weiter aufladen kann, auch wenn die Energie durch den Entladeweg 22 entladen wird. Daher wird die Energie, die den Kondensator 211 der positiven Seite und den Kondensator 213 der negativen Seite aufgeladen hat, wenn der Strom unterbrochen wird, vom Kondensator 211 der positiven Seite und dem Kondensator 213 der negativen Seite akkumuliert und regeneriert, ohne geladen und entladen zu werden, und somit als Schaltungsverlust durch einen Resonanzbetrieb der Leiterinduktivität 1011 und des Kondensators 211 der positiven Seite und des Kondensators 213 der negativen Seite verbraucht. Hierdurch kann ein Verlust im Schaltkreis aufgrund des Resonanzbetriebs verringert werden.
Da außerdem die Zerstörung eines Bauteils aufgrund der Stoßspannung bei Stromunterbrechung verhindert und der Verlust des Stromkreises verringert wird, kann eine akzeptable Induktivitätsmenge der Leiter, die an den Pluspol 51 und den Minuspol 52 des Halbleitermoduls 5 angeschlossen sind, erhöht werden. Das heißt, dass es möglich ist, einen Freiheitsgrad der Leiterlänge des Drahts 101 der positiven Seite und des Drahts 102 der negativen Seite zu erhöhen.
Wie oben beschrieben beträgt in der Dämpfungsschaltung 200 des Vergleichsbeispiels die Ladespannung eines jeden Ladewegs 21, wenn der Strom unterbrochen wird 4E/3(V). Daher wird eine Spannung ΔV1 erzeugt, die aufgrund der Leiterinduktivität 1012 durch die sofort zwischen dem Draht 101 der positiven Seite und dem Draht 102 der negativen Seite erzeugten Stoßspannung erzeugt wird, indem sie zu 4E/3(V) addiert wird, basierend auf 4E/3(V).
Wenn hingegen ein einzelner Dämpfungskondensator zwischen dem Draht 101 der positiven Seite und dem Draht 102 der negativen Seite angeschlossen ist, beträgt eine Ladespannung des Dämpfungskondensators E(V). Daher wird die Spannung ΔV1, die aufgrund der Leiterinduktivität 1012 durch die Stoßspannung erzeugt wird, erzeugt, indem sie zu E(V) hinzuaddiert wird. Daher wird in der Dämpfungsschaltung 200 des Vergleichsbeispiels die gesamte Stoßspannung, die aufgrund der Leiterinduktivität 1012 augenblicklich zwischen dem Draht 101 der positiven Seite und dem Draht 102 der negativen Seite erzeugt wird, d.h. eine summierte Spannung aus der Spannung ΔV1 und der der Basis entsprechenden Spannung, größer als in dem Fall, in dem ein einzelner Dämpfungskondensator zwischen dem Draht 101 der positiven Seite und dem Draht 102 der negativen Seite angeschlossen ist.
[Vorgänge der Dämpfungsschaltung 2 des vorliegenden Ausführungsbeispiels]
Im Folgenden werden Vorgänge der Dämpfungsschaltung 2 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben. Ferner können, sofern nicht anders beschrieben, die Ladespannungen des Kondensators 211 der positiven Seite und des Kondensators 213 der negativen Seite in der Dämpfungsschaltung 2 ähnlich wie in der Dämpfungsschaltung 200 sein.
Im Zustand, in dem das Schalterelement 11 in einem Ein-Zustand ist und das Schalterelement 12 in einem Aus-Zustand ist, fließt der Ausgangsstrom durch einen Weg des Stromversorgungskondensators 10, des Drahts 101 der positiven Seite, des Schalterelements 11 und der Stromversorgungs-Ausgangsklemme 19. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Ausgangsstrom durch die Leiterinduktivität 1012 und Energie wird darin angesammelt. Wenn das Schalterelement 11 von diesem Zustand aus eingeschaltet wird, kann der Strom in der Dämpfungsschaltung 2 fließen gemäß Modus (1) bis Modus (5).
4 zeigt einen Stromfluss in einem Modus (1). Wenn das Schalterelement 11 ausgeschaltet wird, wird der Ausgangsstrom gleichgerichtet und fließt vom Stromversorgungskondensator 10 und dem Draht 101 der positiven Seite in jeden Ladeweg 21. Zu diesem Zeitpunkt ist eine Ladespannung V_m jedes Hilfskondensators 252 niedriger eingestellt als eine Ladespannung V_n des Kondensators 213 der negativen Seite und beträgt beispielsweise 0(V) im vorliegenden Ausführungsbeispiel. Aus diesem Grund fließt der Strom, der in den Kondensator 211 der positiven Seite des Ladewegs 21 geflossen ist, zum Hilfskondensator 252, ohne zur ersten Diode 212 und zum Kondensator 213 der negativen Seite zu fließen. Dadurch wird die aktuelle Leistung der Leiterinduktivität 1012 durch Laden des Kondensators 211 der positiven Seite und des Hilfskondensators 252 absorbiert.
Auf diese Weise fungiert in der Dämpfungsschaltung 2A des vorliegenden Ausführungsbeispiels zu einem frühen Zeitpunkt, in dem der Strom unterbrochen wird, eine Reihenschaltung aus dem Kondensator 211 der positiven Seite und dem Hilfskondensator 252 als Ladeweg (auch als „Umgehungsladeweg“ bezeichnet), und die Ladespannung in jedem Umgehungsladeweg beträgt E(V). Daher wird die Spannung ΔV1, die aufgrund der Leiterinduktivität 1012 durch die Stoßspannung erzeugt wird, erzeugt, indem sie zu E(V) hinzuaddiert wird, basierend auf E(V).
Dabei kann sich die Spannung V_m des Hilfskondensators 252 auf E/3(V) erhöhen.
Dadurch steigt eine Summenspannung des Kondensators 211 der positiven Seite, der in Reihe mit dem Kondensator 213 der negativen Seite geschaltet ist, auf dem Umgehungsladeweg und dem Hilfskondensator 252 auf eine Spannung des Kondensators 211 der positiven Seite in Reihe auf demselben Ladeweg 21 wie der entsprechende Kondensator 213 der negativen Seite an. Beispielsweise steigt eine Summenspannung aus der Spannung 2E/3(V) des Kondensators 211 der positiven Seite auf dem Umgehungsladeweg einschließlich des Kondensators 211 der positiven Seite des Ladewegs 21(2) und des Kondensators 213 der negativen Seite des Ladewegs 21(1) und der Spannung V_m(V) des Hilfskondensators 252 auf die Spannung E(V) des Kondensators 211 der positiven Seite des Ladewegs 21(1) an.
Mit anderen Worten, die Summenspannung des Kondensators 213 der negativen Seite und des Hilfskondensators 252 auf dem Umgehungsladeweg, in den der Strom des Kondensators 211 der positiven Seite fließt, steigt auf die Spannung des Kondensators 213 der negativen Seite auf demselben Ladeweg 21 wie der Kondensator 211 der positiven Seite. Beispielsweise steigt eine Summenspannung aus der Spannung E/3(V) des Kondensators 213 der negativen Seite auf dem Umgehungsladeweg, in den der Strom fließt, vom Kondensator 211 der positiven Seite des Ladewegs 21(2) und des Hilfskondensators (V) auf die Spannung 2E(V) des Kondensators 213 der negativen Seite des Ladewegs 21(2) an.
Im Ergebnis erhöht sich die Spannung zwischen dem Draht 101 der positiven Seite und dem Draht 102 der negativen Seite von E(V) auf 4E/3(V).
5 zeigt einen Stromfluss in einem Modus (2). Wenn die Spannung V_m des Hilfskondensators 252 E/3(V) erreicht, wird ein Potential auf der Anodenseite der ersten Diode 212 jedes Ladewegs 21 höher als auf der Kathodenseite, so dass die erste Diode 212 leitend wird und der Strom, der in den Kondensator 211 der positiven Seite des Ladewegs 21 fließt, fließt durch den Kondensator 213 der negativen Seite, der eine größere Kapazität als der Hilfskondensator 252 hat. Dadurch wird die aktuelle Leistung der Leiterinduktivität 1012 durch Laden des Kondensators 211 der positiven Seite und des Kondensators 213 der negativen Seite absorbiert. In der Zwischenzeit kann der Strom, der durch den Kondensator 211 der positiven Seite fließt, auch leicht durch den Hilfskondensator 252 fließen, um die Spannung V_m des Hilfskondensators 252 leicht zu erhöhen. Durch die obige Anordnung wird die Stromenergie der Leiterinduktivität 1012 vollständig durch den Kondensator 211 der positiven Seite und den Kondensator 213 der negativen Seite sowie den Hilfskondensator 252 absorbiert, so dass die Aufladung abgeschlossen ist. In der Zwischenzeit erzeugt die Energie des in Modus (2) in den Kondensator 211 der positiven Seite fließenden Stroms aufgrund der Leiterinduktivität 1011 eine Spannung ΔV2.
6 zeigt einen Stromfluss in einem Modus (3). Wenn die Stromenergie der Leiterinduktivität 1012 vollständig absorbiert ist und die Ladung somit abgeschlossen ist, erfolgt die Entladung über den Umgehungsladeweg, da die Ladespannung gleich groß wie oder größer als 4E/3(V) im Umgehungsladeweg ist. Da die Kapazität jedes Hilfskondensators 252 geringer ist als die Kapazität des Kondensators 211 der positiven Seite und des Kondensators 213 der negativen Seite, kann die Entladung auch hauptsächlich über den Hilfskondensator 252 erfolgen. Dadurch wird die Spannung jedes Hilfskondensators 252 0(V), und die Spannung zwischen dem Draht 101 der positiven Seite und dem Draht 102 der negativen Seite wird von 4E/3(V) auf E(V) reduziert.
7 zeigt einen Stromfluss in einem Modus (4). Wenn die Spannung zwischen dem Draht 101 der positiven Seite und dem Draht 102 der negativen Seite auf E(V) reduziert wird und die Spannung V_m des Hilfskondensators 252 0(V) wird, fließt der Strom aus der Dämpfungsschaltung 2 aufgrund einer selbstinduzierenden Wirkung der Leiterinduktivität 1011 ab, so dass die Entladung durch den Kondensator 211 der positiven Seite und den Kondensator 213 der negativen Seite jedes Entladewegs 22 erfolgt. Dadurch kann sich die Spannung zwischen dem Draht 101 der positiven Seite und dem Draht 102 der negativen Seite von E(V) auf (E-ΔVs) verringern.
8 zeigt einen Stromfluss in einem Modus (5). Wenn die Spannung zwischen dem Draht 101 der positiven Seite und dem Draht 102 der negativen Seite durch die Entladung aus dem Kondensator 211 der positiven Seite und dem Kondensator 213 der negativen Seite auf (E-ΔVs) reduziert wird, fließt der Strom aus der Leiterinduktivität 1011 aufgrund einer Differenz zu einer DV-elektromotorischen Kraft E wieder in jeden Ladeweg 21. Zu diesem Zeitpunkt ist die Ladespannung V_m jedes Hilfskondensators 252 niedriger als die Ladespannung V_n des Kondensators 213 der negativen Seite und beträgt beispielsweise 0(V) im vorliegenden Ausführungsbeispiel. Aus diesem Grund fließt der Strom, der in den Kondensator 211 der positiven Seite des Ladewegs 21 fließt, wieder zum Hilfskondensator 252, ohne zur ersten Diode 212 und zum Kondensator 213 der negativen Seite zu fließen. Dadurch wird die aktuelle Leistung der Leiterinduktivität 1011 durch Laden des Kondensators 211 der positiven Seite und des Hilfskondensators 252 einmal absorbiert. In der Zwischenzeit kann die Energie des in Modus (5) in den Ladeweg 21 fließenden Stroms aufgrund der Leiterinduktivität 1012 eine Spannung ΔV3 erzeugen.
Danach werden das Laden und Entladen im Modus (2) bis zum Modus (5) durch Resonanz der Leiterinduktivität 1011, des Hilfskondensators 252 und dergleichen wiederholt, so dass die Spannung V_m des Hilfskondensators 252 im Wesentlichen auf ΔVs/2(V) konvergiert. Damit ist die mit dem Ausschaltvorgang des Schalterelements 11 in Verbindung gebrachte Gleichrichtung abgeschlossen. Die aufgrund der Resonanz verlorene Energie beträgt ungefähr ΔVs/2(V) und kann beispielsweise kleiner sein als die Energie, die E/3(V) entspricht.
Wenn das Schalterelement 11 wieder eingeschaltet wird, wie im Vergleichsbeispiel, wird die während des Ausschaltvorgangs im Kondensator 211 der positiven Seite und Kondensator 213 der negativen Seite sowie im Hilfskondensator 252 angesammelte Energie freigegeben, so dass die mit dem Einschaltvorgang des Schalterelements 11 verbundene Gleichrichtung abgeschlossen ist. Somit kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Ladespannung V_m jedes Hilfskondensators 252 zu 0(V) werden.
Gemäß der Dämpfungsschaltung 2 sind die Hilfskondensatoren 252 jeweils parallel zu mindestens einer aus der Vielzahl der ersten Dioden 212 und der Vielzahl der zweiten Dioden 221 angeschlossen. Wenn also die Spannung ΔV1 aufgrund der Leiterinduktivität 1012 erzeugt wird, wird der Strom, der vom Draht 101 der positiven Seite zum Draht 102 der negativen Seite fließt, vom Kondensator 211 der positiven Seite in den Hilfskondensator 252 gezogen und lädt den Hilfskondensator 252 auf. Daher kann die Basisspannung der Spannung ΔV1, die aufgrund der Leiterinduktivität 1012 erzeugt wird, auf die Summenspannung (=E) des Kondensators 211 der positiven Seite und des Hilfskondensators 252 eingestellt werden, nicht auf die Summenspannung (=4E/3) des Kondensators 211 der positiven Seite und des Kondensators 213 der negativen Seite. Daher ist es möglich, die unmittelbar zwischen dem Drahts 101 der positiven Seite und dem Drahts 102 der negativen Seite erzeugte Stoßspannung zu reduzieren.
Außerdem ist jeder Hilfskondensator 252 parallel zu jeder der (N+1) zweiten Dioden 221 angeschlossen. Daher kann selbst bei einem Unterschied in der Leiterweglänge des Umgehungsladewegs, der am Hilfskondensator 252 vorbeiführt, die Energie der Spannung ΔV1, die aufgrund der Leiterinduktivität 1012 erzeugt wird, bereits in einem frühen Stadium durch den Umgehungsladeweg mit der kürzeren Weglänge absorbiert werden, so dass die Stoßspannung sicher reduziert werden kann.
Da außerdem die Kapazität des Hilfskondensators 252 geringer ist als die Kapazität jedes Kondensators 211 der positiven Seite und die Kapazität jedes Kondensators 213 der negativen Seite, ist es möglich, den Energieverlust durch die Resonanz der Leiterinduktivität 1011 und des Hilfskondensators 252 zu reduzieren.
Da außerdem die Kapazität des Hilfskondensators 252 gleich groß wie oder größer ist als 1/1000 der Kapazität jedes Kondensators 211 der positiven Seite und der Kapazität jedes Kondensators 213 der negativen Seite, ist es möglich, die die Stoßspannung durch Stromentnahme sicher zu reduzieren, im Vergleich zu einem Fall, bei dem die Kapazität des Hilfskondensators 252 weniger als 1/1000 beträgt. Außerdem ist es möglich, im Vergleich mit einem Fall, in dem die Kapazität des Hilfskondensators 252 größer ist als 1/1000 der Kapazität jedes Kondensators 211 der positiven Seite und der Kapazität jedes Kondensators 213 der negativen Seite, den Energieverlust durch die Resonanz der Leiterinduktivität 1011 und des Hilfskondensators 252 sicher zu reduzieren.
Da außerdem die Leiterinduktivität jedes Ladewegs 21 geringer ist als die Leiterinduktivität jedes Entladewegs 22, ist es möglich, die Stoßspannung durch den Ladeweg 21 sicher zu reduzieren. Auch die Erzeugung eines übermäßigen Einschaltstromstoßes, wenn der Strom durch die Entladung zum Fließen gebracht wird, kann durch die Leiterinduktivität des Entladewegs 22 verhindert werden.
[Betriebswellenformen]
9 zeigt Spannungen, die an das Schalterelement 11 angelegt werden, wenn das Schalterelement 11 ausgeschaltet ist und nichtleitend wird. In 9 ist eine Spannung auf der vertikalen Achse aufgetragen und die Zeit auf der horizontalen Achse. Außerdem zeigt das linke Diagramm in 9 eine Betriebswellenform, wenn ein einzelner Dämpfungskondensator zwischen dem Draht 101 der positiven Seite und dem Draht 102 der negativen Seite angeschlossen ist. In 9 zeigt das mittlere Diagramm eine Betriebswellenform, wenn die Dämpfungsschaltung 200 des Vergleichsbeispiels zwischen dem Draht 101 der positiven Seite und dem Draht 102 der negativen Seite angeschlossen ist. In 9 zeigt das rechte Diagramm eine Betriebswellenform, wenn die Dämpfungsschaltung 2 des vorliegenden Ausführungsbeispiels zwischen dem Draht 101 der positiven Seite und dem Draht 102 der negativen Seite angeschlossen ist.
Wie im linken Schaubild in 9 dargestellt, wird beim Anschließen des einzelnen Dämpfungskondensators die durch die Leiterinduktivität 1012 verursachte Spannung ΔV1 in Form einer Addition zur Spannung E(V) des Stromversorgungskondensators 10 erzeugt, und die Energie der durch die Leiterinduktivität 1011 verursachten Spannung ΔV2 geht durch die Resonanz der Leiterinduktivität 1011 und des Dämpfungskondensators verloren.
Außerdem wird, wie im mittleren Schaubild der 9 dargestellt, beim Anschließen der Dämpfungsschaltung 200 des Vergleichsbeispiels die Spannung ΔV1 (ein Spitzenwert der Spannung, die in der Leiterinduktivität 1012 aufgrund der Gleichrichtung zur Dämpfungsschaltung 200 während des Ausschaltvorgangs des Schaltelements 11 oder 12 erzeugt wird) in einer Form erzeugt, dass sie zur Spannung 4E/3(V) des Ladewegs 21 addiert wird. Da auch keine Resonanz der Leiterinduktivität 1011 und des Dämpfungskondensators erzeugt wird, wird die Energie der Spannung ΔV2 mit Verlust regeneriert.
Wie im rechten Schaubild in 9 dargestellt, wird beim Anschließen der Dämpfungsschaltung 2 des vorliegenden Ausführungsbeispiels, anders als beim Anschließen der Dämpfungsschaltung 200 des Vergleichsbeispiels, die Spannung ΔV1 in Form einer Addition zur Spannung E(V) des Stromversorgungskondensators 10 erzeugt, ohne dass sie in Form einer Addition zur Spannung 4E/3(V) des Ladewegs 21 erzeugt wird, so dass die Bauteilzerstörung verhindert wird. Da auch die Kapazität des Hilfskondensators 252, der mit der Leiterinduktivität 1011 in Resonanz schwingt, klein ist, wird die Energie der Spannung ΔV2 regeneriert, ohne dass sie wesentlich verloren geht.
In der Zwischenzeit kann ein gestrichelter Linienteil des rechten Schaubildes auch die summierte Spannung des Kondensators 211 der positiven Seite und des Hilfskondensators 252 des Umgehungsladewegs sein. Eine Steigung des gestrichelten Linienteils kann sich entsprechend der Kapazität des Hilfskondensators 252 ändern. Wenn z.B. die Kapazität des Hilfskondensators 252 klein ist, kann die Steigung des gestrichelten Linienteils zunehmen, um nahe an die Steigung eines durchgezogenen Liniendiagramms eines ansteigenden Teils zu kommen.
Ein Zeitraum ΔT1 nachdem die an das Schalterelement 11 angelegte Spannung die Versorgungsspannung E erreicht bis die Spannung zu einer Gesamtspannung des in Reihe geschalteten Kondensators 211 der positiven Seite und des Kondensators 213 der negativen Seite wird und ein Zeitraum ΔT2 ab einem Ende des Zeitraums ΔT1 bis zum Ende des Ladens des Kondensators 211 der positiven Seite oder des Kondensators 213 der negativen Seite erfüllen eine der folgenden Beziehungen: ΔT1 ist gleich oder kleiner als ΔT2 und ΔT2 ist kleiner als 5 x ΔT1. Der Endzeitpunkt der Zeitraums ΔT1 kann auch ein Zeitpunkt sein, in dem die an das Schalterelement 11 angelegte Spannung nach Erreichen der Versorgungsspannung E wieder auf die summierte Spannung (im vorliegenden Ausführungsbeispiel z.B. eine Spannung mit 4E/3 als Anfangswert) des in Reihe geschalteten Kondensators 211 der positiven Seite und Kondensators 213 der negativen Seite zurückkehrt und dann zum Spitzenwert wird (E+ΔV1). Dieser Zeitpunkt kann auch ein Zeitpunkt sein, in dem die in der Leiterinduktivität 1012 akkumulierte Stromenergie Null wird, oder ein Zeitpunkt, in dem die Stromenergie vollständig von der Dämpfungsschaltung 2 absorbiert wird. Der Endzeitpunkt der Zeitraums ΔT2 kann auch ein Zeitpunkt sein, in dem die Energie der Leiterinduktivität 1011 absorbiert wird, um 0(A) durch die Serienspannung V des Kondensators 211 der positiven Seite und des Hilfskondensators 252 zu erreichen. Die Zeiträume ΔT1 und ΔT2 können durch die Kapazitäten des Kondensators 211 der positiven Seite, des Kondensators 213 der negativen Seite und des Hilfskondensators 252 angepasst werden.
Wie oben beschrieben, ist gemäß der Dämpfungsschaltung 2 des vorliegenden Ausführungsbeispiels, da die Zeiträume ΔT1 und ΔT2 die Beziehung erfüllen, in der ΔT2 kleiner als 5 x ΔT1 ist, die im Hilfskondensator 252 akkumulierte Energie im Vergleich zu einem Fall, in dem ΔT2 gleich groß wie oder größer als 5 x ΔT1 ist, geringer, so dass es möglich ist, den Verlust durch die Resonanz der Leiterinduktivität 1011 und des Hilfskondensators 252 zu reduzieren.
[Modifizierte Ausführungsbeispiele]
10 zeigt einen Stromrichter 1A gemäß einem modifizerten Ausführungsbeispiel. Eine Dämpfungsschaltung 2A des Stromrichters 1A kann mindestens einen Hilfskondensator 251 aufweisen, der jeweils parallel zu mindestens einer der N ersten Dioden 212 in den N Ladewegen 21 angeschlossen ist. Im vorliegenden modifizierten Ausführungsbeispiel weist beispielsweise die Dämpfungsschaltung 2 die N Hilfskondensatoren 251 auf und jeder Hilfskondensator 251 ist parallel zu jeder der N ersten Dioden 212 angeschlossen. In einem Fall, in dem der Hilfskondensator 251 positive und negative Polarität hat, kann jeder Hilfskondensator 251 mit negativer Polarität an die Anodenseite der ersten Diode und mit positiver Polarität an die Kathodenseite angeschlossen werden.
Die Kapazität eines jeden Hilfskondensators 251 kann kleiner als die Kapazität eines jeden Kondensators 211 der positiven Seite und eine Kapazität eines jeden Kondensators 213 der negativen Seite sein. Beispielsweise kann die Kapazität des Hilfskondensators 251 1/1000 bis 1/100 der Kapazität eines jeden Kondensators 211 der positiven Seite und der Kapazität eines jeden Kondensators 213 der negativen Seite betragen. Die Kapazitäten der Hilfskondensators 251 können jeweils gleich groß oder verschieden groß sein.
Ferner kann eine Ladespannung V_m eines jeden Hilfskondensators 251 niedriger sein als eine Ladespannung V_n des Kondensators 213 der negativen Seite zu einem Zeitpunkt, in dem die Schalterelemente 11 und 12 den Strom unterbrechen und kann beispielsweise eine negative Spannung sein. Im vorliegenden modifizierten Ausführungsbeispiel kann z.B. ein Absolutwert der Spannung V_m jedes Hilfskondensators 251 gleich der Spannung V_n des Kondensators 213 der negativen Seite sein. Dadurch kann jeder Hilfskondensator 251 den Strom, der von der Seite des Pluspols 201 zur Seite des Minuspols 212 fließt, aufnehmen.
[Vorgänge der Dämpfungsschaltung 2 des Modifizierten Ausführungsbeispiels]
Im Folgenden werden Vorgänge der Dämpfungsschaltung 2A gemäß dem vorliegenden modifizierten Ausführungsbeispiel beschrieben. Ferner können, sofern nicht anders beschrieben, die Ladespannungen des Kondensators 211 der positiven Seite und des Kondensators 213 der negativen Seite in der Dämpfungsschaltung 2A ähnlich wie in den Dämpfungsschaltungen 2 und 200 sein.
Im Zustand, in dem das Schalterelement 11 in einem Ein-Zustand ist und das Schalterelement 12 in einem Aus-Zustand ist, fließt der Ausgangsstrom durch einen Weg des Stromversorgungskondensators 10, des Drahts 101 der positiven Seite, des Schalterelements 11 und der Stromversorgungs-Ausgangsklemme 19. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Ausgangsstrom durch die Leiterinduktivität 1012 und Energie wird darin angesammelt. Wenn das Schalterelement 11 von diesem Zustand ausgeschaltet wird, kann der Strom in der Dämpfungsschaltung 2A fließen gemäß Modus (1A) bis Modus (5A).
11 zeigt einen Stromfluss in einem Modus (1A). Wenn das Schalterelement 11 ausgeschaltet wird, wird der Ausgangsstrom gleichgerichtet und fließt vom Stromversorgungskondensator 10 und dem Draht 101 der positiven Seite in jeden Ladeweg 21. Zu diesem Zeitpunkt ist die Ladespannung V_m jedes Hilfskondensators 251 niedriger eingestellt als die Ladespannung V_n des Kondensators 213 der negativen Seite und beträgt beispielsweise -E/3(V) im vorliegenden modifizierten Ausführungsbeispiel. Aus diesem Grund fließt der Strom, der in den Kondensator 211 der positiven Seite des Ladewegs 21 geflossen ist, über den Hilfskondensator 251 durch den Kondensator 212 der negativen Seite, ohne durch die erste Diode 212 zu fließen. Dadurch wird die aktuelle Leistung der Leiterinduktivität 1012 durch Laden des Kondensators 211 der positiven Seite, des Hilfskondensators 251 und des Kondensators 213 der negativen Seite absorbiert.
Auf diese Weise fungiert in der Dämpfungsschaltung 2 des vorliegenden modifizierten Ausführungsbeispiels zu einem frühen Zeitpunkt, in dem der Strom unterbrochen wird, eine Reihenschaltung aus dem Kondensator 211 der positiven Seite, dem Hilfskondensator 251 und dem Kondensator 213 der negativen Seite als Umgehungsladeweg, und die Ladespannung in jedem Umgehungsladeweg beträgt E(V). Daher wird die Spannung ΔV1, die aufgrund der Leiterinduktivität 1012 durch die Stoßspannung erzeugt wird, erzeugt, indem sie zu E(V) hinzuaddiert wird, basierend auf E(V).
Dabei kann sich die Spannung V_m des Hilfskondensators 251 auf 0(V) erhöhen. Daher erhöht sich die Spannung zwischen dem Draht 101 der positiven Seite und dem Draht 102 der negativen Seite von E(V) auf 4E/3(V).
12 zeigt einen Stromfluss in einem Modus (2A). Wenn die Spannung V_m des Hilfskondensators 251 0(V) erreicht, fließt der Strom, der in den Kondensator 211 der positiven Seite des Ladewegs 21 geflossen ist, über die erste Diode 212 durch den Kondensator 213 der negativen Seite. Dadurch wird die aktuelle Leistung der Leiterinduktivität 1012 durch Laden des Kondensators 211 der positiven Seite und des Kondensators 213 der negativen Seite absorbiert. In der Zwischenzeit kann der Strom, der durch den Kondensator 211 der positiven Seite fließt, auch leicht durch den Hilfskondensator 251 fließen, um die Spannung V_m des Hilfskondensators 251 leicht zu erhöhen. Durch die obige Anordnung wird die Stromenergie der Leiterinduktivität 1012 vollständig durch den Kondensator 211 der positiven Seite und den Kondensator 213 der negativen Seite sowie den Hilfskondensator 251 absorbiert, so dass die Aufladung abgeschlossen ist. In der Zwischenzeit erzeugt die Energie des in Modus (2A) in den Kondensator 211 der positiven Seite fließenden Stroms aufgrund der Leiterinduktivität 1011 eine Spannung ΔV2.
13 zeigt einen Stromfluss in einem Modus (3A). Wenn die Stromenergie der Leiterinduktivität 1012 vollständig absorbiert ist und die Ladung somit abgeschlossen ist, erfolgt die Entladung über den Umgehungsladeweg, da die Ladespannung gleich groß wie oder größer als 4E/3(V) im Umgehungsladeweg ist. Da die Kapazität jedes Hilfskondensators 251 geringer ist als die Kapazität des Kondensators 211 der positiven Seite und des Kondensators 213 der negativen Seite, kann die Entladung auch hauptsächlich über den Hilfskondensator 251 erfolgen. Dadurch wird die Spannung jedes Hilfskondensators 251 zu -E/3(V), und die Spannung zwischen dem Draht 101 der positiven Seite und dem Draht 102 der negativen Seite wird von 4E/3(V) auf E(V) reduziert.
14 zeigt einen Stromfluss in einem Modus (4A). Wenn die Spannung zwischen dem Draht 101 der positiven Seite und dem Draht 102 der negativen Seite auf E(V) reduziert wird und die Spannung V_m des Hilfskondensators 251 -E/3(V) wird, fließt der Strom aus der Dämpfungsschaltung 2 aufgrund einer selbstinduzierenden Wirkung der Leiterinduktivität 1011 ab, so dass die Entladung durch den Kondensator 211 der positiven Seite und den Kondensator 213 der negativen Seite jedes Entladewegs 22 erfolgt. Dadurch kann sich die Spannung zwischen dem Draht 101 der positiven Seite und dem Draht 102 der negativen Seite von E(V) auf (E-ΔVs) verringern.
15 zeigt einen Stromfluss in einem Modus (5). Wenn die Spannung zwischen dem Draht 101 der positiven Seite und dem Draht 102 der negativen Seite durch die Entladung aus dem Kondensator 211 der positiven Seite und dem Kondensator 213 der negativen Seite auf (E-ΔVs) reduziert wird, fließt der Strom aus der Leiterinduktivität 1011 aufgrund der Differenz zu einer DV-elektromotorischen Kraft E wieder in jeden Ladeweg 21. Zu diesem Zeitpunkt ist die Ladespannung V_m jedes Hilfskondensators 251 niedriger als die Ladespannung V_n des Kondensators 213 der negativen Seite und beträgt beispielsweise -E/3(V) im vorliegenden Ausführungsbeispiel. Aus diesem Grund fließt der Strom, der in den Kondensator 211 der positiven Seite des Ladewegs 21 fließt, wieder über den Hilfskondensator 251 durch den Kondensator 212 der negativen Seite, ohne durch die erste Diode 212 zu fließen. Dadurch wird die aktuelle Leistung der Leiterinduktivität 1011 durch Laden des Kondensators 211 der positiven Seite und des Hilfskondensators 251 einmal absorbiert.
Danach werden das Laden und Entladen im Modus (2A) bis zum Modus (5A) durch Resonanz der Leiterinduktivität 1011, des Hilfskondensators 251 und dergleichen wiederholt, so dass die Spannung V_m des Hilfskondensators 251 im Wesentlichen auf ΔVs/2(V) konvergiert. Damit ist die mit dem Ausschaltvorgang des Schalterelements 11 in Verbindung gebrachte Gleichrichtung abgeschlossen. Die aufgrund der Resonanz verlorene Energie beträgt ungefähr ΔVs/2(V) und kann beispielsweise kleiner sein als die Energie, die E/3(V) entspricht.
Wenn das Schalterelement 11 wieder eingeschaltet wird, wie im Vergleichsbeispiel, wird die während des Ausschaltvorgangs im Kondensator 211 der positiven Seite und Kondensator 213 der negativen Seite sowie im Hilfskondensator 251 angesammelte Energie freigegeben, so dass die mit dem Einschaltvorgang des Schalterelements 11 verbundene Gleichrichtung abgeschlossen ist. Somit kann im vorliegenden modifizierten Ausführungsbeispiel die Ladespannung V_m jedes Hilfskondensators 251 zu -E/3(V) werden.
Wie oben beschrieben ist es auch in der Dämpfungsschaltung 2A des modifizierten Ausführungsbeispiels möglich, ähnliche Wirkungen wie mit der Dämpfungsschaltung 2 des Ausführungsbeispiels zu erzielen.
[Andere Modifizierte Ausführungsbeispiele]
Gemäß Ausführungsbeispiel und modifiziertem Ausführungsbeispiel wurde beschrieben, dass die Dämpfungsschaltung 2; 2A entweder den Hilfskondensator 252 oder den Hilfskondensator 251 aufweist, sie kann aber auch beide Hilfskondensatoren aufweisen.
Es wurde auch beschrieben, dass die Hilfskondensatoren 252 jeweils parallel zu jeder der (N+1) zweiten Dioden 221 angeschlossen sind, sie können jedoch auch nur zu einigen der zweiten Dioden 221 parallel angeschlossen sein. Es wurde auch beschrieben, dass die Hilfskondensatoren 251 jeweils parallel zu jeder der N ersten Dioden 212 angeschlossen sind, sie können jedoch auch nur zu einigen der ersten Dioden 212 parallel angeschlossen sein.
Während die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist der technische Umfang der Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass zu den oben beschriebenen Ausführungsformen verschiedene Änderungen oder Verbesserungen hinzugefügt werden können. Aus dem Schutzbereich der Ansprüche ergibt sich auch, dass die mit solchen Änderungen oder Verbesserungen hinzugefügten Ausführungsformen in den technischen Umfang der Erfindung einbezogen werden können.
Die Vorgänge, Prozeduren, Schritte und Stufen jedes Prozesses, die von einer Vorrichtung, einem System, einem Programm und einem Verfahren durchgeführt werden, die in den Ansprüchen, Ausführungsbeispielen oder Zeichnungen dargestellt sind, können in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden, solange die Reihenfolge nicht durch „vorher“, „vor“ oder ähnlichen Begriffen angegeben ist und solange die Ausgabe eines vorhergehenden Prozesses nicht in einem späteren Prozess verwendet wird. Selbst wenn der Prozessablauf in den Ansprüchen, Ausführungsbeispielen oder Abbildungen durch Begriffe wie „erste“ oder „nächste“ beschrieben wird, bedeutet dies nicht unbedingt, dass der Prozess in dieser Reihenfolge durchgeführt werden muss.
Bezugszeichenliste

1:: Stromrichter,
2:: Dämpfungsschaltung,
3:: Schalterkreis,
5:: Halbleitermodul,
10:: Stromversorgungskondensator,
11:: Schalterelement,
12:: Schalterelement,
13:: Schutzdiode,
14:: Schutzdiode,
19:: Stromversorgungs-Ausgangsklemme,
21:: Ladeweg,
22:: Entladeweg,
51:: Pluspol,
52:: Minuspol,
101:: Draht der positiven Seite,
102:: Draht der negativen Seite,
200:: Dämpfungsschaltung,
201:: Pluspol,
202:: Minuspol,
211:: Kondensator der positiven Seite,
212:: erste Diode,
213:: Kondensator der negativen Seite,
221:: zweite Diode,
251:: Hilfskondensator,
252:: Hilfskondensator,
1011:: Leiterinduktivität,
1012:: Leiterinduktivität

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2016144340 [0003]

Claims

Dämpfungsschaltung, umfassend: N (N: ganze Zahl gleich oder größer 1) parallele Ladewege, die jeweils einen Kondensator der positiven Seite, eine erste Diode und einen Kondensator der negativen Seite aufweisen, die der Reihe nach in Serie verbunden sind zwischen einem Pluspol und einem Minuspol, und die konfiguriert sind, einen Stromfluss vom Pluspol zum Minuspol zu bewirken; (N+1) parallele Entladewege, die jeweils eine zweite Diode, die zwischen dem Minuspol oder dem Kondensator der negativen Seite eines k-ten Ladewegs (k: ganze Zahl gleich oder größer 0 und kleiner als N) der N Ladewege und dem Kondensator der positiven Seite eines (k+1)^ten Ladewegs der N Ladewege oder dem Pluspol angeschlossen ist, und die konfiguriert sind, einen Stromfluss vom Minuspol zum Pluspol über zumindest den Kondensator der negativen Seite und/oder den Kondensator der positiven Seite zu bewirken; und mindestens ein Hilfskondensator, der jeweils parallel zu mindestens einer der N ersten Dioden in den N Ladewegen und den (N+1) zweiten Dioden in den (N+1) Entladewegen angeschlossen ist.
Dämpfungsschaltung nach Anspruch 1, wobei eine Kapazität des Hilfskondensators kleiner als eine Kapazität eines jeden Kondensators der positiven Seite und eine Kapazität eines jeden Kondensator der negativen Seite ist.
Dämpfungsschaltung nach Anspruch 2, wobei die Kapazität des Hilfskondensators 1/1000 bis 1/100 der Kapazität eines jeden Kondensator der positiven Seite und der Kapazität eines jeden Kondensator der negativen Seite beträgt.
Dämpfungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jeder Hilfskondensator parallel zu einer der ersten Dioden und der zweiten Dioden angeschlossen ist.
Dämpfungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jeder Hilfskondensator parallel zu einer beliebigen der jeweils N ersten Dioden und der jeweils (N+1) zweiten Dioden angeschlossen ist.
Dämpfungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Leiterinduktivität eines jeden Ladewegs kleiner ist als eine Leiterinduktivität eines jeden Entladewegs.
Stromrichter, umfassend: die Dämpfungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6; und ein Schalterkreis, der mit dem Pluspol und dem Minuspol verbunden ist.
Stromrichter nach Anspruch 7, wobei der Schalterkreis ein Wechselrichter ist, der obere und untere Arme aufweist, und wenn einer der oberen oder unteren Arme nichtleitend wird, erfüllen ein Zeitraum ΔT1 nachdem eine an den Armen angelegte Spannung eine Versorgungsspannung erreicht bis die Spannung zu einer Gesamtspannung des in Reihe geschalteten Kondensators der positiven Seite und Kondensators der negativen Seite wird und ein Zeitraum ΔT2 ab einem Ende des Zeitraums ΔT1 bis zum Ende des Ladens zumindest eines des Kondensators der positiven Seite und des Kondensators der negativen Seite eine der folgenden Beziehungen: ΔT1 ist gleich oder kleiner als ΔT2 und ΔT2 ist kleiner als 5 x ΔT1.