DE112013007659T5 - Leistungs-Umrichter - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Leistungs-Umrichter bereitgestellt, welcher einen Betrieb zur Aufnahme generatorischer Leistung ausführen kann, um generatorische Leistung aufzunehmen, welche durch einen Motor erzeugt wird, und einen Hochsetzsteller-Betrieb zum Hochsetzen einer Gleichspannung welche einem Wechselrichter zugeführt wird, ohne die Größe und die Kosten der Vorrichtung zu erhöhen durch eine Konfiguration und Verwendung einer Hauptschaltung, in welcher eine Gleichrichterschaltung und ein Wechselrichter bereitgestellt sind. Eine Hauptschaltung 100 weist eine Diode 5 auf, deren Katode mit einem positivseitigen Leistungs-Zuführungspfad verbunden ist, welcher zwischen einer Gleichrichter-Schaltung 3 und einem Wechselrichter 4 ausgebildet ist; und ein Umschaltelement, welches eine Verbindung ist zwischen einer Anode der Diode 5 und einen negativseitigen Leistungs-Zuführungspfad, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung 3 und dem Wechselrichter 4 ausgebildet ist. In der Hauptschaltung 100 wird ein Abschnitt geöffnet, welcher zwischen einem ersten Anschluss P und einem zweiten Anschluss P1 angeordnet ist, welche im positivseitigen Leistungs-Zuführungspfad bereitgestellt sind, und eine Drossel 13 wird zwischen dem zweiten Anschluss P1 und einem dritten Anschluss PR bereitgestellt, wobei der dritte Anschluss PR an einem Verbindungspunkt zwischen der Diode 5 und dem Umschaltelement 6 bereitgestellt ist, wodurch eine Hochsetzsteller-Schaltung gebildet wird.

Description

  • Bereich
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Leistungs-Umrichter.
  • Hintergrund
  • Ein Leistungs-Umrichter zum speisen eines Motors richtet Wechselstrom gleich, welcher von einer Wechselstrom-Leistungsquelle zugeführt wird, konvertiert den gleichgerichteten Gleichstrom in Wechselstrom und speist einen Motor, welcher üblicherweise einen Bremstransistor aufweist zum Aufnehmen generatorischer Energie, welche während der Abbremsung des Motors entsteht. Das Aufnehmen der generatorischen Energie erfolgt dadurch, dass Strom durch einen externen Widerstand geleitet wird. Eine weitere Anforderung an einen Leistungs-Umrichter zum Speisen eines Motors besteht in einer Konfiguration, welche einen stabilen Betrieb auch dann gewährleistet, wenn die Spannung der Wechselstrom-Leistungsquelle fluktuiert und wenn die Spannung abfällt. Ferner wird eine Konfiguration gefordert, welche es erlaubt das Drehmoment und die Ausgabe des Motors zu verbessern.
  • Im einschlägigen Stand der Technik wurde eine Konfiguration einer Vorrichtung zur elektrischen Servolenkung offenbart, welche einen Motor zur elektrischen Servolenkung speist, welche während des Betriebs zwischen dem motorischen und dem generatorischen Betrieb umgeschaltet werden kann (beispielsweise Patentliteratur 1).
  • Zitierungsliste
  • Patentliteratur
    • Patentliteratur 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2004-166441
  • Technische Aufgabe
  • Im einschlägigen Stand der Technik wird jedoch vorausgesetzt, dass eine interne Hochsetz-Schaltung oder ein interner Schaltkreis für die Aufnahme generatorischer Leistung vorhanden ist, wobei jeder dieser Schaltkreise ein Umschaltelement aufweist, welches für das Umschalten verwendet wird. Daher ist das Umschaltelement zum Umschalten eine wichtige Komponente. Insbesondere deswegen, weil der Nennstrom üblicherweise durch das Umschaltelement durchfließen muss, welches im Gleichspannungs-Versorgungspfad vorgesehen ist. Dadurch ergibt sich das Problem, dass sich die Größe und die Kosten der Vorrichtung erhöhen.
  • Die Erfindung wurde im Hinblick auf die oben genannten Umstände ausgeführt. Ein Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Leistungs-Umrichten bereitzustellen, welche wechselweise oder gleichzeitig bereitstellen kann: einem Betrieb zur Aufnahme generatorischer Leistung, um generatorische Leistung, welche durch einen Motor erzeugt wird, aufzunehmen, und einem Hochsetzsteller-Betrieb, um die Gleichspannung, welche an einen Wechselrichter geliefert wird, hochzusetzen, ohne die Größe und die Kosten der Vorrichtung zu erhöhen.
  • Lösung des Problems
  • Um das Problem zu lösen und das oben genannte Ziel zu erreichen, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Leistungs-Umrichter, welcher eine Hauptschaltung aufweist, welche wiederum eine Gleichrichter-Schaltung, welche Wechselstrom gleichrichtet, welcher von einer Wechselstrom-Leistungsquelle zugeführt wird, sowie einen Wechselrichter aufweist, welcher einen Motor speist. Die Hauptschaltung umfasst eine Diode, wobei eine Katode der Diode mit einem positivseitigen Leistungs-Versorgungspfad verbunden ist, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung und dem Wechselrichter ausgebildet ist; ein Umschaltelement, welches zwischen einem negativseitigen Leistungs-Versorgungspfad, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung und dem Wechselrichter ausgebildet ist, und einer Anode der Diode angeschlossen ist; einen ersten Anschluss, welcher im positivseitigen Leistungs-Versorgungspfad bereitgestellt ist; einen zweiten Anschluss, welcher in einem Abschnitt. des positivseitigen Leistungs-Versorgungspfads bereitgestellt ist, wobei der Abschnitt näher an der Gleichrichter-Schaltung ist als der erste Anschluss, und wobei der zweite Anschluss mit dem ersten Anschluss unverbunden ist; einen dritten Anschluss, welcher von einem Verbindungspunkt zwischen der Diode und dem Umschaltelement abzweigt; und eine Drossel, welche zwischen dem zweiten Anschluss und dem dritten Anschluss bereitgestellt ist. Die Diode, dass Umschaltelement und die Drossel bilden eine Hochsetzsteller-Schaltung, welche eine Gleichspannung hochsetzt, welche dem Wechselrichter zugeführt wird.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Mit dieser Erfindung kann eine Konfiguration bereitgestellt werden, welche eine Gleichrichter- und eine Wechselrichterschaltung bereitstellt, in welcher generatorische Leistung eines Motors während einem Betrieb zur Aufnahme generatorischer Leistung aufgenommen wird. Anstelle eines Kurzschlusses, welcher eine Überbrückung zwischen einem ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss ist und anstelle eines Widerstandes, welcher zwischen dem ersten Anschluss und einem dritten Anschluss angeschlossen ist, kann eine Drossel bereitgestellt werden, welche zwischen dem ersten Anschluss und dem dritten Anschluss angeschlossen wird. Dadurch kann eine Konfiguration bereitgestellt werden, welche die Gleichspannung, welche an den Wechselrichter geliefert wird, hochsetzt, ohne die Größe und die Kosten der Vorrichtung zu erhöhen.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Die 1 ist eine Darstellung zur Illustration eines Beispiels für eine Konfiguration eines Leistungs-Umrichters entsprechend einer ersten Ausführungsform.
  • Die 2 ist eine Darstellung zur Illustration eines Beispiels für eine Konfiguration einer Hauptschaltung des Leistungs-Umrichters, welcher in der 1 dargestellt ist.
  • Die 3 ist eine Darstellung zur Illustration eines Beispiels für eine Konfiguration einer Hauptschaltung, welche den Aufbau aufweist, wie er in der 2 dargestellt wird, wenn ein Betrieb zur Aufnahme generatorischer Leistung ausgeführt wird.
  • Die 4 ist eine Darstellung zur Illustration eines Beispiels eines Leistungs-Umrichters, welcher unterschiedlich ist zu dem Leistungs-Umrichter der ersten Ausführungsform, welcher in der 1 dargestellt ist.
  • Die 5 ist eine Darstellung zur Illustration eines Beispiels einer Konfiguration der Hauptschaltung des Leistungs-Umrichters, welche in der 4 dargestellt ist.
  • Die 6 ist eine Darstellung zur Illustration eines Beispiels einer Konfiguration der Hauptschaltung, welche den Aufbau aufweist, welcher in der 5 dargestellt ist, wenn der Betrieb zur Aufnahme generatorischer Leistung ausgeführt wird.
  • Die 7 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels der Konfiguration eines Leistungs-Umrichters entsprechend einer zweiten Ausführungsform.
  • Die 8 ist eine Darstellung zur Illustration eines Beispiels einer Konfiguration der Hauptschaltung des Leistungs-Umrichters, welcher in der 7 dargestellt ist.
  • Die 9 ist eine Darstellung zur Illustration eines Beispiels einer Konfiguration der Hauptschaltung, welche den Aufbau hat, welcher in der 8 dargestellt ist, wenn der Betrieb zur Aufnahme generatorischer Leistung ausgeführt wird.
  • Die 10 ist ein Diagramm zur Darstellung eines unterschiedlichen Beispiels verglichen zu dem Leistungs-Umrichter der zweiten Ausführungsform, welcher in der 7 dargestellt ist.
  • Die 11 ist eine Darstellung zur Illustration eines Beispiels einer Konfiguration einer Hauptschaltung des Leistungs-Umrichters, welcher in der 10 dargestellt ist.
  • Die 12 ist eine Darstellung zur Illustration eines Beispiels einer Konfiguration der Hauptschaltung, welche den Aufbau aufweist, welcher in der 11 dargestellt ist, wenn der Betrieb zur Aufnahme generatorischer Leistung ausgeführt wird.
  • Die 13 ist eine Darstellung zur Illustration eines Beispiels der Konfiguration eines Leistungs-Umrichters entsprechend einer dritten Ausführungsform.
  • Die 14 ist eine Darstellung zur Illustration eines unterschiedlichen Beispiels einer Konfiguration des Leistungs-Umrichters, verglichen mit der dritten Ausführungsform, welche in der 13 dargestellt ist.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Mit Bezug auf die beiliegenden Figuren werden im Nachfolgenden Leistungs-Umrichter gemäß Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
  • Erste Ausführungsform
  • Die 1 ist eine Darstellung zur Illustration eines Beispiels einer Konfiguration eines Leistungs-Umrichters entsprechend der ersten Ausführungsform. Des Weiteren ist die 2 eine Darstellung zur Illustration eines Beispiels einer Konfiguration der Hauptschaltung des Leistungs-Umrichters, welcher in der 1 dargestellt ist. Wie in der 2 dargestellt ist, weist die Hauptschaltung 100 auf: eine Gleichrichter-Schaltung 3, welche durch eine Vollbrücken-Verbindung aus einer Vielzahl von Gleichrichterelementen gebildet ist, und zu welcher Wechselstrom-Leistung über die Anschlüsse R, S und T zugeführt wird; einen Wechselrichter 4, welcher durch eine Vollbrücken-Verbindung aus einer Vielzahl von Umschaltelementen gebildet ist, und welcher eine Last speist; eine Diode 5, wobei eine Katode dieser Diode mit einem positivseitigen Leistungsversorgungs-Pfad verbunden ist, welcher wiederum mit dem Wechselrichter 4 verbunden ist; und ein Umschaltelement 6, das mit einem negativseitigen Leistungsversorgungs-Pfad verbunden ist, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung 3 und dem Wechselrichter 4 ausgebildet ist, und wobei das Umschaltelement 6 ferner mit einer Anode der Diode 5 verbunden ist. Das Umschaltelement 6 kann beispielsweise aus einem Leistungstransistor, einem Leistungs-MOSFET, einem IGBT, oder dergleichen gebildet sein.
  • Des Weiteren weist die Hauptschaltung 100 auf: einen P-Anschluss (erster Anschluss), welcher im positivseitigen Leistungsversorgungs-Pfad bereitgestellt ist, wobei der positivseitige Leistungsversorgungs-Pfad zwischen der Gleichrichter-Schaltung 3 und dem Wechselrichter 4 ausgebildet ist; einen P1-Anschluss (zweiter Anschluss), welcher in einem Abschnitt des positivseitigen Leistungsversorgungs-Pfads bereitgestellt ist, welcher näher an der Gleichrichter-Schaltung 3 ist, als der P-Anschluss (erster Anschluss) und welcher mit dem P-Anschluss (erster Anschluss) unverbunden ist; einen PR-Anschluss (dritter Anschluss), welcher von einem Verbindungspunkt zwischen der Diode 5 und dem Umschaltelement 6 abzweigt; und einen N-Anschluss, welcher im negativseitigen Leistungsversorgungs-Pfad bereitgestellt ist, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung 3 und dem Wechselrichter 4 ausgebildet ist. Darüber hinaus ist die Hauptschaltung 100 auch mit einem Anschluss ausgestattet, mit welchem eine Steuereinheit 7 zu Steuerung des Wechselrichters 4 und des Umschaltelements 6 verbindbar ist, wobei dieser Anschluss hier nicht dargestellt ist. Des Weiteren ist in dem Beispiel, welches in der 2 dargestellt ist, eine Schaltung 9 zur Verhinderung von Einschalt-Stromstößen zwischen dem P1-Anschluss (zweiter Anschluss) und der Gleichrichter-Schaltung 3 bereitgestellt. Die Schaltung 9 zur Verhinderung von Einschalt-Stromstößen wird weiter unten beschrieben.
  • In dem Beispiel für einen Leistungs-Umrichter entsprechend der ersten Ausführungsform, welche in der 1 dargestellt ist, ist im Leistungs-Umrichter eine Wechselstrom-Leistungsquelle 1 mit den Anschlüssen R, S und T verbunden und ein Motor 4 ist als Last des Wechselrichters 4 angeschlossen. Ein Glättungskondensator 8 zur Glättung der Gleichspannung, welche am Wechselrichter 4 anliegt, ist verbunden mit einem Eingangsanschluss des Wechselrichters 4. Konkret verbindet der Glättungskondensator 8 den P-Anschluss (erster Anschluss) mit dem N-Anschluss. Jedoch ist die Darstellung hier vereinfacht, um die Beschreibung zu erleichtern.
  • Im Zusammenhang mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Beispiel beschrieben, in welchem ein externes Element mit dem P-Anschluss (erster Anschluss), dem P1-Anschluss (zweiter Anschluss), sowie mit dem PR-Anschluss (dritter Anschluss) verbunden wird, so dass entweder ein Betrieb zur Aufnahme generatorischer Leistung ausgeführt werden kann, welcher so konfiguriert ist, dass generatorische Energie (generatorischer Leistung) aufgenommen wird, welche während der Abbremsung des Motors 2 erzeugt wird, oder ein Hochsetzsteller-Betrieb zum Hochsetzen von Gleichspannung, welche dem Wechselrichter zugeführt wird.
  • Die 3 ist eine Darstellung zur Illustration eines Beispiels für eine Konfiguration der Hauptschaltung in einem Zustand, in welchem der Betrieb zur Aufnahme generatorischer Leistung ausgeführt wird, wobei die Hauptschaltung den Aufbau aufweist, welche in der 2 dargestellt ist,.
  • Wenn der Betrieb zur Aufnahme generatorischer Leistung ausgeführt wird, sind der P-Anschluss (erster Anschluss) und der P1-Anschluss (zweiter Anschluss) über einen Kurzschluss 200 miteinander verbunden und ein Bremswiderstand 12 ist zwischen dem P1-Anschluss (zweiter Anschluss) und dem PR-Anschluss (dritter Anschluss) angeschlossen, wie dies in der 3 dargestellt ist. Der Bremswiderstand 12, die Diode 5 und das Schaltelement 6, welche in der Hauptschaltung 100 enthalten sind, bilden eine Bremsschaltung.
  • Der Kurzschluss 200 kann hierbei ein Metallleiter sein, wie eine Kupferplatte oder ein Kupferdraht. Der Kurzschluss 200 kann eine Gleichstromdrossel sein, um den Leistungsfaktor zu verbessern. Es wird ferner angenommen, dass eine Drossel zur Unterdrückung von hochfrequentem Rauschen, welches durch den Wechselrichter 4 erzeugt wird, angeschlossen ist. Die Erfindung ist nicht auf eine Konfiguration des Kurzschlusses 200 beschränkt.
  • Des Weiteren hat die oben erwähnte Schaltung 9 zur Verhinderung von Einschalt-Stromstößen die Funktion, das Zuführen von Einschalt-Stromstößen zum Glättungskondensator 8 zu verhindern, wenn die Wechselstrom-Leistungsquelle 1 angeschaltet wird. Die Schaltung 9 zur Verhinderung von Einschalt-Stromstößen weist einen Lade-Widerstand 10 und einen Schalter 11 auf. Wenn die Wechselstrom-Leistungsquelle 1 eingeschaltet wird, wird der Schalter 11 geöffnet und ein initiales Aufladen des Glättungskondensators 8 wird über den Lade-Widerstand 10 ausgeführt, welcher einen Widerstand für den Aufladevorgang bereitstellt. Danach wird der Schalter 11 geschlossen, sodass die Hauptschaltung im normalen Betrieb ist.
  • Im Betrieb zur Aufnahme generatorischer Leistung überwacht die Steuereinheit 7 beispielsweise eine Eingangsspannung des Wechselrichters 4. Wenn die Eingangsspannung einen vorher festgelegten Wert übersteigt, steuert die Steuereinheit 7 das Umschaltelement 6 so an, dass es eingeschaltet wird und dadurch ermöglicht, dass Strom durch den Bremswiderstand 12 fließt, wodurch generatorische Leistung aufgenommen wird, welche während des Abbremsvorgangs des Motors 2 erzeugt wird. Wenn die Eingangsspannung des Wechselrichters 4 gleich oder geringer ist als ein festgelegter Wert, steuert die Steuereinheit 7 das Umschaltelement 6 so, dass das Umschaltelement 6 ausgeschaltet wird. Dadurch wird das Ansprechen eines Überspannungsschutzes verhindert, welcher durch Anstiege der Eingangs-Gleichspannung ausgelöst wird. Der Betrieb zur Aufnahme generatorischer Leistung, welche durch die Steuereinheit 7 gesteuert ausgeführt wird, ist im Stand der Technik bekannt und die Erfindung ist nicht auf ein Verfahren zur Steuerung des Umschaltelements 6 während des Betriebs zur Aufnahme der generatorischer Leistung beschränkt.
  • Ergänzend hierzu ist der Leistungs-Umrichter entsprechend der ersten Ausführungsform, welcher in der 1 dargestellt ist, ausgebildet, einen Hochsetzsteller-Betrieb zum Hochsetzen einer Gleichspannung auszuführen, welche dem Wechselrichter 4 zugeführt wird.
  • Wenn der Hochsetzsteller-Betrieb ausgeführt werden soll, wird ein Abschnitt zwischen dem P-Anschluss (erster Anschluss) und dem P1-Anschiuss (zweiter Anschluss) geöffnet, und eine Drossel 13 wird als zwischen dem P1-Anschluss (zweiter Anschluss) und dem PR-Anschluss (dritter Anschluss) angeschlossen, wie dies in der 1 dargestellt ist. Die Drossel 13, die Diode 5 und das Umschaltelement 6, welche in der Hauptschaltung 100 enthalten sind, bilden eine Hochsetzsteller-Schaltung.
  • Im Hochsetzsteller-Betrieb überwacht die Steuereinheit 7 beispielsweise eine Eingangs-Gleichspannung des Wechselrichters 4 in der gleichen Weise, wie im Betrieb zur Aufnahme generatorischer Leistung, und setzt die Gleichspannung, welche dem Wechselrichter 4 zugeführt wird, hoch durch Ausführen einer An-Aus-Steuerung des Umschaltelements 6, so dass die Eingangsspannung ein vorher festgesetzter Spannungswert wird. Der Hochsetzsteller-Betrieb, welcher durch die Steuereinheit 7 ausgeführt wird, ist jedoch bekannt im Stand der Technik, und die Erfindung ist nicht beschränkt auf ein bestimmtes Verfahren zur Steuerung des Umschaltelements 6 im Hochsetzsteller-Betrieb.
  • Wenn der Motor 2 beispielsweise ein Dreiphasenmotor ist, welcher eine dreiphasige-Statorwicklung aufweist, welche eine Wicklung für die Phase U, eine Wicklung für die Phase V und eine Wicklung für die Phase W hat, und wobei im Rotor des Motors 2 ein Permanentmagnet verwendet wird, durchsetzt der magnetische Fluss des Permanentmagneten die Statorwicklung infolge der Rotation des Rotors, so dass eine induzierte Spannung erzeugt wird. Der Motor 2 gibt ein Drehmoment aus, welches proportional ist zum Strom, welcher in der Statorwicklung fließt infolge einer Potenzialdifferenz zwischen der induzierten Spannung und der Spannung welche vom Wechselrichter 4 ausgegeben wird. Da das Ausgabedrehmoment des Motors 2 proportional zu einem Wert ist, welcher erhalten wird durch Multiplikation des Stroms, welcher in der Statorwicklung fließt mit der Anzahl an Windungen der Statorwicklung, kann das Ausgabedrehmoment des Motors 2 erhöht werden durch eine Erhöhung jedes der Phasenströme welche vom Wechselrichter 4 ausgegeben werden. In diesem Fall werden jedoch die Kupferverluste des Motors 2 oder die Leitungsverluste des Wechselrichters 4 erhöht, wodurch eine Erhöhung der Effizienz verhindert wird.
  • Zwar kann das Ausgabedrehmoment des Motors 2 auch durch eine Erhöhung der Windungsanzahl der Statorwicklung erhöht werden. Jedoch muss in diesem Fall die Ausgabespannung des Wechselrichters 4 erhöht werden, um den gleichen Stromfluss durch die Statorwicklung zu erhalten.
  • Im Leistungs-Umrichter entsprechend der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, die Spannung zu erhöhen, welche vom Wechselrichter 4 ausgegeben wird, durch Hochsetzen der Eingangsspannung des Wechselrichters 4. Daher ist es möglich, das Ausgangsdrehmoment des Motors 2 zu erhöhen, ohne eine Erhöhung jedes der Phasenströme, welche vom Wechselrichter 4 ausgegeben werden, und ohne Erhöhung der Windungsanzahl der Statorwicklung des Motors 2, d. h. ohne im Wesentlichen die Kupferverluste des Motors 2 oder die Leitungsverluste des Wechselrichters 4 zu erhöhen. Es ist daher damit möglich, zu einer Erhöhung der Effizienz beizutragen.
  • Des Weiteren, wenn die Eingangsspannung des Wechselrichters 4 hochgesetzt wird, um jede der Phasen-Ausgangsspannungen des Wechselrichters 4 zu erhöhen, kann, um dennoch das gleiche Ausgangs-Drehmoment zu erhalten, der Strom, welcher in der Statorwicklung fließt, reduziert werden, verglichen mit dem Ausgangsdrehmoment derjenigen Konfiguration, in welcher der Hochsetzsteller-Betrieb nicht ausgeführt wird. Daher, da der Leitungsdurchmesser der Statorwicklung reduziert werden kann, ist es möglich, die Größe des Motors 2 und den Durchmesser der Leitungen, welche zum Motor 2 hinführen, zu reduzieren.
  • Des Weiteren, wenn die Eingangsspannung des Wechselrichters 4 verändert werden soll, d. h. ein Hochsetzfaktor verändert werden soll, entsprechend dem gewünschten Ausgangsdrehmoment des Motors 2, kann die Ausgangsspannung des Wechselrichters 4 auf einen Wert angepasst werden, welcher dem gewünschten Ausgangsdrehmoment des Motors 2 entspricht.
  • Des Weiteren, wenn beispielsweise eine Spannung, welche von der Wechselspannungs-Leistungsquelle 1 ausgegeben wird, verringert wird, wird der Wert der Ausgangsspannung der Gleichrichter-Schaltung 3 ebenso reduziert. Jedoch ist es auch möglich, den reduzierten Wert der Ausgangsspannung durch Spannungserhöhung zu kompensieren, wodurch der Spannungswert, welcher von der Wechselspannungs-Leistungsquelle 1 geliefert wird, weitgehend angepasst werden kann.
  • Die 4 ist ein Diagramm zur Illustration eines Beispiels eines Leistungs-Umrichters, welches unterschiedlich ist, verglichen zur ersten Ausführungsform, welche in der 1 gezeigt ist. Ferner ist die 5 eine Darstellung zur Illustration eines Beispiels für eine Konfiguration der Hauptschaltung des Leistungs-Umrichters, welche in der 4 dargestellt ist. Des Weiteren ist die 6 ein Diagramm zur Illustration eines Beispiels für eine Konfiguration der Hauptschaltung, welche den Aufbau hat, wie er in der 5 dargestellt ist, wenn der Betrieb zur Aufnahme generatorischer Leistung ausgeführt wird.
  • Sogar in dem Fall einer Konfiguration der Hauptschaltung 100a, in welchem die Schaltung 9 zur Verhinderung von Einschalt-Stromstößen so angeordnet ist, dass sie näher am Wechselrichter 4 ist, als der P-Anschluss (erster Anschluss) des positivseitigen Leistungs-Zuführungspfades, wie dies in der 5 dargestellt ist, kann der Betrieb zur Aufnahme generatorischer Leistung durch Anpassung ausgeführt werden, wenn der P-Anschluss (erster Anschluss) und der P1-Anschluss (zweiter Anschluss) über den Kurzschluss 200 miteinander verbunden werden und der Bremswiderstand 12 wird zwischen dem P-Anschluss (erster Anschluss) und dem PR-Anschluss (dritter Anschluss) angeschlossen, wie dies in der 6 dargestellt ist, sodass eine Bremsschaltung gebildet wird. Des Weiteren, kann ein Hochsetzsteller-Betrieb ausgeführt werden, wenn ein Abschnitt zwischen dem P-Anschluss (erster Anschluss) und dem P1-Anschluss (zweiter Anschluss) geöffnet wird und die Drossel 13 zwischen dem P1-Anschluss (zweiter Anschluss) und dem PR-Anschluss (dritter Anschluss) angeschlossen wird, wie dies in der 4 dargestellt ist, wodurch eine Hochsetzsteller-Schaltung gebildet wird.
  • Wie oben beschrieben wurde, ist in dem Leistungs-Umrichter der ersten Ausführungsform die Hauptschaltung so konfiguriert, dass sie aufweist: die Gleichrichter-Schaltung, welche Wechselstrom gleichrichtet, welcher von der Wechselstrom-Leistungsquelle zugeführt wird; den Wechselrichter, welcher den Motor speist; die Diode, deren Katode mit dem positivseitigen Leistungs-Zuführungspfad verbunden ist, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung und dem Wechselrichter ausgebildet ist; und das Umschaltelement, welches zwischen dem negativseitigen Leistungs-Zuführungspfad, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung und dem Wechselrichter ausgebildet ist, und der Anode der Diode angeschlossen ist. In dieser Konfiguration ist der P-Anschluss (erster Anschluss) im positivseitigen Leistungs-Zuführungspfad bereitgestellt, der P1-Anschluss (zweiter Anschluss) ist in einem Abschnitt des positivseitigen Leistungs-Zuführungspfades bereitgestellt, welcher näher an der Gleichrichter-Schaltung ist, als der P-Anschluss (erster Anschluss), wobei der P1-Anschluss (zweiter Anschluss) mit dem P-Anschluss (erster Anschluss) unverbunden ist, und der PR-Anschluss (dritter Anschluss) zweigt ab von einem Verbindungspunkt zwischen der Diode und dem Umschaltelement. Wenn der Betrieb zur Aufnahme generatorischer Leistung, welche vom Motor erzeugt wird, durch Anpassung ausgeführt wird, ohne die Größe und die Kosten der Vorrichtung zu erhöhen, ist es möglich den Hochsetzsteller-Betrieb zum Hochsetzen der Gleichspannung, welche dem Wechselrichter zugeführt wird, auszuführen, durch Bereitstellen der Drossel, welche den P1-Anschluss (zweiter Anschluss) mit dem PR-Anschluss (dritter Anschluss) verbindet, anstelle des Kurzschlusses, welcher den P-Anschluss (erster Anschluss) mit dem P1-Anschluss (zweiter Anschluss) kurzschließt und ferner anstelle des Widerstandes, welcher den P-Anschluss (erster Anschluss) mit dem PR-Anschluss (dritter Anschluss) verbindet.
  • Zwar wurde die Schaltung zur Verhinderung von Einschalt-Stromstößen in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform im positivseitigen Leistungs-Zuführungspfad bereitgestellt, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung und dem Wechselrichter ausgebildet ist. Es muss jedoch nicht erwähnt werden, dass die Schaltung zur Verhinderung von Einschalt-Stromstößen auch im negativseitigen Leistungs-Zuführungspfad bereitgestellt werden kann, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung und dem Wechselrichter ausgebildet ist.
  • Zweite Ausführungsform
  • Die 7 ist eine Darstellung zur Illustration eines Beispiels einer Konfiguration eines Leistungs-Umrichters entsprechend der zweiten Ausführungsform. Die 8 ist eine Darstellung zur Illustration eines Beispiels einer Konfiguration einer Hauptschaltung des Leistungs-Umrichters, welcher in der 7 illustriert ist. Die 9 ist eine Darstellung zur Illustration eines Beispiels einer Konfiguration der Hauptschaltung, welche in der 8 dargestellt ist, während des Betriebs zur Aufnahme generatorischer Leistung. In der Hauptschaltung 100b der Beispiele, welche in den 7, 8 und 9 dargestellt sind, ist eine Anode der Diode 5 mit einem negativseitigen Leistungs-Zuführungspfad verbunden und ein Umschaltelement 6 ist zwischen dem positivseitigen Leistungs-Zuführungspfad, welcher zwischen einer Gleichrichter-Schaltung 3 und einem Wechselrichter 4 ausgebildet ist, und einer Kathode der Diode 5 angeschlossen.
  • Die Hauptschaltung 100b weist des Weiteren einen N-Anschluss (erster Anschluss) auf, welcher im negativseitigen Leistungs-Zuführungspfad bereitgestellt ist, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung 3 und dem Wechselrichter 4 ausgebildet ist; einen N1-Anschluss (zweiter Anschluss), welcher in einem Abschnitt des negativseitigen Leistungs-Zuführungspfades bereitgestellt ist, welcher näher an der Gleichrichter-Schaltung 3 ist, als der N-Anschluss (erster Anschluss), wobei der N1-Anschluss (zweiter Anschluss) mit dem N-Anschluss (erster Anschluss) unverbunden ist; einen NR-Anschluss (dritter Anschluss) welcher von einem Verbindungspunkt zwischen der Diode 5 und dem Umschaltelement 6 abzweigt; und einen P-Anschluss, welcher im positivseitigen Leistungs-Zuführungspfad vorgesehen ist, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung 3 und dem Wechselrichter 4 ausgebildet ist. In dem Beispiel, welches in der 8 dargestellt ist, ist jedoch ein Anschluss mit welchem die Steuereinheit 7 zu Steuerung des Wechselrichters 4 und des Umschaltelements 6 verbunden ist, ebenso nicht dargestellt, wie in der ersten Ausführungsform. Des Weiteren ist in dem Beispiel, welches in der 8 dargestellt ist, eine Schaltung 9 zur Verhinderung von Einschalt-Stromstößen im negativseitigen Leistungs-Zuführungspfad zwischen dem in N1-Anschluss (zweiter Anschluss) und der Gleichrichter-Schaltung 3 vorgesehen.
  • Die Ausführungsform wird beschrieben als ein Beispiel, in welchem ein externes Element mit dem N-Anschluss (erster Anschluss), dem in N1-Anschluss (zweiter Anschluss), und dem in NR-Anschluss (dritter Anschluss) verbunden ist, sodass entweder der Betrieb zur Aufnahme generatorischer Leistung ausgeführt wird, wobei die generatorische Leistung durch die Abbremsung des Motors 2 erzeugt wird, oder aber der Hochsetzsteller-Betrieb ausgeführt wird zum Hochsetzen der Gleichspannung, welche dem Wechselrichter 4 zugeführt wird.
  • Wenn der Betrieb zur Aufnahme generatorischer Leistung ausgeführt werden soll, wird der N-Anschluss (erster Anschluss) mit dem N1-Anschluss (zweiter Anschluss) über einen Kurzschluss 200 miteinander verbunden, und ein Bremswiderstand 12 wird zwischen dem N-Anschluss (erster Anschluss) und dem NR-Anschluss (dritter Anschluss) angeschlossen, wie dies in der 9 dargestellt ist. Der Bremswiderstand 12 und die Diode 5 und das Umschaltelement 6, welche in der Hauptschaltung 100b enthalten sind, formen eine Bremsschaltung.
  • Mit der Konfiguration, welche in der 9 dargestellt ist, kann der gleiche Betrieb zur Aufnahme generatorischer Leistung ausgeführt werden, wie dies mit Bezug auf die Konfiguration der 3 der ersten Ausführungsform beschrieben wurde.
  • Wenn der Hochsetzsteller-Betrieb ausgeführt werden soll, wird, wie dies in der 7 dargestellt ist, wird ein Abschnitt zwischen dem N-Anschluss (erster Anschluss) und dem N1-Anschluss (zweiter Anschluss) geöffnet und eine Drossel 13 wird zwischen dem N1-Anschluss (zweiter Anschluss) und den NR-Anschluss (dritter Anschluss) angeschlossen. Die Drossel 13, die Diode 5 und das Umschaltelement 6, welche in der Hauptschaltung 100b enthalten sind, bilden eine Hochsetzsteller-Schaltung.
  • Mit der Konfiguration, welche in der 7 dargestellt ist, kann der gleiche Hochsetzsteller-Betrieb ausgeführt werden, wie dies mit Bezug auf die Konfiguration der 1 der ersten Ausführungsform beschrieben wurde.
  • Die 10 ist eine Darstellung zur Illustration eines Beispiels, welches unterschiedlich ist zu dem in der 7 gezeigten Leistungs-Umrichter gemäß der zweiten Ausführungsform. Des Weiteren ist die 11 eine Darstellung zu Illustration eines Beispiels einer Konfiguration einer Hauptschaltung des Leistungs-Umrichters, welcher in der 10 dargestellt ist. Des Weiteren ist die 12 eine Darstellung zur Illustration eines Beispiels einer Konfiguration der Hauptschaltung, welche den Aufbau aufweist, welcher in der 11 dargestellt ist, wenn der Betrieb zur Aufnahme generatorischer Leistung ausgeführt wird.
  • Auch die Konfiguration der Hauptschaltung 100c, in welcher die Schaltung 9 zur Verhinderung von Einschalt-Stromstößen näher am Wechselrichter 4 vorgesehen ist als der N-Anschluss (erster Anschluss) des negativseitigen Leistungs-Zuführungspfads, wie dies in der 11 dargestellt ist, kann zur Ausführung des Betriebs zur Aufnahme generatorischer Leistung angepasst werden, wenn der N-Anschluss (erster Anschluss) und der in N1-Anschluss (zweiter Anschluss) über den Kurzschluss 200 miteinander verbunden werden, und der Bremswiderstand 12 zwischen dem N-Anschluss (erster Anschluss) und dem NR-Anschluss (dritter Anschluss) angeschlossen wird, wie dies in der 12 dargestellt ist, sodass eine Bremsschaltung gebildet wird. Des Weiteren kann der Hochsetzsteller-Betrieb ausgeführt werden, wenn ein Abschnitt zwischen dem N-Anschluss (erster Anschluss) und dem in N1-Anschluss (zweiter Anschluss) geöffnet wird und die Drossel 13 zwischen dem N1-Anschluss (zweiter Anschluss) und dem NR-Anschluss (dritter Anschluss) angeschlossen wird, wie dies in der 10 dargestellt ist, wodurch eine Hochsetzsteller-Schaltung gebildet wird.
  • Wie oben beschrieben wurde, weist im Leistungs-Umrichter der zweiten Ausführungsform die Hauptschaltung die Gleichrichter-Schaltung auf, welche Wechselstrom gleichrichtet, welcher von der Wechselstrom-Leistungsquelle zugeführt wird; den Wechselrichter, welcher den Motor speist; die Diode, deren Anode mit dem negativseitigen Leistungs-Zuführungspfad verbunden ist, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung und dem Wechselrichter ausgebildet ist; das Umschaltelement, welches zwischen dem positivseitigen Leistungs-Zuführungspfad, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung und dem Wechselrichter ausgebildet ist, und der Katode der Diode angeschlossen wird; den N-Anschluss (erster Anschluss), welcher im negativseitigen Leistungs-Zuführungspfad vorgesehen ist, den N1-Anschluss (zweiter Anschluss), welcher in einem Abschnitt des negativseitigen Leistungs-Zuführungspfades vorgesehen ist, welcher näher zur Gleichrichter-Schaltung ist, als der N-Anschluss (erster Anschluss), wobei der N1-Anschluss (zweiter Anschluss) und der N-Anschluss (erster Anschluss) unverbunden sind; und den NR-Anschluss (dritter Anschluss), welcher von einem Verbindungspunkt zwischen der Diode und dem Umschaltelement abzweigt. Wenn der Betrieb zur Aufnahme generatorischer Leistung, welche durch den Motor erzeugt wird, durch Anpassung ausgeführt wird, ist es möglich, den Hochsetzsteller-Betrieb zum Hochsetzen von Gleichspannung auszuführen, welche dem Wechselrichter zugeführt wird, durch Bereitstellen der Drossel, welche den N1-Anschluss (zweiter Anschluss) mit dem NR-Anschluss (dritter Anschluss) verbindet, anstelle des Kurzschlusses, welcher den N-Anschluss (erster Anschluss) mit dem N1-Anschluss (zweiter Anschluss) kurzschließt und anstelle des Widerstandes, welcher den N-Anschluss (erster Anschluss) mit dem NR-Anschluss (dritter Anschluss) verbindet, ohne die Größe und die Kosten der Vorrichtung zu erhöhen.
  • Zwar ist in der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform die Schaltung zur Verhinderung von Einschalt-Stromstößen im negativseitigen Leistungs-Zuführungspfad vorgesehen, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung und dem Wechselrichter ausgebildet ist. Jedoch ist es auch denkbar, das die Schaltung zur Verhinderung von Einschalt-Stromstößen im positivseitigen Leistungs-Zuführungspfad vorgesehen ist, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung und dem Wechselrichter ausgebildet ist.
  • Dritte Ausführungsform
  • Die 13 ist eine Darstellung zur Illustration eines Beispiels einer Konfiguration eines Leistungs-Umrichters entsprechend einer dritten Ausführungsform. In dem Beispiel, welches in der 13 dargestellt ist, weist eine Hauptschaltung 100d eine erste Diode 5a und eine zweite Diode 5b auf, wobei deren Katoden mit einem positivseitigen Leistungs-Zuführungspfad verbunden sind, welcher mit einem Wechselrichter 4 verbunden ist, ein erstes Umschaltelement 6a, welches eine Anode der ersten Diode 5a mit einem negativseitigen Leistungs-Zuführungspfad verbindet, welcher mit dem Wechselrichter 4 verbunden ist, und ein zweites Umschaltelement 6b, welches den negativseitigen Leistungs-Zuführungspfad, welcher mit dem Wechselrichter 4 verbunden ist, mit einer Anode der zweiten Diode 5b verbindet, anstelle der Diode 5 und dem Umschaltelement 6, welche mit Bezug auf die erste und zweite Ausführungsform beschrieben wurden.
  • Des Weiteren ist in dem Beispiel, welches in der 13 dargestellt ist, ein PR1-Anschluss (dritter Anschluss) an einen Verbindungspunkt zwischen der ersten Diode 5a und dem ersten Umschaltelement 6a vorgesehen; und ein PR2-Anschluss (vierter Anschluss) ist an einen Verbindungspunkt zwischen der zweiten Diode 5b und dem zweiten Umschaltelement 6b vorgesehen.
  • Des Weiteren ist in dem Beispiel, welches in der 13 dargestellt ist, eine Schaltung 9 zur Verhinderung von Einschalt-Stromstößen näher am Wechselrichter 4 vorgesehen, als ein P-Anschluss (erster Anschluss) des positivseitigen Leistungs-Zuführungspfads, jedoch ist es auch denkbar, dass die Ausführungsform so konfiguriert ist, dass die Schaltung 9 zur Verhinderung von Einschalt-Stromstößen näher an der Gleichrichter-Schaltung 3 vorgesehen ist, als ein P1-Anschluss (zweiter Anschluss) des positivseitigen Leistungs-Zuführungspfads, wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, oder so konfiguriert ist, dass die Schaltung 9 zur Verhinderung von Einschalt-Stromstößen im negativseitigen Leistungs-Zuführungspfad vorgesehen ist, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung 3 und dem Wechselrichter 4 ausgebildet ist.
  • In der Ausführungsform, wie sie in der 13 dargestellt ist, wird ein Abschnitt zwischen dem P-Anschluss (erster Anschluss) und dem P1-Anschluss (zweiter Anschluss) geöffnet und ein Bremswiderstand 12 wird zwischen dem P-Anschluss (erster Anschluss) und dem PR2-Anschluss (vierter Anschluss) angeschlossen, sodass eine Bremsschaltung gebildet wird, und eine Drossel 13 wird zwischen dem P1-Anschluss (zweiter Anschluss) und dem PR1-Anschluss (dritter Anschluss) angeschlossen, sodass eine Hochsetzsteller-Schaltung gebildet wird. Dadurch ist es möglich, sowohl den Betrieb zur Aufnahme generatorischer Leistung, als auch den Hochsetzsteller-Betrieb auszuführen.
  • Die 14 ist ein Diagramm zur Illustration eines Beispiels, welches unterschiedlich ist zu der in der 13 gezeigten Konfiguration des Leistungs-Umrichters entsprechend der dritten Ausführungsform. In dem Beispiel, welches in der 14 dargestellt ist, sind in einer Hauptschaltung 100e die Anoden der ersten Diode 5a und der zweiten Diode 5b mit dem negativseitigen Leistungs-Zuführungspfad verbunden, welcher mit dem Wechselrichter 4 verbunden ist. Das erste Umschaltelement 6a verbindet die Katode der ersten Diode 5a mit dem positivseitigen Leistungs-Zuführungspfad, welcher mit dem Wechselrichter 4 verbunden ist, und das zweite Umschaltelement 6b verbindet den positivseitigen Leistungs-Zuführungspfad, welcher mit dem Wechselrichter 4 verbunden ist, mit der Katode der zweiten Diode 5b.
  • Des Weiteren ist in dem Beispiel, welches in der 14 gezeigt ist, ein NR1-Anschluss (dritter Anschluss) vorgesehen an einem Verbindungspunkt zwischen der ersten Diode 5a und dem ersten Umschaltelement 6a, und ein NR2-Anschluss (vierter Anschluss) ist vorgesehen an einem Verbindungspunkt zwischen der zweiten Diode 5b und dem zweiten Umschaltelement 6b.
  • Des Weiteren wurde in dem Beispiel, welches in der 14 illustriert ist, die Schaltung 9 zur Verhinderung von Einschalt-Stromstößen näher am Wechselrichter 4 vorgesehen, als der N-Anschluss (erster Anschluss) des negativseitigen Leistungs-Zuführungspfades. Es muss jedoch nicht erwähnt werden, dass die Schaltung 9 zur Verhinderung von Einschalt-Stromstößen 9 näher an der Gleichrichter-Schaltung 3 vorgesehen sein kann, als der N1-Anschluss (zweiter Anschluss) des negativseitigen Leistungs-Zuführungspfades, wie in der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform, oder auch im positivseitigen Leistungs-Zuführungspfad vorgesehen sein kann, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung 3 und dem Wechselrichter 4 ausgebildet ist.
  • Auch in dem Beispiel, welches in der 14 gezeigt ist, wird ein Abschnitt zwischen dem N-Anschluss (erster Anschluss) und dem N1-Anschluss (zweiter Anschluss) geöffnet und ein Bremswiderstand 12 wird zwischen dem N-Anschluss (erster Anschluss) und dem NR2-Anschluss (vierter Anschluss) angeschlossen, so dass eine Bremsschaltung gebildet wird, und eine Drossel 13 wird zwischen dem N1-Anschluss (zweiter Anschluss) und dem NR1-Anschluss (dritter Anschluss) angeschlossen, sodass eine Hochsetzsteller-Schaltung gebildet wird. Daher ist es möglich, sowohl den Betrieb zur Aufnahme generatorischer Leistung, als auch den Hochsetzsteller-Betrieb auszuführen, wie in dem Beispiel, welches in der 13 gezeigt ist.
  • Wie oben beschrieben wurde, kann im Leistungs-Umrichter der dritten Ausführungsform die Hochsetzsteller-Schaltung und die Bremsschaltung durch die Verbindung eines externen Elements mit der Hauptschaltung gleichzeitig realisiert werden. Die Hauptschaltung weist hierbei die Gleichrichter-Schaltung auf, welche Wechselstrom gleichrichtet, welcher von der Wechselstrom-Leistungsquelle zugeführt wird und den Wechselrichter, welcher den Motor speist. Daher ist es möglich, sowohl den Betrieb zur Aufnahme generatorischer Leistung, als auch den Hochsetzsteller-Betrieb für den Motor auszuführen, ohne die Größe und die Kosten der Vorrichtung zu erhöhen.
  • Zwar wird in den oben beschriebenen Ausführungsformen üblicherweise ein Si-basierter Halbleiter, bei welchem Silizium (Si) als Material verwendet wird, als Diode oder Umschaltelement der Hauptschaltung verwendet. Es muss jedoch nicht erwähnt werden, dass ein Wide-Bandgap(WBG)-Halbleiter verwendet werden kann, in welchem Siliziumcarbit (SiC), Galiumnitrit (GaN), oder Diamant als Material verwendet wird.
  • Die Diode und das Umschaltelement, welche aus den WBG-Halbleitern gebildet sind, haben einen hohen Spannungswiderstand und eine hohe zulässige Stromdichte. Da es möglich ist, Leistungs-Halbleitermodule zu bilden, welche durch die Verwendung dieser Diode und dieses Umschaltelements eine reduzierte Größe aufweisen, ist es möglich, die Größe des Leistungs-Umrichters durch Verwenden dieser Leistungs-Halbleitermodule mit verringerter Größe ebenso zu verringern.
  • Des Weiteren haben Dioden und Umschaltelemente, welche aus WBG-Halbleitern hergestellt sind, einen hohen Wärmewiderstand. Da bedingt dadurch Kühlrippen einer Wärmesenke des Leistungs-Umrichters kleiner ausgebildet werden können, kann die Größe des Leistungs-Umrichters weiter reduziert werden.
  • Des Weiteren haben Dioden und Umschaltelemente, welche aus WBG-Halbleitern hergestellt sind, einen geringen Leistungsverlust. Aus diesem Grund kann die Effizienz der Diode und des Umschaltelements verbessert werden. Damit ist es schließlich möglich, die Effizienz von Leistungshalbleitermodulen und des Leistungs-Umrichters zu erhöhen.
  • Zwar ist es bevorzugt, dass alle Dioden und Umschaltelemente des Leistungs-Halbleitermoduls aus WBG-Halbleitern gebildet sind. Da in den oben beschriebenen Ausführungsformen zumindest das Umschaltelement der Hochsetzsteller-Schaltung oder der Bremsschaltung aus WBG-Halbleitern gebildet ist, kann die Steuerung des Umschaltens mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden. Daher kann eine genaue Steuerung zur Hochsetzung oder ein genauer Betrieb zur Aufnahme von Netzleistung ausgeführt werden. Jedoch können die gleichen Effekte erreicht werden, wenn andere Dioden oder Umschaltelemente aus WBG-Halbleitern hergestellt sind. Zusätzlich kann jedes Umschaltelement des Wechselrichters aus WBG-Halbleitern hergestellt sein. Daher versteht es sich, dass die Effizienz des Leistungs-Halbleitermoduls und des Leistungs-Umrichters weiter verbessert werden kann.
  • Des Weiteren werden für die oben dargestellten Ausführungsformen Leistungs-Transistoren, Leistungs-MOSFETs und IGBTs als Beispiele für Schaltelemente in angegeben. Jedoch kann als Umschaltelement auch verwendet werden: ein MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor), welcher eine Super-Junction-Struktur aufweist, welche eine P-Lage umfasst, die tiefer angeordnet ist, als jene eines normalen MOSFET, und welcher eine Kapazität hoher Spannungsfestigkeit aufweist und einen niedrigen ON-Widerstand, bedingt durch den breiten Kontakt zwischen der tiefen P-Lage und einer N-Lage, und welcher als hocheffizientes Umschaltelement bekannt ist; eine Halbleiterkomponente mit isolierter Gate-Elektrode; ein Bipolar-Transistor oder dergleichen. In diesem Fall können die gleichen Effekte erzielt werden und der Verlust kann weiter reduziert werden. Daher ist es möglich, ein hocheffizientes Leistungs-Hableitermodul bereitzustellen und einen hocheffizienten Leistungs-Umrichter.
  • Es versteht sich von selbst, dass die Konfigurationen, welche in den oben dargestellten Ausführungsformen beschrieben sind, jeweils ein Beispiel für eine Konfiguration der Erfindung darstellt, welche auch mit anderen bekannten Technologien kombiniert werden kann und ein Teil der Konfiguration kann auch weggelassen werden oder modifiziert werden, ohne den Gültigkeitsbereich der Erfindung zu verlassen.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Wie oben beschrieben wurde, ist die Erfindung nützlich als Technologie, welche einen Betrieb zur Aufnahme generatorischer Leistung und einen Hochsetzsteller-Betrieb für einen Motor realisiert, ohne die Größe der Vorrichtung und die Kosten der Vorrichtung zu erhöhen. Die Technologie wird in einer Konfiguration verwendet, welche aus einer Gleichrichter-Schaltung und einer Wechselrichterschaltung gebildet wird, und welche passend ist als Konfiguration, welche insbesondere angewandt werden kann, wenn eine Eingangsspannung über einen weiten Bereich genutzt werden soll, oder wenn ein Einfluss der Spannungsschwankung berücksichtigt werden soll.
  • Bezugszeichenliste
    • 1 Wechselstrom-Leistungsquelle, 2 Motor, 3 Gleichrichter-Schaltung, 4 Wechselrichter, 5 Diode, 5a erste Diode, 5b zweite Diode, 6 Umschaltelement, 6a erstes Umschaltelement, 6b zweites Umschaltelement, 7 Steuereinheit, 8 Glättungskondensator, 9 Schaltung zur Verhinderung von Einschalt-Stromstößen, 10 Ladungswiderstand, 11 Schalter, 12 Bremswiderstand, 13 Drossel, 100, 100a, 100b, 100c, 100d, 100e Hauptschaltung, 200 Kurzschluss.

Claims (16)

  1. Ein Leistungs-Umrichter, umfassend: eine Hauptschaltung, welche eine Gleichrichter-Schaltung, welche Wechselstrom gleichrichtet, welcher von einer Wechselstrom-Leistungsquelle zugeführt wird, und einen Wechselrichter aufweist, welcher einen Motor speist, wobei die Hauptschaltung aufweist: eine Diode, wobei eine Katode der Diode mit einem positivseitigen Leistungs-Versorgungspfad verbunden ist, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung und dem Wechselrichter ausgebildet ist, ein Umschaltelement, welches zwischen einem negativseitigen Leistungs-Versorgungspfad, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung und dem Wechselrichter ausgebildet ist, und einer Anode der Diode angeschlossen ist, einen ersten Anschluss, welcher im positivseitigen Leistungs-Versorgungspfad bereitgestellt ist, einen zweiten Anschluss, welcher in einem Abschnitt des positivseitigen Leistungs-Versorgungspfads bereitgestellt ist, wobei der Abschnitt näher an der Gleichrichter-Schaltung ist als der erste Anschluss, wobei der zweite Anschluss mit dem ersten Anschluss unverbunden ist, einen dritten Anschluss, welcher von einem Verbindungspunkt zwischen der Diode und dem Umschaltelement abzweigt, und eine Drossel, welche zwischen dem zweiten Anschluss und dem dritten Anschluss bereitgestellt ist, und wobei die Diode, dass Umschaltelement und die Drossel eine Hochsetzsteller-Schaltung bilden, welche eine Gleichspannung hochsetzt, welche dem Wechselrichter zugeführt wird.
  2. Ein Leistungs-Umrichter, umfassend: eine Hauptschaltung, welche eine Gleichrichter-Schaltung, welche Wechselstrom gleichrichtet, welcher von einer Wechselstrom-Leistungsquelle zugeführt wird, und einen Wechselrichter aufweist, welcher einen Motor speist, wobei die Hauptschaltung aufweist: eine erste Diode und eine zweite Diode, wobei Katoden der ersten und zweiten Diode jeweils mit einem positivseitigen Leistungs-Versorgungspfad verbunden sind, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung und dem Wechselrichter ausgebildet ist, ein erstes Umschaltelement, welches zwischen einem negativseitigen Leistungs-Versorgungspfad, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung und dem Wechselrichter ausgebildet ist, und einer Anode der ersten Diode angeschlossen ist, ein zweites Umschaltelement, welches zwischen dem negativseitigen Leistungs-Versorgungspfad, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung und dem Wechselrichter ausgebildet ist, und einer Anode der zweiten Diode angeschlossen ist, einen ersten Anschluss, welcher im positivseitigen Leistungs-Versorgungspfad bereitgestellt ist, einen zweiten Anschluss, welcher in einem Abschnitt des positivseitigen Leistung-Versorgungspfads bereitgestellt ist, wobei der Abschnitt näher zur Gleichrichter-Schaltung ist als der erste Anschluss, wobei der zweite Anschluss mit dem ersten Anschluss unverbunden ist, einen dritten Anschluss, welcher von einem Verbindungspunkt zwischen der ersten Diode und dem ersten Umschaltelement abzweigt, einen vierten Anschluss, welcher von einem Verbindungspunkt zwischen der zweiten Diode und dem zweiten Umschaltelement abzweigt, eine Drossel, welche zwischen dem zweiten Anschluss und dem dritten Anschluss bereitgestellt ist, und einen Widerstand, welcher zwischen dem ersten Anschluss und dem vierten Anschluss bereitgestellt ist, wobei die erste Diode, das erste Umschaltelement, und die Drossel eine Hochsetzsteller-Schaltung bilden, welche eine Gleichspannung hochsetzt, welche dem Wechselrichter zugeführt wird, und wobei die zweite Diode, das zweite Umschaltelement und der Widerstand eine Bremsschaltung bilden, welche generatorische Leistung aufnimmt, welche durch den Motor erzeugt wird.
  3. Der Leistungs-Umrichter gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Hauptschaltung eine Schaltung zur Verhinderung von Einschalt-Stromstößen aufweist, welche verhindert, dass Einschalt-Stromstöße einem Glättungskondensator zugeführt werden, wobei der Glättungskondensator eine Gleichstrom-Spannung glättet, welche am Wechselrichter anliegt.
  4. Der Leistungs-Umrichter gemäß Anspruch 3, wobei die Schaltung zur Verhinderung von Einschalt-Stromstößen, welche Teil der Hauptschaltung ist, näher an der Gleichrichter-Schaltung angeordnet ist, als der zweite Anschluss im positivseitigen Leistungs-Versorgungspfad.
  5. Der Leistungs-Umrichter gemäß Anspruch 3, wobei die Schaltung zur Verhinderung von Einschalt-Stromstößen, welche Teil der Hauptschaltung ist, näher am Wechselrichter angeordnet ist, als der erste Anschluss im positivseitigen Leistungs-Versorgungspfad.
  6. Der Leistungs-Umrichter gemäß Anspruch 3, wobei die Schaltung zur Verhinderung von Einschalt-Stromstößen, welche Teil der Hauptschaltung ist, im negativ-seitigen Leistungs-Versorgungspfad bereitgestellt ist.
  7. Der Leistungs-Umrichter gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest das Umschaltelement zwischen der Diode und dem Umschaltelement aus einem Wide-Bandgap-Halbleiter hergestellt ist.
  8. Der Leistungs-Umrichter gemäß Anspruch 7, wobei der Wide-Bandgap-Halbleiter Siliziumcarbid, ein Galliumnitrid basiertes Material, oder Diamant ist.
  9. Ein Leistungs-Umrichter, umfassend: eine Hauptschaltung, welche eine Gleichrichter-Schaltung, welche Wechselstrom gleichgerichtet, welcher von einer Wechselstrom-Leistungsquelle zugeführt wird, und einen Wechselrichter aufweist, welcher einen Motor speist, wobei die Hauptschaltung aufweist: eine Diode, wobei eine Anode der Diode mit einem negativseitigen Leistungs-Versorgungspfad verbunden ist, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung und dem Wechselrichter ausgebildet ist, ein Umschaltelement, welches zwischen einem positivseitigen Leistungs-Versorgungspfad, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung und dem Wechselrichter ausgebildet ist, und einer Katode der Diode angeschlossen ist, einen ersten Anschluss, welcher im negativseitigen Leistungs-Versorgungspfad bereitgestellt ist, einen zweiten Anschluss, welcher in einem Abschnitt des positivseitigen Leistungs-Versorgungspfades bereitgestellt ist, wobei der Abschnitt näher an der Gleichrichter-Schaltung ist, als der erste Anschluss, wobei der zweite Anschluss mit dem ersten Anschluss unverbunden ist, ein dritter Anschluss, welcher von einem Verbindungspunkt zwischen der Diode und dem Umschaltelement abzweigt, und eine Drossel, welche zwischen dem zweiten Anschluss und dem dritten Anschluss bereitgestellt ist, und wobei die Diode, das Umschaltelement und die Drossel eine Hochsetzsteller-Schaltung bilden, welche eine Gleichspannung hochsetzt, welche dem Wechselrichter zugeführt wird.
  10. Ein Leistungs-Umrichter, umfassend: eine Hauptschaltung, welche eine Gleichrichter-Schaltung aufweist, welche einen Wechselstrom gleichrichtet, welche von einer Wechselstrom-Leistungsquelle zugeführt wird, und einen Wechselrichter, welcher einen Motor speist, wobei die Hauptschaltung aufweist: eine erste Diode und eine zweite Diode, wobei Anoden der ersten und der zweiten Diode jeweils mit einem negativseitigem Leistungs-Versorgungspfad verbunden sind, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung und dem Wechselrichter ausgebildet ist, ein erstes Umschaltelement, welches zwischen einem positivseitigen Leistungs-Versorgungspfad, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung und dem Wechselrichter ausgebildet ist, und einer Katode der ersten Diode angeschlossen ist, ein zweites Umschaltelement, welches zwischen dem positivseitigen Leistungs-Versorgungspfad, welcher zwischen der Gleichrichter-Schaltung und dem Wechselrichter ausgebildet ist, und einer Katode der zweiten Diode angeschlossen ist, und einen ersten Anschluss, welcher im negativseitigen Leistungs-Versorgungspfad bereitgestellt ist, einen zweiten Anschluss, welcher in einem Abschnitt des negativseitigen Leistungs-Versorgungspfads bereitgestellt ist, wobei der Abschnitt näher an der Gleichrichter-Schaltung ist, als der erste Anschluss, und wobei der zweite Anschluss mit dem ersten Anschluss unverbunden ist, und ein dritter Anschluss, welcher von einem Verbindungspunkt zwischen der ersten Diode und dem ersten Umschaltelement abzweigt, und ein vierter Anschluss, welcher von einem Verbindungspunkt zwischen der zweiten Diode und dem zweiten Umschaltelement abzweigt, und eine Drossel, welche zwischen dem zweiten Anschluss und dem dritten Anschluss bereitgestellt ist, und einen Widerstand, welcher zwischen dem ersten Anschluss und dem vierten Anschluss bereitgestellt ist, wobei die erste Diode, das erste Umschaltelement, und die Drossel eine Hochsetzsteller-Schaltung bilden, welche eine Gleichspannung hochsetzt, welche dem Wechselrichter zugeführt wird, und wobei die zweite Diode, das zweite Umschaltelement und der Widerstand eine Bremsschaltung bilden, welche generatorische Leistung aufnimmt, welche durch den Motor erzeugt wird.
  11. Der Leistungs-Umrichter gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei die Hauptschaltung eine Schaltung zur Verhinderung von Einschalt-Stromstößen aufweist, welche verhindert, dass Einschalt-Stromstöße einem Glättungskondensator zugeführt werden, wobei der Glättungskondensator eine Gleichstrom-Spannung glättet, welche am Wechselrichter anliegt.
  12. Der Leistungs-Umrichter gemäß Anspruch 11, wobei die Schaltung zur Verhinderung von Einschalt-Stromstößen, welche Teil der Hauptschaltung ist, näher an der Gleichrichter-Schaltung angeordnet ist, als der zweite Anschluss im negativseitigen Leistungs-Versorgungspfad.
  13. Der Leistungs-Umrichter gemäß Anspruch 11, wobei die Schaltung zur Verhinderung von Einschalt-Stromstößen, welche Teil der Hauptschaltung ist, näher am Wechselrichter angeordnet ist, als der erste Anschluss des negativseitigen Leistungs-Versorgungspfades.
  14. Der Leistungs-Umrichter gemäß Anspruch 11, wobei die Schaltung zur Verhinderung von Einschalt-Stromstößen, welche Teil der Hauptschaltung ist, im positivseitigen Leistungs-Versorgungspfad bereitgestellt ist.
  15. Der Leistungs-Umrichter gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei von der ersten Diode, der zweiten Diode, dem ersten Umschaltelement, dem zweiten Umschaltelement, zumindest das zweite Umschaltelement aus einem Wide-Bandgap-Halbleiter hergestellt ist.
  16. Der Leistungs-Umrichter gemäß Anspruch 15, wobei der Wide-Bandgap-Halbleiter Siliziumcarbid, ein Galliumnitrid basiertes Material, oder Diamant ist.
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