JP2000232771A - Power-converting device - Google Patents

Power-converting device

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JP2000232771A
JP2000232771A JP11033001A JP3300199A JP2000232771A JP 2000232771 A JP2000232771 A JP 2000232771A JP 11033001 A JP11033001 A JP 11033001A JP 3300199 A JP3300199 A JP 3300199A JP 2000232771 A JP2000232771 A JP 2000232771A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce power loss, size, and cost of the clamped snubber circuit of a DC AC power-converting device used for DC transmission or the like. SOLUTION: One arm is composed by a switch group, where semiconductor switching elements 2 with a self-arc-extinguishing function, are connected in series, at least two arms are combined for composing a high-voltage power- converting device, and a snubber circuit 10 is provided at both the ends of the semiconductor switching elements 2 in a power-conversion device. In this case, in the snubber circuit 10, a series circuit consisting of a clamp diode 4 and a clamp capacitor 5 is connected at both the ends of the semiconductor switching elements 12, and a nonlinear circuit is connected to both the ends of the clamp capacitor 5. The nonlinear circuit is composed by a nonlinear resistance element or a nonlinear resistance circuit where the nonlinear resistance element and a semiconductor control element 19 are used.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、電力系統などに
おいて交流/直流変換や直流交流変換に用いられる電力
変換装置の構成に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a configuration of a power converter used for AC / DC conversion or DC / AC conversion in a power system or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】図23、24は、特開平9−27567
4号公報などに示された電力変換装置の例で、スイッチ
ング素子を直列に接続した場合の1ステージあたりの構
成を示したものである。図において、100はスイッチ
ング素子、102はクランプダイオード、103はクラ
ンプコンデンサ、105はゲート制御回路、108は光
ファイバ、109は放電抵抗、110は放電制御回路、
111は放電スイッチング素子である。次に動作を説明
する。図のような構成のステージを直列接続する場合に
おいて、スイッチング素子1の両端には、以下の2つの
原因から過電圧が発生することは一般に知られている。
1つは、多数個の直列接続されたスイッチング素子1の
ターンオンまたはターンオフ時刻のばらつきによるもの
であり、例えばタ−ンオンの時には遅くオンする素子
に、ターンオフのときには早くオフする素子に過電圧が
印加される。2つめは、回路のインダクタンスのサージ
ネルギーによるものであり、主にターンオフのときにイ
ンダクタンスの逆起電力によって全段に共通に過電圧が
印加される。図22に示された構成において、クランプ
ダイオード102、クランプコンデンサ103、放電抵
抗109、放電制御回路110、放電スイッチング素子
111はクランプ型のスナバ回路を構成しており、以下
その動作を説明する。先に述べた過電圧が発生すると、
その電圧は、クランプコンデンサ103に流れ込みスイ
ッチング素子の両端にかかる電圧の上昇を食い止める。
クランプコンデンサ103に流入した電荷はクランプダ
イオード2によって逆流することを防止される。このと
きクランプコンデンサ103の電圧は一時的に上昇する
ことになる。クランプコンデンサ103の電荷は、放電
制御回路110から出力される信号によってスイッチン
グされる放電スイッチング素子111によって放電抵抗
109を通して放電される。これにより、クランプコン
デンサ103の電圧は、ある一定の値まで低下される。
この一定の値を各直列ステージにおいて合わせておけ
ば、サージエネルギーが流入しても、過大な電圧がスイ
ッチング素子1にかかることはない。このようなクラン
プ型のスナバ回路(特公平7−83617号公報)の利
点は、流入したサージエネルギーのみが損失として消費
されることにあり無駄がない。図23に示されるような
C−R−Dスナバ回路では、クランプコンデンサ103
を全印加直流電圧を直列数で除した値まで充放電する損
失が前記サージエネルギーと加わり放電抵抗109にて
消費されるから、装置の効率が高くできないという問題
があることは広く知られている。
2. Description of the Related Art FIGS.
FIG. 4 shows an example of a power converter shown in Japanese Patent Application Publication No. 4 (JP-A) No. 4 (1993) -204, and shows a configuration per stage when switching elements are connected in series. In the figure, 100 is a switching element, 102 is a clamp diode, 103 is a clamp capacitor, 105 is a gate control circuit, 108 is an optical fiber, 109 is a discharge resistor, 110 is a discharge control circuit,
111 is a discharge switching element. Next, the operation will be described. It is generally known that when the stages having the configuration shown in the figure are connected in series, an overvoltage occurs at both ends of the switching element 1 due to the following two causes.
One is due to variations in the turn-on or turn-off times of a large number of switching elements 1 connected in series. For example, an overvoltage is applied to an element that turns on slowly when the turn-on is performed and an element that turns off quickly when the turn-off is performed. You. The second is due to the surge energy of the inductance of the circuit, and mainly at the time of turn-off, an overvoltage is commonly applied to all stages by the back electromotive force of the inductance. In the configuration shown in FIG. 22, the clamp diode 102, the clamp capacitor 103, the discharge resistor 109, the discharge control circuit 110, and the discharge switching element 111 form a clamp-type snubber circuit, and the operation will be described below. When the above-mentioned overvoltage occurs,
The voltage flows into the clamp capacitor 103 to prevent a rise in the voltage applied to both ends of the switching element.
The charge flowing into the clamp capacitor 103 is prevented from flowing backward by the clamp diode 2. At this time, the voltage of the clamp capacitor 103 temporarily increases. The charge of the clamp capacitor 103 is discharged through a discharge resistor 109 by a discharge switching element 111 that is switched by a signal output from a discharge control circuit 110. Thus, the voltage of the clamp capacitor 103 is reduced to a certain value.
If this constant value is matched in each series stage, an excessive voltage will not be applied to the switching element 1 even if surge energy flows. An advantage of such a clamp-type snubber circuit (Japanese Patent Publication No. 7-83617) is that only the inflowing surge energy is consumed as a loss, so that there is no waste. In the CRD snubber circuit as shown in FIG.
It is widely known that there is a problem that the efficiency of the device cannot be increased because the loss of charging / discharging to a value obtained by dividing the total applied DC voltage by the number of series is added to the surge energy and consumed by the discharge resistor 109. .

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来の技術において
は、クランプコンデンサ103を放電するために放電ス
イッチング素子111が用いられており、放電制御回路
110が複雑になってしまう。つまり、クランプコンデ
ンサ103の電圧は一定の電圧値になるまで放電されな
ければならないから、その値の検出回路や電圧比較回路
が必要となる。また、そのような回路を動作させるため
の安定化電源回路が必要になる。さらに、放電スイッチ
ング素子111のゲート電圧はオン・オフするに見合っ
た値を変化する必要があるから、駆動電力も大きくなり
前記安定化電源回路の容量も大きくなってしまう。電圧
比較回路などの能動型の回路を設ける場合には、スイッ
チング等によって発生するノイズが乗り易いなどの問題
があり、信頼性が低下する恐れもある。
In the prior art, the discharge switching element 111 is used to discharge the clamp capacitor 103, so that the discharge control circuit 110 becomes complicated. That is, since the voltage of the clamp capacitor 103 must be discharged until it reaches a certain voltage value, a circuit for detecting the value and a voltage comparison circuit are required. In addition, a stabilized power supply circuit for operating such a circuit is required. Further, since the gate voltage of the discharge switching element 111 needs to change a value corresponding to turning on / off, the driving power increases and the capacity of the stabilized power supply circuit also increases. In the case where an active circuit such as a voltage comparison circuit is provided, there is a problem that noise generated by switching or the like is easy to ride, and the reliability may be reduced.

【0004】本発明においては、前記のような問題点を
解決するために為されたものであり、クランプ型スナバ
回路の構成を簡略化し、また小型化・安定化することを
目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has as its object to simplify the configuration of a clamp-type snubber circuit and to reduce the size and stabilize it.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項1にかか
わる電力変換装置は、自己消弧機能を有する半導体スイ
ッチング素子を直列に接続したスイッチ群により1アー
ムを構成し、前記アームを少なくとも2つ以上組み合わ
せることにより高電圧の電力変換装置を構成し、前記半
導体スイッチング素子の両端にそれぞれスナバ回路を設
けた電力変換装置において、前記スナバ回路は半導体ス
イッチング素子の両端にクランプダイオードとクランプ
コンデンサの直列回路を接続し、前記クランプコンデン
サの両端に非線形回路を並列に接続し、前記非線形回路
は、非線形抵抗素子または非線形抵抗素子と半導体制御
素子を用いた非線形抵抗回路から構成したものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a power conversion device, wherein one arm is constituted by a group of switches in which semiconductor switching elements having a self-extinguishing function are connected in series, and the arm is composed of at least two switches. A high-voltage power converter is configured by combining the two or more, and a snubber circuit is provided at both ends of the semiconductor switching element, wherein the snubber circuit includes a series connection of a clamp diode and a clamp capacitor at both ends of the semiconductor switching element. A circuit is connected, and a non-linear circuit is connected in parallel to both ends of the clamp capacitor. The non-linear circuit comprises a non-linear resistance element or a non-linear resistance circuit using a non-linear resistance element and a semiconductor control element.

【0006】本発明の請求項2にかかわる電力変換装置
は、請求項1記載の構成において、前記非線形回路は、
インピーダダンス素子、を介して前記半導体スイッチン
グ素子の両端に接続したものである。
According to a second aspect of the present invention, in the power conversion device according to the first aspect, the nonlinear circuit includes:
It is connected to both ends of the semiconductor switching element via an impedance element.

【0007】本発明の請求項3にかかわる電力変換装置
は、請求項1または2記載の構成において、前記非線形
抵抗素子は、ゼナダイオードまたはアレスタまたはバリ
スタなどからなるものである。
According to a third aspect of the present invention, in the power conversion device according to the first or second aspect, the non-linear resistance element includes a zener diode, an arrester, or a varistor.

【0008】本発明の請求項4にかかわる電力変換装置
は、請求項1または2記載の構成において、前記半導体
制御素子を用いた非線形抵抗回路は、放電用の制御電極
付き半導体制御素子と、この放電用半導体素子の高電圧
側の第一主電極と制御電極との間に並列接続される非線
形抵抗素子と、前記放電用半導体素子の制御電極と低電
圧側の第2の主電極との間に並列接続される抵抗とを備
えたものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the power conversion device according to the first or second aspect, the non-linear resistance circuit using the semiconductor control element includes a semiconductor control element having a control electrode for discharging; A non-linear resistance element connected in parallel between the first main electrode on the high voltage side and the control electrode of the semiconductor element for discharge, and between the control electrode and the second main electrode on the low voltage side of the semiconductor element for discharge; And a resistor that is connected in parallel.

【0009】本発明の請求項5にかかわる電力変換装置
は、請求項4記載の構成において、前記クランプコンデ
ンサとインピーダンス素子との接続点と前記放電用半導
体制御素子の制御電極との間にコンデンサを接続したも
のである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the power conversion device according to the fourth aspect, a capacitor is provided between a connection point between the clamp capacitor and the impedance element and a control electrode of the discharge semiconductor control element. Connected.

【0010】本発明の請求項6にかかわる電力変換装置
は、請求項1または2記載の構成において、前記非線形
抵抗回路は、少なくとも2つ以上の半導体制御素子を直
列接続したものを用いて構成したものである。
According to a sixth aspect of the present invention, in the power converter according to the first or second aspect, the nonlinear resistance circuit is configured by using at least two or more semiconductor control elements connected in series. Things.

【0011】本発明の請求項7にかかわる電力変換装置
は、請求項1または2記載の構成において、前記の半導
体制御素子を用いた非線形回路は、放電用の制御電極付
き半導体制御素子とこの半導体制御素子の高電圧側の第
一主電極と低電圧側の第二主電極との間に並列接続され
る第一インピーダンス及び第二インピーダンスとの直列
体と、前記直列体の直列接続点と前記半導体制御素子の
制御電極との間に閾電圧特性を持つ非線形抵抗素子を接
続したものである。
In a power converter according to a seventh aspect of the present invention, in the configuration according to the first or second aspect, the non-linear circuit using the semiconductor control element includes a semiconductor control element with a control electrode for discharging and the semiconductor control element. A series body of the first impedance and the second impedance connected in parallel between the first main electrode on the high voltage side and the second main electrode on the low voltage side of the control element, and a series connection point of the series body and the A non-linear resistance element having a threshold voltage characteristic is connected to a control electrode of a semiconductor control element.

【0012】本発明の請求項8にかかわる電力変換装置
は、請求項7記載の構成において、前記二つのインピー
ダンス素子はそれぞれ第1の抵抗と第1のコンデンサと
の並列回路および第2の抵抗と第2のコンデンサとの並
列回路からなり、それぞれのCR時定数は同一としたも
のである。
In a power converter according to an eighth aspect of the present invention, in the configuration according to the seventh aspect, the two impedance elements each include a parallel circuit of a first resistor and a first capacitor, and a second resistor. It consists of a parallel circuit with a second capacitor, and has the same CR time constant.

【0013】本発明の請求項9にかかわる電力変換装置
は、請求項7記載の構成において、前記二つのインピー
ダンス素子はそれぞれ第1の抵抗と第1のコンデンサと
の並列回路および第2の抵抗と第2のコンデンサとの並
列回路からなり、第1の抵抗と第1のコンデンサによる
CR時定数を第2の抵抗と第2のコンデンサによるCR
時定数より大きくし、前記第一の抵抗と第一のコンデン
サからなるインピーダンスを前記半導体制御素子の第一
主電極側に接続したものである。
According to a ninth aspect of the present invention, in the power conversion apparatus according to the ninth aspect, the two impedance elements each include a parallel circuit of a first resistor and a first capacitor, and a second resistor. It is composed of a parallel circuit with a second capacitor. The CR time constant of the first resistor and the first capacitor is reduced by the CR of the second resistor and the second capacitor.
The impedance is made larger than a time constant, and an impedance composed of the first resistor and the first capacitor is connected to the first main electrode side of the semiconductor control element.

【0014】本発明の請求項10にかかわる電力変換装
置は、自己消弧機能を有する半導体スイッチング素子を
直列に接続したスイッチ群により1アームを構成し、前
記アームを少なくとも2つ以上組み合わせることにより
高電圧の電力変換装置を構成し、前記半導体スイッチン
グ素子の両端にそれぞれスナバ回路を設けた電力変換装
置において、前記スナバ回路は半導体スイッチング素子
の主電極間にクランプダイオードとクランプコンデンサ
の直列回路を接続し、前記クランプダイオードの両端に
放電用スイッチを有し、クランプコンデンサの両端には
ゼナダイオードなどの定電圧素子とインピーダンス素子
との直列回路を接続し、前記インピーダンス素子と定電
圧素子との直列接続点を前記自己消弧機能を有する半導
体スイッチング素子の制御電極に接続し、前記制御電極
を電流制御素子を介してゲート駆動回路に接続したもの
である。
According to a tenth aspect of the present invention, in the power converter, one arm is formed by a switch group in which semiconductor switching elements having a self-extinguishing function are connected in series, and at least two or more of the arms are combined to achieve a high power conversion device. In a power converter comprising a voltage power converter and a snubber circuit provided at both ends of the semiconductor switching element, the snubber circuit connects a series circuit of a clamp diode and a clamp capacitor between main electrodes of the semiconductor switching element. A discharge switch at both ends of the clamp diode, a series circuit of a constant voltage element such as a zener diode and an impedance element connected to both ends of the clamp capacitor, and a series connection point of the impedance element and the constant voltage element. Semiconductor switching element having the self-extinguishing function Connected to the control electrode of which are connected to the gate drive circuit through a current control element the control electrode.

【0015】本発明の請求項11にかかわる電力変換装
置は、請求項10記載の構成において、前記電流制限素
子の両端にはゲート高速化用スイッチを有するものであ
る。
According to a eleventh aspect of the present invention, in the power converter according to the tenth aspect, a gate speed-up switch is provided at both ends of the current limiting element.

【0016】本発明の請求項12にかかわる電力変換装
置は、自己消弧機能を有する半導体スイッチング素子を
直列に接続したスイッチ群を1アームとし、前記アーム
を少なくとも2つ以上組み合わせることにより高電圧の
交直変換装置を構成し、前記交直変換装置を少なくとも
受電側に用いて直流送電を行なう電力変換装置におい
て、前記半導体スイッチング素子の両端にはそれそれス
ナバ回路が設けられ、前記スナバ回路は半導体の両端に
クランプダイオードとクランプコンデンサの直列回路を
接続し、前記クランプコンデンサの両端には非線形抵抗
素子または半導体制御素子を用いた非線形抵抗回路から
構成され、前記電力変換装置の送電側の電源が投入され
る際に、送電線の直流電圧が上昇する期間中、前記受電
側の電力変換装置を複数回スイッチングさせるものであ
る。
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a power conversion apparatus comprising a switch group in which semiconductor switching elements having a self-extinguishing function are connected in series as one arm, and combining at least two or more arms to provide a high voltage. In a power converter that constitutes an AC / DC converter and performs DC power transmission using at least the AC / DC converter on the power receiving side, snubber circuits are provided at both ends of the semiconductor switching elements, and the snubber circuit is connected to both ends of the semiconductor. Is connected to a series circuit of a clamp diode and a clamp capacitor, and both ends of the clamp capacitor are each formed of a non-linear resistance circuit using a non-linear resistance element or a semiconductor control element, and power is supplied to the power transmission side of the power conversion device. During the period when the DC voltage of the transmission line rises, the power conversion device on the power receiving side It is intended to several times switching.

【0017】本発明の請求項13にかかわる電力変換装
置は、請求項12記載の構成において、前記電力変換装
置の送電側に電源が投入される際に、送電側の直流電圧
が上昇する期間中、前記受電側の電力変換装置は、高圧
側アーム群同士と低圧側アーム群同士とを交互にスイッ
チングするようにしたものである。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the power conversion device according to the twelfth aspect, when the power is supplied to the power transmission side of the power conversion device during a period in which the DC voltage on the power transmission side increases. The power conversion device on the power receiving side is configured to alternately switch between the high voltage side arm groups and the low voltage side arm groups.

【0018】本発明の請求項14にかかわる電力変換装
置は、請求項12記載の構成において、前記送電側の電
源が投入される際に、受電側の電力変換装置は、電力変
換装置のインダクタンス成分とクランプコンデンサとの
共振周期の半分より短い時間の導通を繰り返し行なうよ
うにしたものである。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the power conversion apparatus according to the twelfth aspect, when the power on the power transmission side is turned on, the power conversion apparatus on the power reception side is connected to an inductance component of the power conversion apparatus. And the capacitor is repeatedly conducted for a time shorter than half the resonance cycle of the capacitor.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】実施の形態1 図1は、電力系統などにおいて交流から直流に、または
直流から交流に交換する電力変換装置の基本構成を示す
図である。1a〜1fは直列バルブで、夫々直列接続さ
れた複数の半導体スイッチング素子を備えている。各直
列バルブ1a〜1fを、ここではアームと呼ぶ。図2
は、直列バルブ1a〜1fの内部回路を、直列接続の1
段分だけ示したものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a power conversion device for switching from AC to DC or from DC to AC in a power system or the like. Reference numerals 1a to 1f denote series valves each having a plurality of semiconductor switching elements connected in series. Each of the series valves 1a to 1f is referred to herein as an arm. FIG.
Connects the internal circuits of the series valves 1a to 1f
Only the steps are shown.

【0020】2はGCT(Gate Comutate
d Thyrieter)などの半導体スイッチング素
子、3はダイオードである。半導体スイッチング素子と
しては、GCTの他にGTO、IGBT、SIT、FE
T、バイポーラトランジスタ等の自己消弧機能を有する
半導体スイッチング素子が同様に使用できる。AC側か
らDC側に電力を供給する場合は、主にダイオード3を
通して整流素子として各直列バルブが機能し、全体とし
て3相の整流器を構成する。AC電圧より高いDC電圧
を得たい場合には、例えばV−W電圧が正の場合に、1
bバルブのGCTを導通させ、1aのダイオードと1b
のGCTとで短絡回路を構成することによって、AC側
が持つインダクタンス(図示しない)に電磁エネルギー
を貯え、その後開放することにより、AC電圧に電磁エ
ネルギーを重畳する形式でDC側に送電する。このよう
な動作により、昇圧型の整流器が実現できる。これらの
動作は従来から広く知られているものである。次に、D
CからACに変換する場合には、おおまかには、各直列
バルブの垂直接続間では導通位相を180℃ずらし、ま
たV、W、Uに接続されたそれぞれのバルブは120度
づつ位相をずらして運転することにより、AC側に3相
の交流電力を供給することができる。このときには、導
通する時間幅のdutyを変化することによって、AC
側への送電電力量を制御することができる。最近では、
高調波対策のために、1つのバルブの導通時間内にさら
にスイッチングによりPWM動作をさせ、AC側に供給
される変換器の電圧波形を少しでも正弦波に近づけるよ
うな動作をさせているものもある。
2 is a GCT (Gate Commutate).
d Thyrister), and 3 is a diode. GTO, IGBT, SIT, FE besides GCT
Semiconductor switching elements having a self-extinguishing function, such as T and bipolar transistors, can also be used. When power is supplied from the AC side to the DC side, each series valve mainly functions as a rectifying element through the diode 3 to constitute a three-phase rectifier as a whole. To obtain a DC voltage higher than the AC voltage, for example, when the V-W voltage is positive, 1
The GCT of the b-valve is made conductive and the diode of 1a and 1b
And the GCT, a short circuit is configured to store electromagnetic energy in an inductance (not shown) of the AC side, and then released to transmit power to the DC side in a manner that the electromagnetic energy is superimposed on the AC voltage. With such an operation, a step-up rectifier can be realized. These operations have been widely known. Next, D
When converting from C to AC, roughly, the conduction phase is shifted by 180 ° C. between the vertical connections of each series valve, and the respective valves connected to V, W, and U are shifted by 120 ° in phase. By driving, three-phase AC power can be supplied to the AC side. At this time, by changing the duty of the conduction time width, AC
Power to the side can be controlled. recently,
For harmonic countermeasures, there is also a type in which the PWM operation is further performed by switching within the conduction time of one valve to make the voltage waveform of the converter supplied to the AC side closer to a sine wave as much as possible. is there.

【0021】このような電力変換装置は例えばDC送電
システムなどで電力を双方向にやりとりする場合などに
有効であるが、電圧が数10kVとなることが一般的な
ため、直列バルブ1は図3に示すように、多数の素子を
直列接続することによって高電圧化されている。図3は
本発明の実施の形態1のスナバ回路を含む図である。図
3において、11は直列接続の単位となる直列ステー
ジ、10はクランプ型のスナバ回路、12は駆動用ゲー
ト回路、4はスナバ用ダイオード、5はクランプコンデ
ンサ、6抵抗などのインピーダンス素子、7は非線形抵
抗素子であるゼナダイオード、8は抵抗、9はIGBT
などの半導体制御素子、13は光ファイバなどの信号入
力である。なお、半導体制御素子9は図においてはIG
BTを例にとって示しているが、バイポーラトランジス
タ、FETなどの制御端子への電圧により電流を制御で
きる素子であれば同じ効果となる。14は直列バルブ1
つ当たりに直列に存在するインダクタンスである。ゼナ
ダイオード7は半導体制御素子9の高電圧側(N型半導
体素子の場合)の主電極(ドレイン、コレクタなど)と
制御電極(ゲート、ベースなど)との間に接続され、抵
抗8は低電圧側主電極(ソース、エミッタなど)と制御
電極との間に接続されている。半導体制御素子9はアナ
ログ増幅器として動作し、ゼナダイオード7の電圧−電
流特性を出力側主電極間に増幅して伝え、大電流の出力
を可能にしている。さらにインピーダンス素子6を直列
に接続することにより、放電の動作開始電圧と電圧−電
流傾斜を任意に設定できるという利点がある。また放電
電流の出力端子が電圧検出用のゼナダイオードの一端で
あるため、クランプコンデンサがゼナ電圧以下に過剰に
放電されることが決してないという利点もある。これ
は、無駄な充放電による電力効率の低下を生じないこと
を保証している。
Such a power converter is effective, for example, in the case where power is exchanged bidirectionally in a DC power transmission system or the like. However, since the voltage is generally several tens of kV, the series valve 1 is not shown in FIG. As shown in (1), the voltage is increased by connecting a number of elements in series. FIG. 3 is a diagram including the snubber circuit according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 3, reference numeral 11 denotes a series stage which is a unit of series connection, reference numeral 10 denotes a clamp type snubber circuit, reference numeral 12 denotes a driving gate circuit, reference numeral 4 denotes a snubber diode, reference numeral 5 denotes a clamp capacitor, and reference numeral 6 denotes an impedance element such as a resistor. Zener diode which is a non-linear resistance element, 8 is a resistor, 9 is an IGBT
And 13 is a signal input such as an optical fiber. The semiconductor control element 9 is IG
Although a BT is shown as an example, the same effect can be obtained if the current can be controlled by a voltage to a control terminal such as a bipolar transistor or an FET. 14 is a series valve 1
This is the inductance that exists in series each time. The zener diode 7 is connected between a main electrode (drain, collector, etc.) on the high voltage side (in the case of an N-type semiconductor element) of the semiconductor control element 9 and a control electrode (gate, base, etc.), and the resistor 8 has a low voltage. It is connected between the side main electrode (source, emitter, etc.) and the control electrode. The semiconductor control element 9 operates as an analog amplifier, amplifies and transmits the voltage-current characteristics of the zener diode 7 between the output-side main electrodes, and enables output of a large current. Further, by connecting the impedance elements 6 in series, there is an advantage that the discharge start voltage and the voltage-current slope can be set arbitrarily. Further, since the output terminal of the discharge current is one end of the zener diode for detecting the voltage, there is an advantage that the clamp capacitor is never excessively discharged below the zener voltage. This guarantees that power efficiency does not decrease due to useless charging and discharging.

【0022】図4、5は、1ステージ当たりの構成とク
ランプ回路の動作を示したものであり、15はn段の直
列バルブのステージ1段当たりに置き換えたインダクタ
ンスである。特にターンオフ時においては、インダクタ
ンス15のもっているサージエネルギーとターンオフず
れにより流入する電力分の電荷がCsに流入することに
なる。この電荷によって上昇する。電圧ΔVは以下のよ
うになる。
FIGS. 4 and 5 show the configuration per stage and the operation of the clamp circuit. Reference numeral 15 denotes an inductance replaced per stage of an n-stage series valve. In particular, at the time of turn-off, the charge corresponding to the power flowing in due to the turn-off shift and the surge energy of the inductance 15 flows into Cs. It rises due to this charge. The voltage ΔV is as follows.

【0023】[0023]

【数1】 (Equation 1)

【0024】(ここで、τは直列ステージ間の時間のず
れ、Ioはオフ時の電流) クランプコンデンサCsへの流入電荷Qは、 Q=ΔVCs・・・・(2) となる。従って、この電荷Qが、再びQが流入してくる
時間までの間に放出しておくことにより、クランプコン
デンサ5の充電電圧Vsの値は定常になる。制御素子9
のゲートはゼナ電圧Vzの値を有するゼナダイオードを
通して接続されており、制御素子9の両端がVzを越え
るとゼナダイオード7に電流が流れ、抵抗8に電圧が発
生するため制御素子9に電流が流れる。このような構成
にしておくと制御素子9の両端はVzがアナログ的に増
幅されるので、いつでもVz近傍に留まることになる。
その結果図5に示したように、Vsとisとの動作領域
は図中の矢印で示され、1ステージ分のオフ時電圧Vo
から電荷Qによって△V上昇した場合、平均的には、イ
ンピーダンス素子6の両端にはVo+△V/2−Vzの
電圧かかることになる。このように、Csの電荷の放電
回路にゼナダイオード7とIGBTとで構成されたアナ
ログ電圧増幅器を用いることにより、一般的には電力容
量の小さいゼナダイオードを用いて大きな容量の電圧ク
ランプ素子を形成できる。図ではVzがVoよりも小さ
くなるよう選定してあるが、このメリットは以下のよう
になる。まず、電荷Qが全く流入しない条件や小さい条
件の場合、Vo−Vz分の電圧によって電流が抵抗6に
流れるため、1ステージのオフ時インピーダンスを低下
させバルブ内でのオフ状態の分圧均等化に役立つ。加え
て、例えば、Voは一般に2kV以上が選定されるが、
高圧のゼナダイオードは高価である。VzをVoより小
さくすればゼナダイオード7の選択の幅も広がる。次に
デメリットとして考えられる点は、Qが流入しない場合
や小さい場合でも必ず抵抗6と制御素子9とで損失が発
生する点である。この損失を避けるためにはVzをVo
に一致させるかもしくは多少Voよりも大きく設定する
ことも可能である。そうすることにより、インピーダン
ス素子6の値を十分に小さくしても無駄な損失が発生し
ないから、より多くの電荷を放出でき、Qが大きな場合
にでも対応可能になる。
(Here, τ is the time lag between the serial stages, Io is the current when off) The charge Q flowing into the clamp capacitor Cs is as follows: Q = ΔVCs (2) Therefore, the value of the charging voltage Vs of the clamp capacitor 5 becomes steady by discharging the charge Q before the time when the Q flows again. Control element 9
Is connected through a zener diode having the value of the zener voltage Vz. When both ends of the control element 9 exceed Vz, a current flows through the zener diode 7 and a voltage is generated in the resistor 8 so that the current flows through the control element 9. Flows. With such a configuration, since Vz is amplified in an analog manner at both ends of the control element 9, the control element 9 always stays near Vz.
As a result, as shown in FIG. 5, the operation region between Vs and is indicated by an arrow in the figure, and the off-state voltage Vo for one stage
When the voltage rises by ΔV due to the electric charge Q, a voltage of Vo + ΔV / 2−Vz is applied to both ends of the impedance element 6 on average. As described above, by using the analog voltage amplifier including the zener diode 7 and the IGBT in the discharge circuit of the Cs charge, a voltage clamp element having a large capacity is generally formed using a zener diode having a small power capacity. it can. In the figure, Vz is selected to be smaller than Vo, but this advantage is as follows. First, under the condition that the electric charge Q does not flow at all or the condition is small, the current flows through the resistor 6 by the voltage of Vo−Vz, so that the off-state impedance of one stage is reduced and the off-state voltage division in the valve is equalized. Help. In addition, for example, Vo is generally selected to be 2 kV or more.
High voltage zener diodes are expensive. If Vz is made smaller than Vo, the range of selection of the zener diode 7 is widened. The second disadvantage is that a loss always occurs between the resistor 6 and the control element 9 even when Q does not flow in or when Q is small. To avoid this loss, Vz should be Vo
Or set slightly higher than Vo. By doing so, wasteful loss does not occur even if the value of the impedance element 6 is made sufficiently small, so that more charges can be released and even when Q is large, it is possible to cope with the case.

【0025】このような動作により、無駄な損失をでき
る限り小さくしながらも、スイッチング素子2の破壊を
確実に抑えることができるから、装置の信頼性が確実に
向上する。
By such an operation, the destruction of the switching element 2 can be reliably suppressed while minimizing useless loss as much as possible, so that the reliability of the device is reliably improved.

【0026】図4、5の説明では、ゼナダイオード7に
よる全圧Vzをアナログ的に制御素子9で増幅する形式
を採っているが、ゼナダイオードに換わり、アレスタや
バリスタなどの定電圧半導体(非線形素子)であっても
同じ効果を奏する。
In the description of FIGS. 4 and 5, the total voltage Vz by the zener diode 7 is analogously amplified by the control element 9. However, instead of the zener diode, a constant voltage semiconductor such as an arrester or a varistor (non-linear) is used. The same effect can be obtained with the element.

【0027】実施の形態2 図6に示すように、半導体制御素子9を用いずに大容量
のゼナダイオードやアレスタやバリスタなどの非線形抵
抗素子90を直接接続しても同じ効果を奏する。
Embodiment 2 As shown in FIG. 6, the same effect can be obtained by directly connecting a non-linear resistance element 90 such as a large-capacity zener diode, arrester or varistor without using the semiconductor control element 9.

【0028】実施の形態3 制御素子9の耐圧が十分に高くない場合には、図7
(a)、7(b)に示したようにアナログ増幅部分を2
段直列にして構成してもよい。そうすることによって、
IGBTの耐圧はIGBT9aと9bの耐圧の和となる
ので、十分に高い耐圧が得られる。また、図7bに示す
ように、クランプコンデンサ5およびインピーダンス素
子6を含めた部分を2段直列接続してもよい。これによ
り、低耐圧のクランプコンデンサを利用でき、コスト低
減が可能になる。
Embodiment 3 If the withstand voltage of the control element 9 is not sufficiently high, FIG.
(A) As shown in FIG.
It may be configured in a stage series. By doing so,
Since the breakdown voltage of the IGBT is the sum of the breakdown voltages of the IGBTs 9a and 9b, a sufficiently high breakdown voltage can be obtained. Further, as shown in FIG. 7B, a portion including the clamp capacitor 5 and the impedance element 6 may be connected in two stages in series. As a result, a low withstand voltage clamp capacitor can be used, and cost can be reduced.

【0029】このような構成によって、いずれも低耐圧
の安価な素子で確実なクランプ機能を持たせることがで
き、スイッチング素子2の電圧破壊を防止することがで
きる。
With such a configuration, any of the low-voltage, inexpensive elements can be provided with a reliable clamping function, and the switching element 2 can be prevented from being damaged by voltage.

【0030】実施の形態4 次に、この発明の実施の形態4について説明する。既に
説明しているクランプコンデンサ5の流入電荷Qは、例
えば事故時の短絡電流などによってIoが跳ね上がった
場合には非常に大きくなるため、△Vを小さく抑えてス
イッチング素子2の破壊を抑えるためにはクランプコン
デンサ5の容量を大きくする必要がある。しかし、これ
は装置の大型化を招いてしまう。そのため、過渡的にク
ランプコンデンサ5の働きの一部を分担するものが必要
となる。図8、9はそれに対応できる構成を示してお
り、クランプコンデンサ5の働きを半導体制御素子9に
分担させるものである。一般にIGBTなどの素子は、
瞬時的にはかなり大きな電流を流せることが知られてい
る。例えば、VzをVoに等しくもしくは高く設定し
て、インピーダンス素子6を小さく設定すると、十分な
電流が過渡的にも流せる。しかし、このときの過渡的な
損失はほとんどが制御素子9によって損失されるため、
過渡的に内部の温度上昇が激しくなる。それによりハン
ダ疲労などの問題によって、制御素子9が破壊すること
が懸念される。そのため、通常は急激な損失を半導体に
て行なわせるのは注意する必要がある。図8、9はその
問題を解決するものであり、クランプコンデンサ5の一
方から制御素子9に直接コンデンサ22(Cp)にて接
続される経路を設けている。動作を説明する。ターンオ
フ直前にはCp22にもやはりほぼVoが印加されてい
るのは簡単に理解できる。半導体スイッチング素子2の
ターンオフによって、Qの電荷がスナバ回路に流れ込む
と、Qの一部がCp22に分流する。それにより制御素
子9の制御端子にはIo*Cp/Cs*Rg(Rgはゲ
ート抵抗8の抵抗値)の電圧が印加される。それによ
り、制御素子9は急速に電圧が低下し(図9(b)のV
9)、抵抗6に大きな電圧が印加される。それにより、
抵抗6に大電流が流れ、Qの一部を受け持つことができ
る。それによって、クランプコンデンサ5に流入する電
荷が抑制され、クランプコンデンサ5の電圧上昇が抑え
られる。その結果、小さなクランプコンデンサ5でも△
Vが抑えられる。この場合、制御素子9のゲート電圧は
Qが大きいほど(Ioが大きいほど)大きくなるから、
Ioが大きいほどインピーダンス素子6には大きな電流
が流れ、当然制御素子9の電圧はより小さくなり、最大
時はスイッチングに近い形式にもなり得る。その結果、
制御素子9と抵抗6との過渡状態での損失分担が変化
し、Ioが大きいほど制御素子9での損失分担が小さく
なる。それによって、制御素子9の過渡的な損失は一定
量に抑えられ、ハンダ疲労などが生じにくくなる。
Embodiment 4 Next, Embodiment 4 of the present invention will be described. The inflow charge Q of the clamp capacitor 5 already described becomes very large when Io jumps up due to, for example, a short-circuit current at the time of an accident. Needs to increase the capacitance of the clamp capacitor 5. However, this leads to an increase in the size of the device. Therefore, a capacitor that transiently shares a part of the function of the clamp capacitor 5 is required. FIGS. 8 and 9 show a configuration that can cope with this, in which the function of the clamp capacitor 5 is shared by the semiconductor control element 9. Generally, elements such as IGBTs are
It is known that a considerably large current can flow instantaneously. For example, if Vz is set equal to or higher than Vo and the impedance element 6 is set smaller, a sufficient current can flow even transiently. However, most of the transient loss at this time is lost by the control element 9,
The internal temperature rises transiently. Therefore, there is a concern that the control element 9 may be broken due to a problem such as solder fatigue. Therefore, it is necessary to pay attention to the fact that a sudden loss is usually caused in a semiconductor. FIGS. 8 and 9 solve the problem, and provide a path directly connected from one side of the clamp capacitor 5 to the control element 9 by the capacitor 22 (Cp). The operation will be described. It is easy to understand that almost Vo is also applied to Cp22 immediately before the turn-off. When the charge of Q flows into the snubber circuit by turning off the semiconductor switching element 2, a part of Q is diverted to Cp22. As a result, a voltage of Io * Cp / Cs * Rg (Rg is the resistance value of the gate resistor 8) is applied to the control terminal of the control element 9. As a result, the voltage of the control element 9 decreases rapidly (V in FIG. 9B).
9) A large voltage is applied to the resistor 6. Thereby,
A large current flows through the resistor 6 and can handle a part of Q. Thereby, the charge flowing into the clamp capacitor 5 is suppressed, and the voltage rise of the clamp capacitor 5 is suppressed. As a result, even with a small clamp capacitor 5,
V is suppressed. In this case, the gate voltage of the control element 9 increases as Q increases (Io increases).
As Io is larger, a larger current flows through the impedance element 6, and the voltage of the control element 9 is naturally smaller. as a result,
The loss sharing in the transient state between the control element 9 and the resistor 6 changes, and the larger the Io, the smaller the loss sharing in the control element 9. As a result, the transient loss of the control element 9 is suppressed to a certain amount, and solder fatigue and the like hardly occur.

【0031】このような構成により、過渡的には大電流
がインピーダンス素子6に流れ、クランプコンデンサ5
の電圧上昇を抑えるから、クランプコンデンサ5の値を
小さく設定でき、コスト低減および小型化が実現でき
る。また、制御素子9の信頼性も向上する。
With such a configuration, a large current transiently flows through the impedance element 6 and the clamp capacitor 5
Is suppressed, the value of the clamp capacitor 5 can be set small, and cost reduction and size reduction can be realized. Further, the reliability of the control element 9 is also improved.

【0032】実施の形態5 これまで説明した実施の形態においては、ゼナダイオー
ド7は高電圧用のものが必要となっていた。しかし、高
電圧のゼナダイオードは一般に高価である。本発明の実
施の形態5はこの問題点を解決するものであり、図10
(a)、10(b)に示している。図10(a)におい
て、分圧抵抗16aと16bとで分圧された電圧が低電
圧ゼナ70に入力され、制御素子9のゲートに導かれて
いる。ゼナ電圧は制御素子9のしきい値より十分に大き
く選んであるから、Vgの電圧がゼナ電圧を越えるとI
GBT8は電流が流れる。すなわち、Vdの電圧が、V
z*(R1+R2)/R2の大きさになると制御素子9
に電流が流れることになる。従って、Vdは常にVz*
(R1+R2)/R2の大きさにクランプされているこ
とになり、高圧のゼナダイオードを挿入しているこれま
での実施の形態と同じ効果を奏する。
Fifth Embodiment In the above-described embodiments, a high voltage zener diode 7 is required. However, high voltage zener diodes are generally expensive. Embodiment 5 of the present invention solves this problem.
(A) and (b). In FIG. 10A, the voltage divided by the voltage dividing resistors 16a and 16b is input to the low voltage zener 70 and guided to the gate of the control element 9. Since the zener voltage is selected to be sufficiently higher than the threshold value of the control element 9, when the voltage of Vg exceeds the zena voltage, I
A current flows through the GBT 8. That is, when the voltage of Vd is V
When the size of z * (R1 + R2) / R2 is reached, the control element 9
Current will flow through the Therefore, Vd is always Vz *
It is clamped to the size of (R1 + R2) / R2, and has the same effect as the previous embodiment in which a high-voltage zener diode is inserted.

【0033】このような構成によって、高価な高電圧の
ゼナダイオ−ド使用する必要がないので、装置全体のコ
ストが大幅に低下できる。
With such a configuration, it is not necessary to use an expensive high-voltage zener diode, so that the cost of the entire apparatus can be greatly reduced.

【0034】図10(b)は、分圧器としてコンデンサ
と抵抗との並列回路を用いた例である。図に示したよう
に、並列接続されている時定数を一致させることによ
り、全周波数域において優れた分圧性能を示すことは一
般的によく知られている。すなわち、C1R1=C2R
2とすれば、Vg=Vd*R2/(R1+R2)とな
る。このような構成によって、aの場合と同様に装置全
体のコストが大幅に低下できると共に、分圧器が全周波
数域において優れた特性を示すので信頼性が高くなると
いう効果がある。
FIG. 10B shows an example in which a parallel circuit of a capacitor and a resistor is used as a voltage divider. As shown in the figure, it is generally well known that, by matching the time constants connected in parallel, an excellent voltage dividing performance is exhibited in all frequency ranges. That is, C1R1 = C2R
If it is 2, Vg = Vd * R2 / (R1 + R2). With such a configuration, the cost of the entire apparatus can be significantly reduced as in the case of a, and the voltage divider exhibits excellent characteristics in all frequency ranges, so that the reliability is improved.

【0035】実施の形態6 次に、この発明の実施の形態6について説明する。目的
は実施の形態4と同じである。既に説明しているQは、
例えば事故時の短絡電流などによってIoが跳ね上がっ
た場合には非常に大きくなるため、△Vを小さく抑えて
スイッチング素子2の破壊を抑えるためにはクランプコ
ンデンサ5の容量を大きくする必要がある。しかし、こ
れは装置の大型化を招いてしまう。そのため、過渡的に
クランプコンデンサ5の働きの一部を分担するものが必
要となる。図11、12はそれに対応できる構成を示し
ている。一般にIGBTなどの素子は、瞬時的にはかな
り大きな電流を流せることが知られている。例えば、V
zをVoに等しくもしくは高く設定して、インピーダン
ス素子6を小さく設定すると、十分な電流が過渡的にも
流せる。しかし、このときの過渡的な損失はほとんどが
制御素子9によって損失されるため、過渡的に内部の温
度上昇が激しくなる。それによりハンダ疲労などの問題
によって、制御素子9が破壊することが懸念される。そ
のため、通常は急激な損失を半導体にて行なわせるのは
注意する必要がある。図11はその問題を解決するもの
である。分圧器はC1R1>C2R2となるように選定
してあり、C1/C2>R2/R1と選んでいくことに
より、定常状態では半導体制御素子9の制御端子電圧V
g=Vd*R2/(R1+R2)で決まり、過渡的には
Vg=Vd*C1/(C1+C2)で決まるようにな
る。その結果、定常状態では、制御素子9の両端はVz
*(R1+R2)/R2でクランプされ、過渡状態では
Vz*(C1+C2)/C1でクランプされる。その結
果、図にあるように、過渡状態では、インピーダンス素
子6に大きな電流が流れ、Qの一部をインピーダンス素
子6に分流させるため、クランプコンデンサ5の電圧上
昇が抑えられ、容量値を小さく選定できる。また、制御
素子9の電圧はVz*(C1+C2)/C1まで低下し
ているので、過渡的な損失が小さくなりハンダ疲労など
が生じにくくなる。
Sixth Embodiment Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. The purpose is the same as in the fourth embodiment. The Q already described is
For example, when Io jumps up due to a short-circuit current or the like at the time of an accident, it becomes very large. Therefore, in order to suppress ΔV to be small and to prevent the switching element 2 from being broken, it is necessary to increase the capacitance of the clamp capacitor 5. However, this leads to an increase in the size of the device. Therefore, a capacitor that transiently shares a part of the function of the clamp capacitor 5 is required. FIGS. 11 and 12 show a configuration that can cope with this. Generally, it is known that an element such as an IGBT can instantaneously flow a considerably large current. For example, V
If z is set equal to or higher than Vo and the impedance element 6 is set smaller, a sufficient current can flow even transiently. However, most of the transient loss at this time is lost by the control element 9, so that the internal temperature rises transiently. Therefore, there is a concern that the control element 9 may be broken due to a problem such as solder fatigue. Therefore, it is necessary to pay attention to the fact that a sudden loss is usually caused in a semiconductor. FIG. 11 solves the problem. The voltage divider is selected so that C1R1> C2R2, and by selecting C1 / C2> R2 / R1, the control terminal voltage V of the semiconductor control element 9 in the steady state.
g = Vd * R2 / (R1 + R2). Transiently, Vg = Vd * C1 / (C1 + C2). As a result, in the steady state, both ends of the control element 9 are at Vz
It is clamped at * (R1 + R2) / R2 and in the transient state is clamped at Vz * (C1 + C2) / C1. As a result, as shown in the figure, in the transient state, a large current flows through the impedance element 6, and a part of Q is diverted to the impedance element 6, so that the voltage rise of the clamp capacitor 5 is suppressed and the capacitance value is selected to be small. it can. Further, since the voltage of the control element 9 is reduced to Vz * (C1 + C2) / C1, the transient loss is reduced and solder fatigue and the like hardly occur.

【0036】このような構成により、過渡的には大電流
がインピーダンス素子6に流れ、クランプコンデンサ5
の電圧上昇を抑えるから、クランプコンデンサ5の値を
小さく設定でき、コスト低減および小型化が実現でき
る。また、制御素子9の信頼性も向上する。
With such a configuration, a large current transiently flows through the impedance element 6 and the clamp capacitor 5
Is suppressed, the value of the clamp capacitor 5 can be set small, and cost reduction and size reduction can be realized. Further, the reliability of the control element 9 is also improved.

【0037】実施の形態7 次に第7の実施の形態について説明する。本実施の形態
の目的は、クランプコンデンサ5に蓄えられた電荷をこ
れまでに説明してきた制御素子9を用いずに放電させる
ことにある。制御素子9を設置することにより、新たな
面積が必要となるため、大型になったり、高コスト化に
なったりする。図13、14は、これを解消するための
実施の形態であり、クランプダイオードに並列に逆流放
電スイッチ19(SWA)が挿入されている。また、ゲ
ート回路からの出口には電流制御素子であるゲートイン
ピーダンス素子20が接続されている。さらに、半導体
スイッチング素子2には電圧制御型のIGBT2aが接
続されている。図13、14に示すように、オフ状態に
おいては、逆流放電スイッチ19が導通状態になるよう
制御されている。クランプコンデンサ5の電圧が上昇
し、ゼナダイオード7の電流が増加すると、抵抗18の
両端の電圧が増加する。それにより、抵抗18の両端は
IGBT2aのゲート・ソース間に接続されているた
め、IGBT2aは電流を流そうとする。それにより、
クランプコンデンサ5の電荷は逆流放電スイッチ19、
IGBT2aを通って放電する。抵抗などで構成される
電流制限素子20の意味を説明する。電流制限素子20
がないと、Vgateの電圧はIGBT2aがオフ状態
ではゼロになっているため、抵抗18の両端に電圧が発
生してもIGBT2aのゲートには電圧がかからない。
それは、ゼナダイオード7を流れる電流がゲート回路に
逆流するからである。この逆流を抑制して、所定の電圧
が抵抗18に発生するようにするためのものが抵抗電流
制限素子20である。電流制限素子20を抵抗18より
も少なくともあまり小さくない値に選定しておけば、抵
抗18の両端に発生した電圧はほとんどVgateに伝
達されるから、前記説明した動作が実現できる。しかし
ながら、ゲート回路の出力側に抵抗が接続されているか
ら、ゲート電圧の立ち上がり、立ち下がり波形は当然緩
やかになる。
Embodiment 7 Next, a seventh embodiment will be described. An object of the present embodiment is to discharge the charge stored in the clamp capacitor 5 without using the control element 9 described above. The installation of the control element 9 requires a new area, which results in an increase in size and an increase in cost. FIGS. 13 and 14 show an embodiment for solving this, in which a reverse discharge switch 19 (SWA) is inserted in parallel with the clamp diode. Further, a gate impedance element 20, which is a current control element, is connected to an outlet from the gate circuit. Further, a voltage control type IGBT 2 a is connected to the semiconductor switching element 2. As shown in FIGS. 13 and 14, in the off state, the reverse discharge switch 19 is controlled to be in a conductive state. When the voltage of the clamp capacitor 5 increases and the current of the zener diode 7 increases, the voltage across the resistor 18 increases. Thereby, since both ends of the resistor 18 are connected between the gate and the source of the IGBT 2a, the IGBT 2a tries to flow a current. Thereby,
The charge of the clamp capacitor 5 is supplied to the reverse discharge switch 19,
It discharges through the IGBT 2a. The meaning of the current limiting element 20 composed of a resistor or the like will be described. Current limiting element 20
If there is no voltage, the voltage of Vgate is zero when the IGBT 2a is in the off state, so that no voltage is applied to the gate of the IGBT 2a even if a voltage is generated across the resistor 18.
This is because the current flowing through the zener diode 7 flows back to the gate circuit. The resistance current limiting element 20 suppresses the backflow so that a predetermined voltage is generated in the resistor 18. If the current limiting element 20 is selected to be at least not less than the value of the resistor 18, most of the voltage generated across the resistor 18 is transmitted to Vgate, so that the above-described operation can be realized. However, since the resistor is connected to the output side of the gate circuit, the rising and falling waveforms of the gate voltage naturally become gentle.

【0038】このような構成することによって、実施の
形態6まで用いられてきた半導体制御素子9が不要とな
るので、装置が小型になり、またコストが大幅に低減で
きる。なお、今回新たに設けた逆流放電スイッチ19の
電流は極めて小さく、損失もほとんど発生しないから、
寸法やコストを増加させる要因にはならない。
With such a configuration, the semiconductor control element 9 used up to the sixth embodiment becomes unnecessary, so that the device can be reduced in size and the cost can be greatly reduced. In addition, the current of the reverse current discharge switch 19 newly provided this time is extremely small, and almost no loss occurs.
It does not add to the size or cost.

【0039】実施の形態8 図15、16は実施の形態8について説明している。実
施の形態8では新たにゲート高速化スイッチ21を設け
ており、半導体スイッチング素子のゲート電圧Vgat
eがHになっている時間はSWB21が導通状態になっ
ているよう制御されている。この構成は先の実施の形態
7の問題点である、Vgateの電圧が緩やかになるこ
とを解決するものである。それにより、IGBT2aの
ターンオン、ターンオフ速度が高速化され、スイッチン
グ損失が低減される。VgateがHになっている間
は、ゲート高速化スイッチ21が導通しているので、V
gateには急峻に電圧が印加される。一方、IGBT
2aのオフ状態では、ゲート高速化スイッチ21がオフ
しているので、ゼナダイオード7に流れる電流が電流制
限素子20で逆流を阻止されるので、安定にVgate
が印加される。
Eighth Embodiment FIGS. 15 and 16 illustrate an eighth embodiment. In the eighth embodiment, a new gate speed-up switch 21 is provided, and the gate voltage Vgat of the semiconductor switching element is provided.
Control is performed such that the SWB 21 is in the conductive state during the time when e is H. This configuration solves the problem of the seventh embodiment, that is, the voltage of Vgate becomes gentle. Thereby, the turn-on and turn-off speeds of the IGBT 2a are increased, and the switching loss is reduced. While Vgate is H, the gate speed-up switch 21 is conducting, so that Vgate
A voltage is sharply applied to gate. On the other hand, IGBT
In the off state of 2a, since the gate speed-up switch 21 is off, the current flowing through the zener diode 7 is prevented from flowing backward by the current limiting element 20, so that Vgate is stably maintained.
Is applied.

【0040】このような構成にすることによって、IG
BT2aのゲート立ち上がり、立ち下がりが高速化さ
れ、スイッチング損失が低減し、また、実施の形態9ま
でに必要となっていた制御素子9が不要となるので、損
失が小さく小型で低コストの装置が実現できる。
With such a configuration, the IG
The speed of rise and fall of the gate of the BT 2a is increased, the switching loss is reduced, and the control element 9 required up to the ninth embodiment is not required. realizable.

【0041】実施の形態9 次に実施の形態9について説明する。実施の形態9〜1
1は、送電側と受電側にそれぞれAC−DC、DC−A
C変換装置を接続し、電力の送電を行なうシステムにお
ける電力変換装置の初期動作に関するものである。図1
7、18、19は、実施の形態9を説明するもので、図
17はシステム全体の構成図、図18は図17における
スイッチングアームS1〜S8の内部構成図、図19は
システム全体の初期動作説明図である。図において、同
じ番号はこれまで説明したものと同じ意味を有してい
る。図においては単相の電力変換装置を2つ接続したD
C送電システムを示しており、50は送電側の交流電
源、40は投入スイッチSWX、41は、送電側電源イ
ンダクタンス、31は送電側DCコンデンサ、32は送
電線のインダクタンス成分、30は受電側DCコンデン
サ、33は受電側変換装置のインダクタンス成分、51
は送電側変換装置のインダクタンス成分である。インダ
クタンス成分33、51はいずれも各アームが持ってい
るものを等価的に含んだ値で示してある。また、各アー
ムは代表的に2直列の半導体スイッチング素子(GC
T)で示している。また、スナバ回路は、実施の形態1
のタイプのものを代表して示しているが、他の構成でも
同じような効果となる。また、電力変換装置は3相でも
よく、また3レベルで方式も同じ効果を奏する。
Ninth Embodiment Next, a ninth embodiment will be described. Embodiments 9-1
1 is AC-DC and DC-A on the power transmission side and the power reception side, respectively.
The present invention relates to an initial operation of a power converter in a system for transmitting power by connecting a C converter. FIG.
7, 18 and 19 explain the ninth embodiment. FIG. 17 is a diagram showing the configuration of the entire system, FIG. 18 is a diagram showing the internal configuration of the switching arms S1 to S8 in FIG. 17, and FIG. FIG. In the figures, the same numbers have the same meanings as described above. In the figure, D is a connection of two single-phase power converters.
C shows a power transmission system, 50 is an AC power supply on the power transmission side, 40 is a closing switch SWX, 41 is a power supply side power inductance, 31 is a power transmission side DC capacitor, 32 is a transmission line inductance component, and 30 is a power reception side DC. The capacitor 33 is an inductance component of the power receiving side converter, 51
Is an inductance component of the power transmission side converter. Each of the inductance components 33 and 51 is shown as a value equivalently including what each arm has. Each arm typically has two series semiconductor switching elements (GC
T). Further, the snubber circuit is used in the first embodiment.
Is representatively shown, but similar effects can be obtained with other configurations. Further, the power converter may have three phases, and the same effect can be obtained with a three-level system.

【0042】クランプ型のスナバ回路の問題点として以
下が挙げられる。クランプ型のスナバ回路は、これまで
に説明したように電荷Qの流入分のみを休止期間中に消
費するから、無駄な電力損失は少なく、そのため、クラ
ンプコンデンサ5を大きく設定することが容易である。
しかし、クランプコンデンサ5を大きく設定した場合、
例えば変換器のスタート時などには、クランプコンデン
サの電圧はゼロであるため、各アームの導通と共に、ス
ナバコンデンサの充電電流が流れ、それによってクラン
プコンデンサの電圧が跳ね上がり、GCTを破壊してし
まう可能性がある。例えば、Vdcが所定の値に充電さ
れた後で、受電側変換装置を動作し始めると、例えばS
5が導通するとS8のクランプ回路に充電電流が流れ、
クランプコンデンサ5の電圧はインダクタンス33との
共振によって、最大2*Vdcまで上昇してしまう。こ
の電圧がGCTの耐圧を超えるとGCTは当然破壊に至
る。また、このとき流れる電流は過大であるため、ノイ
ズを発生したり、またGCTを破壊したりする恐れもあ
る。従って、クランプ型のスナバ回路は、いかに安定に
クランプコンデンサ5の電圧を定常値に持っていくか
が、ひとつの課題となる。本実施の形態はそれを解決す
るものであり、例えば時刻toにて送電側の投入スイッ
チ40がオンすると、整流回路として働く図の左側のA
C−DC変換器は送電線に徐々に直流電圧を充電し始め
る。このとき、受電端のDCコンデンサ30の立ち上が
る速度は、送電線のインダクタンス32、送電側変換器
のインダクタンス51、送電側の交流インダクタンス4
1などと、送電・受電側のDCコンデンサから決まる。
図19に示すように受電側の変換装置は、受電側のDC
コンデンサの電圧が立ち上がる途中で複数回変換動作を
行なうように高い周波数で制御されている。このような
動作によって、受電側変換装置のクランプコンデンサ5
には複数回に分割して電圧が充電されるようになる。そ
れによって、クランプコンデンサ5の電圧が過大に跳ね
上がることがなくなる。受電側DCコンデンサ電圧が所
定の値になった点で、正常の変換周波数動作に移行する
ことによって、所定の周波数の交流電圧を需要家に供給
することができる。
Problems with the clamp type snubber circuit include the following. As described above, the clamp-type snubber circuit consumes only the inflow of the electric charge Q during the idle period, so that unnecessary power loss is small, and therefore, it is easy to set the clamp capacitor 5 large. .
However, when the clamp capacitor 5 is set large,
For example, at the start of the converter, the voltage of the clamp capacitor is zero, so the charging current of the snubber capacitor flows with the conduction of each arm, which can cause the voltage of the clamp capacitor to jump up and destroy the GCT. There is. For example, when the power receiving-side conversion device starts operating after Vdc is charged to a predetermined value, for example, S
When 5 conducts, a charging current flows through the clamp circuit of S8,
The voltage of the clamp capacitor 5 increases up to 2 * Vdc due to resonance with the inductance 33. If this voltage exceeds the withstand voltage of the GCT, the GCT naturally breaks down. Further, since the current flowing at this time is excessive, there is a possibility that noise is generated or the GCT is destroyed. Therefore, one of the issues in the clamp type snubber circuit is how to stably bring the voltage of the clamp capacitor 5 to a steady value. This embodiment solves this problem. For example, when the power transmission-side switch 40 is turned on at time to, A on the left side of the drawing that functions as a rectifier circuit is used.
The C-DC converter gradually starts charging the transmission line with a DC voltage. At this time, the rising speed of the DC capacitor 30 at the power receiving end depends on the inductance 32 of the transmission line, the inductance 51 of the power transmitting converter, and the AC inductance 4 of the power transmitting side.
1, etc., and are determined by the DC capacitor on the power transmission / reception side.
As shown in FIG. 19, the conversion device on the power receiving side
Control is performed at a high frequency so that the conversion operation is performed a plurality of times while the voltage of the capacitor rises. By such an operation, the clamp capacitor 5 of the power receiving side converter is
Is charged a plurality of times. This prevents the voltage of the clamp capacitor 5 from jumping excessively. By shifting to a normal conversion frequency operation when the power receiving side DC capacitor voltage has reached a predetermined value, an AC voltage having a predetermined frequency can be supplied to a customer.

【0043】このような構成によって、送電側を投入時
にクランプコンデンサ5の電圧が跳ね上がることを抑制
でき、GCT素子の信頼性を向上させることができる。
それにより、DC送電システムの安定性・信頼性が大幅
に向上する。
With such a configuration, it is possible to suppress the voltage of the clamp capacitor 5 from jumping when the power transmission side is turned on, and to improve the reliability of the GCT element.
Thereby, the stability and reliability of the DC power transmission system are greatly improved.

【0044】なお、実施の形態9では、周波数を増加し
た形で変換動作を実施することにより、クランプコンデ
ンサの電圧を準静的に増加させたが、例えば周波数を一
定にして高周波PWMをしても、同様の効果を奏する
が、受電側DCコンデンサの立ち上がりが変換周波数に
近くなった場合には、意味をなさないことはいうまでも
ない。
In the ninth embodiment, the voltage of the clamp capacitor is quasi-statically increased by performing the conversion operation with the frequency increased. However, for example, the frequency is fixed and the high frequency PWM is performed. Has the same effect, but it goes without saying that it does not make sense if the rise of the power receiving DC capacitor approaches the conversion frequency.

【0045】実施の形態10 次に実施の形態10について説明する。実施の形態9に
おいては、受電側のDCコンデンサの電圧が上昇する
際、受電側の変換装置の動作を既に開始したが、その場
合、単に周波数を増加した構成では、需要家に高周波の
交流が供給されてしまい、問題がある。実施の形態10
ではこの問題を解決するものであり、図20に示すよう
に時刻to以降にスイッチングを行なうアームは受電側
コンデンサの電圧上昇期間中にS5とS7とを同じ位相
で、S6とS8とを同じ位相で複数回導通させる。それ
により、需要家には一切電圧が伝達されずにクランプコ
ンデンサ5の充電を行なうことができる。クランプコン
デンサ5の電圧は実施の形態12と同様準静的に上昇す
るから、クランプコンデンサ5の電圧が過大に跳ね上が
ることがなくなる。受電側DCコンデンサ電圧が所定の
値になった点で、正常の変換周波数動作に移行すること
によって、所定の周波数の交流電圧を需要家に供給する
ことができる。
Tenth Embodiment Next, a tenth embodiment will be described. In the ninth embodiment, when the voltage of the DC capacitor on the power receiving side rises, the operation of the converter on the power receiving side has already started. In this case, in a configuration in which the frequency is simply increased, high-frequency AC is supplied to the consumer. Supplied, there is a problem. Embodiment 10
In order to solve this problem, as shown in FIG. 20, the arm performing switching after time to has the same phase of S5 and S7 and the same phase of S6 and S8 during the voltage rising period of the power receiving side capacitor. To conduct several times. Thus, the clamp capacitor 5 can be charged without transmitting any voltage to the consumer. Since the voltage of the clamp capacitor 5 rises quasi-statically as in the twelfth embodiment, the voltage of the clamp capacitor 5 does not jump excessively. By shifting to a normal conversion frequency operation when the power receiving side DC capacitor voltage has reached a predetermined value, an AC voltage having a predetermined frequency can be supplied to a customer.

【0046】このような構成によって、送電側の投入時
にクランプコンデンサ5の電圧が跳ね上がることを抑制
でき、GCT素子の信頼性を向上させることができる。
それにより、DC送電システムの安定性・信頼性が大幅
に向上する。
With such a configuration, it is possible to suppress the voltage of the clamp capacitor 5 from jumping when the power transmission side is turned on, and to improve the reliability of the GCT element.
Thereby, the stability and reliability of the DC power transmission system are greatly improved.

【0047】実施の形態11 次に、実施の形態11について説明する。実施の形態
9、10は送電側が投入時にクランプコンデンサ33の
値を準静的に定常値に達するように制御したが、送電側
と受電側で投入のタイミングを合わせるなど投入条件に
制約がでるため、システムとしての自由度を損ねてしま
う。本実施の形態ではその問題を解決する。図21、図
22において、Vdcが立ち上がってしまってから、変
換器はS5、S7およびS6、S8とが、短い時間だけ
導通する。受電側変換器のインダクタンス33とクラン
プコンデンサ5との共振周期Tの半分の時間で、前述の
ようにクランプコンデンサ5の電圧が2Vdcまで上昇
しようとするので、この導通時間はT/2より十分に短
く設定する。T/2より十分に短い値に導通時間を設定
すれば、インダクタンス33に十分なエネルギーが充電
されないから、オフ時にクランプコンデンサ5の跳ね上
がる電圧は小さく抑えられる。例えば、インダクタンス
33に蓄えられるエネルギーが、丁度クランプコンデン
サ5の電圧を定常値になるように導通時間を設定するこ
とも可能である。仮に、導通時間が正確でなくても、T
/2より十分に短ければ、少なくとも複数回のこの動作
の繰り返しで、必ず定常値に到達する。
Eleventh Embodiment Next, an eleventh embodiment will be described. In the ninth and tenth embodiments, when the power transmission side is turned on, the value of the clamp capacitor 33 is controlled to reach a steady value in a quasi-static manner. This impairs the degree of freedom of the system. This embodiment solves the problem. In FIG. 21 and FIG. 22, after Vdc rises, the converter conducts S5, S7 and S6, S8 for a short time. Since the voltage of the clamp capacitor 5 tends to increase to 2 Vdc as described above in half the resonance period T between the inductance 33 of the power receiving side converter and the clamp capacitor 5, this conduction time is sufficiently longer than T / 2. Set shorter. If the conduction time is set to a value sufficiently shorter than T / 2, sufficient energy is not charged in the inductance 33, so that the voltage at which the clamp capacitor 5 jumps up when turned off can be suppressed to a small value. For example, the conduction time can be set so that the energy stored in the inductance 33 just reaches the steady-state value of the voltage of the clamp capacitor 5. Even if the conduction time is not accurate, T
If it is sufficiently shorter than / 2, the steady value is always reached by repeating this operation at least a plurality of times.

【0048】このような構成によって、受電側のDCコ
ンデンサ30の電圧が完全に立ち上がってしまったあと
でも、クランプコンデンサ5の電圧を跳ね上げることな
く定常値に持っていけるので、システム自由度が高く、
安定性・信頼性の高いDC送電システムが実現できる。
With such a configuration, even after the voltage of the DC capacitor 30 on the power receiving side has completely risen, the voltage of the clamp capacitor 5 can be maintained at a steady value without jumping up. ,
A stable and reliable DC power transmission system can be realized.

【0049】[0049]

【発明の効果】本発明の請求項1〜4にかかわる電力変
換装置においては、自己消弧機能を有する半導体スイッ
チング素子を直列に接続したスイッチ群により1アーム
を構成し、前記アームを少なくとも2つ以上組み合わせ
ることにより高電圧の電力変換装置を構成し、前記半導
体スイッチング素子の両端にそれぞれスナバ回路を設け
た電力変換装置において、前記スナバ回路は半導体スイ
ッチング素子の両端にクランプダイオードとクランプコ
ンデンサの直列回路を接続し、前記クランプコンデンサ
の両端に非線形回路を並列に接続し、前記非線形回路
は、非線形抵抗素子または非線形抵抗素子と半導体制御
素子を用いた非線形抵抗回路から構成したので、安定で
かつ回路構成が簡単、かつ無駄な損失をできる限り小さ
くしながらも、半導体スイッチング素子の破壊を確実に
抑えることができる効果があり、装置の信頼性が向上す
る。
In the power converter according to the first to fourth aspects of the present invention, one arm is constituted by a switch group in which semiconductor switching elements having a self-extinguishing function are connected in series, and at least two arms are provided. In the power converter in which a high-voltage power converter is configured by combining the above and a snubber circuit is provided at both ends of the semiconductor switching element, the snubber circuit is a series circuit of a clamp diode and a clamp capacitor at both ends of the semiconductor switching element. And a non-linear circuit is connected in parallel to both ends of the clamp capacitor. The non-linear circuit is composed of a non-linear resistance element or a non-linear resistance circuit using a non-linear resistance element and a semiconductor control element. Is simple and minimizes unnecessary losses It has the effect of it is possible to reliably suppress the breakdown of the switching elements, thereby improving the reliability of the apparatus.

【0050】本発明の請求項5にかかわる電力変換装置
においては、前記クランプコンデンサとインピーダンス
素子との接続点と前記放電用半導体制御素子の制御電極
との間にコンデンサを接続したので、クランプコンデン
サの電圧上昇を抑えることができ、クランプコンデンサ
の値を小さく設定でき、コスト低減および小型化が実現
できる。また、放電用半導体制御素子の信頼性も向上す
る。
In the power converter according to the fifth aspect of the present invention, since a capacitor is connected between the connection point between the clamp capacitor and the impedance element and the control electrode of the discharging semiconductor control element, The voltage rise can be suppressed, the value of the clamp capacitor can be set small, and the cost and size can be reduced. Also, the reliability of the discharge semiconductor control element is improved.

【0051】本発明の請求項6にかかわる電力変換装置
においては、前記非線形抵抗回路は、少なくとも2つ以
上の半導体制御素子を直列接続したものを用いて構成し
たので、部品単体コストが低下し、装置のコスト低減が
実現できる。
In the power converter according to claim 6 of the present invention, since the non-linear resistance circuit is configured by using at least two semiconductor control elements connected in series, the cost of a single component is reduced. The cost of the apparatus can be reduced.

【0052】本発明の請求項7にかかわる電力変換装置
においては、前記の半導体制御素子を用いた非線形回路
は、放電用の制御電極付き半導体制御素子とこの半導体
制御素子の高電圧側の第一主電極と低電圧側の第二主電
極との間に並列接続される第一インピーダンス及び第二
インピーダンスとの直列体と、前記直列体の直列接続点
と前記半導体制御素子の制御電極との間に閾電圧特性を
持つ非線形抵抗素子を接続したので、部品コストが大幅
に低減できる。
In a power converter according to a seventh aspect of the present invention, the non-linear circuit using the semiconductor control element includes a semiconductor control element with a control electrode for discharging and a first high-voltage side of the semiconductor control element. A series body of the first impedance and the second impedance connected in parallel between the main electrode and the second main electrode on the low voltage side, and between a series connection point of the series body and a control electrode of the semiconductor control element. Since a non-linear resistance element having a threshold voltage characteristic is connected to the, the cost of parts can be greatly reduced.

【0053】本発明の請求項8にかかわる電力変換装置
においては、前記二つのインピーダンス素子はそれぞれ
第1の抵抗と第1のコンデンサとの並列回路および第2
の抵抗と第2のコンデンサとの並列回路からなり、それ
ぞれのCR時定数は同一としたので、周波数に依存せず
優れた分圧性能が実現でき、スナバ回路の性能が向上す
る。
In the power converter according to claim 8 of the present invention, the two impedance elements are respectively a parallel circuit of a first resistor and a first capacitor and a second circuit of a second capacitor.
And a CR circuit having the same CR time constant. Therefore, excellent voltage dividing performance can be realized independently of the frequency, and the performance of the snubber circuit is improved.

【0054】本発明の請求項9にかかわる電力変換装置
においては、前記二つのインピーダンス素子はそれぞれ
第1の抵抗と第1のコンデンサとの並列回路および第2
の抵抗と第2のコンデンサとの並列回路からなり、第1
の抵抗と第1のコンデンサによるCR時定数を第2の抵
抗と第2のコンデンサによるCR時定数より大きくし、
前記第一の抵抗と第一のコンデンサからなるインピーダ
ンスを前記半導体制御素子の第一主電極側に接続したの
で、過渡時において放電電流を増加でき、クランプコン
デンサの電圧上昇を抑えることができ、クランプコンデ
ンサの値を小さく設定でき、コスト低減および小型化が
実現できる。また、半導体制御素子の信頼性も向上す
る。
In a power converter according to a ninth aspect of the present invention, the two impedance elements are respectively a parallel circuit of a first resistor and a first capacitor, and a second circuit.
And a parallel circuit of a second capacitor and a second capacitor.
The CR time constant by the resistor and the first capacitor is made larger than the CR time constant by the second resistor and the second capacitor,
Since the impedance formed by the first resistor and the first capacitor is connected to the first main electrode side of the semiconductor control element, the discharge current can be increased during a transient, and the voltage increase of the clamp capacitor can be suppressed. The value of the capacitor can be set small, and cost reduction and miniaturization can be realized. Further, the reliability of the semiconductor control element is also improved.

【0055】本発明の請求項10にかかわる電力変換装
置においては、自己消弧機能を有する半導体スイッチン
グ素子を直列に接続したスイッチ群により1アームを構
成し、前記アームを少なくとも2つ以上組み合わせるこ
とにより高電圧の電力変換装置を構成し、前記半導体ス
イッチング素子の両端にそれぞれスナバ回路を設けた電
力変換装置において、前記スナバ回路は半導体スイッチ
ング素子の主電極間にクランプダイオードとクランプコ
ンデンサの直列回路を接続し、前記クランプダイオード
の両端に放電用スイッチを有し、クランプコンデンサの
両端にはゼナダイオードなどの定電圧素子とインピーダ
ンス素子との直列回路を接続し、前記インピーダンス素
子と定電圧素子との直列接続点を前記自己消弧機能を有
する半導体スイッチング素子の制御電極に接続し、前記
制御電極を電流制御素子を介してゲート駆動回路に接続
したので、電荷放電用の半導体制御素子を特別に設ける
ことがなく、小型・低コストの装置を実現する。
In a power converter according to a tenth aspect of the present invention, one arm is constituted by a switch group in which semiconductor switching elements having a self-extinguishing function are connected in series, and at least two or more of the arms are combined. In a power converter comprising a high-voltage power converter and a snubber circuit provided at both ends of the semiconductor switching element, the snubber circuit connects a series circuit of a clamp diode and a clamp capacitor between main electrodes of the semiconductor switching element. A discharge switch is provided at both ends of the clamp diode, and a series circuit of a constant voltage element such as a zener diode and an impedance element is connected to both ends of the clamp capacitor, and the impedance element and the constant voltage element are connected in series. A semiconductor switch having the self-extinguishing function Connected to the control electrode of the switching element, and the control electrode is connected to the gate drive circuit via the current control element, realizing a compact and low-cost device without specially providing a semiconductor control element for discharging electric charge. I do.

【0056】本発明の請求項11にかかわる電力変換装
置においては、前記電流制限素子の両端にはゲート高速
化用スイッチを有するので、半導体スイッチング素子の
スイッチング損失を低減できる。
In the power converter according to the eleventh aspect of the present invention, since a gate speed-up switch is provided at both ends of the current limiting element, the switching loss of the semiconductor switching element can be reduced.

【0057】本発明の請求項12にかかわる電力変換装
置においては、自己消弧機能を有する半導体スイッチン
グ素子を直列に接続したスイッチ群を1アームとし、前
記アームを少なくとも2つ以上組み合わせることにより
高電圧の交直変換装置を構成し、前記交直変換装置を少
なくとも受電側に用いて直流送電を行なう電力変換装置
において、前記半導体スイッチング素子の両端にはそれ
それスナバ回路が設けられ、前記スナバ回路は半導体の
両端にクランプダイオードとクランプコンデンサの直列
回路を接続し、前記クランプコンデンサの両端には非線
形抵抗素子または半導体制御素子を用いた非線形抵抗回
路から構成され、前記電力変換装置の送電側の電源が投
入される際に、送電線の直流電圧が上昇する期間中、前
記受電側の電力変換装置を複数回スイッチングさせるの
で、クランプコンデンサの電圧の跳ね上がりを抑えるこ
とができ、半導体スイッチング素子の破壊を防止し、安
定で信頼性の高い送電システムを得ることができる。
In a power converter according to a twelfth aspect of the present invention, a switch group in which semiconductor switching elements having a self-extinguishing function are connected in series constitutes one arm, and at least two or more of the arms are combined to provide a high voltage. In a power converter that performs DC power transmission by using the AC / DC converter at least on the power receiving side, snubber circuits are provided at both ends of the semiconductor switching elements, and the snubber circuit is a semiconductor. A series circuit of a clamp diode and a clamp capacitor is connected to both ends, and both ends of the clamp capacitor are constituted by a nonlinear resistance circuit using a nonlinear resistance element or a semiconductor control element, and power is supplied to the power transmission side of the power converter. During the period when the DC voltage of the transmission line rises, Since the multiple times the switching device, it is possible to suppress the jump of the voltage of the clamp capacitor, to prevent the breakdown of the semiconductor switching element, it is possible to obtain a stable and reliable transmission system.

【0058】本発明の請求項13にかかわる電力変換装
置においては、前記電力変換装置の送電側に電源が投入
される際に、送電側の直流電圧が上昇する期間中、前記
受電側の電力変換装置は、高圧側アーム群同士と低圧側
アーム群同士とを交互にスイッチングするので、需要家
に異周波交流などの発生を防止することができる。
According to a thirteenth aspect of the present invention, when power is supplied to the power transmission side of the power conversion device, the power conversion side power conversion side power supply side power conversion side power conversion side DC power supply voltage increases. Since the device alternately switches between the high-pressure side arm groups and the low-pressure side arm groups, it is possible to prevent generation of different frequency alternating current and the like for the customer.

【0059】本発明の請求項14にかかわる電力変換装
置においては、前記送電側の電源が投入される際に、受
電側の電力変換装置は、電力変換装置のインダクタンス
成分とクランプコンデンサとの共振周期の半分より短い
時間の導通を繰り返し行なうので、クランプコンデンサ
の電圧の跳ね上がりを抑えることができ、半導体スイッ
チング素子の破壊を防止し、安定で信頼性の高い送電シ
ステムを得ると共に、自由度の高いDC送電システムを
供給できる。
In the power converter according to claim 14 of the present invention, when the power on the power transmission side is turned on, the power conversion device on the power receiving side is connected to the resonance cycle of the inductance component of the power converter and the clamp capacitor. Is repeated for less than half of the time, so that the voltage jump of the clamp capacitor can be suppressed, the destruction of the semiconductor switching element can be prevented, and a stable and reliable power transmission system can be obtained. Can supply power transmission system.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 従来および本発明の電力変換装置の基本的構
成を説明するための図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining a basic configuration of a power conversion device of the related art and the present invention.

【図2】 本発明の電力変換装置の主スイッチ部の構成
を説明するための図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a main switch unit of the power conversion device of the present invention.

【図3】 本発明の電力変換装置の1アームの構成を示
した回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of one arm of the power conversion device of the present invention.

【図4】 本発明の第1の実施の形態の構成を説明する
ための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of the first exemplary embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の第1の実施の形態の動作を説明する
ための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining an operation of the first exemplary embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の第2の実施の形態の構成を示す回路
図である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a second exemplary embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の第3の実施の形態の構成を示す図で
ある。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a third exemplary embodiment of the present invention.

【図8】 本発明の第4の実施の形態の構成を示す図で
ある。
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a fourth exemplary embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の第4の実施の形態の動作を説明する
図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating the operation of the fourth embodiment of the present invention.

【図10】 本発明の第5の実施の形態の構成を示す図
である。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a fifth exemplary embodiment of the present invention.

【図11】 本発明の第6の実施の形態の構成を示す図
である。
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a sixth exemplary embodiment of the present invention.

【図12】 本発明の第6の実施の形態の構成を示す図
である。
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a sixth exemplary embodiment of the present invention.

【図13】 本発明の第7の実施の形態の構成を示す図
である。
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a seventh exemplary embodiment of the present invention.

【図14】 本発明の第7の実施の形態の動作を説明す
る図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating the operation of the seventh embodiment of the present invention.

【図15】 本発明の第8の実施の形態の構成を示す図
である。
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of an eighth embodiment of the present invention.

【図16】 本発明の第8の実施の形態の動作を説明す
る図である。
FIG. 16 is a diagram illustrating the operation of the eighth embodiment of the present invention.

【図17】 本発明の第9の実施の形態の構成を示す図
である。
FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of a ninth embodiment of the present invention.

【図18】 本発明の第9の実施の形態の構成を示す図
である。
FIG. 18 is a diagram showing a configuration of a ninth embodiment of the present invention.

【図19】 本発明の第9の実施の形態の動作を説明す
る図である。
FIG. 19 is a diagram for explaining the operation of the ninth embodiment of the present invention.

【図20】 本発明の第10の実施の形態の動作を説明
する図である。
FIG. 20 is a diagram illustrating the operation of the tenth embodiment of the present invention.

【図21】 本発明の第11の実施の形態の動作を説明
する図である。
FIG. 21 is a diagram illustrating the operation of the eleventh embodiment of the present invention.

【図22】 本発明の第11の実施の形態の動作を説明
する図である。
FIG. 22 is a diagram illustrating the operation of the eleventh embodiment of the present invention.

【図23】 従来の電力変換装置の構成図である。FIG. 23 is a configuration diagram of a conventional power converter.

【図24】 従来の電力変換装置の構成図である。FIG. 24 is a configuration diagram of a conventional power converter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 直列バルブ、2 半導体スイッチング素子、3 ダ
イオード、4 クランプダイオード、5 クランプコン
デンサ、6 インピーダンス素子、7 ゼナダイオ―
ド、8 ゲート抵抗、9 半導体制御素子、10 スナ
バ回路、11 直列ステージ、12 ゲート回路、13
入力、14 インダクタンス、15 1ステージ当た
りのインダクタンス、16,18 抵抗、17,22
コンデンサ、19 逆流放電スイッチ、20 ゲートイ
ンピーダンス素子、21 ゲート高速化スイッチ、30
受電側DCコンデンサ、31 送電側DCコンデン
サ、32 送電線インダクタンス、33 受電側変換装
置インダクタンス、40 交流側投入スイッチ、41
送電側電源インダクタンス、50 交流電源、51 送
電側変換装置インダクタンス、90 非線形抵抗素子。
1. Series valve, 2. Semiconductor switching element, 3. Diode, 4. Clamp diode, 5. Clamp capacitor, 6. Impedance element, 7. Zenadio
8 Gate resistance, 9 Semiconductor control element, 10 Snubber circuit, 11 Series stage, 12 Gate circuit, 13
Input, 14 inductance, 15 inductance per stage, 16, 18 resistance, 17, 22
Capacitor, 19 reverse discharge switch, 20 gate impedance element, 21 gate speed-up switch, 30
Power receiving side DC capacitor, 31 Power transmitting side DC capacitor, 32 Transmission line inductance, 33 Power receiving side converter inductance, 40 AC side closing switch, 41
Power transmission side power supply inductance, 50 AC power supply, 51 Power transmission side converter inductance, 90 Nonlinear resistance element.

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 自己消弧機能を有する半導体スイッチン
グ素子を直列に接続したスイッチ群により1アームを構
成し、前記アームを少なくとも2つ以上組み合わせるこ
とにより高電圧の電力変換装置を構成し、前記半導体ス
イッチング素子の両端にそれぞれスナバ回路を設けた電
力変換装置において、前記スナバ回路は半導体スイッチ
ング素子の両端にクランプダイオードとクランプコンデ
ンサの直列回路を接続し、前記クランプコンデンサの両
端に非線形回路を並列に接続し、前記非線形回路は、非
線形抵抗素子または非線形抵抗素子と半導体制御素子を
用いた非線形抵抗回路から構成されることを特徴とする
電力変換装置。
An arm is composed of a switch group in which semiconductor switching elements having a self-extinguishing function are connected in series, and a high-voltage power converter is constructed by combining at least two of the arms. In a power converter in which a snubber circuit is provided at both ends of a switching element, the snubber circuit connects a series circuit of a clamp diode and a clamp capacitor to both ends of a semiconductor switching element, and connects a non-linear circuit in parallel to both ends of the clamp capacitor. The power conversion device is characterized in that the non-linear circuit comprises a non-linear resistance element or a non-linear resistance circuit using a non-linear resistance element and a semiconductor control element.
【請求項2】 前記非線形回路は、インピーダンス素
子、を介して前記半導体スイッチング素子の両端に接続
されている請求項1記載の電力変換装置。
2. The power converter according to claim 1, wherein the nonlinear circuit is connected to both ends of the semiconductor switching element via an impedance element.
【請求項3】 前記非線形抵抗素子は、ゼナダイオード
またはアレスタまたはバリスタなどからなる請求項1ま
たは2記載の電力変換装置。
3. The power converter according to claim 1, wherein the non-linear resistance element comprises a zener diode, an arrester, or a varistor.
【請求項4】 前記半導体制御素子を用いた非線形抵抗
回路は、放電用の制御電極付き半導体制御素子と、この
放電用半導体素子の高電圧側の第一主電極と制御電極と
の間に並列接続される非線形抵抗素子と、前記放電用半
導体素子の制御電極と低電圧側の第2の主電極との間に
並列接続される抵抗とを備えている請求項1または2記
載の電力変換装置。
4. A non-linear resistance circuit using the semiconductor control element, wherein a non-linear resistance circuit having a control electrode for discharge and a first main electrode on a high voltage side of the discharge semiconductor element and a control electrode are connected in parallel. The power converter according to claim 1 or 2, further comprising: a nonlinear resistance element connected thereto; and a resistance connected in parallel between a control electrode of the discharging semiconductor element and a second main electrode on a low voltage side. .
【請求項5】 前記クランプコンデンサとインピーダン
ス素子との接続点と前記放電用半導体制御素子の制御電
極との間にコンデンサを接続した請求項4記載の電力変
換装置。
5. The power converter according to claim 4, wherein a capacitor is connected between a connection point between the clamp capacitor and the impedance element and a control electrode of the discharge semiconductor control element.
【請求項6】 前記非線形抵抗回路は、少なくとも2つ
以上の半導体制御素子を直列接続したものを用いて構成
される請求項1または2記載の電力変換装置。
6. The power converter according to claim 1, wherein the non-linear resistance circuit is configured using at least two or more semiconductor control elements connected in series.
【請求項7】 前記の半導体制御素子を用いた非線形回
路は、放電用の制御電極付き半導体制御素子とこの半導
体制御素子の高電圧側の第一主電極と低電圧側の第二主
電極との間に並列接続される第一インピーダンス及び第
二インピーダンスとの直列体と、前記直列体の直列接続
点と前記半導体制御素子の制御電極との間に閾電圧特性
を持つ非線形抵抗素子を接続した請求項1または2記載
の電力変換装置。
7. The non-linear circuit using the semiconductor control element includes a semiconductor control element having a control electrode for discharging, a first main electrode on a high voltage side and a second main electrode on a low voltage side of the semiconductor control element. A series body of the first impedance and the second impedance connected in parallel between, and a non-linear resistance element having a threshold voltage characteristic is connected between a series connection point of the series body and a control electrode of the semiconductor control element. The power converter according to claim 1.
【請求項8】 前記二つのインピーダンス素子はそれぞ
れ第1の抵抗と第1のコンデンサとの並列回路および第
2の抵抗と第2のコンデンサとの並列回路からなり、そ
れぞれのCR時定数は同一である請求項7記載の電力変
換装置。
8. The two impedance elements each comprise a parallel circuit of a first resistor and a first capacitor and a parallel circuit of a second resistor and a second capacitor, each having the same CR time constant. The power converter according to claim 7.
【請求項9】 前記二つのインピーダンス素子はそれぞ
れ第1の抵抗と第1のコンデンサとの並列回路および第
2の抵抗と第2のコンデンサとの並列回路からなり、第
1の抵抗と第1のコンデンサによるCR時定数を第2の
抵抗と第2のコンデンサによるCR時定数より大きく
し、前記第一の抵抗と第一のコンデンサからなるインピ
ーダンスを前記半導体制御素子の第一主電極側に接続し
た請求項7記載の電力変換装置。
9. The two impedance elements each comprise a parallel circuit of a first resistor and a first capacitor and a parallel circuit of a second resistor and a second capacitor, wherein the first resistor and the first capacitor are connected in parallel. The CR time constant by the capacitor was made larger than the CR time constant by the second resistor and the second capacitor, and the impedance formed by the first resistor and the first capacitor was connected to the first main electrode side of the semiconductor control element. The power converter according to claim 7.
【請求項10】 自己消弧機能を有する半導体スイッチ
ング素子を直列に接続したスイッチ群により1アームを
構成し、前記アームを少なくとも2つ以上組み合わせる
ことにより高電圧の電力変換装置を構成し、前記半導体
スイッチング素子の両端にそれぞれスナバ回路を設けた
電力変換装置において、前記スナバ回路は半導体スイッ
チング素子の主電極間にクランプダイオードとクランプ
コンデンサの直列回路を接続し、前記クランプダイオー
ドの両端に放電用スイッチを有し、クランプコンデンサ
の両端にはゼナダイオードなどの定電圧素子とインピー
ダンス素子との直列回路を接続し、前記インピーダンス
素子と定電圧素子との直列接続点を前記自己消弧機能を
有する半導体スイッチング素子の制御電極に接続し、前
記制御電極を電流制御素子を介してゲート駆動回路に接
続した電力変換装置。
10. A high-voltage power conversion device comprising a switch group in which semiconductor switching elements having a self-arc-extinguishing function are connected in series, and a high-voltage power converter is formed by combining at least two of said arms. In a power converter in which snubber circuits are provided at both ends of a switching element, the snubber circuit connects a series circuit of a clamp diode and a clamp capacitor between main electrodes of a semiconductor switching element, and a discharge switch is provided at both ends of the clamp diode. A semiconductor switching element having a self-extinguishing function by connecting a series circuit of a constant voltage element such as a zener diode and an impedance element to both ends of a clamp capacitor, and a series connection point of the impedance element and the constant voltage element. Connected to the control electrode of A power converter connected to a gate drive circuit via a control element.
【請求項11】 前記電流制限素子の両端にはゲート高
速化用スイッチを有する特許請求の範囲第10項記載の
電力変換装置。
11. The power converter according to claim 10, wherein a gate speed-up switch is provided at both ends of said current limiting element.
【請求項12】 自己消弧機能を有する半導体スイッチ
ング素子を直列に接続したスイッチ群を1アームとし、
前記アームを少なくとも2つ以上組み合わせることによ
り高電圧の交直変換装置を構成し、前記交直変換装置を
少なくとも受電側に用いて直流送電を行なう電力変換装
置において、前記半導体スイッチング素子の両端にはそ
れそれスナバ回路が設けられ、前記スナバ回路は半導体
の両端にクランプダイオードとクランプコンデンサの直
列回路を接続し、前記クランプコンデンサの両端には非
線形抵抗素子または半導体制御素子を用いた非線形抵抗
回路から構成され、前記電力変換装置の送電側の電源が
投入される際に、送電線の直流電圧が上昇する期間中、
前記受電側の電力変換装置を複数回スイッチングさせる
電力変換装置。
12. A switch group in which semiconductor switching elements having a self-extinguishing function are connected in series is defined as one arm,
A high-voltage AC / DC converter is configured by combining at least two or more of the arms, and in a power converter that performs DC power transmission using the AC / DC converter at least on the power receiving side, the semiconductor switching element may be provided at both ends thereof. A snubber circuit is provided, and the snubber circuit is configured by connecting a series circuit of a clamp diode and a clamp capacitor to both ends of a semiconductor, and a nonlinear resistance circuit using a nonlinear resistance element or a semiconductor control element at both ends of the clamp capacitor, When the power on the power transmission side of the power converter is turned on, during a period in which the DC voltage of the transmission line rises,
A power converter that switches the power receiving-side power converter a plurality of times.
【請求項13】 前記電力変換装置の送電側に電源が投
入される際に、送電側の直流電圧が上昇する期間中、前
記受電側の電力変換装置は、高圧側アーム群同士と低圧
側アーム群同士とを交互にスイッチングする請求項12
記載の電力変換装置。
13. The power conversion device according to claim 1, wherein when the power is supplied to the power transmission side of the power conversion device, during a period in which the DC voltage on the power transmission side increases, the power conversion device on the power reception side includes a pair of high-voltage side arms and a pair of low-voltage side arms. 13. Switching between groups alternately.
The power converter according to any one of the preceding claims.
【請求項14】 前記送電側の電源が投入される際に、
受電側の電力変換装置は、電力変換装置のインダクタン
ス成分とクランプコンデンサとの共振周期の半分より短
い時間の導通を繰り返し行なう請求項12記載の電力変
換装置。
14. When the power on the power transmission side is turned on,
13. The power conversion device according to claim 12, wherein the power reception device on the power receiving side repeatedly conducts electricity for a time shorter than half of the resonance period between the inductance component of the power conversion device and the clamp capacitor.
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