JP2001045772A - ３レベルインバータまたはｐｗｍサイクロコンバータ - Google Patents

３レベルインバータまたはｐｗｍサイクロコンバータ

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JP2001045772A
JP2001045772A JP11220206A JP22020699A JP2001045772A JP 2001045772 A JP2001045772 A JP 2001045772A JP 11220206 A JP11220206 A JP 11220206A JP 22020699 A JP22020699 A JP 22020699A JP 2001045772 A JP2001045772 A JP 2001045772A
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level inverter
semiconductor switch
voltage
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Akira Kumagai
彰 熊谷
Kenji Yamada
健二 山田
Sadao Ishii
佐田夫 石井
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Yaskawa Electric Corp
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Yaskawa Electric Corp
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ３レベルの出力を発生する３レベルインバー
タやＰＷＭサクロコンバータは主回路構成複雑なため市
販の半導体スイッチのモジュールを使って構成するとコ
ストとサイズが増大したが、このコストとサイズの課題
を解決できる３レベルインバータやＰＷＭサクロコンバ
ータを提供する。 【解決手段】３レベルインバータやＰＷＭサクロコンバ
ータの主回路を構成する半導体スイッチ・ダイオードの
チップユニットを１アームの構成とし、前記１アームの
回路をＰ側、Ｎ側、中性点の３点で並列に同一構造物上
に配置し接続するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、直流電圧入力を
所望の交流電圧出力に変換する３レベルインバータを構
成する半導体スイッチやダイオード等を同一構造物上に
配置し接続したモジュールを使用するインバータ等に関
する。
【０００２】
【従来の技術】図２に３レベルインバータの電力変換部
の基本構成を示している。現在、市場には半導体スイッ
チと逆並列にダイオードを接続した１個入りの絶縁ゲー
ト・バイポーラ・トランジスタ（以後、「ＩＧＢＴ」と
言う。）モジュールや、ＩＧＢＴと逆並列のダイオード
を直列に接続した２ｉｎ１（ツーインワン）のＩＧＢＴ
モジュールの３相分を１モジュールにした６ｉｎ１（シ
ックスインワン）のＩＧＢＴモジュールが主流であるた
め、２レベルのパルスインバータを実現するには問題な
かったが、２レベルのインバータと主回路の構成が異な
る３レベルインバータを実現しようとすると、これまで
３レベルインバータは低圧の汎用インバータでは適用例
が少ないため、外形・コストとも増大した。これと同じ
ことは、半導体スイッチ等を用いたＰＷＭサイクロコン
バータについても言える。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の課題を
解決するもので、複数の半導体チップを使用する３レベ
ルインバータやＰＷＭサイクロコンバータを低価格・小
型で実現する複合化モジュールを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、Ｐ（正）側とＮ（負）側間
の直流電圧を２分割し、出力電圧を３レベルで出力する
インバータ部（以下、「３レベルインバータ」と呼
ぶ。）であって、逆並列にダイオードチップが接続され
た半導体スイッチチップを、１番上のコレクタがＰ側に
接続されそのエミッタが２番目のコレクタに接続され、
２番目のエミッタが３番目のコレクタに接続され、３番
目のエミッタが４番目のコレクタに接続され、４番目の
エミッタがＮ側に接続されるように、直列に４個接続
し、Ｐ側から２番目のコレクタと３番目のエミッタの接
続点から出力端子を取り出し、Ｐ側から１番目のエミッ
タと２番目のコレクタの接続点にダイオードチップのカ
ソードを接続し、前記ダイオードチップのアノードは直
流電圧を２分割した中性点に接続され、またＰ側から３
番目のエミッタと４番目のコレクタの接続点にダイオー
ドチップのアノードを接続し、前記ダイオードチップの
カソードは直流電圧を２分割した中性点に接続されるユ
ニットを１アームの構成とし、前記１アームの回路を３
回路分配置して各アームのＰ側から見て１番上のコレク
タは全てＰ側に接続し、４番目のエミッタは全てＮ側に
接続し、２番目のエミッタと３番目のコレクタに接続さ
れたダイオードチップのアノードと、３番目のエミッタ
と４番目のコレクタに接続されたダイオードチップのカ
ソードとは中性点で並列に同一構造物上に配置し接続し
たことを特徴としている。また、請求項２記載の発明
は、交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流部と前
記３レベルインバータとを備え、前記整流部に使用する
整流ダイオードを請求項１のインバータモジュールと同
一構造物上に配置し接続したことを特徴としている。さ
らに、請求項３記載の発明は、交流電圧を整流し直流電
圧に変換する整流部と前記３レベルインバータと制動用
の放電抵抗を駆動する制動回路部を備え、上記整流部に
使用する整流ダイオードと制動回路に使用する半導体ス
イッチおよびダイオードを請求項１のインバータモジュ
ールと同一構造物上に配置し接続したことを特徴として
いる。そして、請求項４記載の発明は、表面実装形ディ
スクリート部品の半導体スイッチとダイオードを使用す
る３レベルインバータにおいて、請求項１のインバータ
モジュールと同様に同一構造物上に実装し配線したモジ
ュールを利用したことを特徴としている。また、請求項
５記載のマルチレベルインバータの発明は、請求項４記
載の３レベルインバータを多段接続したことを特徴とし
ている。そして、請求項６記載の発明は、表面実装形デ
ィスクリート部品の半導体スイッチとダイオードを使用
するマルチレベルインバータにおいて、前記半導体スイ
ッチとダイオードを同一構造物上に実装し配線したモジ
ュールを利用したことを特徴としている。上記の構成に
より、３レベルインバータの回路実現に必用な複数の半
導体スイッチとダイオードをチップやチップ毎のモルー
ド状態で基板、アルミ板などの同一構造物上に配置し接
続したモジュールを使用できるので、３レベルインバー
タの小型化・低コスト化を実現することができる。さら
に、請求項７記載のＰＷＭサイクロコンバータの発明
は、商用交流電圧を直接任意の周波数の交流電圧に直接
変換するＰＷＭサイクロコンバータであって該ＰＷＭサ
イクロコンバータを構成する複数の半導体スイッチチッ
プとダイオードチップを同一構造物上に配置し接続した
ことを特徴としている。そして、請求項８記載の発明
は、表面実装形ディスクリート部品の半導体スイッチと
ダイオードを使用するＰＷＭサイクロコンバータにおい
て、前記半導体スイッチとダイオードを同一構造物上に
実装し配線したモジュールを利用したことを特徴として
いる。また、請求項９記載の発明は、請求項７又は８記
載のＰＷＭサイクロコンバータを多重に接続したことを
特徴としている。上記の構成により、ＰＷＭサイクロコ
ンバータの回路実現に必用な複数の半導体スイッチとダ
イオードをチップやチップ毎のモルード状態で基板、ア
ルミ板などの同一構造物上に配置し接続したモジュール
を使用できるので、ＰＷＭサイクロコンバータの小型化
・低コスト化を実現することができる。そして、請求項
１０記載の発明は、ＮＰＮ型半導体スイッチに対して適
用された請求項１記載の接続関係をＰＮＰ型半導体スイ
ッチに対しても同様に対応して適用させたことを特徴と
している。上記の構成により、ＰＮＰ型半導体スイッチ
を用いた３レベルインバータの回路に対しても同様に小
型化・低コスト化を実現することができるようになる。
【０００５】
【発明の実施の形態】図２は３相３レベルインバータを
示す回路構成図で、図２（ａ）は３相３レベルインバー
タの主回路を示し、図２（ｂ）は３相３レベルインバー
タの入力側の整流部の１例を示し、図２（ｃ）は３相３
レベルインバータの制動回路部の１例を示す回路図であ
る。図２（ａ）において、端子Ｐは正側端子であり、端
子Ｎは負側端子である。この端子Ｐと端子Ｎに図２
（ｂ）の整流部の出力が接続され、交流電圧を整流した
整流電圧が端子Ｐと端子Ｎ間に印加される。端子Ｐと端
子Ｎ間にはコンデンサ１Ｃ１と１Ｃ２の直列接続回路が
接続されており、この整流電圧はコンデンサ１Ｃ１と１
Ｃ２の直列接続回路により平滑され、それぞれ並列に接
続されている３相３レベルインバータのＵ相、Ｖ相、Ｗ
相の主回路に印加される。Ｕ相の主回路１は、例えばＩ
ＧＢＴである１Ｓ１、１Ｓ２、１Ｓ３、１Ｓ４とそれぞ
れのＩＧＢＴにフリーホイールダイオード１Ｄ２、１Ｄ
３、１Ｄ５、１Ｄ６を逆並列接続した第１、第２、第
３、第４の半導体スイッチチップと、第１のクランプダ
イオード１Ｄ１のカソードを前記第１半導体スイッチチ
ップと第２半導体スイッチチップとの接続点に接続し、
第２のクランプダイオード１Ｄ４のアノードを前記第３
半導体スイッチチップと第４半導体スイッチチップとの
接続点に接続し、前記第１のクランプダイオード１Ｄ１
のアノードと第２のクランプダイオード１Ｄ４のカソー
ドを共に前記コンデンサ１Ｃ１と１Ｃ２の接続点に接続
した構成となっている。Ｖ相の主回路２も同様に、ＩＧ
ＢＴである２Ｓ１、２Ｓ２、２Ｓ３、２Ｓ４とそれぞれ
のＩＧＢＴにフリーホイールダイオード２Ｄ２、２Ｄ
３、２Ｄ５、２Ｄ６を逆並列接続した第１、第２、第
３、第４の半導体スイッチチップと、第１のクランプダ
イオード２Ｄ１のカソードを前記第１半導体スイッチチ
ップと第２半導体スイッチチップとの接続点に接続し、
第２のクランプダイオード２Ｄ４のアノードを前記第３
半導体スイッチチップと第４半導体スイッチチップとの
接続点に接続し、前記第１のクランプダイオード２Ｄ１
のアノードと第２のクランプダイオード２Ｄ４のカソー
ドを共に前記コンデンサ１Ｃ１と１Ｃ２の接続点に接続
した構成となっている。Ｗ相の主回路３も同様に、ＩＧ
ＢＴである３Ｓ１、３Ｓ２、３Ｓ３、３Ｓ４とそれぞれ
のＩＧＢＴにフリーホイールダイオード３Ｄ２、３Ｄ
３、３Ｄ５、３Ｄ６を逆並列接続した第１、第２、第
３、第４の半導体スイッチチップと、第１のクランプダ
イオード３Ｄ１のカソードを前記第１半導体スイッチチ
ップと第２半導体スイッチチップとの接続点に接続し、
第２のクランプダイオード３Ｄ４のアノードを前記第３
半導体スイッチチップと第４半導体スイッチチップとの
接続点に接続し、前記第１のクランプダイオード３Ｄ１
のアノードと第２のクランプダイオード３Ｄ４のカソー
ドを共に前記コンデンサ１Ｃ１と１Ｃ２の接続点に接続
した構成となっている。
【０００６】図１は、３レベルインバータに使用する半
導体スイッチチップやダイオードチップを同一の基板上
９に配置して接続した例を示すもので、図２に示した３
相３レベルインバータの主回路のうち、コンデンサ１Ｃ
１、１Ｃ２以外の部分である半導体スイッチやダイオー
ドのチップを複合化したモジュールで構成している。図
１において、１Ｓ１〜１Ｓ４、２Ｓ１〜２Ｓ４、３Ｓ１
〜３Ｓ４が半導体スイッチ、１Ｄ１〜１Ｄ６、２Ｄ１〜
２Ｄ６、３Ｄ１〜３Ｄ６がダイオードのチップ、４、
５、６が図２中のＰ、Ｎ、Ｃの入力用接続部であり、
Ｕ、Ｖ、Ｗが図２中のＵ、Ｖ、Ｗの出力用接続部、１Ｂ
１、１Ｂ２、２Ｂ１、２Ｂ２、３Ｂ１、３Ｂ２が半導体
スイッチ制御信号接続部で、１Ｔ１、１Ｔ２、２Ｔ１、
２Ｔ２、３Ｔ１、３Ｔ２が接続部を示している。それぞ
れのチップや接続部は同一の基板またはアルミ板などに
配置し、絶縁が必要な場合には絶縁処理を行い、それぞ
れの部品を回路図に示す通りに銅箔パターン７やワイヤ
ー８等で接続して１モジュール９とし、３レベルインバ
ータに適用される。なお、上記の実施形態では、ＮＰＮ
型半導体スイッチの例で示したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、ＰＮＰ型半導体スイッチを用いた
３レベルインバータの回路に対しても同様に実施するこ
とができる。
【０００７】また、整流部に使用する図２（ｂ）の各ダ
イオードＤ１および２を前記インバータ部のモジュール
と複合させて構成すると、よりコンパクトにできるので
有利である。図２（ｃ）は、コンデンサ１Ｃ１、１Ｃ２
の電気エネルギー等を制動抵抗Ｒ１で熱エネルギーに消
費する制動回路部を示し、制動抵抗Ｒ１に電流を流すた
めの半導体スイッチＳ１にＩＧＢＴ等が使用されるが、
この半導体スイッチＳ１やダイオード等を前記インバー
タ部のモジュールと複合させて構成すると、よりコンパ
クトにできるので有利である。
【０００８】図３はＰＷＭサイクロコンバータの回路例
を示すもので、図３（ａ）は回路構成の単位としての一
個の双方向スイッチＢＳを示している。図３（ｂ）はこ
の双方向スイッチＢＳを３個用いたＰＷＭサイクロコン
バータモジュール１０を示している。図３（ｃ）はこの
ＰＷＭサイクロコンバータを２並列にしたモジュール２
０を、図３（ｄ）はこのＰＷＭサイクロコンバータを３
並列にしたモジュール３０を示している。
【０００９】図４は、図３（ａ）に示す一個の双方向ス
イッチＢＳを実現するために、一方向半導体スイッチで
あるＩＧＢＴやＧＴＯ（ゲートターンオフサイリスタ）
などを２個直列または並列接続し、さらにはダイオード
などを用いた具体的な回路を示している。図４（ａ）は
ＩＧＢＴのＳ１とＳ２の２個をそれぞれコレクタ同士で
接続し（接続点Ｔ２）、ダイオードＤ１とＤ２の各アノ
ードを接続点Ｔ２と接続し、ダイオードＤ１のカソード
とＩＧＢＴＳ１のエミッタを接続し（接続点Ｔ１）、ダ
イオードＤ２のカソードとＩＧＢＴＳ２のエミッタを接
続して（接続点Ｔ３）成る双方向スイッチＢＳである。
図４（ａ）の回路の動作は、ＩＧＢＴのＳ１がターンオ
ンするとＴ１→Ｓ１→ダイオードＤ２→Ｔ２に電流が流
れ、ＩＧＢＴのＳ２がターンオンするとＴ２→Ｓ２→ダ
イオードＤ１→Ｔ１に電流が流れ、双方向スイッチＢＳ
が形成される。図４（ｂ）はＩＧＢＴＳ１とＳ２の２個
をそれぞれエミッタ同士で接続し（接続点Ｔ２）、ダイ
オードＤ１とＤ２の２個をそれぞれカソード同士で接続
して接続点Ｔ２と接続する。ダイオードＤ１のアノード
とＩＧＢＴＳ１のエミッタを接続し（接続点Ｔ１）、ダ
イオードＤ２のアノードとＩＧＢＴＳ２のエミッタを接
続して（接続点Ｔ３）成る双方向スイッチＢＳである。
図４（ｂ）の回路の動作は、ＩＧＢＴのＳ１がターンオ
ンするとＴ３→ダイオードＤ２→Ｓ１→Ｔ１に電流が流
れ、ＩＧＢＴのＳ２がターンオンするとＴ１→ダイオー
ドＤ１→Ｓ２→Ｔ３に電流が流れ、双方向スイッチＢＳ
が形成される。図４（ｃ）は、ＩＧＢＴＳ１のコレクタ
とダイオードＤ１のアノードを接続した直列接続回路
と、ＩＧＢＴＳ２のコレクタとダイオードＤ２のアノー
ドを接続した直列接続回路とをそれぞれダイオードＤ２
のカソードとＩＧＢＴＳ１のエミッタとで接続し（接続
点Ｔ１）またダイオードＤ１のカソードとＩＧＢＴＳ２
のエミッタとで接続し（接続点Ｔ３）て並列接続した双
方向スイッチＢＳである。図４（ｃ）の回路の動作は、
ＩＧＢＴのＳ１がターンオンするとＴ１→Ｓ１→ダイオ
ードＤ１→Ｔ３に電流が流れ、ＩＧＢＴのＳ２がターン
オンするとＴ３→Ｓ２→ダイオードＤ２→Ｔ１に電流が
流れ、双方向スイッチＢＳが形成される。図４（ｄ）
は、ＩＧＢＴＳ１のエミッタとダオードＤ１のカソード
を接続した直列接続回路と、ＩＧＢＴＳ２のエミッタと
ダオードＤ２のカソードを接続した直列接続回路とを、
それぞれダイオードＤ２のアノードとＩＧＢＴＳ１のコ
レクタとで接続し（接続点Ｔ１）またダイオードＤ１の
アノードとＩＧＢＴＳ２のコタとで接続し（接続点Ｔ
３）て並列接続した双方向スイッチＢＳである。図４
（ｄ）の回路の動作は、ＩＧＢＴのＳ１がターンオンす
るとＴ３→ダイオードＤ１→Ｓ１→Ｔ１に電流が流れ、
ＩＧＢＴのＳ２がターンオンするとＴ１→ダイオードＤ
２→Ｓ２→Ｔ２に電流が流れ、双方向スイッチＢＳが形
成される。
【００１０】図４（ｅ）は、ＧＴＯ（ゲートターンオフ
・サイリスタ）のＳ１とＳ２を逆並列接続して成る双方
向スイッチＢＳである。図４（ａ）〜（ｄ）はＩＧＢＴ
であり、信号がベースに加わっていればＩＧＢＴはオ
ン、信号がなくなるとＩＧＢＴはオフ動作をするのに対
して、ＧＴＯはゲートに正のパルスが加わるとオンし、
以後ゲートに信号が無くなってもオンを持続し続け、ゲ
ートに負のパルスが加わるか保持電流以下になるとオフ
する点で異なる。したがって、図４（ｅ）の回路の動作
は、ＧＴＯのＳ１のゲートに正のパルスが加わるとＧＴ
ＯのＳ１がターンオンする。Ｓ１がターンオンするとＴ
１→Ｓ１→Ｔ３に電流が流れる。そしてゲートに負のパ
ルスが加わるか保持電流以下になるとＳ１はオフする。
逆に、ＧＴＯのＳ２のゲートに正のパルスが加わるとＳ
２がターンオンし、Ｔ３→Ｓ２→Ｔ１に電流が流れ、ゲ
ートに負のパルスが加わるか保持電流以下になるまで流
れ続ける。このようにして図４（ｅ）の双方向スイッチ
ＢＳが形成される。
【００１１】図５は、双方向スイッチＢＳを３個用いた
図３（ｂ）のＰＷＭサイクロコンバータのパターンを図
４（ａ）のＩＧＢＴのＳ１とＳ２およびダイオードＤ
１、Ｄ２を用いて構成した双方向スイッチ回路のモジュ
ール１０の斜視図であり、図６は図５のモジュール１０
を含む本発明によるＰＷＭサイクロコンバータモジュー
ルの構造図である。図５において、ＩＧＢＴの１Ｓ１１
と１Ｓ１２が図４（ａ）のＩＧＢＴのＳ１とＳ２に相当
し、図５のダイオード１Ｄ１１と１Ｄ１２が図４（ａ）
のダイオードＤ１とＤ２に相当する。また、図５の接続
点ターミナル１Ｔ１、１Ｒ１、１Ｐ１がそれぞれ図４
（ａ）の接続点Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３に相当する。図５のＧ
１１とＧ１２は１Ｓ１１と１Ｓ１２を制御するゲート線
である。まったく同様のことが、図５の中段に見られる
第２グループのＩＧＢＴの１Ｓ２１と１Ｓ２２、第２グ
ループのダイオード１Ｄ２１と１Ｄ２２、第２グループ
の接続点ターミナル１Ｔ２、１Ｒ２についても言える。
すなわち、ＩＧＢＴの１Ｓ２１と１Ｓ２２が図４（ａ）
のＩＧＢＴのＳ１とＳ２に相当し、ダイオード１Ｄ２１
と１Ｄ２２が図４（ａ）のダイオードＤ１とＤ２に相当
し、接続点ターミナル１Ｔ２、１Ｒ２がそれぞれ図４
（ａ）の接続点Ｔ１、Ｔ２に相当する。図５のＧ２１と
Ｇ２２は１Ｓ２１と１Ｓ２２を制御するゲート線であ
る。同様に、図５の下段に見られる第３グループのＩＧ
ＢＴの１Ｓ３１と１Ｓ３２、第３グループのダイオード
１Ｄ３１と１Ｄ３２、第３グループの接続点ターミナル
１Ｔ３、１Ｒ３についても同じことが言える。すなわ
ち、ＩＧＢＴの１Ｓ３１と１Ｓ３２が図４（ａ）のＩＧ
ＢＴのＳ１とＳ２に相当し、ダイオード１Ｄ３１と１Ｄ
３２が図４（ａ）のダイオードＤ１とＤ２に相当し、接
続点ターミナル１Ｔ３、１Ｒ３がそれぞれ図４（ａ）の
接続点Ｔ１、Ｔ２に相当する。図５のＧ３１とＧ３２は
１Ｓ３１と１Ｓ３２を制御するゲート線である。これら
の図５の双方向スイッチ回路モジュールを含むＰＷＭサ
イクロコンバータモジュールの構造図である図６におい
て、１０は双方向スイッチ回路モジュール、６１は３φ
入力端子、６２は出力端子、６３は絶縁板、６４はケー
ス、６５はベース板、６６は取り付け穴、６７はゲート
端子である。以上のように、主回路構成が複雑なＰＷＭ
サイクロコンバータであっても、半導体スイッチ・ダイ
オードのチップを基板等の同一構造物上に配置し配線し
たモジュールを適用することにより、コストとサイズを
増大させずに実現できるようになる。
【００１２】図７は、双方向スイッチＢＳを６個用いた
図３（ｃ）のＰＷＭサイクロコンバータのパターンを図
４（ａ）のＩＧＢＴのＳ１とＳ２およびダイオードＤ
１、Ｄ２を用いて構成した双方向スイッチ回路のモジュ
ール２０の斜視図であり、図８は図７のモジュール２０
を含む本発明によるＰＷＭサイクロコンバータモジュー
ルの構造図である。図７において、モジュール２０は図
５のモジュール１０を２列並列に接続したものである。
したがって、左列の第１モジュールに属するＩＧＢＴの
１Ｓ１１と１Ｓ１２が図４（ａ）のＩＧＢＴのＳ１とＳ
２に相当し、図７のダイオード１Ｄ１１と１Ｄ１２が図
４（ａ）のダイオードＤ１とＤ２に相当し、図７の接続
点ターミナル１Ｔ１、１Ｒ１、１Ｐ１がそれぞれ図４
（ａ）の接続点Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３に相当することは同様
であり、以下、図７の中段の第２グループ、下段の第３
グループついても同じである。まったく同じことが、図
の右側の第２モジュールについてもあてはまる。すなわ
ち、ＩＧＢＴの２Ｓ１１と２Ｓ１２が図４（ａ）のＩＧ
ＢＴのＳ１とＳ２に相当し、図７のダイオード２Ｄ１１
と２Ｄ１２が図４（ａ）のダイオードＤ１とＤ２に相当
し、図７の接続点ターミナル２Ｒ１、２Ｐ１がそれぞれ
図４（ａ）の接続点Ｔ２、Ｔ３に相当することは同様で
あり、以下、図７の中段の第２グループ、下段の第３グ
ループついても同じである。これらの図７の双方向スイ
ッチ回路モジュールを含むＰＷＭサイクロコンバータモ
ジュールの構造図である図８において、２０は双方向ス
イッチ回路モジュール、８１は３φ入力端子、８２は出
力端子、８３は絶縁板、８４はケース、８５はベース
板、８６は取り付け穴、８７はゲート端子である。以上
のように、主回路構成が複雑な２並列のＰＷＭサイクロ
コンバータであっても、半導体スイッチ・ダイオードの
チップを基板等の同一構造物上に配置し配線したモジュ
ールを適用することにより、コストとサイズを増大させ
ずに実現できるようになる。
【００１３】図９は、双方向スイッチＢＳを９個用いた
図３（ｄ）のＰＷＭサイクロコンバータのパターンを図
４（ａ）のＩＧＢＴのＳ１とＳ２およびダイオードＤ
１、Ｄ２を用いて構成した双方向スイッチ回路のモジュ
ール３０の斜視図であり、図１０は図９のモジュール２
０を含む本発明によるＰＷＭサイクロコンバータモジュ
ールの構造図である。図９において、モジュール３０は
図５のモジュール１０を３列並列に接続したものであ
る。したがって、左列の第１モジュール１０に属する上
段の第１グループＩＧＢＴの１Ｓ１１、１Ｓ１２以下、
中段の第２グループの１Ｓ２１、１Ｓ２２以下、下段の
第３グループの１Ｓ３１、１Ｓ３２以下についても同じ
であり、中列の第２モジュール１０に属する上段の第１
グループＩＧＢＴの２Ｓ１１、２Ｓ１２以下、中段の第
２グループの２Ｓ２１、２Ｓ２２以下、下段の第３グル
ープの２Ｓ３１、２Ｓ３２以下についても同じである。
同じことは、右列の第３モジュール１０に属する上段の
第１グループＩＧＢＴの３Ｓ１１、３Ｓ１２以下につい
ても、中段の第２グループの３Ｓ２１、３Ｓ２２以下に
ついても、下段の第３グループの３Ｓ３１、３Ｓ３２以
下についても当てはまる。これらの図９の双方向スイッ
チ回路モジュールを含むＰＷＭサイクロコンバータモジ
ュールの構造図である図１０において、３０は双方向ス
イッチ回路モジュール、９１は３φ入力端子、９２は出
力端子、９３は絶縁板、９４はケース、９５はベース
板、９６は取り付け穴、９７はゲート端子である。以上
のように、主回路構成が複雑な３並列のＰＷＭサイクロ
コンバータであっても、半導体スイッチ・ダイオードの
チップを基板等の同一構造物上に配置し配線したモジュ
ールを適用することにより、コストとサイズを増大させ
ずに実現できるようになる。
【００１４】以上の他に、表面実装形ディスクリート部
品である半導体スイッチおよびダイオードについても、
上記のインバータモジュールと同様に同一構造物上に実
装し配線したモジュールを利用すると有利となる。同じ
ことはＰＷＭサイクロコンバータについても当てはま
り、表面実装形ディスクリート部品である半導体スイッ
チおよびダイオードを、上記のＰＷＭサイクロコンバー
タモジュールと同様に同一構造物上に実装し配線したモ
ジュールを利用すると有利となる。また、表面実装形デ
ィスクリート部品の半導体スイッチとダイオードを同一
構造物上に実装し配線したモジュールを利用すれば、３
レベル以上のマルチレベルインバータをコストとサイズ
を増大させずに実現できるようになる。このような３レ
ベルインバータを多段接続すれば、マルチレベルインバ
ータをコストとサイズを増大させずに実現できるように
なる。以上のようなＰＷＭサイクロコンバータを多重に
接続すれば、多重ＰＷＭサイクロコンバータをコストと
サイズを増大させずに実現できるようになる。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように市販のＩＧＢＴモジ
ュールでは、実現しづらい複雑な構成の３レベルインバ
ータやＰＷＭサクロコンバータを、半導体スイッチ・ダ
イオードのチップを基板等の同一構造物上に配置し配線
したモジュールを適用することにより、コストとサイズ
を増大させずに実現できるようになる。同時に素子間の
接続が短く出来るためスイッチング時に配線インダクタ
ンスによって生じるサージ電圧や不要なノイズを抑制さ
せる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態の３レベルインバータ
用モジュール構成例を示している。
【図２】３レベルインバータ部の主回路を示す図であ
る。
【図３】ＰＷＭサイクロコンバータの各種の主回路を示
す図である。
【図４】図３の双方向スイッチＢＳを、一方向半導体ス
イッチを２個直列または並列、さらにはダイオードなど
を使用して実現した具体例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施の形態で、図３（ｂ）のＰＷ
Ｍサイクロコンバータのパターンについて図４（ａ）の
ＩＧＢＴとダイオードを用いて実現した回路装置の斜視
図である。
【図６】図５のモジュール回路１０を含めてモジュール
を形成した本実施例の構造図である。
【図７】本発明の第２実施の形態の変形例で、図３
（ｃ）のＰＷＭサイクロコンバータのパターンについて
図４（ａ）のＩＧＢＴとダイオードを用いて実現した回
路装置の斜視図である。
【図８】図７のモジュール回路２０を含めてモジュール
を形成した本実施例の構造図である。
【図９】本発明の第２実施の形態の変形例で、図３
（ｄ）のＰＷＭサイクロコンバータのパターンについて
図４（ａ）のＩＧＢＴとダイオードを用いて実現した回
路装置の斜視図である。
【図１０】図９のモジュール回路３０を含めてモジュー
ルを形成した本実施例の構造図である。
フロントページの続き (72)発明者 石井 佐田夫 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内 Ｆターム(参考） 5H007 CA01 CA05 CB05 CC23 HA03 HA04

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｐ（正）側とＮ（負）側間の直流電圧を
    ２分割し、出力電圧を３レベルで出力するインバータ部
    （以下、「３レベルインバータ」と呼ぶ。）であって、
    逆並列にダイオードチップが接続された半導体スイッチ
    チップを、１番上のコレクタがＰ側に接続されそのエミ
    ッタが２番目のコレクタに接続され、２番目のエミッタ
    が３番目のコレクタに接続され、３番目のエミッタが４
    番目のコレクタに接続され、４番目のエミッタがＮ側に
    接続されるように、直列に４個接続し、Ｐ側から２番目
    のコレクタと３番目のエミッタの接続点から出力端子を
    取り出し、Ｐ側から１番目のエミッタと２番目のコレク
    タの接続点にダイオードチップのカソードを接続し、前
    記ダイオードチップのアノードは直流電圧を２分割した
    中性点に接続され、またＰ側から３番目のエミッタと４
    番目のコレクタの接続点にダイオードチップのアノード
    を接続し、前記ダイオードチップのカソードは直流電圧
    を２分割した中性点に接続されるユニットを１アームの
    構成とし、前記１アームの回路を３回路分配置して各ア
    ームのＰ側から見て１番上のコレクタは全てＰ側に接続
    し、４番目のエミッタは全てＮ側に接続し、２番目のエ
    ミッタと３番目のコレクタに接続されたダイオードチッ
    プのアノードと、３番目のエミッタと４番目のコレクタ
    に接続されたダイオードチップのカソードとは中性点で
    並列に同一構造物上に配置し接続したことを特徴とした
    ３レベルインバータ。
  2. 【請求項２】 交流電圧を整流して直流電圧に変換する
    整流部と前記３レベルインバータとを備え、前記整流部
    に使用する整流ダイオードを請求項１のインバータモジ
    ュールと同一構造物上に配置し接続したことを特徴とし
    た３レベルインバータ。
  3. 【請求項３】 交流電圧を整流し直流電圧に変換する整
    流部と前記３レベルインバータと制動用の放電抵抗を駆
    動する制動回路部を備え、上記整流部に使用する整流ダ
    イオードと制動回路に使用する半導体スイッチおよびダ
    イオードを請求項１のインバータモジュールと同一構造
    物上に配置し接続したことを特徴とした３レベルインバ
    ータ。
  4. 【請求項４】 表面実装形ディスクリート部品の半導体
    スイッチとダイオードを使用する３レベルインバータに
    おいて、請求項１のインバータモジュールと同様に同一
    構造物上に実装し配線したモジュールを利用した３レベ
    ルインバータ。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の３レベルインバータを多
    段接続したマルチレベルインバータ。
  6. 【請求項６】 表面実装形ディスクリート部品の半導体
    スイッチとダイオードを使用するマルチレベルインバー
    タにおいて、前記半導体スイッチとダイオードを同一構
    造物上に実装し配線したモジュールを利用したマルチレ
    ベルインバータ。
  7. 【請求項７】 商用交流電圧を直接任意の周波数の交流
    電圧に直接変換するＰＷＭサイクロコンバータであって
    該ＰＷＭサイクロコンバータを構成する複数の半導体ス
    イッチチップとダイオードチップを同一構造物上に配置
    し接続したことを特徴としたＰＷＭサイクロコンバー
    タ。
  8. 【請求項８】 表面実装形ディスクリート部品の半導体
    スイッチとダイオードを使用するＰＷＭサイクロコンバ
    ータにおいて、前記半導体スイッチとダイオードを同一
    構造物上に実装し配線したモジュールを利用したＰＷＭ
    サイクロコンバータ。
  9. 【請求項９】 請求項７又は８記載のＰＷＭサイクロコ
    ンバータを多重に接続したＰＷＭサイクロコンバータ。
  10. 【請求項１０】 ＮＰＮ型半導体スイッチに対して適用
    された請求項１記載の接続関係をＰＮＰ型半導体スイッ
    チに対しても同様に対応して適用させたことを特徴とし
    た３レベルインバータ。
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