JP2009177951A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】各スイッチにそれぞれ接続されるゲートドライバおよびインターフェース回路から構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部と、これらのゲートドライブ部に電力を供給する共用電源から構成される電力変換器ゲートドライブを備え、インターフェース回路に設けられた1つまたは複数の電力供給端子を介して、スイッチ数よりも少ない共用電源または主回路から電力を供給することを可能にする。また、信号源からゲートドライバへの信号の絶縁を取ることで信号伝達を可能にする。
【選択図】図1
Description
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図1は、第1から第(2m−2)スイッチ(メインスイッチ)の直列接続1により構成される変換レベル数mのマルチレベル電力変換回路の一相である。複数の各スイッチにそれぞれ接続されるゲートドライバおよびインターフェース回路から構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部2、これらのゲートドライブ部に電力を供給する共用電源3、信号源から各信号について絶縁を取り、各スイッチに接続されるゲートドライバへと信号を伝達する信号出力部4を備えている。
図10は、図1に示した複数直列スイッチおよびゲートドライバ部の一相分を2並列にし、単相マルチレベル電力変換器としたものである。図10は、第1から第(2m−2)スイッチの直列接続1と5、複数の各スイッチにそれぞれ接続されるゲートドライバおよびインターフェース回路から構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部2と6、これらのゲートドライブ部に電力を供給する共用電源3、信号源から各信号について絶縁を取り、各スイッチに接続されるゲートドライバへと信号を伝達する信号出力部4を備えている。ゲートドライバ部2と6は相ごとに必要となるが、共用電源3はゲートドライバ部2と6で共用することが可能なため、直列スイッチを2並列にし、単相マルチレベル電力変換器としても共用電源の数を増加する必要はない。
図11は、図1に示した複数直列スイッチおよびゲートドライバ部の一相分を3並列にし、三相マルチレベル電力変換器としたものである。図11は、第1から第(2m−2)スイッチの直列接続1と5と7、複数の各スイッチにそれぞれ接続されるゲートドライバおよびインターフェース回路から構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部2と6と8、これらのゲートドライブ部に電力を供給する共用電源3、信号源から各信号について絶縁を取り、各スイッチに接続されるゲートドライバへと信号を伝達する信号出力部4を備えている。ゲートドライバ部は相ごとに必要となるが、共用電源3はゲートドライバ部2と6と8で共用することが可能なため、直列スイッチを3並列にし、三相マルチレベル電力変換器としても共用電源の数を増加する必要はない。
図12は、図1に示したインターフェース回路を、1つの共用電源9乃至他のインターフェース回路と接続することで、ゲートドライバへ電源を供給するマルチレベル電力変換器ゲートドライブ回路である。第1インターフェース回路の電源供給端子10と共用電源9の接地側端子11を接続し、共用電源の高圧側端子12と第1インターフェース回路の電源供給端子13と第2インターフェース回路の電源供給端子14を接続する。さらに、第2インターフェース回路の電源供給端子15と上段の電源供給端子を接続していくことで、1つの共用電源9から、各インターフェース回路を介して全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。
図15は、図1に示したインターフェース回路を、1つの共用電源19乃至他のインターフェース回路と接続することで、ゲートドライバへ電源を供給するマルチレベル電力変換器ゲートドライブ回路である。第1インターフェース回路の電源供給端子21と第2インターフェース回路の電源供給端子22と第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子23と共用電源19の接地側端子20を接続し、第1インターフェース回路の電源供給端子25と第2インターフェース回路の電源供給端子26と第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子27と共用電源19の共用電源の高圧側端子24を接続する。これにより、1つの共用電源19から、各インターフェース回路を介して全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。
図18は、図1に示したインターフェース回路を、1つの共用電源30乃至他のインターフェース回路と接続することで、ゲートドライバへ電源を供給するマルチレベル電力変換器ゲートドライブ回路である。第1インターフェース回路の電源供給端子32と共用電源30の接地側端子31を接続し、第1インターフェース回路の電源供給端子34と第2インターフェース回路の電源供給端子35と第mインターフェース回路の電源供給端子36と共用電源30の共用電源の高圧側端子33を接続する。さらに、第mインターフェース回路の電源供給端子37と上段の第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子38までを接続する。これにより、1つの共用電源30から、各インターフェース回路を介して全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。
図21は、図1に示したインターフェース回路を、1つの共用電源43乃至他のインターフェース回路と接続することで、ゲートドライバへ電源を供給するマルチレベル電力変換器ゲートドライブ回路である。第1インターフェース回路の電源供給端子45と第mインターフェース回路の電源供給端子46と共用電源43の接地側端子44を接続し、第1インターフェース回路の電源供給端子48と第2インターフェース回路の電源供給端子49と第mインターフェース回路の電源供給端子50と共用電源43の共用電源の高圧側端子47を接続する。さらに、第mインターフェース回路の電源供給端子51と上段の第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子52までを接続する。これにより、1つの共用電源43から、各インターフェース回路を介して全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。
図24は、図1に示したインターフェース回路を、1つの共用電源57乃至他のインターフェース回路と接続することで、ゲートドライバへ電源を供給するマルチレベル電力変換器ゲートドライブ回路である。第1インターフェース回路の電源供給端子59と共用電源57の接地側端子58を接続し、第1インターフェース回路の電源供給端子61と第2インターフェース回路の電源供給端子62と第mインターフェース回路の電源供給端子63と共用電源57の共用電源の高圧側端子60を接続する。さらに、第2から第(m−1)インターフェース回路とそれぞれ(m−1)段上のインターフェース回路の電源供給端子を接続する。これにより、1つの共用電源57から、各インターフェース回路を介して全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。
図27は、図1に示したインターフェース回路を、1つの共用電源1乃至他のインターフェース回路と接続することで、ゲートドライバへ電源を供給するマルチレベル電力変換器ゲートドライブ回路である。共用電源は3つの端子を備え、74は電源の高圧側端子、69は電源の接地側端子、71はインターフェース回路の充放電を制御するスイッチング素子の高圧側に接続されており、該スイッチング素子の低圧側は接地側端子と共通電位である。第1インターフェース回路の電源供給端子70と共用電源68の接地側端子69を接続し、第2インターフェース回路の電源供給端子72から第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子73までの各インターフェース回路の電源供給端子と共用電源68の共用電源の接地側端子71を接続する。また、第1インターフェース回路の電源供給端子75と第2インターフェース回路の電源供給端子76と共用電源68の高圧側端子74を接続する。さらに第2インターフェース回路から第(2m−2)インターフェース回路まで1つずつ電源供給端子により接続する。これにより、1つの共用電源68から、各インターフェース回路を介して全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。
図30は、図1に示したインターフェース回路を、2つの共用電源82乃至83、または他のインターフェース回路と接続することで、ゲートドライバへ電源を供給するマルチレベル電力変換器ゲートドライブ回路である。第1インターフェース回路の電源供給端子85と共用電源82の接地側端子84を接続し、第1インターフェース回路の電源供給端子87と第2インターフェース回路の電源供給端子88と第mインターフェース回路の電源供給端子89と共用電源82の共用電源の高圧側端子86を接続する。さらに、第mインターフェース回路の電源供給端子91と共用電源83の接地側端子90を接続し、第mインターフェース回路の電源供給端子93から第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子94までと共用電源83の共用電源の高圧側端子92を接続する。これにより、2つの共用電源82および83から、各インターフェース回路を介して全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。
図33は、図1に示したインターフェース回路を、共用電源なしで主回路と接続することで、ゲートドライバへ電源を供給するマルチレベル電力変換器ゲートドライブ回路である。第1インターフェース回路の電源供給端子98と第1スイッチの高圧側99を接続し、第2インターフェース回路の電源供給端子100と第2スイッチの高圧側101を接続し、以上同様にして、第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子102と第(2m−2)スイッチの高圧側103を接続する。これにより、共用電源なしで、各インターフェース回路を介して全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。
図37は、図1に示したインターフェース回路のダイオードクランプ型マルチレベル回路への適用例を示している。このとき、図に示すように、信号源106から共通の電位で出力された信号に、それぞれレベルシフト回路により信号絶縁を取ることで、各ゲートドライバによるスイッチングを可能にする。
図40は、図1に示したインターフェース回路のダイオードクランプ型マルチレベル回路への適用例を示している。このとき、図に示すように、信号源106から共通の電位で出力された信号に、それぞれ磁気カップリングにより信号絶縁を取ることで、各ゲートドライバによるスイッチングを可能にする。
Claims (11)
- 主回路が複数スイッチから構成される電力変換装置において、
複数の各スイッチにそれぞれ接続されるゲートドライバおよびインターフェース回路から構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部を備え、
前記インターフェース回路にそれぞれ設けられた1つまたは複数の電力供給端子を介して、スイッチ数よりも少ない共用電源又は主回路から前記ゲートドライブ部に電力を供給し、
前記ゲートドライブ部に信号を伝達する信号源を備えて、該信号源から各ゲートドライバへの信号を、それぞれ絶縁を取って伝達することを特徴とする電力変換装置。 - 前記複数スイッチにより、変換レベル数mのマルチレベル電力変換器を構成した請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記複数スイッチにより、変換レベル数mのマルチレベル電力変換器を2乃至3並列接続した単相乃至三相マルチレベル電力変換器の各相を構成した請求項1記載の電力変換装置。
- 第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチからなる前記複数スイッチにより、変換レベル数mのマルチレベル電力変換器を構成し、
第1スイッチに接続される第1インターフェース回路は電源供給端子1−aと電源供給端子1−bを備え、第2スイッチに接続される第2インターフェース回路は電源供給端子2−aと電源供給端子2−bを備え、第(2m−3)スイッチに接続される第(2m−3)インターフェース回路は電源供給端子(2m−3)−aと電源供給端子(2m−3)−bを備え、第(2m−2)スイッチに接続される第(2m−2)インターフェース回路は電源供給端子(2m−2)−aを備え、
共用電源は高圧側端子1−aと接地側端子1−bを備え、
第1インターフェース回路の電源供給端子1−bと共用電源の接地側端子1−bを接続し、第1インターフェース回路の電源供給端子1−aと第2インターフェース回路の電源供給端子2−bと共用電源の高圧側端子1−aを接続し、第2インターフェース回路の電源供給端子2−aと第3インターフェース回路の電源供給端子3−bを接続し、第(2m−4)インターフェース回路の電源供給端子(2m−4)−aと第(2m−3)インターフェース回路の電源供給端子(2m−3)−bを接続し、第(2m−3)インターフェース回路の電源供給端子(2m−3)−aと第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子(2m−2)−aを接続し、
1つの共用電源から複数インターフェース回路を通し、各ゲートドライバに電源を供給するゲートドライブ回路を備えた請求項1に記載の電力変換装置。 - 第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチからなる前記複数スイッチにより、変換レベル数mのマルチレベル電力変換器を構成し、
第1スイッチに接続される第1インターフェース回路は電源供給端子1−aと電源供給端子1−bを備え、第2スイッチに接続される第2インターフェース回路は電源供給端子2−aと電源供給端子2−bを備え、第(2m−2)スイッチに接続される第(2m−2)インターフェース回路は電源供給端子(2m−2)−aと電源供給端子(2m−2)−bを備え、
共用電源は高圧側端子1−aと接地側端子1−bを備え、
第1インターフェース回路の電源供給端子1−bと第2インターフェース回路の電源供給端子2−bと第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子(2m−2)−bと共用電源の接地側端子1−bを接続し、第1インターフェース回路の電源供給端子1−aと第2インターフェース回路の電源供給端子2−aと第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子(2m−2)−aと共用電源の高圧側端子1−aを接続し、
1つの共用電源から複数インターフェース回路を通し、各ゲートドライバに電源を供給するゲートドライブを備えた請求項1に記載の電力変換装置。 - 第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチからなる前記複数スイッチにより、変換レベル数mのマルチレベル電力変換器を構成し、
第1スイッチに接続される第1インターフェース回路は電源供給端子1−aと電源供給端子1−bを備え、第2スイッチに接続される第2インターフェース回路は電源供給端子2−aを備え、第3スイッチに接続される第3インターフェース回路は電源供給端子3−aを備え、第(m−1)スイッチに接続される第(m−1)インターフェース回路は電源供給端子(m−1)−aを備え、第mスイッチに接続される第mインターフェース回路は電源供給端子m−aと電源供給端子m−bを備え、第(m+1)スイッチに接続される第(m+1)インターフェース回路は電源供給端子(m+1)−aを備え、第(2m−2)スイッチに接続される第(2m−2)インターフェース回路は電源供給端子(2m−2)−aを備え、
共用電源は高圧側端子1−aと接地側端子1−bを備え、
第1インターフェース回路の電源供給端子1−bと共用電源の接地側端子1−bを接続し、第1インターフェース回路の電源供給端子1−aと第2インターフェース回路の電源供給端子2−aと第(m−1)インターフェース回路の電源供給端子(m−1)−aと第mインターフェース回路の電源供給端子m−bと共用電源の高圧側端子1−aを接続し、第mインターフェース回路の電源供給端子m−aと第(m+1)インターフェース回路の電源供給端子(m+1)−aと第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子(2m−2)−aを接続し、
1つの共用電源から複数インターフェース回路を通し、各ゲートドライバに電源を供給するゲートドライブ回路を備えた請求項1に記載の電力変換装置。 - 第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチからなる前記複数スイッチにより、変換レベル数mのマルチレベル電力変換器を構成し、
第1スイッチに接続される第1インターフェース回路は電源供給端子1−aと電源供給端子1−bを備え、第2スイッチに接続される第2インターフェース回路は電源供給端子2−aを備え、第3スイッチに接続される第3インターフェース回路は電源供給端子3−aを備え、第(m−1)スイッチに接続される第(m−1)インターフェース回路は電源供給端子(m−1)−aを備え、第mインターフェース回路は電源供給端子m−aと電源供給端子m−bと電源供給端子m−cを備え、第(m+1)スイッチに接続される第(m+1)インターフェース回路は電源供給端子(m+1)−aを備え、第(2m−2)スイッチに接続される第(2m−2)インターフェース回路は電源供給端子(2m−2)−aを備え、
共用電源は高圧側端子1−aと接地側端子1−bを備え、
第1インターフェース回路の電源供給端子1−bと共用電源の接地側端子1−bと第mインターフェース回路の電源供給端子m−cを接続し、第1インターフェース回路の電源供給端子1−aと第2インターフェース回路の電源供給端子2−aと第(m−1)インターフェース回路の電源供給端子(m−1)−aと第mインターフェース回路の電源供給端子m−bと共用電源の高圧側端子1−aを接続し、第mインターフェース回路の電源供給端子m−aと第(m+1)インターフェース回路の電源供給端子(m+1)−aと第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子(2m−2)−aを接続し、
1つの共用電源から複数インターフェース回路を通し、各ゲートドライバに電源を供給するゲートドライブ回路を備えた請求項1に記載の電力変換装置。 - 第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチからなる前記複数スイッチにより、変換レベル数mのマルチレベル電力変換器を構成し、
第1スイッチに接続される第1インターフェース回路は電源供給端子1−aと電源供給端子1−bを備え、第2スイッチに接続される第2インターフェース回路は電源供給端子2−aと電源供給端子2−bを備え、第(m−1)スイッチに接続される第(m−1)インターフェース回路は電源供給端子(m−1)−aと電源供給端子(m−1)−bを備え、第mスイッチに接続される第mインターフェース回路は電源供給端子m−aを備え、第(m+1)スイッチに接続される第(m+1)インターフェース回路は電源供給端子(m+1)−aを備え、第(2m−2)スイッチに接続される第(2m−2)インターフェース回路は電源供給端子(2m−2)−aを備え、
共用電源は高圧側端子1−aと接地側端子1−bを備え、
第1インターフェース回路の電源供給端子1−bと共用電源の接地側端子1−bを接続し、第1インターフェース回路の電源供給端子1−aと第2インターフェース回路の電源供給端子2−bと第3インターフェース回路の電源供給端子3−bと第(m−1)インターフェース回路の電源供給端子(m−1)−bと第mインターフェース回路の電源供給端子m−aと共用電源の高圧側端子1−aを接続し、第2インターフェース回路の電源供給端子2−aと第(m+1)インターフェース回路の電源供給端子(m+1)−aを接続し、第3インターフェース回路の電源供給端子3−aと第(m+2)インターフェース回路の電源供給端子(m+2)−aを接続し、第(m−1)インターフェース回路の電源供給端子(m−1)−aと第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子(2m−2)−aを接続し、
1つの共用電源から複数インターフェース回路を通し、各ゲートドライバに電源を供給するゲートドライブ回路を備えた請求項1に記載の電力変換装置。 - 第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチからなる前記複数スイッチにより、変換レベル数mのマルチレベル電力変換器を構成し、
第1スイッチに接続される第1インターフェース回路は電源供給端子1−aと電源供給端子1−bを備え、第2スイッチに接続される第2インターフェース回路は電源供給端子2−aと電源供給端子2−bと電源供給端子2−cを備え、第3スイッチに接続される第3インターフェース回路は電源供給端子3−aと電源供給端子3−bと電源供給端子3−cを備え、第(2m−3)スイッチに接続される第(2m−3)インターフェース回路は電源供給端子(2m−3)−aと電源供給端子(2m−3)−bと電源供給端子(2m−3)−cを備え、第(2m−2)インターフェース回路は電源供給端子(2m−2)−aと電源供給端子(2m−2)−bを備え、
共用電源は高圧側端子1−aと接地側端子1−bと接地側端子1−cを備え、
第1インターフェース回路の電源供給端子1−bと共用電源の接地側端子1−cを接続し、第1インターフェース回路の電源供給端子1−aと第2インターフェース回路の電源供給端子2−cと共用電源の高圧側端子1−aを接続し、第2インターフェース回路の電源供給端子2−aと第3インターフェース回路の電源供給端子3−cを接続し、第(2m−4)インターフェース回路の電源供給端子(2m−4)−aと第(2m−3)インターフェース回路の電源供給端子(2m−3)−cを接続し、第(2m−3)インターフェース回路の電源供給端子(2m−3)−aと第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子(2m−2)−bを接続し、第2インターフェース回路の電源供給端子2−bと第3インターフェース回路の電源供給端子3−bと第(2m−3)インターフェース回路の電源供給端子(2m−3)−bと第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子(2m−2)−aと共用電源の接地側端子1−bを接続し、
1つの共用電源から複数インターフェース回路を通し、各ゲートドライバに電源を供給するゲートドライブ回路を備えた請求項1に記載の電力変換装置。 - 第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチからなる前記複数スイッチにより、変換レベル数mのマルチレベル電力変換器を構成し、
第1スイッチに接続される第1インターフェース回路は電源供給端子1−aと電源供給端子1−bを備え、第2スイッチに接続される第2インターフェース回路は電源供給端子2−aを備え、第3スイッチに接続される第3インターフェース回路は電源供給端子3−aを備え、第(m−1)スイッチに接続される第(m−1)インターフェース回路は電源供給端子(m−1)−aを備え、第mスイッチに接続される第mインターフェース回路は電源供給端子m−aと電源供給端子m−bを備え、第(m+1)スイッチに接続される第(m+1)インターフェース回路は電源供給端子(m+1)−aを備え、第(2m−2)スイッチに接続される第(2m−2)インターフェース回路は電源供給端子(2m−2)−aを備え、
第1の共用電源は高圧側端子1−aと接地側端子1−bを備え、第2の共用電源は高圧側端子2−aと接地側端子2−bを備え、
第1インターフェース回路の電源供給端子1−bと共用電源の接地側端子1−bを接続し、第1インターフェース回路の電源供給端子1−aと第2インターフェース回路の電源供給端子2−aと第(m−1)インターフェース回路の電源供給端子(m−1)−aと第1の共用電源の高圧側端子1−aを接続し、主回路の第mスイッチの低電位側と第mインターフェース回路の電源供給端子m−bと第2の共用電源の接地側端子2−bを接続し、第mインターフェース回路の電源供給端子m−aと第(m+1)インターフェース回路の電源供給端子(m+1)−aと第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子(2m−2)−aと第2の共用電源の高圧側端子2−aを接続し、
2つの共用電源から複数インターフェース回路を通し、各ゲートドライバに電源を供給するゲートドライブ回路を備えた請求項1に記載の電力変換装置。 - 第1スイッチ〜第(2m−2)スイッチからなる前記複数スイッチにより、変換レベル数mのマルチレベル電力変換器を構成し、
第1スイッチに接続される第1インターフェース回路は電源供給端子1−aを備え、第2スイッチに接続される第2インターフェース回路は電源供給端子2−aを備え、第(2m−2)スイッチに接続される第(2m−2)インターフェース回路は電源供給端子(2m−2)−aを備え、
主回路の第1スイッチの高電位側と第1インターフェース回路の電源供給端子1−aを接続し、主回路の第2スイッチの高電位側と第2インターフェース回路の電源供給端子2−aを接続し、主回路の第(2m−2)スイッチの高電位側と第(2m−2)インターフェース回路の電源供給端子(2m−2)−aを接続し、
共用電源を使わず、主回路から複数インターフェース回路を通し、各ゲートドライバに電源を供給するゲートドライブ回路を備えた請求項1に記載の電力変換装置。
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