JP2012010430A5 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電力用スイッチング素子を用いて構成される電力変換装置に関する。

本発明は、上記従来技術の課題に鑑みてなされたもので、異常停止時においても還流ダイオードの冷却が容易になる電力変換装置を提供することを目的とする。

実施形態の電力変換装置は、少なくとも１つのブリッジ回路と、前記ブリッジ回路に含まれた第１の半導体スイッチ及びこの第１の半導体スイッチに直列接続された第２の半導体スイッチと、前記第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチを制御するコントローラと、を具備し、前記第１の半導体スイッチは、第１の耐圧を有する第１のスイッチング素子と第１の逆並列ダイオードから成る第１の素子と、この第１の素子に直列接続され、前記第１の耐圧より低い第２の耐圧を有する第２のスイッチング素子と第２の逆並列ダイオードから成る第２の素子と、前記第１の素子及び第２の素子に並列接続された第１の還流ダイオードとを備え、前記第２の半導体スイッチは、第３の耐圧を有する第３のスイッチング素子と第３の逆並列ダイオードから成る第３の素子と、この第３の素子に直列接続され、前記第３の耐圧より低い第４の耐圧を有する第４のスイッチング素子と第４の逆並列ダイオードから成る第４の素子と、前記第３の素子及び第４の素子に並列接続された第２の還流ダイオードとを備え、前記コントローラは、デッドタイム期間だけ前記第１の還流ダイオードと第２の還流ダイオードに電流が流れるように、前記第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチを制御することを特徴とする。

しかしながら、本実施形態の半導体スイッチ６の場合、主素子３のスイッチング素子１ａと補助素子５のスイッチング素子１ｂとに個別にゲート信号を与える制御端子１１，１２を設けている。そのため、ゲートブロック状態なった場合には、後述する実施形態の半導体スイッチ制御装置１８から主素子３のスイッチング素子１ａへＯＦＦ信号が出力され、補助素子５のスイッチング素子１ｂへＯＮ信号が出力されることによって、補助素子５のスイッチング素子１ｂをＯＮ状態に維持する制御が可能となる。この制御を行うことにより、負極８から正極７に流れる主電流は、ＯＮ状態の補助素子５のスイッチング素子１ｂを下から上に通り、主素子３の逆並列ダイオード２ａを順方向に流れ続ける。これにより、高速還流ダイオード４が比較的小容量のＳｉＣダイオードにて構成される場合にも、高速還流ダイオード４に電流が長時間流れることがなく、保護が可能となる。したがって、高速還流ダイオード４に関する冷却の設計も簡易なものとなる。

尚、図９では、簡略化のために左側の第１の相のブリッジ２４の上アームの半導体スイッチ６Ａａについてはその主素子３ａだけを示し、補助素子５ａの記述を省略しており、下アームの半導体スイッチ６Ａｂについてはその補助素子５ｂだけを示し、主素子３ｂの記述を省略している。

尚、図１０では、簡略化のために左側の第１の相のブリッジ２４ａの上アームの半導体スイッチ６Ａａについてはその補助素子５ａだけを示し、主素子３ａの記述を省略しており、下アームの半導体スイッチ６Ａｂについてはその主素子３ｂだけを示し、補助素子５ｂの記述を省略している。右側の第２の相のブリッジ２４ｂについても、上アームの半導体スイッチ６Ａｃについてはその補助素子５ｃだけを示し、主素子３ｃの記述を省略しており、下アームの半導体スイッチ６Ａｄについてはその主素子３ｄだけを示し、補助素子５ｄの記述を省略している。

Claims (8)

1. 少なくとも１つのブリッジ回路と、
   前記ブリッジ回路に含まれた第１の半導体スイッチ及びこの第１の半導体スイッチに直列接続された第２の半導体スイッチと、
   前記第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチを制御するコントローラと、
   を具備し、
   前記第１の半導体スイッチは、第１の耐圧を有する第１のスイッチング素子と第１の逆並列ダイオードから成る第１の素子と、この第１の素子に直列接続され、前記第１の耐圧より低い第２の耐圧を有する第２のスイッチング素子と第２の逆並列ダイオードから成る第２の素子と、前記第１の素子及び第２の素子に並列接続された第１の還流ダイオードとを備え、
   前記第２の半導体スイッチは、第３の耐圧を有する第３のスイッチング素子と第３の逆並列ダイオードから成る第３の素子と、この第３の素子に直列接続され、前記第３の耐圧より低い第４の耐圧を有する第４のスイッチング素子と第４の逆並列ダイオードから成る第４の素子と、前記第３の素子及び第４の素子に並列接続された第２の還流ダイオードとを備え、
   前記コントローラは、デッドタイム期間だけ前記第１の還流ダイオードと第２の還流ダイオードに電流が流れるように、前記第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチを制御することを特徴とする電力変換装置。
2. 前記デッドタイム期間は、前記第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチの一方がオフされてから他方がオンされるまでの期間であることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記コントローラは、異常が検出されると、前記第１のスイッチング素子及び第３のスイッチング素子を強制的にオフにするとともに、前記第１の還流ダイオード及び第２の還流ダイオードに電流が流れないよう前記第２のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子を制御することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
4. 前記コントローラは、前記第１の半導体スイッチがオフされると、デッドタイム期間が経過した後に前記第１の還流ダイオードに電流が流れないように、前記第２のスイッチング素子をオンに設定し、前記第２の半導体スイッチがオフされると、デッドタイム期間が経過した後に前記第２の還流ダイオードに電流が流れないように、前記第４のスイッチング素子をオンに設定することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
5. 前記第１の還流ダイオード及び第２の還流ダイオードの温度を検出する温度検出手段を更に備え、
   前記コントローラは、前記温度検出手段によって検出された温度が所定の値を超えると、前記第１の還流ダイオード及び第２の還流ダイオードに電流が流れないように前記第１の半導体スイッチ及び第２の半導体スイッチを制御することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
6. 前記第１の還流ダイオード及び第２の還流ダイオードの電圧を検出する電圧検出手段及び前記第１の還流ダイオード及び第２の還流ダイオードを流れる電流を検出する電流検出手段を更に備え、
   前記コントローラは、前記電圧検出手段が検出した電圧又は前記電流検出手段が検出した電流に基づいて異常判定を行い、異常と判定された場合は、前記第２のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子のオン状態を維持することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
7. 前記第１の素子の負極側が前記第２の素子の負極側が対向するように構成され、前記第３の素子の負極側が前記第４の素子の負極側が対向するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
8. 前記コントローラは、前記デッドタイム期間が経過すると、前記第２のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子をオフからオンに切り換えることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。