JP2013021795A - Power conversion device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power conversion device that safely and reliably charges capacitors of bipolar bootstrap circuits without causing a short circuit current.SOLUTION: Arm drive circuits DRuH, DRuL, etc. are individually disposed to apply on/off-driving positive and negative bipolar voltages to switching elements SuH, SuL, etc. of upper and lower arms constituting legs 2-4, capacitors C1u, C2u, etc. are disposed on the upper and lower arms so as to be charged with the positive and negative voltages derived from power from DC power supplies Vg1-Vg3, and thus bipolar bootstrap circuits 5-7 are arranged on the legs 2-4, respectively. A control circuit 8 for performing capacitor charge control repeatedly outputs a control signal to turn on only the switching element of the upper arm of the leg that receives the highest voltage of the phase voltages of a polyphase AC power supply 1 and the switching element of the lower arm of the leg that receives the lowest voltage in response to a voltage change of each phase.

Description

本発明は、スイッチング素子を駆動するために、正負両極の電圧を出力可能な両極性ブートストラップ回路を有する電力変換装置に関するものである。   The present invention relates to a power conversion device having a bipolar bootstrap circuit capable of outputting positive and negative voltages in order to drive a switching element.

従来から、多相交流電力を直流電力に変換する多相コンバータ回路や、直流電力を多相交流電力に変換する多相インバータ回路などの電力変換装置が用いられている。これらの電力変換装置は、所定の電圧を出力するために、レグと呼ばれる上段アーム側のスイッチング素子と下段アーム側のスイッチング素子とが直列に接続された構成を入力もしくは出力の相数分備えた、いわゆるブリッジ回路で構成されている。また、各アームのスイッチング素子のオン/オフを行うために、ブートストラップ方式のゲート駆動回路を用いることが一般的となっている。   Conventionally, power converters such as a multiphase converter circuit that converts multiphase AC power into DC power and a multiphase inverter circuit that converts DC power into multiphase AC power have been used. In order to output a predetermined voltage, these power conversion devices have a configuration in which switching elements on the upper arm side and switching elements on the lower arm side, which are called legs, are connected in series for the number of input or output phases. It is constituted by a so-called bridge circuit. Further, in order to turn on / off the switching elements of the respective arms, it is common to use a bootstrap type gate drive circuit.

ところで、このような電力変換装置では、従来のSi(Silicon)半導体を用いたMOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のスイッチング素子に代わり、Si半導体と比較して、低損失かつ高耐熱性を有する、炭化珪素:SiC(Silicon Carbide)に代表されるワイドバンドギャップ半導体を用いたスイッチング素子の適用が行われつつある。   By the way, in such a power conversion device, instead of a conventional switching element such as a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) or IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) using a Si (Silicon) semiconductor, a Si and a semiconductor. In comparison, a switching element using a wide band gap semiconductor typified by silicon carbide: SiC (Silicon Carbide) having low loss and high heat resistance is being applied.

このようなワイドバンドギャップ半導体は、ゲート電圧がゼロであっても導通状態となる、いわゆるノーマリオンの特性、もしくはSi半導体と比較して低いゲート閾値電圧を有するものが多い。そのため、ワイドバンドギャップ半導体を用いたスイッチング素子を確実にオフさせるためには、ソース電圧に対して負の電圧をゲートに印加することが可能なゲート駆動回路が必要となる。そこで、正負両極の電圧をゲートに印加可能な両極性ブートストラップ回路が用いられている(例えば、下記の特許文献1参照)。   Many of such wide band gap semiconductors have a so-called normally-on characteristic that is conductive even when the gate voltage is zero, or a gate threshold voltage that is lower than that of a Si semiconductor. Therefore, in order to reliably turn off the switching element using the wide band gap semiconductor, a gate driving circuit capable of applying a negative voltage to the gate with respect to the source voltage is required. Therefore, a bipolar bootstrap circuit that can apply positive and negative voltage to the gate is used (for example, see Patent Document 1 below).

このような両極性ブートストラップ回路は、正負両極の電圧を印加するためのキャパシタをそれぞれ備えており、それらのキャパシタを充電するために、各レグのスイッチング素子をオン/オフさせる必要がある。具体的には、上段アーム側のスイッチング素子のゲートに正電圧を印加するための上段正電圧印加用キャパシタを充電するときは、上段アーム側のスイッチング素子をオフし、かつ下段アーム側のスイッチング素子をオンする。また、上段アーム側のスイッチング素子のゲートに負電圧を印加するための上段負電圧印加用キャパシタを充電するときは、上段アーム側のスイッチング素子をオンし、かつ下段アーム側のスイッチング素子をオフする。   Such a bipolar bootstrap circuit includes capacitors for applying positive and negative voltages, and it is necessary to turn on / off the switching elements of each leg in order to charge the capacitors. Specifically, when charging the upper positive voltage application capacitor for applying a positive voltage to the gate of the switching element on the upper arm side, the upper switching element on the lower arm side is turned off and the switching element on the lower arm side is turned off. Turn on. When charging the upper negative voltage application capacitor for applying a negative voltage to the gate of the switching element on the upper arm side, the switching element on the upper arm side is turned on and the switching element on the lower arm side is turned off. .

特開2010−35389号公報JP 2010-35389 A

しかしながら、従来の両極性ブートストラップ回路では、多相コンバータ回路や多相インバータ回路などの電力変換装置において、入力電源電圧の位相や電圧を考慮した具体的なキャパシタ充電方法が示されていなかった。そのため、例えば多相コンバータ回路において、各相の電圧位相を考慮せずにキャパシタの充電を行うと、場合によっては入力側の多相交流電源を介してブリッジ回路に短絡電流が流れ、電力変換装置を破壊する恐れがあった。   However, the conventional bipolar bootstrap circuit has not shown a specific capacitor charging method in consideration of the phase and voltage of the input power supply voltage in a power converter such as a multiphase converter circuit or a multiphase inverter circuit. Therefore, for example, in a multi-phase converter circuit, when a capacitor is charged without considering the voltage phase of each phase, in some cases, a short-circuit current flows to the bridge circuit via the multi-phase AC power supply on the input side, and the power conversion device There was a risk of destroying.

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、両極性ブートストラップ回路を備えた多相分の電力変換を行う電力変換装置において、当該装置の始動初期などにキャパシタ充電を行う際、短絡電流が流れることがなく、安全かつ確実なキャパシタ充電を行えるようにすることを目的としている。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and in a power conversion device that performs multi-phase power conversion provided with a bipolar bootstrap circuit, a capacitor is provided at the initial start of the device. It is an object of the present invention to allow safe and reliable capacitor charging without short-circuit current flowing when charging.

第1の発明は、上段アーム側と下段アーム側の各スイッチング素子が互いに直列接続されてなる複数のレグが互いに並列接続され、上記各レグの各中点に多相交流電源が接続されてAC/DCコンバータ回路が構成される電力変換装置であって、上記各スイッチング素子に対してオン/オフ駆動用の正負両極の電圧を印加するアーム駆動回路が上記上段アーム側と下段アーム側とに個別に設けられるとともに、直流電源からの電力により上記正負の電圧をそれぞれ充電する正電圧印加用と負電圧印加用の各キャパシタが上記上段アーム側と下段アーム側とに個別に設けられ、上記各レグにそれぞれ配置される両極性ブートストラップ回路と、上記各キャパシタの充電のために上記各アーム駆動回路を制御する制御回路とを備え、上記制御回路は、上記上段アーム側と下段アーム側の各アーム駆動回路に対して、上記多相交流電源の各相の電圧の中で最も高い電圧が入力されているレグの上段アーム側のスイッチング素子、および最も低い電圧が入力されているレグの下段アーム側のスイッチング素子のみをオンする制御信号を、上記各相の電圧変化に応じて繰り返し出力するものである。   In the first invention, a plurality of legs in which switching elements on the upper arm side and the lower arm side are connected in series to each other are connected in parallel to each other, and a multi-phase AC power source is connected to each midpoint of each leg. A DC / DC converter circuit is a power conversion device in which arm drive circuits that apply positive and negative voltage for on / off drive to each switching element are separately provided on the upper arm side and the lower arm side. In addition, capacitors for positive voltage application and negative voltage application for charging the positive and negative voltages with electric power from a DC power supply are provided separately for the upper arm side and the lower arm side, respectively. Each of the bipolar bootstrap circuit and the control circuit for controlling the arm driving circuit for charging the capacitors. A switching element on the upper arm side of the leg to which the highest voltage among the voltages of each phase of the multiphase AC power source is input to the arm driving circuits on the upper arm side and the lower arm side, and A control signal for turning on only the switching element on the lower arm side of the leg to which a low voltage is input is repeatedly output according to the voltage change of each phase.

第2の発明は、上段アーム側と下段アーム側の各スイッチング素子が互いに直列接続されてなる複数のレグが互いに並列接続され、直流電源の高圧側と低圧側とが上記各レグの入力側の両端に接続される電力変換装置であって、上記各スイッチング素子に対してオン/オフ駆動用の正負両極の電圧を印加するアーム駆動回路が上記上段アーム側と下段アーム側とに個別に設けられるとともに、上記直流電源からの電力により上記正負の電圧をそれぞれ充電する正電圧印加用と負電圧印加用の各キャパシタが上記上段アーム側と下段アーム側とに個別に設けられ、上記各レグにそれぞれ配置される両極性ブートストラップ回路と、上記各キャパシタの充電のために上記各アーム駆動回路を制御する制御回路とを備え、上記制御回路は、上記上段アーム側と下段アーム側の各アーム駆動回路に対して、上記上段アーム側のスイッチング素子の全てをオンし、かつ上記下段アーム側のスイッチング素子の全てをオフする期間と、上記上段アーム側のスイッチング素子の全てをオフし、かつ上記下段アーム側のスイッチング素子の全てをオンする期間と、を交互に設ける制御信号を出力するものである。   According to a second aspect of the present invention, a plurality of legs in which the switching elements on the upper arm side and the lower arm side are connected in series to each other are connected in parallel, and the high voltage side and the low voltage side of the DC power supply are connected to the input side of each leg. A power conversion device connected to both ends, and arm drive circuits for applying positive / negative bipolar voltages for on / off drive to each of the switching elements are individually provided on the upper arm side and the lower arm side. In addition, capacitors for positive voltage application and negative voltage application for charging the positive and negative voltages respectively with electric power from the DC power supply are individually provided on the upper arm side and the lower arm side, and are respectively provided on the legs. A bipolar bootstrap circuit disposed; and a control circuit for controlling each arm drive circuit for charging each capacitor, wherein the control circuit includes the upper stage For each arm drive circuit on the arm side and the lower arm side, a period in which all the switching elements on the upper arm side are turned on and all the switching elements on the lower arm side are turned off, and A control signal for alternately providing a period in which all of the switching elements are turned off and all the switching elements on the lower arm side are turned on is output.

第1および第2の発明によれば、両極性ブートストラップ回路を適用した多相分の電力変換を行う電力変換装置において、入力電源の種類(交流電源か直流電源かの種別)や入力電圧の位相を考慮して、複数レグの上段アーム側および下段アーム側の各スイッチング素子のオン/オフを制御するので、当該装置の始動初期などにおいてキャパシタ充電を行う際、短絡電流が流れることがなく、短絡電流による回路破壊の危険性を低減でき、安全かつ確実なキャパシタ充電を行うことが可能となる。   According to the first and second aspects of the invention, in the power conversion device that performs power conversion for multiple phases to which the bipolar bootstrap circuit is applied, the type of input power source (type of AC power source or DC power source) and the input voltage In consideration of the phase, on / off control of the switching elements on the upper arm side and the lower arm side of the plurality of legs is controlled, so that no short circuit current flows when charging the capacitor at the initial start of the device, etc. The risk of circuit destruction due to short-circuit current can be reduced, and safe and reliable capacitor charging can be performed.

特に、第1の発明によれば、各レグの中点に交流電源が接続されてAC/DCコンバータ回路が構成される電力変換装置において、両極性ブートストラップ回路の上段アーム側の正電圧印加用キャパシタおよび負電圧印加用キャパシタを充電する際、交流のエネルギー源の各相の電位に合せて、ブリッジ回路に短絡電流が流れないタイミングでスイッチング素子のオン/オフを行うので、安全かつ確実なキャパシタ充電が可能となる。   In particular, according to the first invention, in the power conversion device in which an AC power supply is connected to the middle point of each leg to constitute an AC / DC converter circuit, for applying a positive voltage on the upper arm side of the bipolar bootstrap circuit When charging capacitors and capacitors for applying negative voltage, the switching elements are turned on and off at the timing when no short-circuit current flows in the bridge circuit according to the potential of each phase of the AC energy source. Charging becomes possible.

また、第2の発明によれば、エネルギー源である直流電源の高圧側と低圧側がレグの入力側の両端に接続される電力変換装置において、両極性ブートストラップ回路の上段アーム側の正電圧印加用キャパシタおよび負電圧印加用キャパシタを充電する際、複数レグの上段アーム側の全てのスイッチング素子と下段アーム側の全てのスイッチング素子とを時分割で交互にオンするので短絡電流が流れることがない。また、直流電源はレグの入力側の両端に接続されており、レグの中点から出力される電圧は同相で変化するので、各電圧は実質的に同電位となり、電位差が生じない。これにより、安全かつ確実なキャパシタ充電が可能となる。   According to the second invention, in the power converter in which the high-voltage side and the low-voltage side of the DC power source that is the energy source are connected to both ends of the input side of the leg, the positive voltage application on the upper arm side of the bipolar bootstrap circuit When charging a capacitor for negative voltage and a capacitor for applying a negative voltage, all switching elements on the upper arm side of the multiple legs and all switching elements on the lower arm side are alternately turned on in a time-sharing manner, so that no short circuit current flows. . Further, the DC power supply is connected to both ends of the input side of the leg, and the voltage output from the midpoint of the leg changes in the same phase, so that each voltage is substantially the same potential, and no potential difference is generated. Thereby, safe and reliable capacitor charging is possible.

本発明の実施の形態1における三相AC/DCコンバータ回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the three-phase AC / DC converter circuit in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における動作説明に供するタイムチャートである。It is a time chart with which it uses for operation | movement description in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2における三相インバータ回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the three-phase inverter circuit in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における動作説明に供するタイムチャートである。It is a time chart with which it uses for operation | movement description in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3における動作説明に供するタイムチャートである。It is a time chart with which it uses for operation | movement description in Embodiment 3 of this invention.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、各実施の形態において、一度説明した構成要素と同様の機能を有する構成要素については、同一の符号を付して再度の説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment, constituent elements having the same functions as those described once are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1による電力変換装置としての三相AC/DCコンバータ回路の主要部分の構成を示す回路図である。なお、ここでは具体例として三相AC/DCコンバータ回路を示しているが、本発明はこのような用途の範囲に限定されるものではなく、各レグの中点に交流のエネルギー源が接続されている電力変換装置、いわゆるAC/DCコンバータ回路であれば同様に適用することができる。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a main part of a three-phase AC / DC converter circuit as a power converter according to Embodiment 1 of the present invention. Although a three-phase AC / DC converter circuit is shown here as a specific example, the present invention is not limited to such a range of applications, and an AC energy source is connected to the midpoint of each leg. The present invention can be similarly applied to any power conversion device, so-called AC / DC converter circuit.

三相交流電源1の各相はそれぞれ三相AC/DCコンバータ回路の端子T1〜T3に接続され、各レグ2〜4に交流電力を供給する。そして、三相交流電源1から供給される交流電力を、後述の各レグ2〜4の各スイッチング素子SuH〜SwH、SuL〜SwLのオン/オフを制御することにより直流電力に変換し、平滑用のキャパシタC5を介して、端子T4、T5の両端に接続された図示しない負荷に対して出力する。   Each phase of the three-phase AC power source 1 is connected to terminals T1 to T3 of the three-phase AC / DC converter circuit, and supplies AC power to the legs 2 to 4, respectively. Then, the AC power supplied from the three-phase AC power source 1 is converted to DC power by controlling on / off of switching elements SuH to SwH and SuL to SwL of the legs 2 to 4 to be described later, for smoothing Output to a load (not shown) connected to both ends of the terminals T4 and T5 through the capacitor C5.

また、この三相AC/DCコンバータ回路は、三相交流電源1の各相(u相、v相、w相)に対応した各レグ2〜4と、各レグ2〜4に個別に対応して設けられた各両極性ブートストラップ回路5〜7とを備え、これらのレグ2〜4と両極性ブートストラップ回路5〜7とからなるセットが互いに並列に接続されてブリッジ回路が構成されている。また、この三相AC/DCコンバータ回路は、各両極性ブートストラップ回路5〜7にゲート駆動電源を供給するための非絶縁直流電源Vg1、Vg2と絶縁直流電源Vg3、および両極性ブートストラップ回路5〜7を構成する上段アーム側の各キャパシタC1u〜C1w、C2u〜C2wの充電のために上段アーム側の各アーム駆動回路DRuH〜DRwHを制御する制御回路8を備えている。   In addition, this three-phase AC / DC converter circuit corresponds to each leg 2 to 4 corresponding to each phase (u phase, v phase, w phase) of the three-phase AC power source 1 and to each leg 2 to 4 individually. Each of the bipolar bootstrap circuits 5 to 7 is provided, and a set of these legs 2 to 4 and the bipolar bootstrap circuits 5 to 7 is connected in parallel to each other to form a bridge circuit. . In addition, this three-phase AC / DC converter circuit includes non-isolated DC power supplies Vg1, Vg2, an insulated DC power supply Vg3, and a bipolar bootstrap circuit 5 for supplying gate drive power to the bipolar bootstrap circuits 5-7. Is provided with a control circuit 8 for controlling the arm drive circuits DRuH to DRwH on the upper arm side in order to charge the capacitors C1u to C1w and C2u to C2w on the upper arm side constituting the.

各u相〜w相の交流電力が入力される各レグ2〜4と各両極性ブートストラップ回路5〜7は、各相に対応して同一の回路構成となっている。したがって、ここでは、u相の交流電力が入力されるレグ2および両極性ブートストラップ回路5に着目し、これを例にとってその回路構成および動作について、以下、詳細に説明する。   The legs 2 to 4 and the bipolar bootstrap circuits 5 to 7 to which the u-phase to w-phase AC power is input have the same circuit configuration corresponding to each phase. Therefore, here, focusing on the leg 2 to which the u-phase AC power is input and the bipolar bootstrap circuit 5, the circuit configuration and operation thereof will be described in detail below, taking this as an example.

レグ2は、上段アーム側のスイッチング素子SuHと、下段アーム側のスイッチング素子SuLから構成されている。
なお、以下において、上段アーム側のスイッチング素子SuHと下段アーム側のスイッチング素子SuLは、必要に応じて単に上段アームスイッチング素子SuH、下段アームスイッチング素子SuLと略称する。
The leg 2 includes a switching element SuH on the upper arm side and a switching element SuL on the lower arm side.
Hereinafter, the switching element SuH on the upper arm side and the switching element SuL on the lower arm side are simply referred to as an upper arm switching element SuH and a lower arm switching element SuL as necessary.

また、両極性ブートストラップ回路5は、それらの各スイッチング素子SuH、SuLのオン/オフを行うもので、上段アーム側のアーム駆動回路DRuH、下段アーム側のアーム駆動回路DRuL、上段アーム側の正電圧印加用のキャパシタC1u、上段アーム側の負電圧印加用のキャパシタC2u、下段アーム側の正電圧印加用のキャパシタC3u、下段アーム側の負電圧印加用のキャパシタC4u、および上段アーム側に設けられた2つのダイオードD1u、D2uから構成されている。   In addition, the bipolar bootstrap circuit 5 turns on / off the switching elements SuH and SuL. The upper arm drive circuit DRuH, the lower arm drive circuit DRuL, and the upper arm positive circuit. A capacitor C1u for voltage application, a capacitor C2u for negative voltage application on the upper arm side, a capacitor C3u for positive voltage application on the lower arm side, a capacitor C4u for negative voltage application on the lower arm side, and the upper arm side are provided. It comprises two diodes D1u and D2u.

なお、以下において、上段アーム側のアーム駆動回路DRuHと下段アーム側のアーム駆動回路DRuLは、必要に応じて単に上段アーム駆動回路DRuH、下段アーム駆動回路DRuLと略称する。また、上段アーム側の正電圧印加用のキャパシタC1u、上段アーム側の負電圧印加用のキャパシタC2u、下段アーム側の正電圧印加用のキャパシタC3u、下段アーム側の負電圧印加用のキャパシタC4uは、それぞれ必要に応じて単に上段正電圧印加用キャパシタC1u、上段負電圧印加用キャパシタC2u、下段正電圧印加用キャパシタC3u、下段負電圧印加用キャパシタC4uと略称する。   In the following description, the arm drive circuit DRuH on the upper arm side and the arm drive circuit DRuL on the lower arm side are simply referred to as the upper arm drive circuit DRuH and the lower arm drive circuit DRuL as necessary. Further, a positive voltage application capacitor C1u on the upper arm side, a negative voltage application capacitor C2u on the upper arm side, a positive voltage application capacitor C3u on the lower arm side, and a negative voltage application capacitor C4u on the lower arm side are: These are simply referred to as an upper-stage positive voltage application capacitor C1u, an upper-stage negative voltage application capacitor C2u, a lower-stage positive voltage application capacitor C3u, and a lower-stage negative voltage application capacitor C4u as necessary.

ここに、上段アームスイッチング素子SuHと下段アームスイッチング素子SuLは、SiCに代表されるワイドバンドギャップ半導体を用いたMOSFETなどを用いることができ、ゲート端子に一定の正電圧が印加されるとオン状態となり、ゲート端子に一定の負電圧が印加されるとオフ状態となる。   Here, as the upper arm switching element SuH and the lower arm switching element SuL, a MOSFET using a wide band gap semiconductor typified by SiC or the like can be used. When a constant positive voltage is applied to the gate terminal, it is turned on. Thus, when a constant negative voltage is applied to the gate terminal, the transistor is turned off.

ワイドバンドギャップ半導体としては、炭化珪素(SiC)の他に、窒化ガリウム系材料やダイヤモンドがある。このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子の小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子を用いることにより、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。また耐熱性も高いため、ヒートシンクの放熱フィンの小型化や、水冷部の空冷化が可能であるので、半導体モジュールの一層の小型化が可能になる。更に電力損失が低いため、スイッチング素子の高効率化が可能であり、延いては半導体モジュールの高効率化が可能になる。なお、ダイオードD1u、D2uに、ワイドバンドギャップ半導体を用いたダイオードを用いてもよい。これによってワイドバンドギャップ半導体を用いたMOSFETを用いた場合に得られる効果と同様の効果を得ることができる。   Wide band gap semiconductors include gallium nitride-based materials and diamond in addition to silicon carbide (SiC). Since the switching element formed of such a wide band gap semiconductor has high voltage resistance and high allowable current density, the switching element can be reduced in size. By using these reduced switching elements, A semiconductor module incorporating these elements can be miniaturized. Further, since the heat resistance is high, the heat radiation fins of the heat sink can be downsized and the water cooling part can be air cooled, so that the semiconductor module can be further downsized. Furthermore, since the power loss is low, it is possible to increase the efficiency of the switching element, and further increase the efficiency of the semiconductor module. A diode using a wide band gap semiconductor may be used as the diodes D1u and D2u. As a result, an effect similar to that obtained when a MOSFET using a wide band gap semiconductor is used can be obtained.

レグ2を構成する上段アームスイッチング素子SuHのソース端子と、下段アームスイッチング素子SuLのドレイン端子とが接続されており、更にその接点である端子T1は三相交流電源1のu相に接続されている。また、上段アームスイッチング素子SuHのドレイン端子はキャパシタC5の一端に接続されており、下段アームスイッチング素子SuLのソース端子はキャパシタC5の他端に接続されている。   The source terminal of the upper arm switching element SuH constituting the leg 2 is connected to the drain terminal of the lower arm switching element SuL, and the terminal T1, which is the contact point, is connected to the u phase of the three-phase AC power source 1. Yes. The drain terminal of the upper arm switching element SuH is connected to one end of the capacitor C5, and the source terminal of the lower arm switching element SuL is connected to the other end of the capacitor C5.

上段アーム駆動回路DRuHは、上段正電圧印加用キャパシタC1uに充電された電圧と、上段負電圧印加用キャパシタC2uに充電された電圧のいずれか一方を、上段アームスイッチング素子SuHのゲート端子に印加する。同様に下段アーム駆動回路DRuLは、下段正電圧印加用キャパシタC3uに充電された電圧と、下段負電圧印加用キャパシタC4uに充電された電圧のいずれか一方を、下段アームスイッチング素子SuLのゲート端子に印加する。   The upper arm drive circuit DRuH applies either the voltage charged in the upper positive voltage application capacitor C1u or the voltage charged in the upper negative voltage application capacitor C2u to the gate terminal of the upper arm switching element SuH. . Similarly, the lower arm drive circuit DRuL uses either the voltage charged in the lower positive voltage application capacitor C3u or the voltage charged in the lower negative voltage application capacitor C4u as the gate terminal of the lower arm switching element SuL. Apply.

この場合の各アーム駆動回路DRuH、DRuLによる各スイッチング素子SuH、SuLのゲート端子への電圧の印加は、例えば電力変換装置の始動初期など、上段アーム側の各キャパシタC1u〜C1w、C2u〜C2wへの充電が必要な場合に、後述する充電指令信号Xの出力に伴って制御回路8から出力されるゲート信号GuH、GuLによって行われる。また、三相交流電源1から供給される交流電力を直流電力に変換して出力する動作を行う通常の場合には、別途の図示しない制御回路から出力されるPWM(パルス幅変調)制御用のゲート信号によって行われる。   In this case, the voltage applied to the gate terminals of the switching elements SuH and SuL by the arm driving circuits DRuH and DRuL is applied to the capacitors C1u to C1w and C2u to C2w on the upper arm side, for example, at the start of the power converter. Is required by the gate signals GuH and GuL output from the control circuit 8 in response to the output of a charge command signal X to be described later. Further, in the normal case of performing an operation of converting AC power supplied from the three-phase AC power source 1 into DC power and outputting it, it is for PWM (pulse width modulation) control output from a separate control circuit (not shown). This is done by a gate signal.

上段正電圧印加用キャパシタC1uの一端は上段アーム駆動回路DRuHとダイオードD1uのカソード側に接続されており、他端は上段アームスイッチング素子SuHのソース端子に接続されている。また、上段負電圧印加用キャパシタC2uの一端は上段アームスイッチング素子SuHのソース端子に接続されており、他端は上段アーム駆動回路DRuHとダイオードD2uのアノード側に接続されている。   One end of the upper positive voltage application capacitor C1u is connected to the upper arm drive circuit DRuH and the cathode side of the diode D1u, and the other end is connected to the source terminal of the upper arm switching element SuH. One end of the upper negative voltage application capacitor C2u is connected to the source terminal of the upper arm switching element SuH, and the other end is connected to the upper arm drive circuit DRuH and the anode side of the diode D2u.

下段正電圧印加用キャパシタC3uの一端は下段アーム駆動回路DRuLに接続されており、他端は下段アームスイッチング素子SuLのソース端子に接続されている。また、下段負電圧印加用キャパシタC4uの一端は下段アームスイッチング素子SuLのソース端子に接続されており、他端は下段アーム駆動回路DRuLに接続されている。   One end of the lower positive voltage applying capacitor C3u is connected to the lower arm drive circuit DRuL, and the other end is connected to the source terminal of the lower arm switching element SuL. One end of the lower-stage negative voltage application capacitor C4u is connected to the source terminal of the lower-arm switching element SuL, and the other end is connected to the lower-arm drive circuit DRuL.

非絶縁直流電源Vg1の正側はダイオードD1uのアノード側と、下段正電圧印加用キャパシタC3uの一端に接続されており、負側は下段正電圧印加用キャパシタC3uの他端に接続されている。これにより、下段正電圧印加用キャパシタC3uには下段アームスイッチング素子SuLのソース電位を基準して、+VHの電圧が充電される。また、下段アームスイッチング素子SuLがオンし、かつ上段アームスイッチング素子SuHがオフすると、図1の符号(1)で示す経路で上段正電圧印加用キャパシタC1uに、上段アームスイッチング素子SuHのソース電位を基準にして+VHの電圧が充電される。なお、ダイオードD1uは上段正電圧印加用キャパシタC1uに逆方向電圧が印加されることを防止するために備えてある。   The positive side of the non-insulated DC power supply Vg1 is connected to the anode side of the diode D1u and one end of the lower-stage positive voltage application capacitor C3u, and the negative side is connected to the other end of the lower-stage positive voltage application capacitor C3u. As a result, the positive positive voltage applying capacitor C3u is charged with a voltage of + VH with reference to the source potential of the lower arm switching element SuL. When the lower arm switching element SuL is turned on and the upper arm switching element SuH is turned off, the source potential of the upper arm switching element SuH is applied to the upper positive voltage applying capacitor C1u through the path indicated by reference numeral (1) in FIG. A voltage of + VH is charged with reference. The diode D1u is provided to prevent a reverse voltage from being applied to the upper positive voltage application capacitor C1u.

非絶縁直流電源Vg2の正側は非絶縁直流電源Vg1の負側と下段負電圧印加用キャパシタC4uの一端に接続されており、負側は下段負電圧印加用キャパシタC4uの他端に接続されている。これにより、下段負電圧印加用キャパシタC4uには下段アームスイッチング素子SuLのソース電位を基準にして、−VL2の電圧が充電される。   The positive side of the non-isolated DC power source Vg2 is connected to the negative side of the non-insulated DC power source Vg1 and one end of the lower negative voltage applying capacitor C4u, and the negative side is connected to the other end of the lower negative voltage applying capacitor C4u. Yes. As a result, the voltage of −VL2 is charged in the lower negative voltage applying capacitor C4u with reference to the source potential of the lower arm switching element SuL.

絶縁直流電源Vg3の正側は上段アームスイッチング素子SuHのドレイン端子に接続されており、負側はダイオードD2uのカソード側に接続されている。これにより、上段アームスイッチング素子SuHがオンし、かつ下段アームスイッチング素子SuLがオフすると、図1の符号(2)で示す経路で上段負電圧印加用キャパシタC2uに、上段アームスイッチング素子SuHのソース電位を基準にして、−VL1の電圧が充電される。なお、ダイオードD2uは上段負電圧印加用キャパシタC2uに逆方向電圧が印加されることを防止するために備えてある。   The positive side of the isolated DC power supply Vg3 is connected to the drain terminal of the upper arm switching element SuH, and the negative side is connected to the cathode side of the diode D2u. As a result, when the upper arm switching element SuH is turned on and the lower arm switching element SuL is turned off, the source potential of the upper arm switching element SuH is applied to the upper negative voltage applying capacitor C2u through the path indicated by reference numeral (2) in FIG. As a reference, the voltage of -VL1 is charged. The diode D2u is provided to prevent the reverse voltage from being applied to the upper negative voltage applying capacitor C2u.

非絶縁直流電源Vg1、Vg2および絶縁直流電源Vg3はその他のレグ3、4と両極性ブートストラップ回路6、7にも同様に接続されており、各ゲート駆動回路DRvH、DRvL、DRwH、DRWLのキャパシタC1v〜C4wを充電する。   The non-isolated DC power sources Vg1 and Vg2 and the isolated DC power source Vg3 are similarly connected to the other legs 3 and 4 and the bipolar bootstrap circuits 6 and 7, and the capacitors of the respective gate drive circuits DRvH, DRvL, DRwH and DRWL C1v to C4w are charged.

次に、上段アーム側の各キャパシタC1u〜C1w、C2u〜C2wの充電のために上段アーム側の各アーム駆動回路DRuH〜DRwHを制御する制御回路8の構成について説明する。   Next, the configuration of the control circuit 8 that controls the arm drive circuits DRuH to DRwH on the upper arm side for charging the capacitors C1u to C1w and C2u to C2w on the upper arm side will be described.

キャパシタ充電時の各相のスイッチング素子SuH〜SwH、SuL〜SwLのオン/オフは、制御回路8によって、三相交流電源1の各相の電圧状態、および後述の充電指令信号Xの状態を反映して生成されるゲート信号GuH〜GwH、GuL〜GwLによって制御される。この場合の充電指令信号Xは、外部から入力される制御信号であって、両極性ブートストラップ回路5〜7の上段アーム側の各キャパシタC1u〜C1w、C2u〜C2wへの充電が必要なときに、LレベルからHレベルに切り替わる。   On / off of the switching elements SuH to SwH and SuL to SwL of each phase during capacitor charging reflects the voltage state of each phase of the three-phase AC power supply 1 and the state of the charge command signal X described later by the control circuit 8. Are controlled by gate signals GuH to GwH and GuL to GwL. In this case, the charge command signal X is a control signal input from the outside, and when the capacitors C1u to C1w and C2u to C2w on the upper arm side of the bipolar bootstrap circuits 5 to 7 need to be charged. , Switching from L level to H level.

ここに、上段アーム側の各キャパシタC1u〜C1w、C2u〜C2wへの充電が必要なときとは、例えば電力変換装置の始動初期などが挙げられる。この充電指令信号XがHレベルの期間中、以下に説明するようにして、各両極性ブートストラップ回路5〜7の上段アーム側のいずれかのキャパシタC1u〜C1w、C2u〜C2wを充電する。なお、PWM制御により、各レグ2〜4のスイッチング素子SuH〜SwH、SuL〜SwLをオン/オフ制御して三相交流電源1から供給される交流電力を直流電力に変換して出力する通常の動作を行う場合には、この動作に伴って各キャパシタC1u〜C1w、C2u〜C2wの充電が行われるので、この場合には特に充電指令信号Xは出力されない。   Here, when the capacitors C1u to C1w and C2u to C2w on the upper arm side need to be charged includes, for example, the initial start of the power converter. While the charge command signal X is at the H level, as described below, any one of the capacitors C1u to C1w and C2u to C2w on the upper arm side of each bipolar bootstrap circuit 5 to 7 is charged. In addition, normal control which converts the alternating current power supplied from the three-phase alternating current power supply 1 into direct current power and outputs it by controlling on / off the switching elements SuH to SwH and SuL to SwL of each leg 2 to 4 by PWM control. When the operation is performed, the capacitors C1u to C1w and C2u to C2w are charged in accordance with this operation. In this case, the charge command signal X is not particularly output.

また、充電指令信号XをHレベルとする期間は、予め一定期間を設定しておいてもよいし、図1において図示してはいないが、各レグ2〜4の上段アーム側の各キャパシタC1u〜C1w、C2u〜C2wの充電電圧を検出し、その充電電圧が、各レグ2〜4の上段アーム側の各スイッチング素子SuH〜SwHを確実にオン/オフさせるために充分な一定の電圧に到達するまでの期間に設定してもよい。   Further, the period during which the charge command signal X is set to the H level may be set in advance, and although not shown in FIG. 1, each capacitor C1u on the upper arm side of each leg 2-4 is not shown. ˜C1w and C2u˜C2w charge voltages are detected, and the charge voltage reaches a constant voltage sufficient to reliably turn on / off each switching element SuH to SwH on the upper arm side of each leg 2 to 4 You may set to the period until.

次に、この制御回路8の具体的な構成について説明する。
この制御回路8は、三相交流電源1の各相の電圧を検出する入力電圧検出器9と、入力電圧検出器9に入力される三相交流電源1の各相の電圧値を比較する比較器10〜15と、各比較器10〜15の比較結果および充電指令信号Xの状態を反映して上段アーム側と下段アーム側の各アーム駆動回路DRuH〜DRwH、DRuL〜DRwLに対してゲート信号GuH〜GwH、GuL〜GwLを生成して出力する出力判定器16〜18とを有する。なお、この場合の入力電圧検出器9は、例えば基準信号(ここでは、各相の交流電圧)に対して、位相と周波数の一致した出力信号を生成することのできるPLL(Phase Locked Loop)回路やオペアンプなどで構成される。
Next, a specific configuration of the control circuit 8 will be described.
The control circuit 8 compares the input voltage detector 9 that detects the voltage of each phase of the three-phase AC power supply 1 with the voltage value of each phase of the three-phase AC power supply 1 that is input to the input voltage detector 9. Gate signals for the arm drive circuits DRuH to DRwH and DRuL to DRwL on the upper arm side and the lower arm side reflecting the comparison results of the comparators 10 to 15 and the comparison results of the comparators 10 to 15 and the state of the charge command signal X Output determination units 16 to 18 that generate and output GuH to GwH and GuL to GwL. In this case, the input voltage detector 9 is a PLL (Phase Locked Loop) circuit that can generate an output signal having a phase and a frequency that are the same as a reference signal (here, an AC voltage of each phase), for example. And operational amplifiers.

比較器10〜15、および、その後段に接続された出力判定器16〜18の構成と機能は、各相に対応して同一の回路構成となっている。したがって、ここでは、u相に対応した比較器10、11および出力判定器16に着目し、これを例にとってその回路構成および動作について、以下、詳細に説明する。   The configurations and functions of the comparators 10 to 15 and the output determination units 16 to 18 connected to the subsequent stage have the same circuit configuration corresponding to each phase. Therefore, here, focusing on the comparators 10 and 11 and the output determination unit 16 corresponding to the u phase, the circuit configuration and operation will be described in detail below by taking this as an example.

比較器10、11は減算回路などで構成される。また、出力判定器16は、例えば両比較器10、11の出力レベルを比較して比較結果信号を出力するアンドゲートANDuおよびノアゲートNORu、アンドゲートANDuの出力と充電指令信号Xとを比較して上段アーム駆動回路DRuHにゲート信号GuHを出力するアンドゲートANDuH、およびノアゲートNORuの出力と充電指令信号Xとを比較して下段アーム駆動回路DRuLにゲート信号GuLを出力するアンドゲートANDuLで構成される。
なお、この制御回路8は上記のようなハードウェアに限らず、マイクロコンピュータなどのソフトウェアで構成することもできる。
The comparators 10 and 11 are composed of a subtraction circuit or the like. Further, the output determination unit 16 compares the output of the AND gate ANDu and NOR gate NORu, which output the comparison result signal by comparing the output levels of the comparators 10 and 11, and the charge command signal X, for example. The AND gate ANDuH that outputs the gate signal GuH to the upper arm drive circuit DRuH, and the AND gate ANDuL that compares the output of the NOR gate NORu with the charge command signal X and outputs the gate signal GuL to the lower arm drive circuit DRuL. .
The control circuit 8 is not limited to the hardware as described above, but can be configured by software such as a microcomputer.

上記構成の制御回路8において、三相AC/DCコンバータ回路に入力される各相の交流電圧は、逐次、入力電圧検出器9に送られる。入力電圧検出器9は、各相の交流電圧を比較できる制御信号Vu、Vv、Vwに変換する。続いて、各制御信号Vu、Vv、Vwは、比較器10〜15へと送られる。   In the control circuit 8 configured as described above, the AC voltage of each phase input to the three-phase AC / DC converter circuit is sequentially sent to the input voltage detector 9. The input voltage detector 9 converts the AC voltage of each phase into control signals Vu, Vv, and Vw that can be compared. Subsequently, the control signals Vu, Vv, Vw are sent to the comparators 10-15.

比較器10、11は、レグ2の端子T1に接続されているu相の交流電圧が、他の相(v相、w相)の交流電圧に対して高いか低いかを判定し、その結果を出力する。具体的には、一方の比較器10では、両制御信号Vu、Vvの大きさを比較し、制御信号Vuの方が大きければ、Hレベルの制御信号Yuを出力する。逆に、制御信号Vuの方が小さければ、Lレベルの制御信号Yuを出力する。同様に、他方の比較器11では、両制御信号Vu、Vwの大きさを比較し、制御信号Vuの方が大きければ、Hレベルの制御信号Zuを出力する。逆に制御信号Vuの方が小さければLレベルの制御信号Zuを出力する。   The comparators 10 and 11 determine whether or not the u-phase AC voltage connected to the terminal T1 of the leg 2 is higher or lower than the AC voltages of the other phases (v-phase and w-phase), and the result Is output. Specifically, one comparator 10 compares the magnitudes of both control signals Vu and Vv, and outputs an H level control signal Yu if the control signal Vu is greater. On the other hand, if the control signal Vu is smaller, the L level control signal Yu is output. Similarly, the other comparator 11 compares the magnitudes of both control signals Vu and Vw, and outputs an H level control signal Zu if the control signal Vu is greater. Conversely, if the control signal Vu is smaller, an L level control signal Zu is output.

続いて、制御信号Yu、Zuは、出力判定器16へ送られる。ここでは、制御信号Yu、Zuと充電指令信号Xをもとに、上段ゲート駆動回路DRuHと下段ゲート駆動回路DRuLへ与えるゲート信号GuH、GuLを生成する。   Subsequently, the control signals Yu and Zu are sent to the output determiner 16. Here, based on the control signals Yu and Zu and the charge command signal X, gate signals GuH and GuL to be supplied to the upper gate drive circuit DRuH and the lower gate drive circuit DRuL are generated.

具体的には、制御信号Yu、ZuがともにHレベル、かつ充電指令信号XがHレベルの場合のみ、Hレベルのゲート信号GuHを出力し、上段ゲート駆動回路DRuHに正電圧を出力させて、上段アームスイッチング素子SuHをオンする。それ以外の場合は、Lレベルのゲート信号GuHを出力し、上段ゲート駆動回路DRuHに負電圧を出力させて、上段アームスイッチング素子SuHをオフする。   Specifically, only when the control signals Yu and Zu are both at the H level and the charge command signal X is at the H level, the H level gate signal GuH is output, and the upper gate drive circuit DRuH is caused to output a positive voltage. The upper arm switching element SuH is turned on. In other cases, an L level gate signal GuH is output, a negative voltage is output to the upper gate drive circuit DRuH, and the upper arm switching element SuH is turned off.

また、制御信号Yu、ZuがともにLレベル、かつ充電指令信号XがHレベルの場合のみ、Hレベルのゲート信号GuLを出力し、下段ゲート駆動回路DRuLに正電圧を出力させて、下段アームスイッチング素子SuLをオンする。それ以外の場合は、Lレベルのゲート信号GuLを出力し、下段ゲート駆動回路DRuLに負電圧を出力させて、下段アームスイッチング素子SuLをオフする。   Further, only when the control signals Yu and Zu are both at the L level and the charge command signal X is at the H level, the gate signal GuL at the H level is output, the positive voltage is output to the lower gate drive circuit DRuL, and the lower arm switching is performed. The element SuL is turned on. In other cases, an L level gate signal GuL is output, a negative voltage is output to the lower gate drive circuit DRuL, and the lower arm switching element SuL is turned off.

その他のレグ3、4を構成する各スイッチング素子SvH、SwH、SvL、SwLのオン/オフを制御する比較器12〜15、および出力判定器17、18についても同様の動作を行う。   The same operation is performed for the comparators 12 to 15 that control the on / off of the switching elements SvH, SwH, SvL, and SwL that constitute the other legs 3 and 4 and the output determiners 17 and 18.

図2は制御回路8により発生される各スイッチング素子SuH〜SwH、SuL〜SwLのオン/オフ制御用のゲート信号GuH〜GwH、GuL〜GwLと両極性ブートストラップ回路5〜7のキャパシタ充電状態との関係を示すタイムチャートである。図2を用いて、以下、充電動作の流れを説明する。   FIG. 2 shows gate signals GuH to GwH and GuL to GwL for on / off control of the switching elements SuH to SwH and SuL to SwL generated by the control circuit 8, and capacitor charging states of the bipolar bootstrap circuits 5 to 7, respectively. It is a time chart which shows the relationship. Hereinafter, the flow of the charging operation will be described with reference to FIG.

まず、時刻t0の時点で、充電指令信号XがHレベルとなり、両極性ブートストラップ回路5〜7の上段アーム側のキャパシタC1u〜C1w、C2u〜C2wを充電する制御が開始する。   First, at time t0, the charge command signal X becomes H level, and control for charging the capacitors C1u to C1w and C2u to C2w on the upper arm side of the bipolar bootstrap circuits 5 to 7 is started.

時刻t0〜t1の期間では、三相の電圧の中でw相の電圧が最も高く、v相の電圧が最も低い。よって、上段ゲート信号GwHと下段ゲート信号GvLのみがHレベルとなり、その他はLレベルとなる。これにより、上段アームスイッチング素子SwHと下段アームスイッチング素子SvLのみがオンする。そして、上段アームスイッチング素子SwHのオンにより、絶縁直流電源Vg3によってW相用の上段負電圧印加用キャパシタC2wが充電され、また、下段アームスイッチング素子SvLのオンにより、非絶縁直流電源Vg1によってV相用の上段正電圧印加用キャパシタC1vが充電される。   In the period from time t0 to t1, the w-phase voltage is the highest among the three-phase voltages, and the v-phase voltage is the lowest. Therefore, only the upper gate signal GwH and the lower gate signal GvL are at the H level, and the others are at the L level. Thereby, only the upper arm switching element SwH and the lower arm switching element SvL are turned on. When the upper arm switching element SwH is turned on, the upper negative voltage application capacitor C2w for the W phase is charged by the insulated DC power supply Vg3, and when the lower arm switching element SvL is turned on, the V phase is driven by the non-insulated DC power supply Vg1. The upper positive voltage application capacitor C1v for use is charged.

同様の原理により、時刻t1〜t2の期間では、三相の電圧の中でu相の電圧が最も高く、v相の電圧が最も低い。よって、上段ゲート信号GuHと下段ゲート信号GvLのみがHレベルとなり、その他はLレベルとなる。これにより、上段アームスイッチング素子SuHと下段アームスイッチング素子SvLのみがオンし、上段負電圧印加用キャパシタC2uと上段正電圧印加用キャパシタC1vが充電される。   Based on the same principle, the u-phase voltage is the highest among the three-phase voltages and the v-phase voltage is the lowest during the period from time t1 to time t2. Therefore, only the upper gate signal GuH and the lower gate signal GvL are at the H level, and the others are at the L level. As a result, only the upper arm switching element SuH and the lower arm switching element SvL are turned on, and the upper negative voltage applying capacitor C2u and the upper positive voltage applying capacitor C1v are charged.

同様の原理により、時刻t2〜t3の期間では、三相の電圧の中でu相の電圧が最も高く、w相の電圧が最も低い。よって、上段ゲート信号GuHと下段ゲート信号GwLのみがHレベルとなり、その他はLレベルとなる。これにより、上段アームスイッチング素子SuHと下段アームスイッチング素子SwLのみがオンし、上段負電圧印加用キャパシタC2uと上段正電圧印加用キャパシタC1wが充電される。   Based on the same principle, the u-phase voltage is the highest among the three-phase voltages and the w-phase voltage is the lowest during the period from time t2 to t3. Therefore, only the upper gate signal GuH and the lower gate signal GwL are at the H level, and the others are at the L level. As a result, only the upper arm switching element SuH and the lower arm switching element SwL are turned on, and the upper negative voltage applying capacitor C2u and the upper positive voltage applying capacitor C1w are charged.

同様の原理により、時刻t3〜t4の期間では、三相の電圧の中でv相の電圧が最も高く、w相の電圧が最も低い。よって、上段ゲート信号GvHと下段ゲート信号GwLのみがHレベルとなり、その他はLレベルとなる。これにより、上段アームスイッチング素子SvHと下段アームスイッチング素子SwLのみがオンし、上段負電圧印加用キャパシタC2vと上段正電圧印加用キャパシタC1wが充電される。   Based on the same principle, the v-phase voltage is the highest among the three-phase voltages and the w-phase voltage is the lowest during the period from time t3 to t4. Therefore, only the upper gate signal GvH and the lower gate signal GwL are at the H level, and the others are at the L level. As a result, only the upper arm switching element SvH and the lower arm switching element SwL are turned on, and the upper negative voltage applying capacitor C2v and the upper positive voltage applying capacitor C1w are charged.

同様の原理により、時刻t4〜t5の期間では、三相の電圧の中でv相の電圧が最も高く、u相の電圧が最も低い。よって、上段ゲート信号GvHと下段ゲート信号GuLのみがHレベルとなり、その他はLレベルとなる。これにより、上段アームスイッチング素子SvHと下段アームスイッチング素子SuLのみがオンし、上段負電圧印加用キャパシタC2vと上段正電圧印加用キャパシタC1uが充電される。   Based on the same principle, the v-phase voltage is the highest among the three-phase voltages and the u-phase voltage is the lowest during the period from time t4 to t5. Therefore, only the upper gate signal GvH and the lower gate signal GuL are at the H level, and the others are at the L level. As a result, only the upper arm switching element SvH and the lower arm switching element SuL are turned on, and the upper negative voltage applying capacitor C2v and the upper positive voltage applying capacitor C1u are charged.

同様の原理により、時刻t5〜t6の期間では、三相の電圧の中でw相の電圧が最も高く、u相の電圧が最も低い。よって、上段ゲート信号GwHと下段ゲート信号GuLのみがHレベルとなり、その他はLレベルとなる。これにより、上段アームスイッチング素子SwHと下段アームスイッチング素子SuLのみがオンし、上段負電圧印加用キャパシタC2wと上段正電圧印加用キャパシタC1uが充電される。   Based on the same principle, the w-phase voltage is the highest among the three-phase voltages and the u-phase voltage is the lowest during the period from time t5 to t6. Therefore, only the upper gate signal GwH and the lower gate signal GuL are at the H level, and the others are at the L level. As a result, only the upper arm switching element SwH and the lower arm switching element SuL are turned on, and the upper negative voltage application capacitor C2w and the upper positive voltage application capacitor C1u are charged.

以上に述べたことから分かるように、この実施の形態1の三相AC/DCコンバータ回路では、最も高い入力電圧が印加されているレグの上段アーム側のスイッチング素子と、最も低い入力電圧が印加されているレグの下段アーム側のスイッチング素子のみが同時にオンする。そのため電力変換装置の始動初期など、充電指令信号XがHレベルの充電期間中は、常に三相交流電源1の各相の電位が、各レグ2〜4からなるブリッジ回路に短絡電流を流さない方向にかかっているので、安全かつ確実なキャパシタ充電が可能となる。   As can be seen from the above description, in the three-phase AC / DC converter circuit of the first embodiment, the switching element on the upper arm side of the leg to which the highest input voltage is applied and the lowest input voltage are applied. Only the switching elements on the lower arm side of the leg being turned on simultaneously turn on. For this reason, during the charging period when the charging command signal X is at the H level, such as at the start of the power converter, the potential of each phase of the three-phase AC power supply 1 does not always flow a short-circuit current through the bridge circuit composed of each leg 2-4. Because it depends on the direction, safe and reliable capacitor charging is possible.

すなわち、仮に入力電圧を考慮せずに、例えば図2のt0〜t1の期間に、他相(u相、w相)よりも電圧の低いv相の上段アームスイッチング素子SvHをオンしたとする。その場合、図1の符号(3)で示す経路で短絡電流が流れてしまう。これに対して、本発明の実施の形態1では、三相交流電源1の交流電圧位相に合せてスイッチングを行うので、三相交流電源1を介してブリッジ回路に短絡電流が流れるのを確実に防止することができる。   That is, suppose that the v-phase upper arm switching element SvH having a voltage lower than that of the other phase (u-phase, w-phase) is turned on, for example, during the period from t0 to t1 in FIG. 2 without considering the input voltage. In that case, a short-circuit current flows through the path indicated by reference numeral (3) in FIG. On the other hand, in Embodiment 1 of the present invention, switching is performed in accordance with the AC voltage phase of the three-phase AC power supply 1, so that it is ensured that a short-circuit current flows to the bridge circuit via the three-phase AC power supply 1. Can be prevented.

また、多相コンバータ回路などのAC/DCコンバータ回路に、スイッチング素子としてワイドバンドギャップ半導体を適用した場合でも、両極性ブートストラップ回路5〜7によって、ワイドバンドギャップ半導体を用いたスイッチング素子を確実にオフさせることができる。   In addition, even when a wide bandgap semiconductor is applied as a switching element to an AC / DC converter circuit such as a multiphase converter circuit, the bipolar bootstrap circuits 5 to 7 ensure the switching element using the wide bandgap semiconductor. Can be turned off.

実施の形態2.
図3は本発明の実施の形態2における電力変換装置としての三相インバータ回路の主要部分の構成を示す回路図である。なお、ここでは具体例として三相インバータ回路を示しているが、本発明はこのような用途の範囲に限定されるものではなく、エネルギー源である直流電源の高圧側と低圧側がレグの入力側の両端に接続される電力変換装置、例えばフルブリッジ型のDC/DCコンバータ回路や多相インバータ回路にも同様に適用することができる。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of main parts of a three-phase inverter circuit as a power conversion device according to Embodiment 2 of the present invention. Although a three-phase inverter circuit is shown here as a specific example, the present invention is not limited to such a range of applications, and the high-voltage side and low-voltage side of the DC power source that is the energy source are the input side of the leg. The present invention can be similarly applied to a power conversion device connected to both ends of, for example, a full-bridge type DC / DC converter circuit or a multiphase inverter circuit.

この実施の形態2の三相インバータ回路は、直流電源19から供給される直流電力をキャパシタC6に一旦充電し、更にブリッジ回路を構成する各レグ2〜4に供給する。各レグ2〜4は直流電力を負荷の各相(ここではu相、v相、w相)に対応する三相の交流電力に変換し、それぞれの端子T8〜T10から出力する。出力側の端子T8〜T10に接続される負荷としては、例えば三相モータなどを用いることができる。なお、直流電源19はコンバータ回路などの直流電力を出力するものであってもよい。   In the three-phase inverter circuit according to the second embodiment, the DC power supplied from the DC power supply 19 is temporarily charged in the capacitor C6 and further supplied to the legs 2 to 4 constituting the bridge circuit. Each leg 2-4 converts direct-current power into the three-phase alternating current power corresponding to each phase (here u phase, v phase, w phase) of a load, and outputs it from each terminal T8-T10. As a load connected to the output-side terminals T8 to T10, for example, a three-phase motor can be used. Note that the DC power supply 19 may output DC power such as a converter circuit.

三相インバータ回路を構成する各レグ2〜4、および各レグ2〜4を構成する各スイッチング素子SuH〜SwH、SuL〜SwLを駆動させるための両極性ブートストラップ回路5〜7、非絶縁直流電源Vg1、Vg2、絶縁直流電源Vg3については、その構成および機能ともに実施の形態1に説明した内容と同じであるので、ここでは詳しい説明を省略する。   Legs 2 to 4 constituting the three-phase inverter circuit, and bipolar bootstrap circuits 5 to 7 for driving the switching elements SuH to SwH and SuL to SwL constituting the legs 2 to 4, a non-isolated DC power source Since Vg1, Vg2, and insulated DC power supply Vg3 are the same as those described in the first embodiment in terms of their configurations and functions, detailed description thereof is omitted here.

次に、この実施の形態2による両極性ブートストラップ回路5〜7のキャパシタ充電に係る制御回路20による制御の特徴について説明する。   Next, features of control by the control circuit 20 relating to capacitor charging of the bipolar bootstrap circuits 5 to 7 according to the second embodiment will be described.

制御回路20は、外部から入力される充電指令信号Xに応じて、各スイッチング素子SuH〜SwH、SuL〜SwLのオン/オフ制御を行うためのゲート信号GuH〜GwH、GuL〜GwLの出力を制御する。   The control circuit 20 controls the output of the gate signals GuH to GwH and GuL to GwL for performing on / off control of the switching elements SuH to SwH and SuL to SwL according to the charge command signal X input from the outside. To do.

図4は制御回路8により発生される各スイッチング素子SuH〜SwH、SuL〜SwLのオン/オフ制御用のゲート信号GuH〜GwH、GuL〜GwLと両極性ブートストラップ回路5〜7のキャパシタ充電状態との関係を示すタイムチャートである。   FIG. 4 shows gate signals GuH to GwH and GuL to GwL for on / off control of the switching elements SuH to SwH and SuL to SwL generated by the control circuit 8 and capacitor charging states of the bipolar bootstrap circuits 5 to 7. It is a time chart which shows the relationship.

まず、時刻t0の時点で、充電指令信号XがHレベルとなり、両極性ブートストラップ回路5〜7の上段アーム側の各キャパシタC1u〜C1w、C2u〜C2wを充電するための制御が開始する。   First, at time t0, the charge command signal X becomes H level, and control for charging the capacitors C1u to C1w and C2u to C2w on the upper arm side of the bipolar bootstrap circuits 5 to 7 is started.

時刻t0〜t1の期間では、Hレベルの上段ゲート信号GuH〜GwHとLレベルの下段ゲート信号GuL〜GwLを出力する。これにより、全ての上段アームスイッチング素子SuH〜SwHがオンすると同時に、全ての下段アームスイッチング素子SuL〜SwLがオフする。従って、全ての上段負電圧印加用キャパシタC2u〜C2wが図3の符号(4)で示す経路で充電される。なお、この実施の形態2における時刻t0〜t1の期間は、後述する実施の形態3におけるt0〜t1の期間に対して充分短い期間とする。   During the period of time t0 to t1, the upper gate signals GuH to GwH at the H level and the lower gate signals GuL to GwL at the L level are output. As a result, all the upper arm switching elements SuH to SwH are turned on, and at the same time, all the lower arm switching elements SuL to SwL are turned off. Accordingly, all the upper-stage negative voltage applying capacitors C2u to C2w are charged through the path indicated by reference numeral (4) in FIG. Note that the period of time t0 to t1 in the second embodiment is sufficiently shorter than the period of t0 to t1 in the third embodiment to be described later.

時刻t1〜t2の期間では、全てLレベルのゲート信号GuH、GuL、・・・を出力する。これにより、全てのスイッチング素子SuH〜SwH、SuL〜SwLがオフする。これは、各レグ2〜4の上段アームスイッチング素子SuH〜SwHと下段アームスイッチング素子SuL〜SwLが同時オンすることによるアーム短絡を防止するためである。   In the period from time t1 to time t2, all L level gate signals GuH, GuL,... Are output. Thereby, all the switching elements SuH to SwH and SuL to SwL are turned off. This is to prevent an arm short circuit due to simultaneous turn-on of the upper arm switching elements SuH to SwH and the lower arm switching elements SuL to SwL of the legs 2 to 4.

時刻t2〜t3の期間では、Lレベルの上段ゲート信号GuH〜GwHとHレベルの下段ゲート信号GuL〜GwLを出力する。これにより、全ての上段アームスイッチング素子SuH〜SwHがオフすると同時に、全ての下段アームスイッチング素子SuL〜SwLがオンする。従って、全ての上段正電圧印加用キャパシタC1u〜C1wが図3の符号(5)で示す経路で充電される。なお、この実施の形態2における時刻t2〜t3の期間は、後述する実施の形態3におけるt2〜t3の期間に対して充分短い期間とする。   During the period from time t2 to time t3, L level upper gate signals GuH to GwH and H level lower gate signals GuL to GwL are output. As a result, all the upper arm switching elements SuH to SwH are turned off, and at the same time, all the lower arm switching elements SuL to SwL are turned on. Therefore, all the upper-stage positive voltage applying capacitors C1u to C1w are charged through the path indicated by reference numeral (5) in FIG. The period from time t2 to t3 in the second embodiment is sufficiently shorter than the period from t2 to t3 in the third embodiment to be described later.

時刻t3〜t4の期間では、再び全てLレベルのゲート信号GuH、GuL、・・・を出力する。これにより、全てのスイッチング素子SuH〜SwH、SuL〜SwLがオフする。これも時刻t1〜t2の期間と同様、アーム短絡を防止するためである。   In the period from time t3 to t4, all the L level gate signals GuH, GuL,... Are output again. Thereby, all the switching elements SuH to SwH and SuL to SwL are turned off. This is also for preventing an arm short circuit as in the period from time t1 to time t2.

以降、充電指令信号XがHレベルの期間中は、時刻t0〜t4の動作を繰り返し、両極性ブートストラップ回路5〜7の上段アーム側の各キャパシタC1u〜C1w、C2u〜C2wはそれぞれ非絶縁直流電源Vg1と絶縁直流電源Vg3の各電源電圧VH、VL1まで除々に充電される。   Thereafter, during the period in which the charge command signal X is at the H level, the operation at the times t0 to t4 is repeated, and the capacitors C1u to C1w and C2u to C2w on the upper arm side of the bipolar bootstrap circuits 5 to 7 are each non-insulated DC The power supply voltage Vg1 and the insulated DC power supply Vg3 are gradually charged up to the power supply voltages VH and VL1.

以上に述べたことから分かるように、この実施の形態2の三相インバータ回路では、両極性ブートストラップ回路5〜7の上段正電圧印加用キャパシタC1u〜C1wと上段負電圧印加用キャパシタC2u〜C2wを充電する期間中、レグ2〜4の上段アームスイッチング素子SuH〜SwHと下段アームスイッチング素子SuL〜SwLとが同時にオンすることはない。また、直流電源19はレグ2〜4の入力側の端子T6、T7の両端に接続されており、キャパシタ充電の際、実施の形態1の場合と異なり、各レグ2〜4の中点から出力される電圧は同相で変化するので、出力側の端子T8〜T10に加わる電圧は実質的に同電位となって電位差が生じない。   As can be seen from the above description, in the three-phase inverter circuit of the second embodiment, the upper positive voltage applying capacitors C1u to C1w and the upper negative voltage applying capacitors C2u to C2w of the bipolar bootstrap circuits 5 to 7 are used. The upper arm switching elements SuH to SwH of the legs 2 to 4 and the lower arm switching elements SuL to SwL are not turned on at the same time during the charging period. Further, the DC power source 19 is connected to both ends of the input terminals T6 and T7 of the legs 2 to 4, and when charging the capacitor, unlike the case of the first embodiment, outputs from the middle points of the legs 2 to 4. Since the applied voltage changes in the same phase, the voltage applied to the output side terminals T8 to T10 becomes substantially the same potential, and no potential difference occurs.

よって、各レグ2〜4の全ての上段スイッチング素子SuH〜SwHと全ての下段のスイッチング素子SuL〜SwLとを交互に時分割でオンしても短絡電流は流れず、安全かつ確実なキャパシタ充電が可能となる。また、多相インバータ回路やフルブリッジ型のDC/DCコンバータ回路などを構成するスイッチング素子としてワイドバンドギャップ半導体を適用した場合でも、両極性ブートストラップ回路5〜7によって、ワイドバンドギャップ半導体を用いたスイッチング素子を確実にオフさせることができる。   Therefore, even if all the upper switching elements SuH to SwH of each leg 2 to 4 and all the lower switching elements SuL to SwL are alternately turned on in a time-sharing manner, no short-circuit current flows, and safe and reliable capacitor charging is possible. It becomes possible. Even when a wide bandgap semiconductor is applied as a switching element constituting a multiphase inverter circuit, a full bridge type DC / DC converter circuit, etc., the wide bandgap semiconductor is used by the bipolar bootstrap circuits 5-7. The switching element can be reliably turned off.

更に、上段正電圧印加用キャパシタC1u〜C1wと上段負電圧印加用キャパシタC2u〜C2wの両方を徐々に充電するので、誤って上段アームスイッチング素子SuH〜SwHがオンしても、短絡電流による回路破壊の危険性を低減できる。   Furthermore, since both the upper stage positive voltage application capacitors C1u to C1w and the upper stage negative voltage application capacitors C2u to C2w are gradually charged, even if the upper arm switching elements SuH to SwH are turned on by mistake, the circuit is destroyed by a short circuit current. Can reduce the risk.

実施の形態3.
図5はこの実施の形態3において、制御回路8により発生される各スイッチング素子SuH〜SwH、SuL〜SwLのオン/オフ制御用のゲート信号GuH〜GwH、GuL〜GwLと両極性ブートストラップ回路5〜7のキャパシタ充電状態との関係を示すタイムチャートである。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 shows the gate signals GuH to GwH and GuL to GwL for the on / off control of the switching elements SuH to SwH and SuL to SwL generated by the control circuit 8 and the bipolar bootstrap circuit 5 according to the third embodiment. It is a time chart which shows the relationship with the capacitor charge state of -7.

この実施の形態3における回路の基本的な構成は、実施の形態2で示した三相インバータ回路と同一であり、制御回路20による制御のみが一部相違する。よって、ここでは回路構成および動作についての説明は省略する。   The basic configuration of the circuit in the third embodiment is the same as that of the three-phase inverter circuit shown in the second embodiment, and only the control by the control circuit 20 is partially different. Therefore, description of the circuit configuration and operation is omitted here.

以下、図5を参照して、実施の形態3による制御方法を説明する。
まず、時刻t0の時点で、充電指令信号XがHレベルとなり、両極性ブートストラップ回路5〜7の上段アーム側の各キャパシタC1u〜C1w、C2u〜C2wを充電するための制御が開始する。
Hereinafter, the control method according to the third embodiment will be described with reference to FIG.
First, at time t0, the charge command signal X becomes H level, and control for charging the capacitors C1u to C1w and C2u to C2w on the upper arm side of the bipolar bootstrap circuits 5 to 7 is started.

時刻t0〜t1の期間では、Hレベルの上段ゲート信号GuH〜GwHと、Lレベルの下段ゲート信号GuL〜GwLを出力する。これにより、全ての上段アームスイッチング素子SuH〜SwHがオンすると同時に、全ての下段アームスイッチング素子SuL〜SwLがオフする。従って、全ての上段負電圧印加用キャパシタC2u〜C2wが図3の符号(4)で示す経路で充電される。   During the period from time t0 to t1, the upper gate signals GuH to GwH at the H level and the lower gate signals GuL to GwL at the L level are output. As a result, all the upper arm switching elements SuH to SwH are turned on, and at the same time, all the lower arm switching elements SuL to SwL are turned off. Accordingly, all the upper-stage negative voltage applying capacitors C2u to C2w are charged through the path indicated by reference numeral (4) in FIG.

時刻t1〜t2の期間では、全てLレベルのゲート信号GuH、GuL、・・・を出力する。これにより、全てのスイッチング素子SuH〜SwH、SuL〜SwLがオフする。これは、各レグ2〜4の上段アームスイッチング素子SuH〜SwHと下段アームスイッチング素子SuL〜SwLが同時オンすることによるアーム短絡を防止するためであり、実施の形態2のt1〜t2の期間と同じである。   In the period from time t1 to time t2, all L level gate signals GuH, GuL,... Are output. Thereby, all the switching elements SuH to SwH and SuL to SwL are turned off. This is to prevent an arm short circuit due to simultaneous turn-on of the upper arm switching elements SuH to SwH and the lower arm switching elements SuL to SwL of the legs 2 to 4, and the period from t1 to t2 in the second embodiment. The same.

時刻t2〜t3の期間では、Lレベルの上段ゲート信号GuH〜GwHと、Hレベルの下段ゲート信号GuL〜GwLを出力する。これにより、全ての上段アームスイッチング素子SuH〜SwHがオフすると同時に、全ての下段アームスイッチング素子SuL〜SwLがオンする。従って、全ての上段正電圧印加用キャパシタC1u〜C1wが図3の符号(5)で示す経路で充電される。   During the period from time t2 to time t3, L level upper gate signals GuH to GwH and H level lower gate signals GuL to GwL are output. As a result, all the upper arm switching elements SuH to SwH are turned off, and at the same time, all the lower arm switching elements SuL to SwL are turned on. Therefore, all the upper-stage positive voltage applying capacitors C1u to C1w are charged through the path indicated by reference numeral (5) in FIG.

この実施の形態3の制御動作が、実施の形態2の制御動作と異なる点は2点ある。
まず、1点目は、上段負電圧印加用キャパシタC2u、C2v、C2wの充電期間t0〜t1を実施の形態2の充電期間t0〜t1よりも充分に長くすることにより、1度の充電によって絶縁直流電源Vg3の電圧VL1まで充電する点である。2点目は、上段正電圧印加用キャパシタC1u、C1v、C1wの充電期間t2〜t3を実施の形態2の充電期間t2〜t3よりも充分に長くすることにより、1度の充電によって非絶縁直流電源Vg1の電圧VHまで充電する点である。
The control operation of the third embodiment differs from the control operation of the second embodiment in two points.
First, the first negative voltage application capacitors C2u, C2v and C2w are insulated by one charge by making the charging periods t0 to t1 sufficiently longer than the charging periods t0 to t1 of the second embodiment. It is a point which charges to voltage VL1 of DC power supply Vg3. The second point is that the charging periods t2 to t3 of the upper positive voltage applying capacitors C1u, C1v, and C1w are sufficiently longer than the charging periods t2 to t3 of the second embodiment, so that non-insulated direct current can be obtained by one charge. It is a point which charges to the voltage VH of the power supply Vg1.

以上に述べたことから分かるように、この実施の形態3の三相インバータ回路では、実施の形態2の場合と同様の作用、効果が得られるとともに、さらに、この実施の形態3の独自の特徴として、それぞれ1度の充電回数で上段正電圧印加用キャパシタC1u〜C1wと上段負電圧印加用キャパシタC2u〜C2wを充電できるので、充電時のスイッチング損失を低減することができる。   As can be seen from the above description, the three-phase inverter circuit of the third embodiment can obtain the same operations and effects as those of the second embodiment, and further, has the unique features of the third embodiment. As described above, the upper-stage positive voltage applying capacitors C1u to C1w and the upper-stage negative voltage applying capacitors C2u to C2w can be charged each time with one charge, so that switching loss during charging can be reduced.

1 三相交流電源、2〜4 レグ、5〜7 両極性ブートストラップ回路、
8 制御回路、9 入力電圧検出器、10〜15 比較器、16〜18 出力判定器、
19 直流電源、20 制御回路。
1 Three-phase AC power supply, 2-4 legs, 5-7 bipolar bootstrap circuit,
8 control circuit, 9 input voltage detector, 10-15 comparator, 16-18 output determiner,
19 DC power supply, 20 control circuit.

Claims (8)

上段アーム側と下段アーム側の各スイッチング素子が互いに直列接続されてなる複数のレグが互いに並列接続され、上記各レグの各中点に多相交流電源が接続されてAC/DCコンバータ回路が構成される電力変換装置であって、
上記各スイッチング素子に対してオン/オフ駆動用の正負両極の電圧を印加するアーム駆動回路が上記上段アーム側と下段アーム側とに個別に設けられるとともに、直流電源からの電力により上記正負の電圧をそれぞれ充電する正電圧印加用と負電圧印加用の各キャパシタが上記上段アーム側と下段アーム側とに個別に設けられ、上記各レグにそれぞれ配置される両極性ブートストラップ回路と、
上記各キャパシタの充電のために上記各アーム駆動回路を制御する制御回路とを備え、
上記制御回路は、上記上段アーム側と下段アーム側の各アーム駆動回路に対して、上記多相交流電源の各相の電圧の中で最も高い電圧が入力されているレグの上段アーム側のスイッチング素子、および最も低い電圧が入力されているレグの下段アーム側のスイッチング素子のみをオンする制御信号を、上記各相の電圧変化に応じて繰り返し出力するものである電力変換装置。
A plurality of legs in which the switching elements on the upper arm side and the lower arm side are connected in series to each other are connected in parallel to each other, and a polyphase AC power source is connected to each midpoint of each leg to constitute an AC / DC converter circuit A power conversion device,
Arm driving circuits for applying positive / negative bipolar voltages for on / off driving to each switching element are provided individually on the upper arm side and the lower arm side, and the positive and negative voltages are supplied by power from a DC power source. A bipolar bootstrap circuit in which each capacitor for positive voltage application and negative voltage application for charging each is provided separately on the upper arm side and the lower arm side, and disposed on each leg,
A control circuit for controlling each arm drive circuit for charging each capacitor,
The control circuit performs switching on the upper arm side of the leg to which the highest voltage among the voltages of each phase of the multiphase AC power source is input to the arm drive circuits on the upper arm side and the lower arm side. A power converter that repeatedly outputs a control signal for turning on only the switching element on the lower arm side of the leg to which the element and the lowest voltage are input according to the voltage change of each phase.
上記制御回路は、上記多相交流電源の各相の電圧値を比較する比較器と、上記比較器の比較結果に応じて、上記上段側と下段側の各アーム駆動回路に対して、上記多相交流電源の各相の電圧の中で最も高い電圧が入力されているレグの上段アーム側のスイッチング素子と、最も低い電圧が入力されているレグの下段アーム側のスイッチング素子のみをオンする制御信号を出力する出力判定器と、を備える請求項1に記載の電力変換装置。 The control circuit compares the voltage value of each phase of the multi-phase AC power source and the multi-phase AC power supply with respect to the upper and lower arm drive circuits according to the comparison result of the comparator. Control that turns on only the switching element on the upper arm side of the leg to which the highest voltage is input and the switching element on the lower arm side of the leg to which the lowest voltage is input. The power converter of Claim 1 provided with the output determination device which outputs a signal. 上記各スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されている請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1, wherein each of the switching elements is formed of a wide band gap semiconductor. 上記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドである請求項3に記載の電力変換装置。 The power converter according to claim 3, wherein the wide band gap semiconductor is silicon carbide, a gallium nitride-based material, or diamond. 上段アーム側と下段アーム側の各スイッチング素子が互いに直列接続されてなる複数のレグが互いに並列接続され、直流電源の高圧側と低圧側とが上記各レグの入力側の両端に接続される電力変換装置であって、
上記各スイッチング素子に対してオン/オフ駆動用の正負両極の電圧を印加するアーム駆動回路が上記上段アーム側と下段アーム側とに個別に設けられるとともに、上記直流電源からの電力により上記正負の電圧をそれぞれ充電する正電圧印加用と負電圧印加用の各キャパシタが上記上段アーム側と下段アーム側とに個別に設けられ、上記各レグにそれぞれ配置される両極性ブートストラップ回路と、
上記各キャパシタの充電のために上記各アーム駆動回路を制御する制御回路とを備え、
上記制御回路は、上記上段アーム側と下段アーム側の各アーム駆動回路に対して、上記上段アーム側のスイッチング素子の全てをオンし、かつ上記下段アーム側のスイッチング素子の全てをオフする期間と、上記上段アーム側のスイッチング素子の全てをオフし、かつ上記下段アーム側のスイッチング素子の全てをオンする期間と、を交互に設ける制御信号を出力するものである電力変換装置。
A plurality of legs in which the switching elements on the upper arm side and the lower arm side are connected in series to each other, and the high-voltage side and the low-voltage side of the DC power supply are connected to both ends of the input side of each leg. A conversion device,
Arm drive circuits for applying positive / negative bipolar voltages for on / off drive to the switching elements are provided individually on the upper arm side and the lower arm side, and the positive and negative voltages are generated by power from the DC power source. Bipolar bootstrap circuits, each of which is provided with a positive voltage application capacitor and a negative voltage application capacitor for charging a voltage individually on the upper arm side and the lower arm side, and are respectively disposed on the legs.
A control circuit for controlling each arm drive circuit for charging each capacitor,
The control circuit is configured to turn on all the switching elements on the upper arm side and turn off all the switching elements on the lower arm side with respect to the arm drive circuits on the upper arm side and the lower arm side. A power converter that outputs a control signal that alternately turns off all the switching elements on the upper arm side and turns on all the switching elements on the lower arm side.
上記制御回路が上記上段アーム側のスイッチング素子の全てをオンし、かつ上記下段アーム側のスイッチング素子の全てをオフする制御信号の出力期間は、上段アーム側の上記負電圧印加用のキャパシタを完全に充電する期間に設定され、また上記上段アーム側のスイッチング素子の全てをオフし、かつ上記下段アーム側のスイッチング素子の全てをオンする制御信号の出力期間は、上記上段アーム側の上記正電圧印加用のキャパシタを完全に充電する期間に設定されている請求項5に記載の電力変換装置。 In the control signal output period in which the control circuit turns on all the switching elements on the upper arm side and turns off all the switching elements on the lower arm side, the negative voltage applying capacitor on the upper arm side is completely turned off. The control signal output period for turning off all the switching elements on the upper arm side and turning on all the switching elements on the lower arm side is set to the positive voltage on the upper arm side. The power conversion device according to claim 5, wherein the power conversion device is set to a period for completely charging the capacitor for application. 上記各スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されている請求項5又は請求項6に記載の電力変換装置。 The power converter according to claim 5 or 6, wherein each of the switching elements is formed of a wide band gap semiconductor. 上記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドである請求項7に記載の電力変換装置。 The power converter according to claim 7, wherein the wide band gap semiconductor is silicon carbide, a gallium nitride-based material, or diamond.
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