JP2013198343A - Power converter unit and power converter using the same - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換器ユニット及びこれを用いた電力変換装置に係り、特に電源回路を含む電力変換器ユニット及びこれを用いた電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power converter unit and a power converter using the same, and more particularly to a power converter unit including a power supply circuit and a power converter using the power converter unit.
直流と交流の間で電力変換を行う大容量の電力変換装置を構成する場合に、複数の電力変換器ユニットを直列に接続して使用することがある。このために使用される電力変換器ユニットは例えば図2のように構成されている。 When configuring a large-capacity power conversion device that performs power conversion between direct current and alternating current, a plurality of power converter units may be connected in series and used. For example, the power converter unit used for this purpose is configured as shown in FIG.
図2において個々の電力変換器ユニット1は、直列接続されたIGBTなどの半導体スイッチ6H、6Lとセルコンデンサ7で構成された変換回路と、半導体スイッチのドライバ2と、制御回路5と、電源回路10を含んで構成されている。 In FIG. 2, each power converter unit 1 includes a conversion circuit composed of semiconductor switches 6 </ b> H and 6 </ b> L such as IGBTs connected in series and a cell capacitor 7, a semiconductor switch driver 2, a control circuit 5, and a power supply circuit. 10 is comprised.
電力変換器ユニット1は単位セルユニットであり、単位セル出力端子1P、1Nが図示せぬ他の電力変換器ユニット1の単位セル出力端子と直列に複数組接続されて大容量の電力変換装置を構成する。
The power converter unit 1 is a unit cell unit, and a plurality of sets of unit
直列接続された半導体スイッチ6H、6Lの両端にはセルコンデンサ7が接続され、コンデンサの一方端が出力端子1Nに、半導体スイッチ6H、6Lの接続点が出力端子1Pに接続されて変換回路を構成している。
A cell capacitor 7 is connected to both ends of the
半導体スイッチのドライバ2は、半導体スイッチ6H、6Lのドライバ回路4H、4Lと、DC/DCコンバータ3を備え、制御回路5からの制御信号に応じて半導体スイッチ6H、6Lの点弧制御を行っている。これらのドライバ2および制御回路5は、電源回路10からの電力供給を受けて作動している。
The semiconductor switch driver 2 includes
電源回路10としては、種々の回路構成を採用することができるが、例えば特許文献1、特許文献2に記載の従来技術においては、セルコンデンサ7の端子電圧を平滑して直流電源としている。
As the
具体的には、セルコンデンサ7にブリーダー抵抗11とツェナーダイオード12と直列接続し、ツェナーダイオード12に並列に設けた平滑コンデンサ13の端子電圧により初段のDCDCコンバーター14を動作させていた。
Specifically, the bleeder resistor 11 and the Zener diode 12 are connected in series to the cell capacitor 7, and the
電力変換器ユニット1では、一般に高電圧を取り扱う。このため、係る回路構成を採用する場合には、セルコンデンサ7のDC電圧は高電圧である。この結果、ブリーダー抵抗11とツェナーダイオード12による直列回路の電力ロスが大きく、電力効率および占有面積において不利であった。 The power converter unit 1 generally handles high voltages. For this reason, when such a circuit configuration is adopted, the DC voltage of the cell capacitor 7 is a high voltage. As a result, the power loss of the series circuit by the bleeder resistor 11 and the Zener diode 12 is large, which is disadvantageous in terms of power efficiency and occupied area.
以上のことから本発明においては、小型で高効率な電源装置をとできる電力変換器ユニット及びこれを用いた電力変換装置を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a power converter unit that can be a small and highly efficient power supply device and a power conversion device using the power converter unit.
以上のことから本発明においては、半導体スイッチとコンデンサで構成された変換回路と、半導体スイッチのドライバと、半導体スイッチの制御回路とを備え、変換回路は出力端子に接続されている電力変換器ユニットにおいて、
変換回路と出力端子の間に流れる電流により発生する磁束を利用して電力を得る磁束電力変換器の出力をドライバおよび制御回路の電源として利用する。
From the above, in the present invention, a power converter unit including a conversion circuit composed of a semiconductor switch and a capacitor, a driver for the semiconductor switch, and a control circuit for the semiconductor switch, the conversion circuit being connected to the output terminal In
The output of a magnetic flux power converter that obtains power using magnetic flux generated by the current flowing between the conversion circuit and the output terminal is used as a power source for the driver and the control circuit.
また出力端子は板状金属のブスバで形成され、磁束電力変換器はブスバに近接して設置されたコイルとされることを特徴とする。 Further, the output terminal is formed of a plate-like metal bus bar, and the magnetic flux power converter is a coil installed in the vicinity of the bus bar.
また出力端子は、電力変換器ユニットに電力が流入し、流出する2つの板状金属のブスバで形成され、2つのブスバが対抗配置されると共に、磁束電力変換器は対抗配置されたブスバ間に設置されたコイルとされることを特徴とする。 In addition, the output terminal is formed by two plate-shaped metal busbars in which power flows into and out of the power converter unit, and the two busbars are opposed to each other, and the magnetic flux power converter is disposed between the busbars opposed to each other. It is characterized by being an installed coil.
また出力端子は、電力変換器ユニットに電力が流入し、流出する2つの板状金属のブスバで形成され、2つのブスバにより円筒状の空間を形成するように対抗配置されると共に、磁束電力変換器は2つのブスバで形成された円筒状の空間内に設置されたコイルとされることを特徴とする。 In addition, the output terminal is formed by two plate-shaped metal busbars where power flows into and out of the power converter unit, and is arranged so as to form a cylindrical space by the two busbars, and magnetic flux power conversion The vessel is a coil installed in a cylindrical space formed by two bus bars.
また出力端子は板状金属のブスバで形成され、磁束電力変換器はブスバを取り巻くように設置されたコイルとされることを特徴とする。 The output terminal is formed of a plate-shaped metal bus bar, and the magnetic flux power converter is a coil installed so as to surround the bus bar.
以上のことから本発明においては、半導体スイッチとコンデンサで構成された変換回路と、半導体スイッチのドライバと、半導体スイッチの制御回路とを備え、変換回路は出力端子に接続されている電力変換器ユニットが複数直列接続されて構成された電力変換装置において、
隣接する電力変換器ユニットの出力端子間が導体で接続され、
各電力変換器ユニットは、変換回路と前記導体の間に流れる電流により発生する磁束を利用して電力を得る磁束電力変換器の出力をドライバおよび制御回路の電源として利用していることを特徴とする。
From the above, in the present invention, a power converter unit including a conversion circuit composed of a semiconductor switch and a capacitor, a driver for the semiconductor switch, and a control circuit for the semiconductor switch, the conversion circuit being connected to the output terminal In a power converter configured by connecting a plurality of these in series,
The output terminals of adjacent power converter units are connected by conductors,
Each power converter unit uses the output of a magnetic flux power converter that obtains power by using a magnetic flux generated by a current flowing between a conversion circuit and the conductor as a power source for a driver and a control circuit. To do.
また導体は板状金属のブスバで形成され、磁束電力変換器はブスバに近接して設置されたコイルとされることを特徴とする。 The conductor is formed of a plate-like metal bus bar, and the magnetic flux power converter is a coil installed in the vicinity of the bus bar.
また導体は、電力変換器ユニットに電力が流入し、流出する2つの板状金属のブスバで形成され、2つのブスバが対抗配置されると共に、磁束電力変換器は対抗配置されたブスバ間に設置されたコイルとされることを特徴とする。 In addition, the conductor is formed by two plate-shaped metal busbars where power flows into and out of the power converter unit, the two busbars are arranged opposite to each other, and the magnetic flux power converter is installed between the opposed busbars. It is characterized by being made into the coil which was made.
また導体は、電力変換器ユニットに電力が流入し、流出する2つの板状金属のブスバで形成され、2つのブスバにより円筒状の空間を形成するように対抗配置されると共に、磁束電力変換器は2つのブスバで形成された円筒状の空間内に設置されたコイルとされることを特徴とする。 In addition, the conductor is formed of two plate-shaped metal bus bars from which electric power flows into and out of the power converter unit, and is arranged so as to form a cylindrical space by the two bus bars, and the magnetic flux power converter Is a coil installed in a cylindrical space formed by two bus bars.
また導体は板状金属のブスバで形成され、磁束電力変換器は前記ブスバを取り巻くように設置されたコイルとされることを特徴とする。 The conductor is formed of a plate-shaped metal bus bar, and the magnetic flux power converter is a coil installed so as to surround the bus bar.
本発明によれば単位セルまたはカスケード接続した電力変換装置において、電源の配置の自由度が向上することにより、単位セルまたはカスケード接続した変換装置の小型化が可能となる。また、出力電圧の設定を自由に設定することで電力ロスの低減が図られ高効率で安価な電源が提供できる。 According to the present invention, in a unit cell or cascade-connected power conversion device, the degree of freedom in the arrangement of the power supply is improved, so that the unit cell or cascade-connected conversion device can be reduced in size. Further, by freely setting the output voltage, power loss can be reduced, and a highly efficient and inexpensive power supply can be provided.
以下、本発明の実施例を、図を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
カスケード接続された電力変換装置は、単位セルユニット(電力変換器ユニット)の複合体であるため、以下の説明においては、単位セルユニット1の例で説明する。図1に本発明の単位セルユニット1の全体構成を示す。 Since the cascade-connected power conversion devices are a complex of unit cell units (power converter units), in the following description, an example of the unit cell unit 1 will be described. FIG. 1 shows the overall configuration of a unit cell unit 1 of the present invention.
単位セルユニット1は、メインスイッチであるハイサイドIGBT4HおよびローサイドIGBT4L、整流コンデンサ7とIGBT駆動用コントロール回路5、IGBTのドライバ回路2、および電源回路8で構成される。この基本構成は、電源回路が10から8に変更された点で相違する。
The unit cell unit 1 includes a high-
本発明では、IGBT駆動用コントロール回路5、IGBTのドライバ回路2を動作させるための電源回路8が、単位セルユニット1から発生する磁束を利用して電源を得ていることに特徴がある。ここではセルユニット1の単位セル出力端子1P、1Nには交流の大電流が流れていることから大電流から発生する磁束を利用して電源としている。
The present invention is characterized in that the power supply circuit 8 for operating the IGBT drive control circuit 5 and the IGBT driver circuit 2 uses the magnetic flux generated from the unit cell unit 1 to obtain power. Here, since a large alternating current flows through the unit
具体的には、磁束を有効に利用するために、単位セル出力端子1P、1Nを銅板などの金属板(ブスバ)20で構成している。また電源回路8内には、磁束を電力に変換する磁束電力変換器9を備える。
Specifically, in order to effectively use the magnetic flux, the unit
この金属板(ブスバ)20から発生する磁束を電源装置8内の磁束電力変換器9にて電圧に変換し、IGBT駆動用コントロール回路5、IGBTのドライバ回路2を動作させる電源として使用している。磁束電力変換器9は、例えばブスバ20に近接して設けられたコイルである。
The magnetic flux generated from the metal plate (busbar) 20 is converted into a voltage by the magnetic
図3は、本発明にかかる電力変換器ユニットの構成例を示している。図の例では、単位セルユニット1の出力端子1P、1Nがブスバ20で構成されている。また、隣接する単位セルユニット1の出力端子との間の導体についても端子1P、1N同様にブスバ20構成とすることができる。なお本発明の場合に、出力端子は電力変換器ユニットの出口部分というにとどまらず、広い概念では隣接する単位セルユニットまでの金属導体部分を表している。
FIG. 3 shows a configuration example of the power converter unit according to the present invention. In the example of the figure, the
図3の単位セルユニット1の内部には、図1のIGBT4、整流コンデンサ7、IGBT駆動用コントロール回路5、IGBTのドライバ回路2、および電源回路8の一部が収納されている。電源回路8のうち、磁束電力変換器9の部分が単位セルユニット1の外部に図示されているが、磁束電力変換器9自体を単位セルユニット1の内部に収納することも可能である。
The unit cell unit 1 shown in FIG. 3 contains the IGBT 4, the rectifier capacitor 7, the IGBT drive control circuit 5, the IGBT driver circuit 2, and a part of the power supply circuit 8 shown in FIG. 1. Of the power supply circuit 8, the magnetic
磁束電力変換器9は、例えばコイルである。高さ方向に積層巻回されたコイルが立方体状の収納体21内に収納され、収納体21は対抗配置された単位セルユニット1の出力端子1P、1N間に嵌装されている。
The magnetic
電力の入り側と出側の往復の2つの金属板(ブスバ)20は、単位セルユニット1から平行して取り出される。このブスバ20間の空間または隙間に電源装置8の磁束電力変換器9を置くことで、空間または隙間を有効利用することが出来、単位セルユニットの小型化が可能である。
Two reciprocating metal plates (bus bars) 20 on the power entry side and the exit side are taken out in parallel from the unit cell unit 1. By placing the magnetic
また、往復の2つの金属板(ブスバ)20間に磁束電力変換器9を置くことで、片側のブスバ20の場合にくらべ約2倍の磁束を得られるため、電源効率が向上する。
In addition, by placing the magnetic
なお、図3において矢印を付して示したI、φは電流と磁束の方向を示している。 Note that I and φ indicated by arrows in FIG. 3 indicate the directions of current and magnetic flux.
図4では、直線状に対抗配置したブスバ20間の空間または隙間に磁束電力変換器9を配置した。これに対し、図5の実施例2では、2つのブスバ20により円筒状の空間を形成し、個々に円筒状の収納体22を配置した。円筒状の収納体22の内部又は外部にはコイルが巻かれている。
In FIG. 4, the magnetic
円筒状の空間を形成するようにブスバ20の一部を加工することで、ブスバ20から発生する磁束をその中心にむかって集中させる。これにより電源装置20の更なる効率向上を図ることが出来る。 By processing a part of the bus bar 20 so as to form a cylindrical space, the magnetic flux generated from the bus bar 20 is concentrated toward the center. Thereby, the further efficiency improvement of the power supply device 20 can be aimed at.
図3、図4の実施例は、ブスバ20の直線状対抗配置部分が十分に確保できる場合には有効であるが、この間の距離を稼げない事例では図6の構成を採用することが有効である。 The embodiment of FIGS. 3 and 4 is effective when the linear opposing arrangement portion of the bus bar 20 can be sufficiently secured, but it is effective to adopt the configuration of FIG. 6 in the case where the distance between them cannot be obtained. is there.
ここでは、隣接する単位セルユニット1の出力端子間の導体部分20Hに磁束電力変換器9を配置した。ブスバ20Hをとりまくように磁束電力変換器9を設置することで電源の供給が可能である。
Here, the magnetic
なお、本発明で磁束電力変換器9として使用されるコイルは、その巻き始め点と、巻き終わり点の間から、電力が取り出され、電源回路8内の整流回路などを介してドライバ2や制御回路5に電力を供給する。
In the coil used as the magnetic
1:単位セルユニット
1P、1N:単位セル出力端子
2:IGBTドライバ部
3:DCDCコンバーター
4H、4L:ゲートドライバ回路
5:セルコントロール回路
6H、6L:IGBT
7:セルコンデンサ
8、10:電源装置
9:磁束電力変換器
11:ブリーダー抵抗
12:ツェナーダイオード
13:平滑コンデンサ
14:DCDCコンバーター
20:単位セル出力端子用金属板(ブスバ)
1:
7: Cell capacitor 8, 10: Power supply device 9: Magnetic flux power converter 11: Breeder resistor 12: Zener diode 13: Smoothing capacitor 14: DCDC converter 20: Metal plate for unit cell output terminal (Busba)
Claims (10)
前記変換回路と前記出力端子の間に流れる電流により発生する磁束を利用して電力を得る磁束電力変換器の出力を前記ドライバおよび制御回路の電源として利用する電力変換器ユニット。 In a power converter unit comprising a conversion circuit composed of a semiconductor switch and a capacitor, a driver for the semiconductor switch, and a control circuit for the semiconductor switch, the conversion circuit being connected to an output terminal,
A power converter unit that uses, as a power source for the driver and the control circuit, an output of a magnetic flux power converter that obtains power by using magnetic flux generated by a current flowing between the conversion circuit and the output terminal.
前記出力端子は板状金属のブスバで形成され、前記磁束電力変換器はブスバに近接して設置されたコイルとされることを特徴とする電力変換器ユニット。 The power converter unit according to claim 1,
The power converter unit is characterized in that the output terminal is formed of a plate-shaped metal bus bar, and the magnetic flux power converter is a coil installed close to the bus bar.
前記出力端子は、電力変換器ユニットに電力が流入し、流出する2つの板状金属のブスバで形成され、2つのブスバが対抗配置されると共に、前記磁束電力変換器は対抗配置されたブスバ間に設置されたコイルとされることを特徴とする電力変換器ユニット。 The power converter unit according to claim 1 or 2,
The output terminal is formed of two plate-shaped metal busbars in which power flows into and out of the power converter unit, the two busbars are opposed to each other, and the magnetic flux power converter is disposed between the busbars opposed to each other. A power converter unit, characterized in that the coil is installed in a coil.
前記出力端子は、電力変換器ユニットに電力が流入し、流出する2つの板状金属のブスバで形成され、2つのブスバにより円筒状の空間を形成するように対抗配置されると共に、前記磁束電力変換器は2つのブスバで形成された円筒状の空間内に設置されたコイルとされることを特徴とする電力変換器ユニット。 The power converter unit according to claim 1 or 2,
The output terminal is formed of two plate-shaped metal bus bars in which electric power flows into and out of the power converter unit, and is arranged so as to form a cylindrical space by the two bus bars, and the magnetic flux power The power converter unit is characterized in that the converter is a coil installed in a cylindrical space formed by two bus bars.
前記出力端子は板状金属のブスバで形成され、前記磁束電力変換器は前記ブスバを取り巻くように設置されたコイルとされることを特徴とする電力変換器ユニット。 The power converter unit according to claim 1 or 2,
The power converter unit, wherein the output terminal is formed of a plate-shaped metal bus bar, and the magnetic flux power converter is a coil installed so as to surround the bus bar.
隣接する前記電力変換器ユニットの出力端子間が導体で接続され、
前記各電力変換器ユニットは、前記変換回路と前記導体の間に流れる電流により発生する磁束を利用して電力を得る磁束電力変換器の出力を前記ドライバおよび制御回路の電源として利用していることを特徴とする電力変換装置。 A conversion circuit comprising a semiconductor switch and a capacitor, a driver for the semiconductor switch, and a control circuit for the semiconductor switch, wherein the conversion circuit is configured by connecting a plurality of power converter units connected to an output terminal in series. In the converted power converter,
The output terminals of the adjacent power converter units are connected by a conductor,
Each of the power converter units uses an output of a magnetic flux power converter that obtains power by using a magnetic flux generated by a current flowing between the conversion circuit and the conductor as a power source for the driver and the control circuit. The power converter characterized by this.
前記導体は板状金属のブスバで形成され、前記磁束電力変換器はブスバに近接して設置されたコイルとされることを特徴とする電力変換装置。 The power conversion device according to claim 6, wherein
The conductor is formed of a plate-shaped metal bus bar, and the magnetic flux power converter is a coil installed close to the bus bar.
前記導体は、電力変換器ユニットに電力が流入し、流出する2つの板状金属のブスバで形成され、2つのブスバが対抗配置されると共に、前記磁束電力変換器は対抗配置されたブスバ間に設置されたコイルとされることを特徴とする電力変換装置。 In the power converter device of Claim 6 or Claim 7,
The conductor is formed by two plate-shaped metal busbars in which power flows into and out of the power converter unit, the two busbars are opposed to each other, and the magnetic flux power converter is disposed between the busbars opposed to each other. A power converter characterized by being an installed coil.
前記導体は、電力変換器ユニットに電力が流入し、流出する2つの板状金属のブスバで形成され、2つのブスバにより円筒状の空間を形成するように対抗配置されると共に、前記磁束電力変換器は2つのブスバで形成された円筒状の空間内に設置されたコイルとされることを特徴とする電力変換装置。 In the power converter device of Claim 6 or Claim 7,
The conductor is formed by two plate-shaped metal busbars in which electric power flows into and out of the power converter unit, and is disposed so as to form a cylindrical space by the two busbars, and the magnetic flux power conversion The power converter is a coil installed in a cylindrical space formed by two bus bars.
前記導体は板状金属のブスバで形成され、前記磁束電力変換器は前記ブスバを取り巻くように設置されたコイルとされることを特徴とする電力変換装置。 In the power converter device of Claim 6 or Claim 7,
The power converter is characterized in that the conductor is formed of a metal plate bus bar, and the magnetic flux power converter is a coil installed so as to surround the bus bar.
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