JP2013215043A5 - - Google Patents

Description

Ｓ１、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ６がＰ側電位とＮ側電位間に４個直列接続されているダイオードを逆並列接続した半導体スイッチとしてのＩＧＢＴである。Ｓ２とＳ５は、ＩＧＢＴＳ１とＳ７との接続点とＩＧＢＴＳ８とＳ６との接続点との間に接続されたダイオードを逆並列接続したＩＧＢＴである。Ｓ９は直流電源の１と２の直列接続点であるＭ電位とＩＧＢＴＳ７とＳ８の直列接続点との間に接続された双方向性の半導体スイッチで、図４に示すように逆耐圧を有するＩＧＢＴを逆並列接続するか、もしくは図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように逆耐圧を有しないＩＧＢＴＱ１、Ｑ２とダイオードＤ１、Ｄ２とを組み合わせて構成できる。図９（ａ）はＩＧＢＴQ１、Ｑ２のコレクタ同士を共通接続した構成で、
図９（ｂ）はＩＧＢＴQ１、Ｑ２のエミッタ同士を共通接続した構成である。

上述の課題を解決するために、第1の発明においては、直流から交流、もしくは交流から直流に変換する電力変換回路で、正極端子と、負極端子と、前記正極端子と前記負極端子との中間電位点である中点端子とを備えた直流電源と、１相分の回路として前記直流電源の正極端子と負極端子との間に接続するダイオードを逆並列接続した半導体スイッチを少なくとも４個直列に接続した半導体スイッチ直列回路と、前記直流電源の中点端子と前記半導体スイッチ直列回路の中間接続点との間に接続された双方向性にスイッチングが可能な双方向スイッチと、前記直列接続された半導体スイッチ群の半導体スイッチ同士が接続されている点の電位を出力する二つの端子各々と前記双方向性スイッチの前記直流電源側に接続されていない側の端子との間に接続されたダイオードを逆並列接続した半導体スイッチと、前記二つの端子間に接続されたコンデンサと、を含んだ回路構成のマルチレベル電力変換回路において、前記電力変換回路を動作状態から停止させる場合、所定のシーケンス動作に基づき半導体スイッチを順々に遮断し、最後に遮断させる半導体スイッチは前記双方向性スイッチとする。

以下ＩＧＢＴをＳ２→Ｓ１→Ｓ８の順に遮断した時の動作を説明する。
ＩＧＢＴＳ１、Ｓ２がオンしている状態（図３（ａ））即ち交流出力に直流電源１の電圧２Ｅｄが出力されている状態からＩＧＢＴＳ２をオフすると、ＩＧＢＴＳ１、Ｓ２を流れていた電流は図３（ｂ）に破線で示すように、直流電源のＰ点→ＩＧＢＴＳ１→コンデンサ１０→ＩＧＢＴＳ５のダイオード→交流出力の経路となる。この時、交流出力での電圧は直流電源１の電圧２Ｅｄからコンデンサ１０の電圧Ｅｄを減算した電圧Ｅｄとなり、ＩＧＢＴＳ２に印加される電圧はコンデンサ１０の電圧Ｅｄとなる。

この状態からＩＧＢＴＳ１をオフすると、ＩＧＢＴＳ１を流れていた電流は図３（ｃ）に破線で示すように、直流電源のＭ点→双方向性ＩＧＢＴＳ９→ＩＧＢＴＳ８→ＩＧＢＴＳ５のダイオード→交流出力の経路となる。この時交流出力電圧は直流電源の中点電位Ｍとなり、ＩＧＢＴＳ１に印加される電圧は直流電源１の電圧２Ｅｄからコンデンサ１０の電圧Ｅｄを減算した電圧Ｅｄとなる。この状態からＩＧＢＴＳ８をオフすると、ＩＧＢＴＳ８を流れていた電流は図３（ｄ）に破線で示すように、直流電源のＭ点→双方向性ＩＧＢＴＳ９→ＩＧＢＴＳ７のダイオード→コンデンサ１０→ＩＧＢＴＳ５のダイオード→交流出力の経路となる。この時交流出力の電位はＭ点電位（零）からコンデンサ１０の電圧を減算した電圧−Ｅｄとなり、ＩＧＢＴＳ８に印加される電圧はコンデンサ１０の電圧Ｅｄとなる。

次に双方向性ＩＧＢＴＳ９をオフさせると、交流出力の負荷電流はＩＧＢＴＳ５、Ｓ６のダイオードを流れる経路に転流し、この時双方向性ＩＧＢＴＳ９に印加される電圧はＥｄとなる。この様に、オフ動作するＩＧＢＴには１単位の電圧Ｅｄが印加されるだけであり、高耐圧の半導体スイッチを使用することなく、安全に回路を遮断させることが可能となる。

Claims (1)

1. 直流から交流、もしくは交流から直流に変換する電力変換回路であって、正極端子と、負極端子と、前記正極端子と前記負極端子との中間電位点である中点端子とを備えた直流電源と、１相分の回路として前記直流電源の正極端子と負極端子との間に接続するダイオードを逆並列接続した半導体スイッチを少なくとも４個直列に接続した半導体スイッチ直列回路と、前記直流電源の中点端子と前記半導体スイッチ直列回路の中間接続点との間に接続された双方向性にスイッチングが可能な双方向スイッチと、前記直列接続された半導体スイッチ群の半導体スイッチ同士が接続されている点の電位を出力する二つの端子各々と前記双方向性スイッチの前記直流電源側に接続されていない側の端子との間に接続されたダイオードを逆並列接続した半導体スイッチと、前記二つの端子間に接続されたコンデンサと、を含んだ回路構成のマルチレベル電力変換回路であって、前記電力変換回路を動作状態から停止させる場合、所定のシーケンス動作に基づき半導体スイッチを順々に遮断し、最後に遮断させる半導体スイッチは前記双方向性スイッチとすることを特徴とするマルチレベル電力変換装置。