JP2014023420A - マルチレベル電圧変換器 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、マルチポイント変換回路と、少なくとも1つのフルブリッジインバータ回路と、を備えるマルチレベル電圧変換器を提供する。
【解決手段】マルチポイント変換回路は、DC電圧を中間マルチレベル電圧に変換するために配置される。フルブリッジインバータ回路は、マルチポイント変換回路と電気的に直列接続し、中間マルチレベル電圧を受信するために配置されて、単相出力に対応するマルチレベル出力電圧を発生する。
【選択図】図1
【解決手段】マルチポイント変換回路は、DC電圧を中間マルチレベル電圧に変換するために配置される。フルブリッジインバータ回路は、マルチポイント変換回路と電気的に直列接続し、中間マルチレベル電圧を受信するために配置されて、単相出力に対応するマルチレベル出力電圧を発生する。
【選択図】図1
Description
本発明は、変換器に関し、特に、マルチレベル電圧変換器に関する。
所要出力電圧を提供でき、良好なスペクトル性能及び制御を有する電圧電力変換システムに対する需要が増え続けている。電力変換システムから所要出力電圧レベルを達成するための既知の方法としては、マルチレベル電力変換器トポロジーを利用することがある。
マルチレベル電力変換器トポロジーは、例えば、変速駆動(variable speed drive;VSD)システム、風力発電機、配電システム等の電力用途に広く用いられている。より多くの電圧レベルを持つパワー電圧は、より調和的なスペクトルを持つ波形の合成に用いられる。つまり、マルチレベル変換器は、所要電圧に到達し、誘起調波(induced harmonics)を最小化することができる。
しかしながら、一般のマルチレベル変換器は、出力電圧レベルの数を増やすと制御が難しくなるので、出力電圧レベルの数を増やしてパワー電圧を出力することは限度がある。また、どんなマルチレベル変換器トポロジーでも、必要な変換器レベルの数は、所要出力電圧レベルに依存するので、変換器レベルの数が増加すると、変換回路の制御複雑さ及びコストも増加する。
本発明の態様は、マルチレベル電圧変換器に関する。マルチレベル電圧変換器は、マルチポイント変換回路と、少なくとも1つのフルブリッジインバータ回路と、を備える。マルチポイント変換回路は、DC電圧を中間マルチレベル電圧に変換するために配置される。フルブリッジインバータ回路は、マルチポイント変換回路と電気的に直列接続し、中間マルチレベル電圧を受信するために配置されて、単相出力に対応するマルチレベル出力電圧を発生する。
本発明の別の態様は、マルチレベル電圧変換器に関する。マルチレベル電圧変換器は、マルチポイント変換回路と、複数の縦続接続(cascade-connected)するフルブリッジインバータ回路と、を備える。マルチポイント変換回路は、DC電圧を中間3レベル電圧に変換するために配置される。縦続接続するフルブリッジインバータ回路は、マルチポイント変換回路と電気的に直列接続し、中間3レベル電圧を受信するために配置されて、単相出力に対応する(2n+1+1)レベル出力電圧を発生し、nは、縦続接続するフルブリッジインバータ回路の量である。
上記一般的な解説及び下記詳細な解説の何れも、ほんの一例として、主張されている本発明の更なる説明を提供するためのものであって、理解すべきである。
下記添付の図面を参照しながら、実施例についての下記詳細な解説を読んで、本発明をより十分に理解することができる。
本発明の実施例を完全的に理解させるために、具体的な細部を下記に示す。しかしながら、当技術分野における通常の知識を有する者は、1つ又はそれ以上の前記具体的な細部、或いはその他の部品との組み合わせがなくても、本発明を実施できる。本発明の多種の実施例の態様から脱線しないために、熟知された実施又は操作を詳しく記載しない。
一般的に、本明細書で使用される用語は、当該技術分野及び各用語を使用した特定の文章前後において、正規の意味を持つ。ここで討論する用語の実例を含めて、本明細書で使用される実例も、説明に過ぎないし、本発明で使用される用語又は開示の範囲や意味を制限しない。同様に、本発明は、本明細書が開示している多種の実施例に制限されない。
本文において、「ほぼ」、「約」、「近似」又は「実質上」は、大体、所定値又は所定範囲が20%、好ましくは10%、より好ましくは5%の誤差範囲を有することを意味する。本文で所定した量の数値が、近似であり、意味が明確に記述されない場合、「ほぼ」、「約」、「近似」又は「実質上」の定義を適用する。
理解すべきなのは、本文では、用語「第1」、「第2」などで多種の素子を解説できるが、これらの素子は、これらの用語に限定されない。これらの用語は、1つの素子を別の素子から区分することしか用いられない。例としては、実施例の領域から逸脱しない限り、第1素子を第2素子と呼んでもよく、同様に、第2素子を第1素子と呼んでもよい。本文において、用語「及/又は」は、関連例示項目の1つ、又はそれ以上の何れ及び全ての組み合わせを含む。
本文において、用語「含む」、「備える」、「有する」、「含める」、「関する」及び類似な用語は、開放式のものとして理解すべきであり、つまり、含まることを意味する(しかし、それに限定されない)。
明細書に渡って引用した「一実施例」又は「実施例」は、実施例に合わせて解説した特定の特徴、構造、実施又は特性は、本発明の少なくとも1つの実施例に含まれることを意味する。そのため、明細書に渡って使用した用語「一実施例において」又は「実施例において」は、何れも同一の実施例を参照することではない。また、1つ又はそれ以上の実施例において、如何なる適当な方式で、特定の特徴、構造、実施又は特性を組み合わせてよい。
下記解説及び特許請求の範囲において、用語「結合」と「接続」、及びそれらの派生用語を使用することができる。特定の実施例において、「接続」及び「結合」は、2つ又はそれ以上の素子が互いに直接して物理的に接触又は電気的に接触し、又は互いに間接して接触することを指すことができる。また、「結合」及び「接続」は、2つ又はそれ以上の素子の相互協力又は相互作用を指すこともできる。
図1は、本発明の一実施例によるマルチレベル電圧変換器の模式図である。マルチレベル電圧変換器100は、少なくとも1つのフルブリッジインバータ回路110と、マルチポイント変換回路120と、を備える(つまり、Nポイント変換回路)。マルチポイント変換回路120は、DC電圧2Uを中間マルチレベル電圧VLに変換するために配置される。フルブリッジインバータ回路110は、マルチポイント変換回路120と、単相出力に電気的に直列接続され、中間マルチレベル電圧VLを受信するために配置されて、単相出力に対応するマルチレベル出力電圧VPを発生する。
多相出力を有するマルチレベル電圧変換器の1つの相の機能及び操作を容易に説明及び解釈するために、マルチレベル電圧変換器の単相のみについて、本発明におけるマルチポイント変換回路とフルブリッジインバータ回路との直列接続を図示する。つまり、3つの回路(以下で図示された図1又は図2又は図3で配置されたような回路)がDC側に電気的に並列接続されて、マルチレベル電圧変換器を3相電圧変換器に組み立てる場合がある。
本実施例において、フルブリッジインバータ回路110は、第1スイッチ対112と、第2スイッチ対114と、電圧支持装置116と、を更に含む。第1スイッチ対112は、プライマリノードQ1においてポジノード(positive node)PSとネガノード(negative node)NSとの間に直列接続される2つのスイッチ装置S1及びS2を含める。第2スイッチ対114は、マルチレベル出力電圧VPを出力するために配置されるセカンダリノードQ2においてポジノードPSとネガノードNSの間に直列接続される2つのスイッチ装置S3及びS4を含める。電圧支持装置116は、ポジノードPSとネガノードNSとの間において、第1スイッチ対112及び第2スイッチ対114に電気的に並列接続される。
実際には、電圧支持装置116は、コンデンサー、DC電圧源等であってよく、DC電圧を十分な期間まで維持することができる。また、スイッチ装置S1、S2、S3、S4の何れも、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(insulated gate bipolar transistor;IGBT)、集積ゲート整流サイリスタ(integrated gate−commutated thyristor;IGCT)、パワーMOSFET、バイポーラ接合トランジスタ等からなる群から選ばれるスイッチによって実施することができ、逆並列ダイオードは、前記スイッチに対して逆バイアスとなるように並列接続される。また、第1スイッチ対112及び第2スイッチ対114の何れも、2つのIGBTからなるIGBTモジュール、及び前記IGBTモジュールに並列接続される逆並列ダイオードのそれぞれによって実施することができる。
フルブリッジインバータ回路110の配置によって、フルブリッジインバータ回路110を容易に設計及操作することができる。なぜならば、前記フルブリッジインバータ回路110は、モジュールで構成されて、複雑な電源回路でなくても、レベルの数を容易に拡張する柔軟性を提供できる。
一方、マルチポイント変換回路120は、第1スイッチユニット122と、第2スイッチユニット124と、中間ユニット126と、第3スイッチユニット128と、を更に含むことができる。第2スイッチユニット124は、中間出力端子Lにおいて第1スイッチユニット122と電気的に直列接続する。中間出力端子Lは、フルブリッジインバータ回路110のプライマリノードQ1に接続され、中間マルチレベル電圧VLを出力するために配置される。第1スイッチユニット122は、中間出力端子LとポジDC端子Pとの間に接続され、第2スイッチユニット124は、中間出力端子LとポジDC端子Nとの間に接続される。中間ユニット126は、ポジDC端子PとポジDC端子Nとの間で中性点端子NPにおいて電気的に直列接続し、直列接続する第1スイッチユニット122及び第2スイッチユニット124と並列する2つのコンデンサーC1及びC2を含める。また、第3スイッチユニット128は、中間出力端子Lと中性点端子NPとの間に電気的に接続される。
本実施例において、第1スイッチユニット122は、スイッチ装置S5を更に含め、第2スイッチユニット124は、スイッチ装置S6を更に含め、スイッチ装置S5及びスイッチ装置S6は、ポジDC端子PとポジDC端子Nとの間で中間出力端子Lに直列接続される。
また、第3スイッチユニット128は、中間出力端子Lと中性点端子NPとの間で逆直列接続(つまり、背中合わせに接続(back-to-back connection))される2つのスイッチ装置S71及びS72を更に含めることができる。スイッチ装置S71及びS72は、逆直列接続して、電流を中間出力端子Lと中性点端子NPとの間で往復して流れさせるために配置される。
第1スイッチユニット122、第2スイッチユニット124、第3スイッチユニット128は、互いに並列して中間出力端子Lと中性点端子NPとの間に配置されるので、マルチポイント変換回路120の中間出力端子Lと中性点端子NPとの間の構造として、3つの転換経路(commutation path)があり、これらの転換経路の何れも短いため、容易に制御される。
実際には、スイッチ装置S5、S6、S71、S72の何れも、IGBT、IGCT、パワーMOSFET、バイポーラ接合トランジスタ等からなる群から選ばれるスイッチによって実施することができ、逆並列ダイオードは、前記スイッチに対して逆バイアスとなるように並列接続される。また、第1スイッチユニット122、第2スイッチユニット124、第3スイッチユニット128の何れも、IGBTモジュールによって実施することができる。
マルチポイント変換回路120の配置によれば、マルチポイント変換回路120に、中間出力端子Lと中性点端子NPとの間に複数の転換経路を持たせるように操作することができ、これらの転換経路の何れも短いため、容易に制御される。また、マルチポイント変換回路120の配置は、モジュール設計に活用されることもできるため、回路システムが簡素化されて、複雑回路システムが不要となる。また、従来のマルチポイント変換回路における回路に比べ、マルチポイント変換回路120の配置におけるスイッチ回路(例えば、中性点端子NPから中間出力端子Lまで形成した回路)が簡素化されるため、バスバーの設計が簡素化される。
操作中、コンデンサーC1及びC2の何れも、電圧Uを維持でき、マルチポイント変換回路120は、3つのスイッチ段階を有する。第1スイッチ段階において、スイッチ装置S5をオンにしてスイッチ装置S6、S71、S72をオフにし、中間マルチレベル電圧VLがUになる。第2スイッチ段階において、スイッチ装置S71、S72をオンにしてスイッチ装置S5、S6をオフにし、中間マルチレベル電圧VLがゼロに等しい。第3スイッチ段階において、スイッチ装置S6をオンにしてスイッチ装置S5、S71、S72をオフにし、中間マルチレベル電圧VLが−Uになる。
また、電圧支持装置116が電圧U/2を維持でき、マルチポイント変換回路120及びフルブリッジインバータ回路110の操作によると、マルチレベル出力電圧VPは、5つの電圧レベル(つまり、U、U/2、0、−U/2、−U)を有する。具体的には、スイッチ装置S5をオンにした場合、スイッチ装置S1及びS3をオンにすると、マルチレベル出力電圧VPはUになり、スイッチ装置S5をオンにした場合、スイッチ装置S1及びS4をオンにすると、マルチレベル出力電圧VPはU/2になり、スイッチ装置S71、S72をオンにした場合、スイッチ装置S1及びS3をオンにすると、マルチレベル出力電圧VPはゼロに等しくなり、また、電圧レベル−U/2及び−Uは、類推によって推定することができる(例えば、スイッチ装置S6をオンにした場合の操作)。当技術分野における通常の知識を有する者は、前記操作を理解できるため、本文では更に詳しく解説しないことにする。
図2は、本発明の別の実施例によるマルチレベル電圧変換器の模式図である。図2に示すように、マルチレベル電圧変換器200は、フルブリッジインバータ回路110と、マルチポイント変換回路220と、を備える。フルブリッジインバータ回路110及びマルチポイント変換回路220の接続及び操作は、図1で開示したものに類似し、第1スイッチユニット222、第2スイッチユニット224、中間ユニット126、第3スイッチユニット228の接続も、図1で開示したものに類似する。
本実施例において、図1に比べ、第1スイッチユニット222は、中間出力端子Lに電気的に直列接続される複数のスイッチ装置(例えば、S51、S52、S53、S54)を更に含め、第2スイッチユニット224は、中間出力端子Lに電気的に直列接続される複数のスイッチ装置(例えば、S61、S62、S63、S64)を更に含め、第3スイッチユニット228は、中間出力端子Lと中性点端子NPとの間に逆直列接続され、何れも電気的に直列接続する複数のスイッチ装置を含める(例えば、1つの群がスイッチ装置S71、S72を含め、別の群がスイッチ装置S73、S74を含める)スイッチ装置の2つの群を更に含む。
具体的には、スイッチ装置S51、S52、S53、S54は、中間出力端子Lと中性点端子NPとの間でコンデンサーC1と直列接続して、転換経路を形成し、スイッチ装置S61、S62、S63、S64は、中間出力端子Lと中性点端子NPとの間でコンデンサーC2と直列接続して、別の転換経路を形成する。スイッチ装置S71、S72を含む群、及びスイッチ装置S73、S74を含む別の群は、中間出力端子Lと中性点端子NPとの間で逆直列接続(つまり、背中合わせに接続)して、さらに他の転換経路を形成し、電流を中間出力端子Lと中性点端子NPとの間で往復して流れさせるために配置され、これらの転換経路の何れも短くなり、容易に制御される。
一実施例において、第1スイッチユニット222及び第2スイッチユニット224のそれぞれが含む直列接続するスイッチ装置の量は、スイッチ装置S1、S2、S3、S4のそれぞれにおける電圧の2倍を遮断できるように、第3スイッチユニット228が含む2つの群のスイッチ装置のそれぞれにおける直列接続するスイッチ装置の量の2倍に等しいなら、どんなに増えてもよい。
実際には、スイッチ装置S51〜S54、S61〜S64、S71〜S74の何れも、IGBT、IGCT、パワーMOSFET、バイポーラ接合トランジスタ等からなる群から選ばれるスイッチによって実施することができ、逆並列ダイオードは、前記スイッチに対して逆バイアスとなるように並列接続される。また、第1スイッチユニット222、第2スイッチユニット224、第3スイッチユニット228の何れも、1つ又はそれ以上のIGBTモジュールによって実施することもできる。
マルチレベル電圧変換器200の操作は、図1に示した操作に類似するため、当技術分野における通常の知識を有する者は、これらの操作を理解できるので、本文では更に詳しく解説しないことにする。
図3は、本発明のさらに他の実施例によるマルチレベル電圧変換器の模式図である。マルチレベル電圧変換器300は、複数の縦続接続するフルブリッジインバータ回路(つまり、フルブリッジインバータ回路3101、3102、‥、310n)と、マルチポイント変換回路320と、を備える。マルチポイント変換回路320は、DC電圧(例えば、電圧2U)を中間マルチレベル電圧の1例である中間3レベル電圧VL(例えば、U、0、−Uのレベルを持つ電圧VL)に変換するために配置される。縦続接続するフルブリッジインバータ回路3101、3102、‥、310nは、マルチポイント変換回路320と、単相出力に電気的に直列接続され、中間3レベル電圧VLを受信するために配置されて、単相出力に対応する(2n+1+1)レベル出力電圧VPを発生すし、nは、縦続接続するフルブリッジインバータ回路の量である。
縦続接続するフルブリッジインバータ回路のそれぞれは、第1スイッチ対312と、第2スイッチ対314と、電圧支持装置316と、を更に含むことができる。第1スイッチ対312は、プライマリノード(例えば、Q11)において直列接続する2つのスイッチユニットS11及びS21を含める。第2スイッチ対314は、セカンダリノード(例えば、Q21)において直列接続する2つのスイッチユニットS31及びS41を含める。前記セカンダリノードは、次のフルブリッジインバータ回路のプライマリノードに接続される(例えば、フルブリッジインバータ回路3101のセカンダリノードQ21は、フルブリッジインバータ回路3102のプライマリノードQ12に接続される)。電圧支持装置316は、第1スイッチ対312及び第2スイッチ対314に電気的に並列接続される。
本実施例において、一番目の縦続接続するフルブリッジインバータ回路のプライマリノード(つまり、フルブリッジインバータ回路3101のプライマリノードQ11)は、中間3レベル電圧VLを受信するために配置され、最後の縦続接続するフルブリッジインバータ回路のセカンダリノード(つまり、フルブリッジインバータ回路310nのセカンダリノードQ2n)は、(2n+1+1)レベル出力電圧を出力するために配置される。つまり、実際の要求に応じてフルブリッジインバータ回路の量を増加して、マルチレベル電圧変換器300の電圧レベルの数を増加することができる。また、マルチレベル電圧変換器300の出力した波形が純粋な正弦波に接近するため、各出力相電圧においてより低い調波になる。
また、i番目の縦続接続するフルブリッジインバータ回路(つまり、フルブリッジインバータ回路310i)の第1スイッチ対312i及び第2スイッチ対314iにおけるスイッチユニットのそれぞれは、2(n−i)個(i=1、2、3、‥、n)のスイッチ装置を更に含める。具体的には、スイッチユニットS1i、S2i、S3i、S4iのそれぞれは、マルチレベル電圧変換器300における最低電圧U/2nを遮断するために、必要に応じてプライマリノード又はセカンダリノードに直列接続される2(n−i)個のスイッチ装置を含める。なお、図3においては、1番目(すなわちi=1)に縦続接続するフルブリッジインバータ回路3101の第1スイッチ対3121及び第2スイッチ対3141にのみ符号を付している。
同じように、マルチポイント変換回路320は、第1スイッチユニットS5と、第2スイッチユニットS6と、中間ユニット326と、第3スイッチユニットS7と、を更に含むことができる。第2スイッチユニットS6は、中間出力端子Lおいて、第1スイッチユニットS5と電気的に直列接続する。前記中間出力端子Lは、一番目の縦続接続するフルブリッジインバータ回路のプライマリノードに接続されて、即ち、フルブリッジインバータ回路3101のプライマリノードQ11に接続されて、中間3レベル電圧VLを出力するために配置される。そのうち、第1スイッチユニットS5は、中間出力端子LとポジDC端子Pとの間に接続され、第2スイッチユニットS6は、中間出力端子LとポジDC端子Nとの間に接続される。中間ユニット326は、ポジDC端子PとポジDC端子Nとの間で中性点端子NPに電気的に直列接続し、直列接続する第1スイッチユニットS5及び第2スイッチユニットS6と並列する2つのコンデンサーC1及びC2を含める。また、第3スイッチユニットS7は、中間出力端子Lと中性点端子NPとの間に電気的に接続される。
一実施例において、図1に示した実施例と同じく、第1スイッチユニットS5及び第2スイッチユニットS6のそれぞれは、中間出力端子Lに接続される単一のスイッチ装置を含める。また、図1に示した実施例と同じく、第3スイッチユニットS7は、中間出力端子Lと中性点端子NPとの間に逆直列接続される2つのスイッチ装置を更に含める。
別の実施例において、図2に示した実施例と同じく、第1スイッチユニットS5及び第2スイッチユニットS6のそれぞれは、中間出力端子VLに電気的に直列接続される複数のスイッチ装置を更に含める。
また、図2に示した実施例と同じく、第3スイッチユニットS7は、中間出力端子VLと中性点端子NPとの間に逆直列接続され、それぞれが電気的に直列接続する複数のスイッチ装置を含むスイッチ装置の2つの群を更に含める。
さらに他の実施例において、第1スイッチユニットS5及び第2スイッチユニットS6のそれぞれの直列接続するスイッチ装置の量は、2(n+1)であり、第3スイッチユニットS7の2つの群のスイッチ装置のそれぞれにおける直列接続するスイッチ装置の量は、2nであり、よって、スイッチ装置S1n、S2n、S3n、S4nのそれぞれでの電圧の複数倍の電圧を遮断できる。
そのため、前記のように、スイッチユニットS1i、S2i、S3i、S4i、S5、S6、S7のそれぞれは、実際の要求に応じて、適切な数のスイッチ装置を含める。例としては、2つの縦続接続するフルブリッジインバータ回路がマルチポイント変換回路320に直列接続される(つまり、n=2)場合、フルブリッジインバータ回路3102におけるスイッチユニットS12、S22、S32、S42のそれぞれは、単一のスイッチ装置を含め、フルブリッジインバータ回路3101におけるスイッチユニットS11、S21、S31、S41のそれぞれは、直列接続する2つのスイッチ装置を含め、マルチポイント変換回路320における第1スイッチユニットS5及び第2スイッチユニットS6のそれぞれは、8つの直列接続するスイッチ装置を含め、第3スイッチユニットS7における逆直列接続する2つの群のそれぞれは、4つのスイッチ装置を含める。
実際には、前記スイッチ装置中の各スイッチ装置は、IGBT、IGCT、パワーMOSFET、バイポーラ接合トランジスタ等からなる群から選ばれるスイッチによって実施することができ、逆並列ダイオードは並列接続され、前記スイッチに対して逆バイアスであり、また、前記スイッチユニットの何れも、1つ又はそれ以上のIGBTモジュールによって実施することができる。
当技術分野における通常の知識を有する者は、図1でマルチレベル電圧変換器300の操作を推測できるため、本文では、これらの操作を更に詳しく解説しないことにする。
前記の実施例に基づいて、本発明のマルチレベル電圧変換器は、大量なフルブリッジインバータ回路を容易に配置するように、マルチレベル電圧変換器の電圧レベルの数を増加して、マルチレベル電圧変換器の出力波形をより純粋な正弦波にすることで、各出力相電圧を低い調波になるだけではなく、マルチポイント変換回路を採用するように、短くて、制御しやすい複数の転換経路を配置することで、前記マルチポイント変換回路中のスイッチ回路も簡素化される。
また、マルチポイント変換回路及フルブリッジインバータ回路の何れも、モジュールで構成されることによって、複雑な電源回路でなくても、レベルの数お容易に拡張する柔軟性を提供できる。
当技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の前記実施例が本発明を説明的なものであって、本発明を限定するものではないことを理解できる。添付の特許請求の範囲の精神や領域は、多種の変更と類似する配置も含むように、広く解釈すべきである。
100、200、300 マルチレベル電圧変換器、110、310n、3101、3102 フルブリッジインバータ回路、112 第1スイッチ対、114 第2スイッチ対、116、316 電圧支持装置、122、222 第1スイッチユニット、124、224 第2スイッチユニット、128、S7 第3スイッチユニット、126、326 中間ユニット、120、220、320 マルチポイント変換回路、N、P ポジDC端子、VL 中間マルチレベル電圧、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S51、S52、S53、S54、S61、S62、S63、S64、S71、S72、S73、S74 スイッチ装置、PS ポジノード、NS ネガノード、Q1、Q11、Q12 プライマリノード、L 中間出力端子、C1、C2 コンデンサー、U 電圧、2U DC電圧、Q2、Q21、Q2n セカンダリノード、S11、S12、S21、S22、S31、S32、S41、S42、S1n、S2n、S3n、S4n スイッチユニット、VP マルチレベル出力電圧、NP 中性点端子
Claims (20)
- DC電圧を中間マルチレベル電圧に変換するために配置されるマルチポイント変換回路と、
前記マルチポイント変換回路と電気的に直列接続し、前記中間マルチレベル電圧を受信するために配置されて、単相出力に対応するマルチレベル出力電圧を発生させる少なくとも1つのフルブリッジインバータ回路と
を備えるマルチレベル電圧変換器。 - 前記フルブリッジインバータ回路は、
プライマリノードにおいて直列接続する2つのスイッチ装置を含む第1スイッチ対と、
前記マルチレベル出力電圧を出力するために配置されるセカンダリノードにおいて直列接続する2つのスイッチ装置を含む第2スイッチ対と、
前記第1スイッチ対及び前記第2スイッチ対に電気的に並列接続される電圧支持装置と、
を更に含む請求項1に記載のマルチレベル電圧変換器。 - 前記マルチポイント変換回路は、
第1スイッチユニットと、
前記プライマリノードに接続されて前記中間マルチレベル電圧を出力するために配置される中間出力端子において、前記第1スイッチユニットと電気的に直列接続する第2スイッチユニットと、
中性点端子において電気的に直列接続し、直列接続する前記第1スイッチユニット及び前記第2スイッチユニットと並列する2つのコンデンサーを含める中間ユニットと、
前記中間出力端子と前記中性点端子との間に電気的に接続される第3スイッチユニットと
を更に含む請求項2に記載のマルチレベル電圧変換器。 - 前記第1スイッチユニット及び前記第2スイッチユニットのそれぞれは、前記中間出力端子に接続されるスイッチ装置を更に含む請求項3に記載のマルチレベル電圧変換器。
- 前記第3スイッチユニットは、前記中間出力端子と前記中性点端子との間に逆直列接続される2つのスイッチ装置を更に含む請求項4に記載のマルチレベル電圧変換器。
- 前記第1スイッチ対、前記第2スイッチ対、前記第1スイッチユニット、前記第2スイッチユニット、前記第3スイッチユニットのそれぞれは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、集積ゲート整流サイリスタ(IGCT)、パワーMOSFET、バイポーラ接合トランジスタからなる群から選ばれるスイッチによって実施され、逆並列ダイオードは、前記スイッチに対して逆バイアスとなるように並列接続される請求項5に記載のマルチレベル電圧変換器。
- 前記第1スイッチユニット及び前記第2スイッチユニットのそれぞれは、前記中間出力端子に電気的に直列接続される複数のスイッチ装置を更に含む請求項3に記載のマルチレベル電圧変換器。
- 前記第3スイッチユニットは、前記中間出力端子と前記中性点端子との間に逆直列接続され、それぞれが電気的に直列接続する複数のスイッチ装置を含む2つの群のスイッチ装置を更に含む請求項7に記載のマルチレベル電圧変換器。
- 前記第1スイッチ対、前記第2スイッチ対、前記第1スイッチユニット、前記第2スイッチユニット、前記第3スイッチユニットのそれぞれは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、集積ゲート整流サイリスタ(IGCT)、パワーMOSFET、バイポーラ接合トランジスタからなる群から選ばれるスイッチによって実施され、逆並列ダイオードは、前記スイッチに対して逆バイアスとなるように並列接続される請求項8に記載のマルチレベル電圧変換器。
- 前記第1スイッチユニット及び前記第2スイッチユニットのそれぞれが含む前記直列接続するスイッチ装置の量は、前記2つの群のスイッチ装置のそれぞれの前記直列接続するスイッチ装置の量の2倍である請求項8または9に記載のマルチレベル電圧変換器。
- DC電圧を中間3レベル電圧に変換するために配置されるマルチポイント変換回路と、
前記マルチポイント変換回路と電気的に直列接続し、前記中間3レベル電圧を受信するために配置されて、単相出力に対応する(2n+1+1)レベル出力電圧を発生させる複数の縦続接続するフルブリッジインバータ回路と、を備え、
nは、縦続接続するフルブリッジインバータ回路の個数であるマルチレベル電圧変換器。 - 前記縦続接続するフルブリッジインバータ回路のそれぞれは、
プライマリノードにおいて直列接続する2つのスイッチユニットを含む第1スイッチ対と、
次のフルブリッジインバータ回路のプライマリノードに接続されるセカンダリノードにおいて直列接続する2つのスイッチユニットを含む第2スイッチ対と、
前記第1スイッチ対及び前記第2スイッチ対に電気的に並列接続される電圧支持装置と
を更に含む請求項11に記載のマルチレベル電圧変換器。 - 一番目の前記フルブリッジインバータ回路のプライマリノードは、前記中間3レベル電圧を受信するために配置され、最後の前記フルブリッジインバータ回路のセカンダリノードは、前記(2n+1+1)レベル出力電圧を出力するために配置される請求項12に記載のマルチレベル電圧変換器。
- i番目の前記フルブリッジインバータ回路の前記第1スイッチ対及び前記第2スイッチ対における前記スイッチユニットのそれぞれは、2(n−i)個のスイッチ装置を更に含んで、
iは1からnの何れか1つの整数である請求項12または13に記載のマルチレベル電圧変換器。 - 前記マルチポイント変換回路は、
第1スイッチユニットと、
一番目の前記フルブリッジインバータ回路のプライマリノードに接続されて前記中間3レベル電圧を出力するために配置される中間出力端子において、前記第1スイッチユニットと電気的に直列接続する第2スイッチユニットと、
中性点端子において電気的に直列接続し、直列接続する前記第1スイッチユニット及び前記第2スイッチユニットと並列する2つのコンデンサーを含む中間ユニットと、
前記中間出力端子と前記中性点端子との間に電気的に接続される第3スイッチユニットと
を更に含む請求項12から14の何れか1項に記載のマルチレベル電圧変換器。 - 前記第1スイッチユニット及び前記第2スイッチユニットのそれぞれは、前記中間出力端子に接続されるスイッチ装置を更に含む請求項15に記載のマルチレベル電圧変換器。
- 前記第3スイッチユニットは、前記中間出力端子と前記中性点端子との間に逆直列接続される2つのスイッチ装置を更に含む請求項16に記載のマルチレベル電圧変換器。
- 前記第1スイッチユニット及び前記第2スイッチユニットのそれぞれは、前記中間出力端子に電気的に直列接続される複数のスイッチ装置を更に含む請求項15に記載のマルチレベル電圧変換器。
- 前記第3スイッチユニットは、前記中間出力端子と前記中性点端子との間に逆直列接続され、それぞれが電気的に直列接続する複数のスイッチ装置を含む2つの群のスイッチ装置を更に含む請求項18に記載のマルチレベル電圧変換器。
- 前記第1スイッチユニット及び前記第2スイッチユニットのそれぞれの直列接続するスイッチ装置の量は、2(n+1)であり、前記2つの群のスイッチ装置のそれぞれの直列接続するスイッチ装置の量は、2nである請求項19に記載のマルチレベル電圧変換器。
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