JP2014236533A - 電力変換装置および制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1には、[発明が解決しようとする課題]として、段落[0013]に、「このように従来技術は、ゲート電圧制御保護回路が動作し次に出力過電流保護回路が動作する場合があり、この場合上記のように静電誘導形自己消弧素子のコレクタ電圧には高い跳ね上がり電圧が加わり、素子が破壊したり劣化したりする。」点が記載されている。
本発明は、ワイドバンドギャップ半導体スイッチング素子を用いて構成した電力変換装置において、このようなアーム短絡や負荷短絡事故などが発生した場合においても、複雑なドライブ回路を構成してスイッチング素子のゲート駆動電圧或いはゲート駆動抵抗或いはゲート駆動電流を可変させる必要がなく、さらに特別な回路を付加することもなく適切な制御を実行することにより、当該半導体スイッチング素子を極めて大きな短絡電流から信頼性高く保護する電力変換装置および制御方法を提供することを目的の一つとする。
とW相下アームのスイッチング素子WNがオンし(図中の○で囲んだスイッチング素子がオン状態)、交流機4に各相電流IU、IV、IWを供給している。
結果的に、電流を遮断したスイッチング素子には、(VPN+ΔVDS1)が印加され、スイッチング素子のSCSOA領域外となり、スイッチング素子が破壊することになる。
結果的に、電流を遮断したスイッチング素子には、(VPN+ΔVDS2)が印加され、スイッチング素子のSCSOA領域内となり、スイッチング素子を破壊から保護することができる。
すなわち、通常の動作モードでは、オン電圧検出回路には、スイッチング素子UPがオンの時に常にIUPが流れている。
すなわち、オン電圧検出回路には、スイッチング素子UPがオンにも関わらず電流IUPが流れなくなる。
する。この場合、ドレイン(D)・ソース(S)間のオン電圧の変化ΔVDSにより、ドレイン(D)・ゲート(G)間の帰還容量C1とゲート(G)・ソース(S)間の入力容量C2を通してチャージ電流が流れ、ゲート(G)・ソース(S)間の電圧を増大させ、下記が成立する。
ここで、一般的にC2>C1の関係が成立しているため、式(5)は
VGS≒VGS0+C1/C2*ΔVDS ----- 式(6)
となる。
Claims (12)
- 交流電源の交流電圧を整流して直流電圧に変換する順変換器と、
前記順変換器にて変換された直流電圧を平滑する平滑コンデンサを有する直流中間回路と、
前記直流中間回路にて平滑された直流電圧を交流電圧に変換する、前記直流中間回路の(+)電位側に接続された上アーム側のワイドバンドギャップ半導体スイッチング素子と前記直流中間回路の(−)電位側に接続された下アーム側のワイドバンドギャップ半導体スイッチング素子とを備えて構成される逆変換器と、
電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器にて検出された電流が予め定めた値を超えたときに、前記上アーム側および前記下アーム側のいずれか一方のアーム側である第一のアーム側のワイドバンドギャップ半導体スイッチング素子のうちオンしているワイドバンドギャップ半導体スイッチング素子はオンを継続し、該第一のアーム側ではないもう一方のアーム側である第二のアーム側のワイドバンドギャップ半導体スイッチング素子のすべてをオフにする制御装置と、を備える電力変換装置。 - 請求項1記載の電力変換装置であって、
前記一方のアーム側は、該上アーム側または該下アーム側の何れかであることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1または2に記載の電力変換装置であって、
前記電流検出器は、該電力変換装置に出力される電流または該電力変換装置の直流母線側の電流を検出することを特徴とする電力変換装置。 - 交流電源の交流電圧を整流して直流電圧に変換する順変換器と、
前記順変換器にて変換された直流電圧を平滑する平滑コンデンサを有する直流中間回路と、
前記直流中間回路にて平滑された直流電圧を交流電圧に変換する、前記直流中間回路の(+)電位側に接続された上アーム側のワイドバンドギャップ半導体スイッチング素子と前記直流中間回路の(−)電位側に接続された下アーム側のワイドバンドギャップ半導体スイッチング素子とを備えて構成される逆変換器と、
電圧を検出する電圧検出器と、
前記電圧検出器にて検出された電圧が予め定めた値を超えたときに、前記上アーム側および前記下アーム側のいずれか一方のアーム側である第一のアーム側のワイドバンドギャップ半導体スイッチング素子のうちオンしているワイドバンドギャップ半導体スイッチング素子はオンを継続し、該第一のアーム側ではないもう一方のアーム側である第二のアーム側のワイドバンドギャップ半導体スイッチング素子のすべてをオフにする制御装置と、を備える電力変換装置。 - 請求項4記載の電力変換装置であって、
前記一方のアーム側は、該上アーム側または該下アーム側の何れかであることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項4または5に記載の電力変換装置であって、
前記電圧検出器は、該ワイドバンドギャップ半導体スイッチング素子のオン電圧またはゲート電圧を検出することを特徴とする電力変換装置。 - 交流電源の交流電圧を整流して直流電圧に変換する順変換工程と、
前記順変換工程にて変換された直流電圧を直流中間回路により平滑する平滑工程と、
前記直流中間回路の(+)電位側に接続された上アーム側のワイドバンドギャップ半導体スイッチング素子と前記直流中間回路の(−)電位側に接続された下アーム側のワイドバンドギャップ半導体スイッチング素子とにより前記平滑工程にて平滑された直流電圧を交流電圧に変換する逆変換工程と、
電流を検出する電流検出工程と、
前記電流検出工程にて検出された電流が予め定めた値を超えたときに、前記上アーム側および前記下アーム側のいずれか一方のアーム側である第一のアーム側のワイドバンドギャップ半導体スイッチング素子のうちオンしているワイドバンドギャップ半導体スイッチング素子はオンを継続し、該第一のアーム側ではないもう一方のアーム側である第二のアーム側のワイドバンドギャップ半導体スイッチング素子のすべてをオフにする制御工程と、
を備える制御方法。 - 請求項7記載の制御方法であって、
前記一方のアーム側は、該上アーム側または該下アーム側の何れかであることを特徴とする制御方法。 - 請求項6または7に記載の制御方法であって、
前記電流検出工程では、該電力変換装置に出力される電流または該電力変換装置の直流母線側の電流を検出することを特徴とする制御方法。 - 交流電源の交流電圧を整流して直流電圧に変換する順変換工程と、
前記順変換工程にて変換された直流電圧を直流中間回路により平滑する平滑工程と、
前記直流中間回路の(+)電位側に接続された上アーム側のワイドバンドギャップ半導体スイッチング素子と前記直流中間回路の(−)電位側に接続された下アーム側のワイドバンドギャップ半導体スイッチング素子とにより前記平滑工程にて平滑された直流電圧を交流電圧に変換する逆変換工程と、
電圧を検出する電圧検出工程と、
前記電圧検出工程にて検出された電圧が予め定めた値を超えたときに、前記上アーム側および前記下アーム側のいずれか一方のアーム側である第一のアーム側のワイドバンドギャップ半導体スイッチング素子のうちオンしているワイドバンドギャップ半導体スイッチング素子はオンを継続し、該第一のアーム側ではないもう一方のアーム側である第二のアーム側のワイドバンドギャップ半導体スイッチング素子のすべてをオフにする制御工程と、
を備える制御方法。 - 請求項10記載の制御方法であって、
前記一方のアーム側は、該上アーム側または該下アーム側の何れかであることを特徴とする制御方法。 - 請求項10また11に記載の制御方法であって、
前記電圧検出工程では、該ワイドバンドギャップ半導体スイッチング素子のオン電圧またはゲート電圧を検出することを特徴とする制御方法。
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