JP2019213244A - Electric power conversion system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に関し、特に多相電力変換装置に設けられるインバータ回路を制御する駆動回路に関する。 The present invention relates to a power conversion device, and more particularly to a drive circuit that controls an inverter circuit provided in a multiphase power conversion device.
多相電力変換装置は、kを1以上の整数とすると、k相電圧形インバータ回路により構成される。k相電圧形インバータ回路は、トランジスタ素子のエミッタとコレクタを接続したスイッチ素子の組をk組有する。k組の各々のトランジスタ素子のコレクタを接続し、これをP端子と称する。k組の各々のトランジスタ素子のエミッタを接続し、これをN端子と称する。 The multi-phase power converter is configured by a k-phase voltage source inverter circuit, where k is an integer of 1 or more. The k-phase voltage source inverter circuit has k sets of switch elements in which the emitter and collector of a transistor element are connected. The collectors of each of the k sets of transistor elements are connected, and this is referred to as a P terminal. The emitters of each of the k sets of transistor elements are connected, and this is referred to as an N terminal.
P端子は直流電圧源の正極に接続され、N端子は直流電圧源の負極に接続される。k組の各組のエミッタとコレクタの接続点を交流出力端子とする。中でも、k=3、すなわち、3相インバータ回路が広く普及している。 The P terminal is connected to the positive electrode of the DC voltage source, and the N terminal is connected to the negative electrode of the DC voltage source. The connection point between the emitter and collector of each of the k groups is defined as an AC output terminal. Among them, k = 3, that is, a three-phase inverter circuit is widely used.
図1は、3相電力変換装置を用いたモータ駆動システムのブロック構成図である。 FIG. 1 is a block configuration diagram of a motor drive system using a three-phase power converter.
モータ3は、巻線を有しかつ交流出力端子に接続され、種々な分野の可変速駆動用途に使用される。
The
インバータ回路2は、トランジスタTup、Tvp、Twp、Tun、Tvn、Twnがオフの際に、誘導負荷の電流を還流させる目的で各トランジスタのコレクタにダイオードDup、Dvp、Dwp、Dun、Dvn、Dwnのそれぞれのカソードが、各トランジスタのエミッタにそれぞれのアノードが夫々接続している。トランジスタTup、Tvp、Twp、Tun、Tvn、Twnは、例えばIGBTである。
The
またインバータ回路2のP端子及びN端子には、高電圧バッテリー1、スイッチングリプル除去用の平滑コンデンサ12、高周波ノイズ除去用の第1Yコンデンサ13、第2Yコンデンサ14が接続されている。
A
U相電流検出器5とV相電流検出器6とW相電流検出器7は、インバータ回路2とモータ3間に流れる3相電流を検出する。マイクロプロセッサなどを実装する制御回路9は、この検出値が電流指令に追従するように、所定の制御演算が行われる。
The U-phase
なお直流電圧検出器4の検出電圧及び回転検出器8の検出回転子角度は、制御回路9によるい制御演算の際に用いられる。その結果に応答して、インバータ回路2の各トランジスタがオンオフ制御される。
Note that the detection voltage of the DC voltage detector 4 and the detected rotor angle of the rotation detector 8 are used in the control calculation by the control circuit 9. In response to the result, each transistor of the
その際、各組のトランジスタは相補動作させる。また、それぞれコレクタ端子をP端子としたトランジスタのエミッタ端子(トランジスタのスイッチング電圧の基準電位を与える端子でもある)の電位は対を成す他方のトランジスタがオンの場合は、負電極電位となり、オフの場合は正極電位となる。 At that time, each set of transistors is operated in a complementary manner. In addition, the potential of the emitter terminal of the transistor having the collector terminal as the P terminal (which is also a terminal for providing a reference potential for the switching voltage of the transistor) is the negative electrode potential when the other transistor in the pair is on, In this case, the potential is positive.
従って、各トランジスタのエミッタ端子は異なることがあるため、これらを接続すると正極電位と負極電位間で短絡電流が生ずる故、各トランジスタを駆動する回路は各々絶縁された電源11bを供給されたゲート駆動回路10を必要とする。
Accordingly, since the emitter terminals of the transistors may be different, a short circuit current is generated between the positive electrode potential and the negative electrode potential when they are connected. Therefore, the circuit for driving each transistor is driven by the gate supplied with the insulated power supply 11b. The
一方、それぞれエミッタ端子をN端子としたトランジスタのその電位はトランジスタのオンオフに関係なく、負電極の電位となる。ただし、夫々のエミッタ端子を接続する配線インピーダンスに生ずる電圧降下が無視できる場合である。この場合は、各トランジスタのエミッタ端子は同電位であるため、これらを接続することは可能である。 On the other hand, the potential of the transistor having the N terminal as the emitter terminal is the potential of the negative electrode regardless of whether the transistor is on or off. However, this is a case where the voltage drop generated in the wiring impedance connecting the respective emitter terminals can be ignored. In this case, since the emitter terminals of the transistors have the same potential, they can be connected.
そうでない場合は、前述の電圧降下が負電極電位に重畳され、夫々のエミッタ電位が変動する。そのため、スイッチング時にその電圧降下が大きくなる大電流かつ高速なスイッチングインバータ回路では、それらのトランジスタスイッチング回路も各々絶縁された電源供給をしていた。 Otherwise, the aforementioned voltage drop is superimposed on the negative electrode potential, and the respective emitter potentials fluctuate. Therefore, in a high-current and high-speed switching inverter circuit in which the voltage drop becomes large at the time of switching, these transistor switching circuits are also supplied with isolated power.
なお、絶縁電源としては、図2に示すトランスを用いたスイッチング電源が一般に採用される。図2は、図1に示されるスイッチング電源11bの一例となる絶縁型スイッチング電源の回路図である。図2に示されるような絶縁型スイッチング電源は、例えば、特許文献1に記載されている。
Note that a switching power supply using a transformer shown in FIG. 2 is generally employed as the insulated power supply. FIG. 2 is a circuit diagram of an isolated switching power supply as an example of the switching power supply 11b shown in FIG. An insulated switching power supply as shown in FIG. 2 is described in, for example,
なお、図2では高圧電源系回路とは絶縁素子を介して、信号を送受信する制御回路9に電力を供給するスイッチング電源11aを示したが、本発明においては絶縁電源である必要はない。 In FIG. 2, the switching power supply 11 a that supplies power to the control circuit 9 that transmits and receives signals is shown as an isolation power supply in the present invention.
図1に示されるように、P端子にコレクタを接続したトランジスタ(これを以降、上アームトランジスタと呼ぶ)が3つの素子、N端子にエミッタを接続したトランジスタ(これを以降、下アームトランジスタと呼ぶ)が3つの素子が存在する。故に図2に示されるように、夫々に独立したトランスのタップが計6組存在する。これらを2次側と称すると、それら2次側タップに電力を供給するタップ1組(1次側と称する)、少なくとも、総計7組が必要となる。ここで、タップとはトランス巻線の引き出し線を接続する端子(2端子で1組)である。 As shown in FIG. 1, a transistor having a collector connected to the P terminal (hereinafter referred to as an upper arm transistor) has three elements, and a transistor having an emitter connected to the N terminal (hereinafter referred to as a lower arm transistor). ) Has three elements. Therefore, as shown in FIG. 2, there are a total of six sets of independent transformer taps. When these are referred to as secondary sides, one set of taps (referred to as primary side) for supplying power to the secondary side taps, at least a total of 7 sets are required. Here, the tap is a terminal (one set of two terminals) for connecting the lead wire of the transformer winding.
2次側の上アームトランジスタはスイッチング状態によって、エミッタ端子電位がP端子電位又は、N端子電位に変化するため、絶縁強度を確保する観点で、それらに接続されるタップには、所定の沿面もしくは、空間距離を確保する必要がある。下アームと上アームトランジスタについても、隣接したタップを使用する場合には、同様である。 Since the emitter terminal potential changes to the P terminal potential or the N terminal potential depending on the switching state, the secondary side upper arm transistor has a predetermined creepage or tap on the tap connected to them from the viewpoint of securing the insulation strength. It is necessary to secure a spatial distance. The same applies to the lower arm and upper arm transistors when adjacent taps are used.
1次側と2次側のタップは、両者に発生する最大電位差に応じて、所定の沿面もしくは、空間距離を確保する必要がある。 The taps on the primary side and the secondary side need to ensure a predetermined creepage or a spatial distance in accordance with the maximum potential difference generated between them.
所定の沿面もしくは、空間距離の算定に、例えば、IEC60664−1を参照する事ができる。それによると、トランスタップ間の沿面距離は、巻線並びに、タップを保持するボビンの形成素材の材料Grが1、インバータの入力直流電圧が最大925VDCとすると、4.63mm以上必要である。また、最高高度6000mを想定した場合の空間距離は2.55mm以上必要である。 For example, IEC606664-1 can be referred to for a predetermined creepage or calculation of a spatial distance. According to this, the creepage distance between the transformer taps needs to be 4.63 mm or more when the material Gr of the material for forming the bobbin holding the tap and the tap is 1 and the maximum input DC voltage of the inverter is 925 VDC. Further, the spatial distance when the maximum altitude is assumed to be 6000 m needs to be 2.55 mm or more.
タップ間に所定の沿面距離を確保するためタップ数に応じて、トランスの外形寸法は必然的に大きくなる。そのため、それを実装する基板面積は増加し、小型化の阻害要因となる。 In order to ensure a predetermined creepage distance between the taps, the outer dimensions of the transformer inevitably increase according to the number of taps. Therefore, the area of the board on which it is mounted increases, which becomes an obstacle to downsizing.
これを回避する例として、例えば、特許文献2や特許文献3に記載されている。
Examples of avoiding this are described in
特許文献2は、下アームトランジスタ(3素子)のエミッタ端子を夫々接続している。その結果、絶縁電源を構成するトランスのタップ数を2組減らす事ができる。しかしながら、前述の通り、夫々のエミッタ端子を接続する配線インピーダンスに生ずる電圧降下が大きいシステムでは採用が難しい。
In
特許文献3では、下アームトランジスタのエミッタ端子と電源を接続する経路にインピーダンスを挿入することにより、夫々のエミッタ端子を接続する配線インピーダンスに生ずる電圧降下が大きいシステムにおいても、絶縁電源を構成するトランスのタップ数を2組減らす事ができる技術が開示されている。
In
しかしながら、特許文献2に記載の回路図において、トランジスタのゲート端子にかかる最大定格を更に抑える必要性が生じている。
However, in the circuit diagram described in
本発明の課題は、ゲート駆動性能の低下を抑制しながらトランスのタップ数を削減し、延いては、システムの小型化や低コスト化を達成することである。 An object of the present invention is to reduce the number of taps of a transformer while suppressing a decrease in gate drive performance, and to achieve downsizing and cost reduction of the system.
本発明に係る電力変換装置は、トランジスタ素子のエミッタとコレクタを接続しかつk相負荷に接続するk組のスイッチ素子の組と、前記k組の前記トランジスタ素子のコレクタを接続する正極端子と、前記k組の前記トランジスタ素子のエミッタを接続する負極端子と、前記各組のエミッタとコレクタの接続点と接続する交流出力端子と、前記トランジスタ素子の各々のゲート電極の電位を変化させてスイッチ状態をオンオフ制御するゲート駆動回路と、前記ゲート駆動回路に電力を供給する絶縁電源回路と、を備え、前記絶縁電源回路は、トランスを有し、前記トランスは、k+2組のタップを有し、前記k+2組のタップのうち1組の第1タップには2k個並列接続された第1ダイオード群と、前記k+2組のタップのうち前記第1タップ以外のいずれかのタップには第2ダイオードが接続される。 A power conversion device according to the present invention includes a set of k switch elements that connect an emitter and a collector of a transistor element and that is connected to a k-phase load, a positive electrode terminal that connects a collector of the k sets of the transistor elements, Switch state by changing the potential of the negative electrode terminal connecting the emitters of the k sets of the transistor elements, the AC output terminal connecting the connection points of the emitters and the collectors of the sets, and the gate electrodes of the transistor elements. A gate drive circuit that controls on / off of the power supply, and an insulated power supply circuit that supplies power to the gate drive circuit, wherein the insulated power supply circuit includes a transformer, and the transformer includes k + 2 sets of taps, Among the k + 2 sets of taps, one set of the first taps includes 2k first diode groups connected in parallel and the k + 2 sets of taps of the first tap. The one of the tap other than the flop is connected to a second diode.
本発明により、ゲート駆動性能の低下を抑制しながらトランスのタップ数を削減し、延いては、システムの小型化や低コスト化を達成することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the number of taps of a transformer while suppressing a decrease in gate drive performance, and to achieve downsizing and cost reduction of the system.
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図3(a)は、本実施形態に係る絶縁電源回路とインバータ回路を示す回路図である。当該回路に係る動作を説明するにあたって、インバータ回路には下アームトランジスタのエミッタ端子電位の考察に必要な配線インダクタンスLun、Lvn、Lwn、leun、levn、lewnを追記している(図1では省略)。 FIG. 3A is a circuit diagram showing an insulated power supply circuit and an inverter circuit according to the present embodiment. In describing the operation related to the circuit, wiring inductances Lun, Lvn, Lwn, leun, levn, and lewn necessary for consideration of the emitter terminal potential of the lower arm transistor are added to the inverter circuit (omitted in FIG. 1). .
各トランジスタに接続されるゲート駆動回路GCup、GCvp、GCwp、GCun、GCvn、GCwnは、図1に示されたゲート駆動回路10に対応する。これは、図1に示された制御回路9からのスイッチング信号Sup、Svp、Swp、Sun、Svn、Swnをフォトカプラなどで絶縁し、適切な増幅回路を通して、対応するトランジスタのゲート端子に与えられる。
Gate drive circuits GCup, GCvp, GCwp, GCun, GCvn, and GCwn connected to each transistor correspond to the
電源Eup、Evp、Ewpがゲート駆動回路GCup、GCvp、GCwpに夫々が絶縁された電力を供給している。 The power supplies Eup, Evp, and Ewp supply insulated power to the gate drive circuits GCup, GCvp, and GCwp, respectively.
ゲート駆動回路GCunの電源電圧は、トランス巻線Lnの出力電圧をダイオードD1un、D0un並びにCunにて平滑されて供給される。残るゲート駆動回路GCxnの電源電圧は、同じトランス巻線Lnの出力電圧をダイオードD1xn、D0xn並びにCxnにて平滑されて供給される。ここでxは、vまたはwである。 The power supply voltage of the gate drive circuit GCun is supplied after the output voltage of the transformer winding Ln is smoothed by the diodes D1un, D0un and Cun. The power supply voltage of the remaining gate drive circuit GCxn is supplied after the output voltage of the same transformer winding Ln is smoothed by the diodes D1xn, D0xn and Cxn. Here, x is v or w.
なおトランス1次側の回路は、トランス巻線L0の一端がダイオードD0のアノードを通して、スイッチング素子(FET)S0のドレインに、そのカソードが接続されている点が異なっている。しかしながら、これによるスイッチング素子S0のオンオフに伴うトランスTの励磁動作に変化はないので、図2の巻線Lup、Lvp、LwpをL0、Lnとボビン共有することで、複数のトランスを用いる必要はない。 The circuit on the primary side of the transformer is different in that one end of the transformer winding L0 is connected to the drain of the switching element (FET) S0 through the anode of the diode D0. However, since there is no change in the excitation operation of the transformer T due to the on / off of the switching element S0, it is necessary to use a plurality of transformers by sharing the windings Lup, Lvp, and Lwp of FIG. 2 with L0 and Ln. Absent.
すなわち、図2の巻線L0、Lup、Lvp、Lwp、Lun、Lvn、Lwnの計7巻線(7組のタップ)はL0、Lup、Lvp、Lwp、Lnの計5巻線(5組のタップ)まで削減することができる。 That is, the total of 7 windings (7 sets of taps) of windings L0, Lup, Lvp, Lwp, Lun, Lvn, and Lwn in FIG. 2 are 5 windings (5 sets of L0, Lup, Lvp, Lwp, and Ln). (Tap).
図3(b)は、図3(a)に係る回路の動作を、トランジスタTun、Tvn、Twnのエミッタ・ゲート間の電圧V(gu,eu) 、V(gv,ev)、 V(gw,ew)を解析した結果である。 FIG. 3B shows the operation of the circuit according to FIG. 3A with the voltages V (gu, eu), V (gv, ev), V (gw, Vb) between the emitters and gates of the transistors Tun, Tvn, and Twn. ew) is a result of analysis.
ここで、図2に示された配線インダクタンスLun、Lvn、Lwnは30nH(抵抗分60uΩ)、leun、levn、lewnは10nH(抵抗分0.1Ω)とした。また、PN間の直流電圧は400VDC、トランジスタスイッチング時の各電流はiu、ivが265A、iwは−530Aに設定した。トランジスタゲート抵抗はオンオフ時のサージ電圧が、素子の最大定格内に収まる範囲で、最も高速にスイッチングする値に選んでいる。 Here, the wiring inductances Lun, Lvn, and Lwn shown in FIG. 2 were set to 30 nH (resistance component 60 uΩ), and leun, levn, and lewn were set to 10 nH (resistance component 0.1 Ω). The DC voltage between the PNs was set to 400 VDC, the currents during transistor switching were set to iu, iv was set to 265A, and iw was set to -530A. The transistor gate resistance is selected to be the fastest switching value within the range in which the surge voltage during ON / OFF is within the maximum rating of the device.
ここで、インバータ回路のPWM周波数は10kHz、電源の1次側スイッチング素子S0(FET)の駆動周波数は100kHzとし、2次側電圧は15VとなるようにDutyを設定している。 Here, the PWM frequency of the inverter circuit is 10 kHz, the drive frequency of the primary side switching element S0 (FET) of the power source is 100 kHz, and the duty is set so that the secondary side voltage is 15V.
比較のために、図4(a)の比較回路を示し、同様に図4(a)を解析した結果を図4(b)に示す。図4(a)は、比較例1に係る絶縁電源回路とインバータ回路を示す回路図である。図4(b)は、図4(a)に係る回路の動作を解析した結果である。 For comparison, the comparison circuit of FIG. 4A is shown, and the result of analyzing FIG. 4A is shown in FIG. 4B. FIG. 4A is a circuit diagram showing an insulated power supply circuit and an inverter circuit according to the first comparative example. FIG. 4B shows the result of analyzing the operation of the circuit according to FIG.
この回路は下アームトランジスタにも絶縁電源を供給する回路であるが、図3(b)と図4(b)を比較してわかるように、ゲート電圧に発生するオーバーシュートはほぼ同等である。 This circuit supplies an insulating power supply to the lower arm transistor as well, but as can be seen by comparing FIG. 3B and FIG. 4B, the overshoot generated in the gate voltage is almost the same.
次に本実施形態と同様に、トランスタップ数を削減する比較回路の1つである図5(a)を示し、図5(b)の回路の動作を同様に解析した結果を図5(b)に示す。図5(a)は、比較例2に係る絶縁電源回路とインバータ回路を示す回路図である。図5(b)は、図5(a)に係る回路の動作を解析した結果である。 Next, as in the present embodiment, FIG. 5A, which is one of the comparison circuits for reducing the number of transformer taps, is shown, and the results of analyzing the operation of the circuit of FIG. ). FIG. 5A is a circuit diagram showing an insulated power supply circuit and an inverter circuit according to Comparative Example 2. FIG. 5B shows the result of analyzing the operation of the circuit according to FIG.
図5(b)によると、図3(b)や図4(b)のゲート電圧に比べ、それに発生するオーバーシュートが高くなっている。そして、V(gw,ew)は解析に選択したトランジスタの最大定格±20Vを超えている。 According to FIG. 5B, the overshoot generated in the gate voltage is higher than that in FIG. 3B or FIG. 4B. V (gw, ew) exceeds the maximum rating ± 20 V of the transistor selected for analysis.
これは、トランジスタゲート抵抗をより大きく設定し、そのスイッチング速度を遅くすることで、解消することは可能だが、スイッチングに伴う損失が増大するという問題がある。 This can be solved by setting the transistor gate resistance larger and slowing the switching speed, but there is a problem that the loss accompanying switching increases.
ここで、本実施形態に係る図3(a)と比較例2に係る図5(a)の差異が生じた理由を説明する。 Here, the reason why the difference between FIG. 3A according to the present embodiment and FIG. 5A according to the comparative example 2 occurs will be described.
本実施形態では下アームトランジスタのゲート駆動回路用電源のトランス巻線は1つLnに集約しているが、その出力電圧を整流する回路は個別に設けている。 In this embodiment, the transformer windings of the power supply for the gate drive circuit of the lower arm transistor are concentrated in one Ln, but circuits for rectifying the output voltage are provided individually.
スイッチング時に各トランジスタのエミッタ電位は、配線インダクタンスに生ずる電圧降下v=L・di/dtにより変化する。そして、その結果一番電位が高い相の整流ダイオードのみ(例えば、Du0n)がオンする。 At the time of switching, the emitter potential of each transistor changes due to a voltage drop v = L · di / dt generated in the wiring inductance. As a result, only the phase rectifier diode having the highest potential (for example, Du0n) is turned on.
他の相のダイオード(例えば、Dv0nとDw0n)はオフし、絶縁と等価な状態となる。よって、スイッチングの過渡期は、一時的にトランス巻線とは切り離された状態となるが、各相に平滑コンデンサを設けているため、供給電圧は維持される。 The diodes of other phases (for example, Dv0n and Dw0n) are turned off, and the state is equivalent to insulation. Therefore, during the switching transition period, the transformer winding is temporarily disconnected, but the supply voltage is maintained because the smoothing capacitors are provided for each phase.
従って、動作としては全てのトランジスタのゲート駆動回路に絶縁電源を供給する図4(a)と同等となる。 Therefore, the operation is the same as that of FIG. 4A in which the insulated power is supplied to the gate drive circuits of all transistors.
さて、整流の観点では各カソードがトランス巻線端子に接続されたダイオードDu0n、Dv0n、Dw0nで十分であるが、それらが接続されていないトランス巻線の他端子にアノードを接続するダイオードDu0p、Dv0p、Dw0pを追加している。 From the viewpoint of rectification, the diodes Du0n, Dv0n, Dw0n having the cathodes connected to the transformer winding terminals are sufficient, but the diodes Du0p, Dv0p connecting the anodes to the other terminals of the transformer winding to which they are not connected. , Dw0p is added.
その理由を以下に説明する。ダイオードDv0n、Dw0nがオフしている場合、ダイオードDv0p、Dw0pがないとすると、v相トランジスタエミッタ端子→平滑コンデンサCvn→平滑コンデンサCwn→w相トランジスタエミッタ端子の経路により、v相または、w相のエミッタ電位が変動してしまう。ダイオードDu0p、Dv0p、Dw0pはこの変動を防止する。 The reason will be described below. If the diodes Dv0n and Dw0n are off, and there are no diodes Dv0p and Dw0p, depending on the path of the v-phase transistor emitter terminal → smoothing capacitor Cvn → smoothing capacitor Cwn → w-phase transistor emitter terminal, The emitter potential fluctuates. Diodes Du0p, Dv0p, and Dw0p prevent this variation.
本実施形態に係る2次側回路は、1次側スイッチング素子(FET)S0のオン直後に、2次側グラウンドからFETの寄生ダイオードを通り、2次側供給電源の正極に向かう電流が生じたため、これを防止するために、トランス1次側にダイオードD0を追加している。 In the secondary side circuit according to the present embodiment, immediately after the primary side switching element (FET) S0 is turned on, a current is generated from the secondary side ground through the parasitic diode of the FET toward the positive electrode of the secondary side power supply. In order to prevent this, a diode D0 is added to the primary side of the transformer.
一方、図5(a)の回路では、トランス巻線Lnに1つの整流回路を設け、ゲート駆動回路に電源を供給すると共に、その基準電位点にカソードを接続したダイオードを介して、下アームの各エミッタ端子を接続している。 On the other hand, in the circuit of FIG. 5 (a), one rectifier circuit is provided in the transformer winding Ln to supply power to the gate drive circuit, and through a diode having a cathode connected to the reference potential point, Each emitter terminal is connected.
その結果、本実施形態と同様に、スイッチング時に一番電位が高い相のダイオードのみがオンし、残る他相はオフするため、過渡的なエミッタ電位の変動の影響を他相に与えない。しかし、経路に電圧を平滑するコンデンサがないため、本実施形態に比べ、電位変動の影響を受けやすいと考えられる。 As a result, as in the present embodiment, only the diode having the highest potential is turned on and the remaining other phases are turned off at the time of switching, so that the influence of the transient emitter potential fluctuation is not given to the other phases. However, since there is no capacitor for smoothing the voltage in the path, it is considered that the capacitor is more susceptible to potential fluctuations than the present embodiment.
また、図5(a)の回路ではダイオードの極性から考えて、ゲート端子に負電圧をかけることは不可能であるが、本実施形態は下アームトランジスタそれぞれに、電源を供給する方式であるため、必然的に絶縁電源を供給する上アームトランジスタと同様に図6のような回路を、図3(a)の平滑コンデンサCun、Cvn、Cwn両端に接続すれば、負電圧をゲート端子に印可できる。 Further, in the circuit of FIG. 5A, it is impossible to apply a negative voltage to the gate terminal in view of the polarity of the diode, but since this embodiment is a system for supplying power to each lower arm transistor. If a circuit as shown in FIG. 6 is connected to both ends of the smoothing capacitors Cun, Cvn, and Cwn of FIG. .
図6は、他の実施形態に係る絶縁型スイッチング電源に係る回路図である。 FIG. 6 is a circuit diagram according to an isolated switching power supply according to another embodiment.
図6に係る回路はアノードを整流電圧のグランド側へ、カソードをバイアス抵抗21へ接続したツェナダイオード20により仮想グランドを形成している。バイアス抵抗 21の一端は整流電圧の正極に接続され、ツェナ電圧を得る所定のバイアス電流をツェナダイオード20に流している。バイアス抵抗21とツェナダイオード20には電圧平滑化を目的にしたコンデンサ22、コンデンサ23がそれぞれ並列に接続している。バイアス抵抗21とツェナダイオード20の接続点が仮想グラウンドであり、これを、トランジスタのエミッタに接続する。
In the circuit according to FIG. 6, a virtual ground is formed by a
整流電圧の正極には抵抗24が接続され、その他端はnpnトランジスタ25のコレクタに接続している。また、そのエミッタはインバータ回路のトランジスタゲートへ接続する。npnトランジスタ25がオンすると抵抗24を介して、正電圧E−V_DZがゲートへ印可される。
A
整流電圧のグラウンドには抵抗26が接続され、その他端はpnpトランジスタ27のコレクタに接続している。また、そのエミッタはインバータ回路のトランジスタゲートへ接続する。pnpトランジスタ27がオンすると抵抗26を介して、負電圧V_DZがゲートへ印可される。
A
npnトランジスタ25、pnpトランジスタ27のベースは接続され、図示を省略した適当なベース抵抗を介し、フォトカプラなどの絶縁素子を通し、制御信号Sxxに応答し、オンオフする。ここで、npnトランジスタ25、pnpトランジスタ27は相補動作する。
The bases of the
実施例ではインバータ回路を構成するトランジスタは、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を例にしめしたが、スイッチング制御する主電流を流す2端子とそのオンオフを制御する1端子を有する半導体素子であれば、本実施懈怠を適用できる。本実施形態で例示のIGBTに対して、FET(Field effect transistor)の場合は、コレクタをドレイン、エミッタをソースと主電流を流す端子を読み替え、BJT(Bipolar junction transistor)の場合は、ゲートをベースと制御を行う端子を読み替えれば良い。 In the embodiment, the transistor constituting the inverter circuit is an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) as an example. However, if the semiconductor element has two terminals for supplying a main current for switching control and one terminal for controlling on / off, This implementation failure is applicable. In contrast to the IGBT exemplified in the present embodiment, in the case of FET (Field Effect Transistor), the collector is replaced with the drain and the emitter is the source and the terminal for flowing the main current is read. In the case of BJT (Bipolar Junction Transistor), the gate is the base. It is sufficient to read the terminal that performs the control.
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DESCRIPTION OF
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Claims (1)
前記k組の前記トランジスタ素子のコレクタを接続する正極端子と、
前記k組の前記トランジスタ素子のエミッタを接続する負極端子と、
前記各組のエミッタとコレクタの接続点と接続する交流出力端子と、
前記トランジスタ素子の各々のゲート電極の電位を変化させてスイッチ状態をオンオフ制御するゲート駆動回路と、
前記ゲート駆動回路に電力を供給する絶縁電源回路と、を備え、
前記絶縁電源回路は、トランスを有し、
前記トランスは、k+2組のタップを有し、
前記k+2組のタップのうち1組の第1タップには2k個並列接続された第1ダイオード群と、
前記k+2組のタップのうち前記第1タップ以外のいずれかのタップには第2ダイオードが接続される電力変換装置。 A set of k switch elements connecting the emitter and collector of the transistor element and connecting to the k-phase load;
A positive terminal connecting collectors of the k sets of the transistor elements;
A negative terminal connecting the emitters of the k sets of the transistor elements;
AC output terminals connected to the connection points of the emitters and collectors of each set,
A gate drive circuit for controlling on / off of a switch state by changing a potential of each gate electrode of the transistor element;
An insulated power supply circuit for supplying power to the gate drive circuit,
The insulated power supply circuit has a transformer,
The transformer has k + 2 sets of taps,
Of the k + 2 sets of taps, 2k first diode groups connected in parallel to one set of first taps;
A power conversion device in which a second diode is connected to any one of the k + 2 sets of taps other than the first tap.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2018
- 2018-05-31 JP JP2018104232A patent/JP2019213244A/en active Pending
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