JP2020072540A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power conversion device.
従来、この種の電力変換装置は、インバータとしての動作では、単方向の半導体スイッチ素子に逆並列にダイオード素子を接続した半導体スイッチを高速でオンオフすることにより、擬似交流に変換し、得られて擬似交流により交流モータ等を可変速駆動させるものである。 Conventionally, this type of power conversion device, in the operation as an inverter, is converted into a pseudo alternating current by rapidly turning on and off a semiconductor switch in which a diode element is connected in antiparallel to a unidirectional semiconductor switching element, and is converted into a pseudo alternating current. The AC motor is driven at a variable speed by the pseudo AC.
特に、半導体スイッチのオンオフの際には、回路の電位が急変して大きなノイズを発生したり、大きなスイッチング損失を生じたりするので、直流電力部分の直流電位の中性点を設け、中性点と直流の高電圧ラインとの間、もしくは、中性点と直流の低電圧ラインとの間をそれぞれオンオフさせる、いわゆる3レベルインバータというインバータ回路の方式がある。 In particular, when the semiconductor switch is turned on and off, the potential of the circuit suddenly changes, causing large noise and large switching loss.Therefore, a neutral point of the DC potential of the DC power part is provided. There is an inverter circuit system called a so-called three-level inverter that turns on and off between a neutral point and a direct current low voltage line, or between a neutral point and a direct current low voltage line.
これに対して、中性点を用いず、直流の高電圧ラインと低電圧ラインのみを用いる方式は、2レベルインバータといわれている。 On the other hand, a system that uses only a DC high voltage line and a DC low voltage line without using a neutral point is called a two-level inverter.
3レベルインバータ回路では、交流側出力端子は、直流の高電圧ライン、直流の中性点、直流の低電圧ラインのいずれかの電位になるので、それぞれの電位に接続する半導体スイッチが必要になる。 In the three-level inverter circuit, the AC-side output terminal has a potential of either a DC high-voltage line, a DC neutral point, or a DC low-voltage line, so a semiconductor switch connected to each potential is required. ..
特に、中性点からの電流出力は双方向になるため、双方向の半導体スイッチが必要になる。三相の擬似交流を作成するには、半導体スイッチが2レベルインバータでは6個であるのに対し、3レベルインバータでは少なくとも9個の半導体スイッチが必要となる。 In particular, since the current output from the neutral point is bidirectional, a bidirectional semiconductor switch is required. In order to create a three-phase pseudo alternating current, at least nine semiconductor switches are required for the three-level inverter, whereas the two-level inverter has six semiconductor switches.
これらの半導体スイッチをオンさせるには、半導体スイッチの一端に対してある電位を与えることにより実現できるが、ある電位を与えるためには、それぞれの半導体スイッチに対して、小さいながらも独立した電源(以下、制御電源と称す)が必要になる。 These semiconductor switches can be turned on by applying a certain electric potential to one end of the semiconductor switch, but in order to give a certain electric potential, a small but independent power supply ( Hereinafter, it will be referred to as a control power supply).
また、3レベルインバータは半導体スイッチの数が多いため、独立した制御電源の個数も多くなってしまう。 Further, since the three-level inverter has a large number of semiconductor switches, the number of independent control power sources also increases.
これに対して、単方向半導体スイッチ素子と単方向半導体スイッチ素子に逆並列に接続されたダイオード素子とから構成される半導体スイッチを直列接続し、直流の高電圧ラインと低電圧ラインに接続して、その中点を交流出力する2レベルインバータの出力端子に、直流中性点との間に、同じ半導体スイッチを互いに逆極性に直列接続して双方向スイッチを構成した3レベルインバータ回路の制御電源の個数を減らす方法として、双方向スイッチを構成する半導体スイッチのダイオード素子のカソードを共通に接続した場合には、独立した制御電源の個数が2個で実現できる方法や、双方向スイッチを構成する半導体スイッチのダイオード素子のアノードを共通に接続した場合には、独立した制御電源の個数が4個で実現できる方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 On the other hand, a semiconductor switch composed of a unidirectional semiconductor switch element and a diode element connected in antiparallel to the unidirectional semiconductor switch element is connected in series and connected to a high voltage line and a low voltage line of DC. , A control power supply for a three-level inverter circuit in which the same semiconductor switch is serially connected in reverse polarity to the output terminal of a two-level inverter that outputs the midpoint of the AC to the neutral point of the DC. As a method of reducing the number of the two, when the cathodes of the diode elements of the semiconductor switches that form the bidirectional switch are connected in common, the number of independent control power supplies can be realized by two, or the bidirectional switch is configured. Disclosed is a method in which the number of independent control power supplies can be realized when the anodes of the diode elements of the semiconductor switches are commonly connected. Is (e.g., see Patent Document 1).
しかしながら、前記従来の構成では、独立した制御電源が複数個必要であり、絶縁トランスの出力巻線の個数を複数個必要としてしまうので、変換装置を小型化するのが困難でなるという課題を有していた。 However, the conventional configuration requires a plurality of independent control power supplies and a plurality of output windings of the insulation transformer, which makes it difficult to downsize the conversion device. Was.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、1個の制御電源から、他の半導体スイッチの制御電源をすべて構成できるので、装置の小型化を実現した電力変換装置を提供することを目的とするものである。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a power conversion device that realizes miniaturization of the device, since one control power supply can configure all the control power supplies of other semiconductor switches. It is what
前記従来の課題を解決するために、本発明の電力変換装置は、単方向半導体スイッチ素子と、前記単方向半導体スイッチ素子に逆並列に接続されたダイオード素子と、から構成される半導体スイッチを複数備え、第一の半導体スイッチの一端と第二の半導体スイッチの一端とは直列に接続され、前記第一の半導体スイッチの他端は直流の低電圧ラインに接続され、前記第二の半導体スイッチの他端は直流の高電圧ラインに接続されており、前記第一の半導体スイッチと前記第二の半導体スイッチとの接続ラインに、擬似交流の電位を発生する2レベルインバータの出力端子が設けられており、第三の半導体スイッチの一端と第四の半導体スイッチの一端とは、前記ダイオード素子のアノードが共通になるように直列に接続され、前記第三の半導体スイッチの他端は前記出力端子に接続され、前記第四の半導体スイッチの他端は、前記高電圧ラインと前記低電圧ラインとの間の直流中性点に接続されることで形成されている双方向半導体スイッチと、前記低電圧ラインに接続されている制御電源と、前記第二の半導体スイッチと前記出力端子との接続ラインに接続されている半導体スイッチ用コンデンサと、前記アノードの電位を基準として設けられている双方向半導体スイッチ用コンデンサと、を有し、前記制御電源の正極と、前記半導体スイッチ用の制御電源用コンデンサの正極とは、第一のダイオードと第一の抵抗とを介して接続されているとともに、前記制御電源の正極と、前記双方向半導体スイッチ用コンデンサの正極とは、第二のダイオードと第二の抵抗とを介して接続されている。 In order to solve the conventional problems, the power conversion device of the present invention includes a plurality of semiconductor switches each including a unidirectional semiconductor switch element and a diode element connected in antiparallel to the unidirectional semiconductor switch element. Comprising, one end of the first semiconductor switch and one end of the second semiconductor switch are connected in series, the other end of the first semiconductor switch is connected to a direct current low voltage line, The other end is connected to a direct current high voltage line, and a connection line between the first semiconductor switch and the second semiconductor switch is provided with an output terminal of a two-level inverter that generates a pseudo alternating current potential. And one end of the third semiconductor switch and one end of the fourth semiconductor switch are connected in series so that the anode of the diode element is common, The other end of the body switch is connected to the output terminal, and the other end of the fourth semiconductor switch is formed by being connected to a DC neutral point between the high voltage line and the low voltage line. A bidirectional semiconductor switch, a control power supply connected to the low voltage line, a semiconductor switch capacitor connected to a connection line between the second semiconductor switch and the output terminal, and a potential of the anode. A bidirectional semiconductor switch capacitor provided as a reference, and the positive electrode of the control power supply and the positive electrode of the control power supply capacitor for the semiconductor switch have a first diode and a first resistor. And the positive electrode of the control power supply and the positive electrode of the bidirectional semiconductor switch capacitor are connected via a second diode and a second resistor. It has been.
これにより、第一の半導体スイッチをオンすることにより、低電圧ラインに接続されている制御電源の正極から、第二のダイオードと第二の抵抗を介して、双方向半導体スイッチ用コンデンサ、第三の半導体スイッチの逆並列ダイオード素子、第一の半導体スイッチ、制御電源の負極と電流が流れるため、このとき、双方向半導体スイッチ用の第三の制御回路と並列接続されている双方向半導体スイッチ用コンデンサが充電されて、一時的に双方向半導体スイッチ用の制御電源が構成される。 Thus, by turning on the first semiconductor switch, from the positive electrode of the control power supply connected to the low voltage line, through the second diode and the second resistor, the bidirectional semiconductor switch capacitor, the third For the anti-parallel diode element of the semiconductor switch, the first semiconductor switch, and the negative electrode of the control power source, a current flows, so at this time, for the bidirectional semiconductor switch connected in parallel with the third control circuit for the bidirectional semiconductor switch. The capacitor is charged to temporarily form a control power supply for the bidirectional semiconductor switch.
また、第一の半導体スイッチをオンすることにより、低電圧ラインに接続されている制御電源の正極から、第一のダイオードと第一の抵抗とを介して、半導体スイッチ用の制御電源用コンデンサ、第一の半導体スイッチ、制御電源の負極と電流が流れるため、このとき、第二の半導体スイッチ用の第二の制御回路と並列接続されている半導体スイッチ用コンデンサが充電されて、一時的に第二の半導体スイッチ用の制御電源が構成される。 Further, by turning on the first semiconductor switch, from the positive electrode of the control power supply connected to the low voltage line, via the first diode and the first resistor, the control power supply capacitor for the semiconductor switch, Since a current flows through the first semiconductor switch and the negative electrode of the control power supply, at this time, the semiconductor switch capacitor connected in parallel with the second control circuit for the second semiconductor switch is charged and temporarily A control power supply for the second semiconductor switch is configured.
すなわち、直流の低電圧ラインに接続されている制御用電源から、双方向半導体スイッチ用の制御電源および第二の半導体スイッチ用の制御電源を構成することができるので、装置の小型化を実現した電力変換装置を提供できる。 That is, since the control power supply for the bidirectional semiconductor switch and the control power supply for the second semiconductor switch can be configured from the control power supply connected to the DC low voltage line, the device can be downsized. A power converter can be provided.
本発明によれば、1個の制御電源から、他の半導体スイッチの制御電源をすべて構成できるので、装置の小型化を実現した電力変換装置を提供できる。 According to the present invention, since one control power supply can configure all the control power supplies for the other semiconductor switches, it is possible to provide a power conversion device that realizes miniaturization of the device.
第1の発明は、単方向半導体スイッチ素子と、前記単方向半導体スイッチ素子に逆並列に接続されたダイオード素子と、から構成される半導体スイッチを複数備え、第一の半導体スイッチの一端と第二の半導体スイッチの一端とは直列に接続され、前記第一の半導体スイッチの他端は直流の低電圧ラインに接続され、前記第二の半導体スイッチの他端は直流の高電圧ラインに接続されており、前記第一の半導体スイッチと前記第二の半導体スイッチとの接続ラインに、擬似交流の電位を発生する2レベルインバータの出力端子が設けられており、第三の半導体スイッチの一端と第四の半導体スイッチの一端とは、前記ダイオード素子のアノードが共通になるように直列に接続され、前記第三の半導体スイッチの他端は前記出力端子に接続され、前記第四の半導体スイッチの他端は、前記高電圧ラインと前記低電圧ラインとの間の直流中性点に接続されることで形成されている双方向半導体スイッチと、前記低電圧ラインに接続されている制御電源と、前記第二の半導体スイッチと前記出力端子との接続ラインに接続されている半導体スイッチ用コンデンサと、前記アノードの電位を基準として設けられている双方向半導体スイッチ用コンデンサと、を有し、前記制御電源の正極と、前記半導体スイッチ用の制御電源用コンデンサの正極とは、第一のダイオードと第一の抵抗とを介して接続されているとともに、前記制御電源の正極と、前記双方向半導体スイッチ用コンデンサの正極とは、第二のダイオードと第二の抵抗とを介して接続されている電力変換装置である。 A first invention comprises a plurality of semiconductor switches each composed of a unidirectional semiconductor switching element and a diode element connected in antiparallel to the unidirectional semiconductor switching element, wherein one end of the first semiconductor switch and a second semiconductor switch are provided. One end of the semiconductor switch is connected in series, the other end of the first semiconductor switch is connected to a DC low voltage line, and the other end of the second semiconductor switch is connected to a DC high voltage line. An output terminal of a two-level inverter that generates a pseudo AC potential is provided on a connection line between the first semiconductor switch and the second semiconductor switch, and one end of the third semiconductor switch and the fourth semiconductor switch are provided. One end of the semiconductor switch is connected in series so that the anode of the diode element is common, and the other end of the third semiconductor switch is connected to the output terminal. The other end of the fourth semiconductor switch is connected to the low voltage line and a bidirectional semiconductor switch formed by being connected to a DC neutral point between the high voltage line and the low voltage line. A control power supply, a semiconductor switch capacitor connected to a connection line between the second semiconductor switch and the output terminal, and a bidirectional semiconductor switch capacitor provided with reference to the potential of the anode. And a positive electrode of the control power supply and a positive electrode of the control power supply capacitor for the semiconductor switch are connected via a first diode and a first resistor, and the positive electrode of the control power supply is And the positive electrode of the bidirectional semiconductor switch capacitor is a power conversion device connected via a second diode and a second resistor.
これにより、第一の半導体スイッチをオンすることにより、低電圧ラインに接続されている制御電源の正極から、第二のダイオードと第二の抵抗を介して、双方向半導体スイッチ用コンデンサ、第三の半導体スイッチの逆並列ダイオード素子、第一の半導体スイッチ、制御電源の負極と電流が流れるため、このとき、双方向半導体スイッチ用の第三の制御回路と並列接続されている双方向半導体スイッチ用コンデンサが充電されて、一時的に双方向半導体スイッチ用の制御電源が構成される。 Thus, by turning on the first semiconductor switch, from the positive electrode of the control power supply connected to the low voltage line, through the second diode and the second resistor, the bidirectional semiconductor switch capacitor, the third For the anti-parallel diode element of the semiconductor switch, the first semiconductor switch, and the negative electrode of the control power source, a current flows, so at this time, for the bidirectional semiconductor switch connected in parallel with the third control circuit for the bidirectional semiconductor switch. The capacitor is charged to temporarily form a control power supply for the bidirectional semiconductor switch.
また、第一の半導体スイッチをオンすることにより、低電圧ラインに接続されている制御電源の正極から、第一のダイオードと第一の抵抗とを介して、半導体スイッチ用の制御電源用コンデンサ、第一の半導体スイッチ、制御電源の負極と電流が流れるため、このとき、第二の半導体スイッチ用の第二の制御回路と並列接続されている半導体スイッチ用コンデンサが充電されて、一時的に第二の半導体スイッチ用の制御電源が構成される。 Further, by turning on the first semiconductor switch, from the positive electrode of the control power supply connected to the low voltage line, via the first diode and the first resistor, the control power supply capacitor for the semiconductor switch, Since a current flows through the first semiconductor switch and the negative electrode of the control power supply, at this time, the semiconductor switch capacitor connected in parallel with the second control circuit for the second semiconductor switch is charged and temporarily A control power supply for the second semiconductor switch is configured.
すなわち、直流の低電圧ラインに接続されている制御用電源から、双方向半導体スイッチ用の制御電源および第二の半導体スイッチ用の制御電源を構成することができるので、装置の小型化を実現した電力変換装置を提供できる。 That is, since the control power supply for the bidirectional semiconductor switch and the control power supply for the second semiconductor switch can be configured from the control power supply connected to the DC low voltage line, the device can be downsized. A power converter can be provided.
第2の発明は、特に、第1の発明において、前記第三の半導体スイッチと前記第四の半導体スイッチとはMOSFETであり、前記第三の半導体スイッチ、前記第四の半導体スイッチを構成するダイオード素子は、MOSFETの寄生ダイオードであることを特徴とするものである。 A second invention is, in particular, in the first invention, the third semiconductor switch and the fourth semiconductor switch are MOSFETs, and the diodes forming the third semiconductor switch and the fourth semiconductor switch. The element is a parasitic diode of MOSFET.
これにより、MOSFETの導通特性は抵抗に近いため、交流入出力におけるゼロクロス近傍などでは、ダイオードよりも電圧降下が少なくなり、双方向半導体スイッチ用コンデンサを充電して、双方向半導体スイッチ用の制御電源を形成するにあたり、双方向半導体スイッチ用の制御電源の電圧を高くできるので、電力変換装置の回路損失なども低減することができる。 As a result, the conduction characteristic of the MOSFET is close to that of a resistor, so that the voltage drop is smaller than that of a diode near the zero cross in AC input / output, and the bidirectional semiconductor switch capacitor is charged to control the bidirectional semiconductor switch control power supply. Since the voltage of the control power supply for the bidirectional semiconductor switch can be increased in forming the above, the circuit loss of the power conversion device can be reduced.
第3の発明は、特に、第1または第2の発明において、前記第二の半導体スイッチをOFFにしている期間は、前記第三の半導体スイッチをONにすることを特徴とするものである。 A third invention is characterized in that, in the first or second invention, the third semiconductor switch is turned on while the second semiconductor switch is turned off.
これにより、第一の半導体スイッチと双方向半導体スイッチの相補のON/OFFにより、低電圧と中性点との間の電位を発生せしめるときには、中性点に接続されている第四の半導体スイッチと第一の半導体スイッチとを相補的にON/OFFする。 As a result, when the potential between the low voltage and the neutral point is generated by the complementary ON / OFF of the first semiconductor switch and the bidirectional semiconductor switch, the fourth semiconductor switch connected to the neutral point. And the first semiconductor switch are complementarily turned ON / OFF.
このとき、第三の半導体スイッチはOFF状態であっても、並列のダイオードを経由して接続が維持されるので、中性点に接続されている第四の半導体スイッチと第一の半導体スイッチとの相補的なON/OFFだけで、低電圧と中性点との間の電位を発生することができる。 At this time, even if the third semiconductor switch is in the OFF state, the connection is maintained via the diode in parallel, so that the fourth semiconductor switch and the first semiconductor switch connected to the neutral point are connected to each other. It is possible to generate the potential between the low voltage and the neutral point only by complementary ON / OFF of.
さらに、第三の半導体スイッチをONすることにより、ダイオードを経由している接続が、MOSFETのチャネルを経由した接続となり、ダイオードを経由した接続よりも、電圧降下が少なくできる。このため、低電圧ラインに接続されている制御用電源から充電経路における電圧降下が少なくなるため、半導体スイッチを駆動させる制御回路の設計自由度が向上する。 Furthermore, by turning on the third semiconductor switch, the connection via the diode becomes the connection via the channel of the MOSFET, and the voltage drop can be made smaller than the connection via the diode. Therefore, the voltage drop in the charging path from the control power supply connected to the low voltage line is reduced, and the degree of freedom in designing the control circuit for driving the semiconductor switch is improved.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における電力変換装置の回路ブロック図を示すものである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit block diagram of a power conversion device according to a first embodiment of the present invention.
図1において、第一の半導体スイッチ1001は、単方向半導体スイッチ素子1001aと、単方向半導体スイッチ素子1001aに逆並列に接続されたダイオード素子1001bとから構成されている。
In FIG. 1, the
そして、この第一の半導体スイッチ1001と同様の機能を果たす半導体スイッチを、他にも、第二の半導体スイッチ1101、第三の半導体スイッチ1201、第四の半導体スイッチ1301と、複数備えている。
A plurality of semiconductor switches that perform the same function as the
そして、直流低圧側コンデンサ1010と直流高圧側コンデンサ1110との直列接続からなる直流電源を構成し、直流低電圧ラインには、第一の半導体スイッチ1001、直流高電圧ラインには、第二の半導体スイッチ1101が接続されている。
A direct current power supply is formed by connecting a direct current low
そして、第一の半導体スイッチ1001,第二の半導体スイッチ1101の他方の端子は、共に擬似交流ラインに接続されていて、その接続点が擬似交流端子とする2レベルインバータの出力端子である。
The other terminals of the
また、直流低圧側コンデンサ1010,直流高圧側コンデンサ1110の接続点は、直流中性点として、第四の半導体スイッチ1301と第三の半導体スイッチ1201の直列接続を経由して、擬似交流端子とする2レベルインバータの出力端子である擬似交流ラインに接続されている。
Further, the connection point of the DC low-
ここで、第一の半導体スイッチ1001をONにすれば、擬似交流ラインの電位は、直流低電圧ラインと同じ電位になり、第二の半導体スイッチ1101をONにすれば、擬似交流ラインの電位は、直流高電圧ラインと同じ電位になり、第三の半導体スイッチ1201と第四の半導体スイッチ1301をONにすれば、擬似交流ラインは、直流中性点と同じ電位になる。
Here, if the
これを適宜切り替えていくことにより、擬似交流ラインから、擬似交流の電位を発生することができる。 By appropriately switching this, a pseudo AC potential can be generated from the pseudo AC line.
また、直流低電圧ラインには、第一の半導体スイッチ1001の制御電源1003が具備されており、この制御電源1003が、第一の半導体スイッチ1001の第一の制御回路1002の電源の役割を果たすことで、第一の半導体スイッチ1001のON/OFFを制御することが可能になる(なお、第一の制御回路1002の制御指令端子は省略する)。
Further, the DC low voltage line is provided with a
さらに、制御電源1003の正側端子は、第一のダイオード1111と第一の抵抗1112を経由して、半導体スイッチ用コンデンサ1103に接続されている。
Further, the positive terminal of the
また、制御電源1003の正側端子は、第二のダイオード1211と第二の抵抗1212を経由して、双方向半導体スイッチ用コンデンサ1203に接続されている。
The positive terminal of the
半導体スイッチ用コンデンサ1103の一端は、擬似交流ラインに接続されており、半導体スイッチ用コンデンサ1103の他端は、第二の半導体スイッチ1101の第二の制御回路1102の電源端子に接続されている。
One end of the
同様に、双方向半導体スイッチ用コンデンサ1203の両端は、第三の半導体スイッチ1201の第三の制御回路1202の電源端子と、第四の半導体スイッチ1301の第四の制御回路1302の電源端子とに、並列に接続されている。
Similarly, both ends of the bidirectional
つまり、何らかの方法で、半導体スイッチ用コンデンサ1103や双方向半導体スイッチ用コンデンサ1203を充電することができれば、第二の半導体スイッチ1101、第三の半導体スイッチ1201、第四の半導体スイッチ1301を駆動制御することができる構成になっている。
That is, if the
図2に基づいて、その動作原理について説明する。図2は、図1の回路をもとに、半導体スイッチ用コンデンサ1103、双方向半導体スイッチ用コンデンサ1203への充電経路を追記したものである。
The principle of operation will be described with reference to FIG. FIG. 2 additionally shows charging paths to the
直流低電圧ラインに設けた制御電源1003と第一の制御回路1002とにより、第一の半導体スイッチ1001をONにする。第一の半導体スイッチ1001をONにすることにより、擬似交流ラインの電圧は、直流低電圧ラインとほぼ同電位、すなわち、この回路における最低電位になる。
The
このとき、制御電源1003から第二のダイオード1211、第二の抵抗1212、および、第三の半導体スイッチ1201のダイオード素子1201aと、第一の半導体スイッチ1001とを介して、双方向半導体スイッチ用コンデンサ1203を充電する。
At this time, the bidirectional semiconductor switch capacitor from the
双方向半導体スイッチ用コンデンサ1203が充電されるので、第三の半導体スイッチ1201の第三の制御回路1202、第四の半導体スイッチ1301の第四の制御回路1302を駆動させる電源が一時的に形成されることになる。
Since the bidirectional
同様に、制御電源1003から第一のダイオード1111、第一の抵抗1112、および、第一の半導体スイッチ1001を介して、半導体スイッチ用コンデンサ1103を充電する。
Similarly, the
半導体スイッチ用コンデンサ1103が充電されるので、第二の半導体スイッチ1101用の第二の制御回路1102を駆動する電源が一時的に形成されることになる。
Since the
すなわち、半導体スイッチ用コンデンサ1103、双方向半導体スイッチ用コンデンサ1203に電荷が蓄えられている限り、第二の半導体スイッチ1101,第三の半導体スイッチ1201,第四の半導体スイッチ1301を駆動制御できる。
That is, as long as electric charge is stored in the
擬似交流を発生させるために、頻繁に第一の半導体スイッチ1001はONされ、さらに他の擬似交流ラインに対しても、直流低電圧ラインに設けた制御電源1003を共通に用いることができる。
To generate the pseudo AC, the
このように、本発明の第1の実施の形態における電力変換装置によれば、1個の制御電源1003から、多相の擬似交流用の電力変換装置における制御電源をすべて形成することができるのである。
As described above, according to the power conversion device in the first embodiment of the present invention, it is possible to form all the control power supplies in the power conversion device for multi-phase pseudo alternating current from one
なお、図1、図2でも示しているが、双方向半導体スイッチ1401を構成する第三の半導体スイッチ1201、第四の半導体スイッチ1301は、MOSFETで構成することが望ましい。
As shown in FIGS. 1 and 2, it is desirable that the
なぜならば、MOSFETはONしているときには、通過損失特性が抵抗特性になり、電流が小さいときには、その電圧降下が小さくできる。 This is because when the MOSFET is on, the passage loss characteristic becomes a resistance characteristic, and when the current is small, the voltage drop can be reduced.
また、第三の半導体スイッチ1201を構成するダイオード素子1201b、第四の半導体スイッチ1301を構成するダイオード素子1301bは、MOSFETの寄生ダイオードであることが望ましい。
Further, the
図3に基づいて、その動作時における作用を説明する。 The operation during the operation will be described based on FIG.
第二の半導体スイッチ1101がOFFであり、双方向半導体スイッチ1401(第三の半導体スイッチ1201と第四の半導体スイッチ1301)との第一の半導体スイッチ1001の相補的なON/OFFにより、中性点電位と低電圧との間の電圧を発生する場合を示している。
The
ここで、第三の半導体スイッチ1201をONしても、第四の半導体スイッチ1301と第一の半導体スイッチ1001が同時にONにならない限り、中性点と低電圧ラインとの間の短絡は生じない。
Here, even if the
したがって、第三の半導体スイッチ1201をONとし、第四の半導体スイッチ1301と第一の半導体スイッチ1001とを相補的にON/OFFすればよい。
Therefore, the
このとき、擬似交流端子から外部へ流れる電流は、交流電流であり、第一の半導体スイッチ1001と双方向半導体スイッチ1401(第三の半導体スイッチ1201および第四の半導体スイッチ1301)とを時分割で流れる。
At this time, the current flowing from the pseudo AC terminal to the outside is an AC current, and the
交流電流では、電流極性が反転する前後では、電流量が小さくなっており、MOSFETでの電圧降下が小さくなる。 With an alternating current, the amount of current is small before and after the current polarity is reversed, and the voltage drop in the MOSFET is small.
したがって、低電圧側の第一の半導体スイッチ1001の制御電源1003に接続される系の電圧降下が小さくなり、双方向半導体スイッチ1401(第三の半導体スイッチ1201および第四の半導体スイッチ1301)の制御電源を構成する双方向半導体スイッチ用コンデンサ1203での電圧低下が緩和され、双方向半導体スイッチ1401(第三の半導体スイッチ1201と第四の半導体スイッチ1301)の駆動回路設計の自由度が向上する。
Therefore, the voltage drop of the system connected to the
さらに、これまで説明してきたことからもわかるように、低電圧側の第一の半導体スイッチ1001がONのときには、疑似交流ラインが直流の低電位側になる。
Furthermore, as can be understood from what has been described so far, when the
このため、三相モータを駆動する三相回路などを構成するときには、駆動前に、3つの相の低電圧側の半導体スイッチを同時にONしてやれば、モータに影響を及ぼすことなく、各駆動電源が構成できる。 Therefore, when configuring a three-phase circuit for driving a three-phase motor, if the semiconductor switches on the low voltage side of the three phases are turned on at the same time before driving, each drive power source can be operated without affecting the motor. Can be configured.
また、三相整流回路に用いる場合には、3つの疑似交流ラインのうち、最も低い電位の低電圧側の半導体スイッチをONにしなくても、逆並列のダイオードにより、ONしていることと等価になり、制御電源1003から半導体スイッチ用コンデンサ1103、双方向半導体スイッチ用コンデンサ1203への充電が実現できる。
Also, when used in a three-phase rectifier circuit, it is equivalent to turning on by a diode in anti-parallel without turning on the semiconductor switch on the low voltage side of the lowest potential of the three pseudo AC lines. Therefore, charging from the
以上のように、本発明にかかる電力変換装置は、1個の制御電源から、他の半導体スイッチの制御電源をすべて構成できるので、装置の小型化が図れるため、電気機器の電力変換装置に有用である。 As described above, the power conversion device according to the present invention can configure all the control power supplies for the other semiconductor switches from one control power supply. Therefore, the device can be downsized, which is useful as a power conversion device for electrical equipment. Is.
1001 第一の半導体スイッチ
1002 第一の制御回路
1003 制御電源
1010 直流低圧側コンデンサ
1101 第二の半導体スイッチ
1102 第二の制御回路
1103 半導体スイッチ用コンデンサ
1110 直流高圧側コンデンサ
1111 第一のダイオード
1112 第一の抵抗
1201 第三の半導体スイッチ
1202 第三の制御回路
1203 双方向半導体スイッチ用コンデンサ
1211 第二のダイオード
1212 第二の抵抗
1301 第四の半導体スイッチ
1302 第四の制御回路
1401 双方向半導体スイッチ
1001
Claims (3)
前記単方向半導体スイッチ素子に逆並列に接続されたダイオード素子と、から構成される半導体スイッチを複数備え、
第一の半導体スイッチの一端と第二の半導体スイッチの一端とは直列に接続され、前記第一の半導体スイッチの他端は直流の低電圧ラインに接続され、前記第二の半導体スイッチの他端は直流の高電圧ラインに接続されており、
前記第一の半導体スイッチと前記第二の半導体スイッチとの接続ラインに、擬似交流の電位を発生する2レベルインバータの出力端子が設けられており、
第三の半導体スイッチの一端と第四の半導体スイッチの一端とは、前記ダイオード素子のアノードが共通になるように直列に接続され、前記第三の半導体スイッチの他端は前記出力端子に接続され、前記第四の半導体スイッチの他端は、前記高電圧ラインと前記低電圧ラインとの間の直流中性点に接続されることで形成されている双方向半導体スイッチと、前記低電圧ラインに接続されている制御電源と、
前記第二の半導体スイッチと前記出力端子との接続ラインに接続されている半導体スイッチ用コンデンサと、
前記アノードの電位を基準として設けられている双方向半導体スイッチ用コンデンサと、を有し、
前記制御電源の正極と、前記半導体スイッチ用の制御電源用コンデンサの正極とは、第一のダイオードと第一の抵抗とを介して接続されているとともに、
前記制御電源の正極と、前記双方向半導体スイッチ用コンデンサの正極とは、第二のダイオードと第二の抵抗とを介して接続されている電力変換装置。 A unidirectional semiconductor switch element,
A diode element connected in antiparallel to the unidirectional semiconductor switch element, and comprising a plurality of semiconductor switches,
One end of the first semiconductor switch and one end of the second semiconductor switch are connected in series, the other end of the first semiconductor switch is connected to a DC low voltage line, the other end of the second semiconductor switch Is connected to the DC high voltage line,
An output terminal of a two-level inverter that generates a pseudo AC potential is provided on a connection line between the first semiconductor switch and the second semiconductor switch,
One end of the third semiconductor switch and one end of the fourth semiconductor switch are connected in series so that the anode of the diode element is common, and the other end of the third semiconductor switch is connected to the output terminal. , The other end of the fourth semiconductor switch is connected to a direct current neutral point between the high voltage line and the low voltage line, and a bidirectional semiconductor switch and the low voltage line. Connected control power supply,
A semiconductor switch capacitor connected to the connection line between the second semiconductor switch and the output terminal,
A bidirectional semiconductor switch capacitor provided with the potential of the anode as a reference,
The positive electrode of the control power supply and the positive electrode of the control power supply capacitor for the semiconductor switch are connected via a first diode and a first resistor,
The power converter in which the positive electrode of the control power supply and the positive electrode of the bidirectional semiconductor switch capacitor are connected via a second diode and a second resistor.
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