JP2021016242A - Power conversion device - Google Patents

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Koji Maki
康次 真木
宏 餅川
Hiroshi Mochikawa
宏 餅川
卓郎 新井
Takuro Arai
卓郎 新井
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Abstract

To provide a power conversion device in which the energy loss can be minimized and upsizing of which can be avoided.SOLUTION: A power conversion device according to an embodiment includes a second circuit 400 that is connected between a positive-side DC end and a negative-side DC end, and a first circuit 300 that is connected between the second circuit 400 and an AC end. The first circuit 300 includes: an inverter cell 100; an upper arm that is formed by connecting in series one or more first switch circuits 101N each including a first switching element 1UN, a first diode 4UN, and a first capacitor 3UN; a lower arm that is formed by connecting in series one or more second switch circuits 102M each including a second switching element 1XM, a second diode 4XM, and a second capacitor 3XM; and a circuit that connects a low-potential side end of the inverter cell 100 to a low-potential side end of the first capacitor 3UN, and connects a high-potential side end of the inverter cell 100 to a high-potential side end of the second capacitor 3XM.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to a power converter.

例えば、スイッチングループに存在する寄生インダクタンスと、スイッチングにより生じるサージ電圧とを抑制するスナバ回路を備えた電力変換装置によれば、スナバ回路に吸収されたサージ電圧のエネルギーを直流電源に回生することにより、エネルギー効率を改善することが可能である。 For example, according to a power converter equipped with a snubber circuit that suppresses the parasitic inductance existing in the switching loop and the surge voltage generated by switching, the energy of the surge voltage absorbed by the snubber circuit is regenerated into the DC power supply. , It is possible to improve energy efficiency.

また、近年、複数レベルの電圧出力が可能なマルチレベル電力変換装置が提案されている。マルチレベル電力変換器では、出力電圧を多レベル化することにより、スイッチング速度を高速にすることなく、スイッチング損失を抑制することが可能である。 Further, in recent years, a multi-level power converter capable of outputting a plurality of levels of voltage has been proposed. In a multi-level power converter, it is possible to suppress switching loss without increasing the switching speed by increasing the output voltage to multiple levels.

特開平7−213076号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-21307

しかしながら、上記のスナバ回路を備えた電力変換装置は、スイッチング速度を高速にしたことにより生じるサージ電圧のエネルギーをスナバ回路に吸収させるものであって、スイッチング速度が低速であるときにスイッチングによる損失を抑制することが困難であった。 However, the power conversion device provided with the snubber circuit described above causes the snubber circuit to absorb the energy of the surge voltage generated by increasing the switching speed, and causes a loss due to switching when the switching speed is low. It was difficult to suppress.

また、ダイオードクランプ型のマルチレベル変換装置や、フライングキャパシタ型のマルチレベル変換装置においては、スイッチング素子の1素子当たりの印加電圧を下げることによりスイッチングスピードを高くせずにスイッチング損失を減らすことができる。ただし、ダイオードクランプ型およびフライングキャパシタ型のマルチレベル電力変換装置は、スイッチングループ内の寄生インダクタンスが従来の2レベルの電力変換装置よりも大きくなり、より大きなサージ電圧が発生することがある。この場合には、スイッチング速度を更に低くしてサージ電圧を抑制しなければならず、スイッチング損失の低減効果を十分に生かすことができなかった。 Further, in the diode clamp type multi-level converter and the flying capacitor type multi-level converter, the switching loss can be reduced without increasing the switching speed by lowering the applied voltage per switching element. .. However, diode clamp type and flying capacitor type multi-level power converters may have a larger parasitic inductance in the switching loop than conventional two-level power converters, resulting in larger surge voltages. In this case, the switching speed had to be further lowered to suppress the surge voltage, and the effect of reducing the switching loss could not be fully utilized.

また、モジュラー型のマルチレベル変換装置は2直列のスイッチングデバイスに並列接続された直流コンデンサで構成される1モジュール内でスイッチングループが閉じた構成を備える。この構成により寄生インダクタンスが大きくなることはないため、サージ電圧を抑制するためにスイッチング速度を低くする必要はない。一方で、直流コンデンサに交流周波数の1次成分(基本波成分)、または、2次成分の電流が流れるため、直流コンデンサを大きくする必要があり、電力変換装置を小型化することが困難であった。 Further, the modular multi-level converter has a configuration in which the switching loop is closed in one module composed of DC capacitors connected in parallel to two series switching devices. Since the parasitic inductance does not increase due to this configuration, it is not necessary to reduce the switching speed in order to suppress the surge voltage. On the other hand, since the current of the primary component (fundamental wave component) or the secondary component of the AC frequency flows through the DC capacitor, it is necessary to increase the size of the DC capacitor, and it is difficult to miniaturize the power conversion device. It was.

本発明の実施形態は、上記事情を鑑みて成されたものであって、エネルギー損失を低く抑え、かつ、大型化を回避することが可能な電力変換装置を提供することを目的とする。 An embodiment of the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a power conversion device capable of suppressing energy loss to a low level and avoiding an increase in size.

実施形態による電力変換装置は、高電位側端にて正側直流端に電気的に接続され、低電位側端にて中間端に電気的に接続された上側高耐圧インバータセルと、高電位側端にて中間端に電気的に接続され、低電位側端にて負側直流端に電気的に接続された下側高耐圧インバータセルと、交流端と高電位側端との間に接続された上側スイッチング素子と、交流端と低電位側端との間に接続された下側スイッチング素子と、高電位側端と低電位側端との間において前記上側スイッチング素子および前記下側スイッチング素子に対して並列に接続されたフローティングコンデンサと、を有するインバータセルと、前記インバータセルの高電位側端と前記上側高耐圧インバータセルの出力端との間に接続され、第1スイッチング素子を有する第1スイッチ回路を一または複数直列に接続して構成された上アームと、前記インバータセルの低電位側端と前記下側高耐圧インバータセルの出力端との間に接続され、第2スイッチング素子を有する第2スイッチ回路を一または複数直列に接続して構成された下アームと、を備え、前記上側高耐圧インバータセルおよび前記下側高耐圧インバータセルは、高電位側端と出力端との間に接続された上側高耐圧スイッチング素子と、低電位側端と出力端との間に接続された下側高耐圧スイッチング素子と、高電位側端と低電位側端との間に接続された直流コンデンサと、を備え、前記第1スイッチ回路の少なくとも1つが、前記第1スイッチング素子の低電位側端にカソードが接続された第1ダイオードと、前記第1ダイオードのアノードと前記第1スイッチング素子の高電位側端との間に接続された第1コンデンサと、を有するときは、前記インバータセルの低電位側端と前記第1コンデンサの低電位側端とを接続する第1回生整流回路を有し、前記第2スイッチ回路の少なくとも1つが、前記第2スイッチング素子の高電位側端にアノードが接続された第2ダイオードと、前記第2ダイオードのカソードと前記第2スイッチング素子の低電位側端との間に接続された第2コンデンサと、を有するときは、前記インバータセルの高電位側端と前記第2コンデンサの高電位側端とを接続する第2回生整流回路を有する。 The power conversion device according to the embodiment includes an upper high withstand voltage inverter cell electrically connected to the positive DC end at the high potential side end and electrically connected to the intermediate end at the low potential side end, and a high potential side. A lower high withstand voltage inverter cell that is electrically connected to the intermediate end at the end and electrically connected to the negative DC end at the low potential side end, and is connected between the AC end and the high potential side end. The upper switching element, the lower switching element connected between the AC end and the low potential side end, and the upper switching element and the lower switching element between the high potential side end and the low potential side end. A first inverter cell having a floating capacitor connected in parallel to the other, connected between the high potential side end of the inverter cell and the output end of the upper high withstand voltage inverter cell, and having a first switching element. The upper arm configured by connecting one or more switch circuits in series is connected between the low potential side end of the inverter cell and the output end of the lower high withstand voltage inverter cell, and has a second switching element. A lower arm configured by connecting one or more second switch circuits in series is provided, and the upper high withstand voltage inverter cell and the lower high withstand voltage inverter cell are located between a high potential side end and an output end. An upper high withstand voltage switching element connected, a lower high withstand voltage switching element connected between the low potential side end and the output end, and a DC inverter connected between the high potential side end and the low potential side end. The first diode having a cathode connected to the low potential side end of the first switching element, the inverter of the first diode, and the height of the first switching element, at least one of the first switch circuits. When it has a first capacitor connected between the potential side end, it has a first regenerative rectification circuit that connects the low potential side end of the inverter cell and the low potential side end of the first capacitor. At least one of the second switch circuits includes a second diode in which an inverter is connected to the high potential side end of the second switching element, a cathode of the second diode, and a low potential side end of the second switching element. When it has a second capacitor connected between the two, it has a second regenerative rectifier circuit that connects the high potential side end of the inverter cell and the high potential side end of the second capacitor.

図1は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the power conversion device of one embodiment. 図2は、第1実施形態の電力変換装置の動作の一例を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the operation of the power conversion device of the first embodiment. 図3は、一実施形態の電力変換装置の第1回路の動作の一例を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the operation of the first circuit of the power conversion device of one embodiment. 図4は、一実施形態の電力変換装置の第1回路の動作の他の例を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining another example of the operation of the first circuit of the power conversion device of one embodiment. 図5Aは、従来の2レベルインバータにおいて、スイッチング素子がターンオンすることにより生じる損失の一例を比較例として示す図である。FIG. 5A is a diagram showing an example of loss caused by turning on the switching element in a conventional two-level inverter as a comparative example. 図5Bは、一実施形態の電力変換装置において、スイッチング素子がターンオンすることによりアームに生じる損失の一例を示す図である。FIG. 5B is a diagram showing an example of a loss caused in the arm when the switching element is turned on in the power conversion device of one embodiment. 図5Cは、一実施形態の電力変換装置において、スイッチング素子がターンオンすることにより素子毎に生じる損失の一例を示す図である。FIG. 5C is a diagram showing an example of a loss generated for each element when the switching element is turned on in the power conversion device of one embodiment. 図6Aは、従来の2レベルインバータにおいて、スイッチング素子がターンオフすることにより生じる損失の一例を比較例として示す図である。FIG. 6A is a diagram showing an example of the loss caused by the turn-off of the switching element in the conventional two-level inverter as a comparative example. 図6Bは、一実施形態の電力変換装置において、スイッチング素子がターンオフすることによりアームに生じる損失の一例を示す図である。FIG. 6B is a diagram showing an example of a loss caused in the arm due to the switching element turning off in the power conversion device of one embodiment. 図6Cは、一実施形態の電力変換装置において、スイッチング素子がターンオフすることにより素子毎に生じる損失の一例を示す図である。FIG. 6C is a diagram showing an example of a loss generated for each element when the switching element is turned off in the power conversion device of one embodiment. 図7Aは、従来の2レベルインバータにおいて生じるリカバリ損失の一例を比較例として示す図である。FIG. 7A is a diagram showing an example of recovery loss generated in a conventional two-level inverter as a comparative example. 図7Bは、一実施形態の電力変換装置において生じるリカバリ損失の一例を示す図である。FIG. 7B is a diagram showing an example of recovery loss generated in the power conversion device of one embodiment. 図8は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。FIG. 8 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the power conversion device of one embodiment. 図9は、第2実施形態の電力変換装置の動作の一例を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining an example of the operation of the power conversion device of the second embodiment. 図10は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the power conversion device of one embodiment. 図11は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。FIG. 11 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the power conversion device of one embodiment. 図12は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。FIG. 12 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the power conversion device of one embodiment. 図13は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。FIG. 13 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the power conversion device of one embodiment. 図14は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。FIG. 14 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the power conversion device of one embodiment. 図15は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。FIG. 15 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the power conversion device of one embodiment. 図16は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。FIG. 16 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the power conversion device of one embodiment.

以下、実施形態の電力変換装置について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
本実施形態の電力変換装置は、第1回路300と、第2回路400と、正側直流端209と、負側直流端210と、交流端212と、を備えている。
Hereinafter, the power conversion device of the embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the power conversion device of one embodiment.
The power conversion device of the present embodiment includes a first circuit 300, a second circuit 400, a positive DC end 209, a negative DC end 210, and an AC end 212.

第1回路300は、インバータセル100と、上アームと、下アームと、n個(nは2以上の整数)の第1回生整流回路(回生整流ダイオード6UNおよび第1抵抗器5UN)と、m個(mは2以上の整数)の第2回生整流回路(回生整流ダイオード6XMおよび第2抵抗器5XM)と、を備えている。ここで、NとMはそれぞれN=2〜n、M=2〜mであり、以後、他の定義が示されていなければ同様とする。 The first circuit 300 includes an inverter cell 100, an upper arm, a lower arm, n (n is an integer of 2 or more) first regenerative rectifier circuits (regenerative rectifier diode 6 UN and a first resistor 5 UN), and m. It includes two (m is an integer of 2 or more) second regenerative rectifier circuits (regenerative rectifier diode 6XM and second resistor 5XM). Here, N and M are N = 2 to n and M = 2 to m, respectively, and the same applies thereafter unless other definitions are shown.

本実施形態の電力変換装置の上アームは、n個のスイッチ回路(電圧型クランプ型スイッチ回路)101Nを備える。本実施形態の電力変換装置の下アームは、m個のスイッチ回路(電圧型クランプ型スイッチ回路)102Mを備える。 The upper arm of the power conversion device of this embodiment includes n switch circuits (voltage type clamp type switch circuits) 101N. The lower arm of the power conversion device of this embodiment includes m switch circuits (voltage type clamp type switch circuits) 102M.

なお、本実施形態の電力変換装置には、正側直流端209と負側直流端210との間(若しくは、正側直流端209と中間端211との間および中間端211と負側直流端210との間)に直流コンデンサ(図示せず)が電気的に接続される。直流コンデンサは、電力変換装置に含まれていてもよく、電力変換装置の外部に取り付けられても構わない。 In the power conversion device of the present embodiment, between the positive DC end 209 and the negative DC end 210 (or between the positive DC end 209 and the intermediate end 211 and between the intermediate end 211 and the negative DC end 210). A DC capacitor (not shown) is electrically connected to (between 210). The DC capacitor may be included in the power converter or may be mounted outside the power converter.

インバータセル100は、スイッチング素子(上側スイッチング素子)1Uと、スイッチング素子(下側スイッチング素子)1Xと、フローティングコンデンサ2と、正側セル端子(高電位側端)200と、負側セル端子(低電位側端)201と、セル交流端子(交流端)202と、を備えている。なお、正側セル端子200と、負側セル端子201と、セル交流端子202とは、これらの端子の位置にて回路が電気的に接続可能な構成であればよく、端子は省略されても構わない。 The inverter cell 100 includes a switching element (upper switching element) 1U, a switching element (lower switching element) 1X, a floating capacitor 2, a positive cell terminal (high potential side end) 200, and a negative cell terminal (low). It includes a potential side end) 201 and a cell AC terminal (AC end) 202. The positive cell terminal 200, the negative cell terminal 201, and the cell AC terminal 202 may be configured so that the circuits can be electrically connected at the positions of these terminals, and the terminals may be omitted. I do not care.

スイッチング素子1Uとスイッチング素子1Xとは、例えばMOSFET(半導体電界効果トランジスタ:metal-oxide semiconductor field-effect transistor)である。スイッチング素子1Uのドレイン(高電位側端)は正側セル端子200と電気的に接続され、ソース(低電位側端)はスイッチング素子1Xのドレイン(高電位側端)と電気的に接続されている。スイッチング素子1Xのソース(低電位側端)は負側セル端子201と電気的に接続されている。スイッチング素子1Uとスイッチング素子1Xとの間は、セル交流端子202と電気的に接続されている。 The switching element 1U and the switching element 1X are, for example, MOSFETs (metal-oxide semiconductor field-effect transistors). The drain (high potential side end) of the switching element 1U is electrically connected to the positive cell terminal 200, and the source (low potential side end) is electrically connected to the drain (high potential side end) of the switching element 1X. There is. The source (low potential side end) of the switching element 1X is electrically connected to the negative side cell terminal 201. The switching element 1U and the switching element 1X are electrically connected to the cell AC terminal 202.

フローティングコンデンサ2は、スイッチング素子1Uおよびスイッチング素子1Xと並列に接続している。フローティングコンデンサ2の一端は、スイッチング素子1Uのドレインおよび正側セル端子200と電気的に接続し、フローティングコンデンサ2の他端はスイッチング素子1Xのソースおよび負側セル端子201と電気的に接続されている。 The floating capacitor 2 is connected in parallel with the switching element 1U and the switching element 1X. One end of the floating capacitor 2 is electrically connected to the drain of the switching element 1U and the positive cell terminal 200, and the other end of the floating capacitor 2 is electrically connected to the source of the switching element 1X and the negative cell terminal 201. There is.

n個のスイッチ回路(第1スイッチ回路)101Nのそれぞれは、スイッチング素子(第1スイッチング素子)1UNと、ダイオード(第1ダイオード)4UNと、コンデンサ(第1コンデンサ)3UNと、スナバ端子205Nと、正側端子203Nと、負側端子204Nと、を備えている。 Each of the n switch circuits (first switch circuit) 101N includes a switching element (first switching element) 1UN, a diode (first diode) 4UN, a capacitor (first capacitor) 3UN, a snubber terminal 205N, and the like. It includes a positive terminal 203N and a negative terminal 204N.

なお、スナバ端子205Nと、正側端子203Nと、負側端子204Nとは、これらの端子の位置において回路が電気的に接続可能な構成であればよく、端子を省略しても構わない。また、スイッチ回路101Nは、複数のスイッチング素子1UNを備えていてもよい。その場合、複数のスイッチング素子1UNは、正側端子203Nと負側端子204Nとの間において、コンデンサ3UNおよびダイオード4UNに対して並列に接続される。複数のスイッチング素子1UNは互いに直列に接続されてもよく、互いに並列に接続されてもよい。 The snubber terminal 205N, the positive terminal 203N, and the negative terminal 204N may be configured so that the circuit can be electrically connected at the positions of these terminals, and the terminals may be omitted. Further, the switch circuit 101N may include a plurality of switching elements 1UN. In that case, the plurality of switching elements 1UN are connected in parallel to the capacitor 3UN and the diode 4UN between the positive terminal 203N and the negative terminal 204N. A plurality of switching elements 1UN may be connected in series with each other or may be connected in parallel with each other.

スイッチング素子1UNは、例えばMOSFETである。スイッチング素子1UNのドレイン(高電位側端)は正側端子203Nと電気的に接続され、スイッチング素子1UNのソース(低電位側端)は負側端子204Nと電気的に接続されている。 The switching element 1UN is, for example, a MOSFET. The drain (high potential side end) of the switching element 1UN is electrically connected to the positive terminal 203N, and the source (low potential side end) of the switching element 1UN is electrically connected to the negative terminal 204N.

ダイオード4UNは、カソードがスイッチング素子1UNのソースおよび負側端子204Nと電気的に接続され、アノードがスナバ端子205Nと電気的に接続されている。なお、ダイオード4UNは、リカバリ損失が低いファストリカバリ特性を備えることが望ましく、例えば、リカバリ特性のよいショットキーバリアダイオード(SBD)やワイドバンドギャップ半導体(SiC、GaNなど)を利用した素子を使用することが望ましい。 In the diode 4UN, the cathode is electrically connected to the source and the negative terminal 204N of the switching element 1UN, and the anode is electrically connected to the snubber terminal 205N. It is desirable that the diode 4UN has fast recovery characteristics with low recovery loss. For example, an element using a Schottky barrier diode (SBD) or a wide bandgap semiconductor (SiC, GaN, etc.) having good recovery characteristics is used. Is desirable.

コンデンサ3UNは、一端(高電位側端)がスイッチング素子1UNのドレインおよび正側端子203Nと電気的に接続され、他端(低電位側端)がダイオード4UNのアノードと電気的に接続するとともにスナバ端子205Nと電気的に接続されている。 One end (high potential side end) of the capacitor 3UN is electrically connected to the drain of the switching element 1UN and the positive terminal 203N, and the other end (low potential side end) is electrically connected to the anode of the diode 4UN and a snubber. It is electrically connected to the terminal 205N.

n個のスイッチ回路101Nは、直列に接続されている。すなわち、スイッチ回路101Nの正側端子(高電位側端)203Nは高電位側にて隣り合うスイッチ回路101Nの負側端子(低電位側端)204Nと電気的に接続され、最も高電位側のスイッチ回路101Nの正側端子203N(N=n)は、第2回路400と電気的に接続されている。スイッチ回路101Nの負側端子204Nは低電位側にて隣り合うスイッチ回路101Nの正側端子203Nと電気的に接続され、最も低電位側のスイッチ回路101Nの負側端子204N(N=1)は、インバータセル100の正側セル端子200と電気的に接続されている。 The n switch circuits 101N are connected in series. That is, the positive terminal (high potential side end) 203N of the switch circuit 101N is electrically connected to the negative terminal (low potential side end) 204N of the adjacent switch circuit 101N on the high potential side, and is on the highest potential side. The positive terminal 203N (N = n) of the switch circuit 101N is electrically connected to the second circuit 400. The negative terminal 204N of the switch circuit 101N is electrically connected to the positive terminal 203N of the adjacent switch circuit 101N on the low potential side, and the negative terminal 204N (N = 1) of the switch circuit 101N on the lowest potential side is , Is electrically connected to the positive cell terminal 200 of the inverter cell 100.

n個の回生整流ダイオード6UN(N=1〜n)は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、スイッチング素子1Xの低電位側の端子(インバータセル100の低電位側端)と最も低電位側に配置された第1スイッチ回路1011のコンデンサ3U1の低電位側端との間、および、隣接した第1スイッチ回路101Nのコンデンサ3UNの低電位側端の間にそれぞれ接続され、互いに直列に接続されている。 The n regenerative rectifying diodes 6UN (N = 1 to n) are terminals on the low potential side of the switching element 1X (the low potential side end of the inverter cell 100) with the direction from the low potential side to the high potential side as the forward direction. Is connected to the low potential side end of the capacitor 3U1 of the first switch circuit 1011 arranged on the lowest potential side, and between the low potential side end of the capacitor 3UN of the adjacent first switch circuit 101N. They are connected in series with each other.

回生整流ダイオード(第1回生整流ダイオード)6UN(N=1〜n)それぞれのカソードは、スイッチ回路101Nのスナバ端子205N(N=1〜n)および高電位側にて隣接する回生整流ダイオード6UN(N=1〜n)のアノードと電気的に接続されている。例えば、回生整流ダイオード6Uk(1≦k≦n−1)のカソードは、スイッチ回路101kのスナバ端子205kおよび回生整流ダイオード6U(k+1)のアノードと電気的に接続されている。 Regenerative rectifier diode (1st regenerative rectifier diode) 6UN (N = 1 to n) Each cathode is a snubber terminal 205N (N = 1 to n) of the switch circuit 101N and a regenerative rectifier diode 6UN (N = 1 to n) adjacent to each other on the high potential side. It is electrically connected to the anode of N = 1 to n). For example, the cathode of the regenerative rectifying diode 6Uk (1 ≦ k ≦ n-1) is electrically connected to the snubber terminal 205k of the switch circuit 101k and the anode of the regenerative rectifying diode 6U (k + 1).

抵抗器5UNは、一端において、ダイオード4UNとコンデンサ3UNとの並列回路に直列に接続されている。抵抗器5UNの他端は、低電位側に接続されたスイッチ回路101Nのコンデンサ3UNと抵抗器5UNとが直列に接続された回路と、回生整流ダイオード6UNを介して電気的に接続される。最も低電位側に配置されたスイッチ回路101N(N=1)の抵抗器5UNの他端は、スナバ端子205Nおよび回生整流ダイオード6UNを介して、インバータセル100の負側セル端子201と電気的に接続されている。 At one end, the resistor 5UN is connected in series to a parallel circuit of the diode 4UN and the capacitor 3UN. The other end of the resistor 5UN is electrically connected to a circuit in which the capacitor 3UN of the switch circuit 101N connected to the low potential side and the resistor 5UN are connected in series via a regenerative rectifier diode 6UN. The other end of the resistor 5UN of the switch circuit 101N (N = 1) arranged on the lowest potential side is electrically connected to the negative cell terminal 201 of the inverter cell 100 via the snubber terminal 205N and the regenerative rectifier diode 6UN. It is connected.

m個のスイッチ回路(第2スイッチ回路)102Mのそれぞれは、スイッチング素子(第2スイッチング素子)1XMと、ダイオード(第2ダイオード)4XMと、コンデンサ(第2コンデンサ)3XMと、スナバ端子208Mと、正側端子206Mと、負側端子207Mと、を備えている。 Each of the m switch circuits (second switch circuit) 102M includes a switching element (second switching element) 1XM, a diode (second diode) 4XM, a capacitor (second capacitor) 3XM, and a snubber terminal 208M. It includes a positive terminal 206M and a negative terminal 207M.

なお、正側端子206Mと、負側端子207Mと、スナバ端子208Mとは、これらの端子の位置にて回路が電気的に接続可能な構成であればよく、端子を省略しても構わない。また、スイッチ回路102Mは、複数のスイッチング素子1XMを備えていてもよい。その場合、複数のスイッチング素子1XMは、正側端子206Mと負側端子207Mとの間において、コンデンサ3XMおよびダイオード4XMに対して並列に接続される。複数のスイッチング素子1XMは互いに直列に接続されてもよく、互いに並列に接続されてもよい。 The positive terminal 206M, the negative terminal 207M, and the snubber terminal 208M may be configured so that the circuit can be electrically connected at the positions of these terminals, and the terminals may be omitted. Further, the switch circuit 102M may include a plurality of switching elements 1XM. In that case, the plurality of switching elements 1XM are connected in parallel to the capacitor 3XM and the diode 4XM between the positive terminal 206M and the negative terminal 207M. The plurality of switching elements 1XM may be connected in series with each other or may be connected in parallel with each other.

スイッチング素子1XMは、例えばMOSFETである。スイッチング素子1XMのドレイン(高電位側端)は、正側端子206Mと電気的に接続され、ソース(低電位側端)は負側端子207Mと電気的に接続されている。 The switching element 1XM is, for example, a MOSFET. The drain (high potential side end) of the switching element 1XM is electrically connected to the positive terminal 206M, and the source (low potential side end) is electrically connected to the negative terminal 207M.

ダイオード4XMは、アノードがスイッチング素子1XMのドレインおよび正側端子206Mと電気的に接続し、カソードがスナバ端子208Mと電気的に接続している。なお、ダイオード4XMは、リカバリ損失が低いファストリカバリ特性を備えることが望ましく、例えば、リカバリ特性のよいショットキーバリアダイオード(SBD)やワイドバンドギャップ半導体(SiC、GaNなど)を利用した素子を使用することが望ましい。 In the diode 4XM, the anode is electrically connected to the drain and the positive terminal 206M of the switching element 1XM, and the cathode is electrically connected to the snubber terminal 208M. It is desirable that the diode 4XM has fast recovery characteristics with low recovery loss. For example, an element using a Schottky barrier diode (SBD) or a wide bandgap semiconductor (SiC, GaN, etc.) having good recovery characteristics is used. Is desirable.

コンデンサ3XMは、一端(低電位側端)がスイッチング素子1XMのソースおよび負側端子207Mと電気的に接続され、他端(高電位側端)がダイオード4XMのカソード電気的に接続されているとともにスナバ端子208Mと電気的に接続している。 One end (low potential side end) of the capacitor 3XM is electrically connected to the source and negative terminal 207M of the switching element 1XM, and the other end (high potential side end) is electrically connected to the cathode of the diode 4XM. It is electrically connected to the snubber terminal 208M.

m個のスイッチ回路102Mは、直列に接続している。すなわち、スイッチ回路102Mの正側端子206Mは高電位側にて隣り合うスイッチ回路102Mの負側端子207Mと電気的に接続し、最も高電位側のスイッチ回路102Mの正側端子206M(M=1)は、インバータセル100の負側セル端子201と電気的に接続する。スイッチ回路102Mの負側端子207Mは低電位側にて隣り合うスイッチ回路102Mの正側端子206Mと電気的に接続し、最も低電位側のスイッチ回路102Mの負側端子207M(M=m)は、第2回路400と電気的に接続する。 The m switch circuits 102M are connected in series. That is, the positive terminal 206M of the switch circuit 102M is electrically connected to the negative terminal 207M of the adjacent switch circuit 102M on the high potential side, and the positive terminal 206M (M = 1) of the switch circuit 102M on the highest potential side is electrically connected. ) Is electrically connected to the negative cell terminal 201 of the inverter cell 100. The negative terminal 207M of the switch circuit 102M is electrically connected to the positive terminal 206M of the adjacent switch circuit 102M on the low potential side, and the negative terminal 207M (M = m) of the switch circuit 102M on the lowest potential side is , Electrically connects to the second circuit 400.

m個の回生整流ダイオード(第2回生整流ダイオード)6XM(M=1〜m)は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、隣接した第2スイッチ回路102Mのコンデンサ3XMの高電位側端の間、および、スイッチング素子1Uの高電位側の端子(インバータセル100の高電位側端)と最も高電位側に配置された第2スイッチ回路1021のコンデンサ3X1との高電位側端の間にそれぞれ接続され、互いに直列に接続されている。 The m regenerative rectifying diodes (second regenerative rectifying diodes) 6XM (M = 1 to m) have the height of the capacitor 3XM of the adjacent second switch circuit 102M with the direction from the low potential side to the high potential side as the forward direction. Between the potential side ends and between the high potential side terminal of the switching element 1U (the high potential side end of the inverter cell 100) and the high potential side end of the capacitor 3X1 of the second switch circuit 1021 arranged on the highest potential side. They are connected to each other and connected in series with each other.

回生整流ダイオード6XM(M=1〜m)それぞれのアノードは、スイッチ回路102Mのスナバ端子208M(M=1〜m)および低電位側にて隣接する回生整流ダイオード6XM(M=1〜m)のカソードと電気的に接続されている。例えば、回生整流ダイオード6Xj(1≦j≦m−1)のアノードは、スイッチ回路102jのスナバ端子208jおよび回生整流ダイオード6X(j+1)のカソードと電気的に接続されている。 Regenerative rectifier diode 6XM (M = 1 to m) Each anode is a snubber terminal 208M (M = 1 to m) of the switch circuit 102M and a regenerative rectifier diode 6XM (M = 1 to m) adjacent to the low potential side. It is electrically connected to the cathode. For example, the anode of the regenerative rectifying diode 6Xj (1 ≦ j ≦ m-1) is electrically connected to the snubber terminal 208j of the switch circuit 102j and the cathode of the regenerative rectifying diode 6X (j + 1).

抵抗器5XMは、一端において、ダイオード4XMとコンデンサ3XMとの並列回路と直列に接続されている。抵抗器5XMの他端は、高電位側に接続されたスイッチ回路102Mのコンデンサ3XMと抵抗器5XMとが直列に接続された回路と、回生整流ダイオード6XMを介して電気的に接続される。最も高電位側に配置されたスイッチ回路102M(M=1)の抵抗器5XMの他端は、スナバ端子208Mおよび回生整流ダイオード6XMを介して、インバータセル100の正側セル端子200と電気的に接続されている。 At one end, the resistor 5XM is connected in series with a parallel circuit of the diode 4XM and the capacitor 3XM. The other end of the resistor 5XM is electrically connected to a circuit in which the capacitor 3XM of the switch circuit 102M connected to the high potential side and the resistor 5XM are connected in series via a regenerative rectifier diode 6XM. The other end of the resistor 5XM of the switch circuit 102M (M = 1) arranged on the highest potential side is electrically connected to the positive cell terminal 200 of the inverter cell 100 via the snubber terminal 208M and the regenerative rectifier diode 6XM. It is connected.

すなわち、本実施形態の電力変換装置は、第1スイッチ回路101Nの少なくとも1つが第1スイッチング素子1UNの低電位側端にカソードが接続された第1ダイオード4UNと、第1ダイオード4UNのアノードと第1スイッチング素子1UNの高電位側端との間に接続された第1コンデンサ3UNと、を備えるとき、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル100の低電位側端および上アームの第1コンデンサ3UNの低電位側端とを接続する回生整流回路を備えている。 That is, in the power conversion device of the present embodiment, at least one of the first switch circuits 101N has a first diode 4UN whose cathode is connected to the low potential side end of the first switching element 1UN, and an anode and a first of the first diode 4UN. When the first capacitor 3UN connected between the 1 switching element 1UN and the high potential side end is provided, the low potential side end of the inverter cell 100 and the low potential side end in the direction from the low potential side to the high potential side are forward directions. It is provided with a regenerative rectifying circuit that connects to the low potential side end of the first capacitor 3UN of the upper arm.

また、本実施形態の電力変換装置は、第2スイッチ回路102Xの少なくとも1つが第2スイッチング素子1XMの高電位側端にアノードが接続された第2ダイオード4XMと、第2ダイオード4XMのカソードと第2スイッチング素子1XMの低電位側端との間に接続された第2コンデンサ3XMと、を備えるとき、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル100の高電位側端および下アームの第2コンデンサ3XMの高電位側端を接続する回生整流回路を備えている。 Further, in the power conversion device of the present embodiment, at least one of the second switch circuits 102X has a second diode 4XM in which an anode is connected to the high potential side end of the second switching element 1XM, and a cathode and a second of the second diode 4XM. When the second capacitor 3XM connected between the two switching elements 1XM and the low potential side end is provided, the direction from the low potential side to the high potential side is the forward direction, and the high potential side end of the inverter cell 100 and the high potential side end. It is provided with a regenerative rectifying circuit that connects the high potential side end of the second capacitor 3XM of the lower arm.

なお、本実施形態の電力変換装置において、スイッチ回路101Nの数nとスイッチ回路102Mの数mとは、同じであることが望ましいが、nとmとは異なる数であっても構わない。 In the power conversion device of the present embodiment, it is desirable that the number n of the switch circuit 101N and the number m of the switch circuit 102M are the same, but n and m may be different numbers.

また、本実施形態の電力変換装置において、スイッチング素子1U、1X、1UN、1XMは、MOSFETに限定されるものではなく、IGBT(Insulated Gate Bipolar transistor)や機械スイッチなどでも構わない。 Further, in the power conversion device of the present embodiment, the switching elements 1U, 1X, 1UN, and 1XM are not limited to MOSFETs, and may be IGBTs (Insulated Gate Bipolar transistors), mechanical switches, or the like.

また、電圧定格や電流定格が異なる素子をスイッチング素子1U、1X、1UN、1XMとして用いた場合であっても本実施形態の効果を得ることができるが、電圧定格や電流定格が同一である素子をスイッチング素子1U、1X、1UN、1XMとして用いることが望ましい。
また、第1回路300が備えている第1抵抗器5UNおよび第2抵抗器5XMを、リアクトル若しくはインダクタンス素子に置き換えても構わない。
Further, even when elements having different voltage ratings and current ratings are used as the switching elements 1U, 1X, 1UN, and 1XM, the effect of this embodiment can be obtained, but the elements having the same voltage rating and current rating. Is preferably used as the switching elements 1U, 1X, 1UN, and 1XM.
Further, the first resistor 5UN and the second resistor 5XM provided in the first circuit 300 may be replaced with a reactor or an inductance element.

第2回路400は、上側高耐圧インバータセル106pと、下側高耐圧インバータセル106nと、を備えている。
上側高耐圧インバータセル106pと下側高耐圧インバータセル106nとは、正側直流端209と負側直流端210との間に直列に接続されている。上側高耐圧インバータセル106pと下側高耐圧インバータセル106nとの間は、本実施形態の電力変換装置の全体の回路の中間端子211と電気的に接続されている。
The second circuit 400 includes an upper high withstand voltage inverter cell 106p and a lower high withstand voltage inverter cell 106n.
The upper high withstand voltage inverter cell 106p and the lower high withstand voltage inverter cell 106n are connected in series between the positive DC end 209 and the negative DC end 210. The upper high withstand voltage inverter cell 106p and the lower high withstand voltage inverter cell 106n are electrically connected to the intermediate terminal 211 of the entire circuit of the power conversion device of the present embodiment.

上側高耐圧インバータセル106pは、高耐圧スイッチング素子8pu、8pxと、直流コンデンサ9pと、を備えている。高耐圧スイッチング素子8puと高耐圧スイッチング素子8pxとは、例えば高耐圧のMOSFETである。
高耐圧スイッチング素子(上側高耐圧スイッチング素子)8pu、8nuは、高耐圧インバータセル106p、106nの高電位側端と出力端との間に接続されている。高耐圧スイッチング素子(下側高耐圧スイッチング素子)8px、8nxは、高耐圧インバータセル106p、106nの低電位側端と出力端との間に接続されている。
The upper high withstand voltage inverter cell 106p includes high withstand voltage switching elements 8pu and 8px, and a DC capacitor 9p. The high withstand voltage switching element 8pu and the high withstand voltage switching element 8px are, for example, high withstand voltage MOSFETs.
The high withstand voltage switching elements (upper high withstand voltage switching elements) 8pu and 8nu are connected between the high potential side end and the output end of the high withstand voltage inverter cells 106p and 106n. The high withstand voltage switching elements (lower high withstand voltage switching elements) 8px and 8nx are connected between the low potential side end and the output end of the high withstand voltage inverter cells 106p and 106n.

高耐圧スイッチング素子8puは、ドレインにて正側直流端209と電気的に接続され、ソースにて高耐圧スイッチング素子8pxのドレインと電気的に接続されている。高耐圧スイッチング素子8pxは、ソースにて下側高耐圧インバータセル106nと電気的に接続されている。
直流コンデンサ9pは、高耐圧スイッチング素子8puのドレインと、高耐圧スイッチング素子8pxのソースとの間に接続されている。
The high withstand voltage switching element 8pu is electrically connected to the positive DC end 209 at the drain and electrically connected to the drain of the high withstand voltage switching element 8px at the source. The high withstand voltage switching element 8px is electrically connected to the lower high withstand voltage inverter cell 106n at the source.
The DC capacitor 9p is connected between the drain of the high withstand voltage switching element 8pu and the source of the high withstand voltage switching element 8px.

上側高耐圧インバータセル106pは、高耐圧スイッチング素子8puと高耐圧スイッチング素子8pxとの間において、n番目のスイッチ回路(第1スイッチ回路)101nの正側端子203nと電気的に接続されている。 The upper high withstand voltage inverter cell 106p is electrically connected to the positive terminal 203n of the nth switch circuit (first switch circuit) 101n between the high withstand voltage switching element 8pu and the high withstand voltage switching element 8px.

下側高耐圧インバータセル106nは、高耐圧スイッチング素子8nu、8nxと、直流コンデンサ9nと、を備えている。高耐圧スイッチング素子8puと高耐圧スイッチング素子8pxとは、例えば高耐圧のMOSFETである。 The lower high withstand voltage inverter cell 106n includes high withstand voltage switching elements 8nu and 8nx, and a DC capacitor 9n. The high withstand voltage switching element 8pu and the high withstand voltage switching element 8px are, for example, high withstand voltage MOSFETs.

高耐圧スイッチング素子8nu(上側高耐圧スイッチング素子)は、ドレインにて上側高耐圧インバータセル106pと電気的に接続され、ソースにて高耐圧スイッチング素子8nxのドレインと電気的に接続されている。高耐圧スイッチング素子(下側高耐圧スイッチング素子)8nxは、ソースにて負側直流端210と電気的に接続されている。
直流コンデンサ9nは、高耐圧スイッチング素子8nuのドレインと、高耐圧スイッチング素子8nxのソースとの間に接続されている。
The high withstand voltage switching element 8nu (upper withstand voltage switching element) is electrically connected to the upper withstand voltage inverter cell 106p at the drain and electrically connected with the drain of the high withstand voltage switching element 8nx at the source. The high withstand voltage switching element (lower high withstand voltage switching element) 8nx is electrically connected to the negative DC end 210 at the source.
The DC capacitor 9n is connected between the drain of the high withstand voltage switching element 8nu and the source of the high withstand voltage switching element 8nx.

下側高耐圧インバータセル106nは、高耐圧スイッチング素子8nuと高耐圧スイッチング素子8nxとの間において、m番目のスイッチ回路(第2スイッチ回路)102mの負側端子207mと電気的に接続されている。
なお、本実施形態の電力変換装置において、高耐圧スイッチング素子8pu、8px、8nu、8nxは、MOSFETに限定されるものではなく、IGBT(Insulated Gate Bipolar transistor)や機械スイッチなどでも構わない。
The lower high withstand voltage inverter cell 106n is electrically connected to the negative terminal 207m of the mth switch circuit (second switch circuit) 102m between the high withstand voltage switching element 8nu and the high withstand voltage switching element 8nx. ..
In the power conversion device of the present embodiment, the high withstand voltage switching elements 8pu, 8px, 8nu, and 8nx are not limited to MOSFETs, and may be IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), mechanical switches, or the like.

本実施形態の電力変換装置では、正側直流端209と、負側直流端210と、正側直流端209と中間端子211との間および負側直流端210と中間端子211との間に接続された直流コンデンサ(図示せず)と、を介して閉回路が構成される。この閉回路に寄生する寄生インダクタンス(図示せず)によりサージ電圧が発生するときがある。このとき、本実施形態の電力変換装置では、コンデンサ3UN、3XMにより発生したサージ電圧を抑制することが可能である。 In the power conversion device of this embodiment, the positive DC end 209, the negative DC end 210, the positive DC end 209 and the intermediate terminal 211, and the negative DC end 210 and the intermediate terminal 211 are connected. A closed circuit is constructed via a DC capacitor (not shown). A surge voltage may be generated due to the parasitic inductance (not shown) parasitic on this closed circuit. At this time, in the power conversion device of the present embodiment, it is possible to suppress the surge voltage generated by the capacitors 3UN and 3XM.

次に、本実施形態の電力変換装置の動作の一例について説明する。
図2は、第1実施形態の電力変換装置の動作の一例を説明するための図である。
ここでは、第2回路400の高耐圧スイッチング素子8pu、8px、8nu、8nxのゲート信号の波形と、第1回路300の出力電圧波形と、第2回路400の出力電圧波形と、電力変換装置(インバータ)の出力電圧波形との一例を示している。
Next, an example of the operation of the power conversion device of this embodiment will be described.
FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the operation of the power conversion device of the first embodiment.
Here, the waveforms of the gate signals of the high withstand voltage switching elements 8pu, 8px, 8nu, and 8nx of the second circuit 400, the output voltage waveform of the first circuit 300, the output voltage waveform of the second circuit 400, and the power converter ( An example is shown with the output voltage waveform of the inverter).

図2に示す例では、上側高耐圧インバータセル106pと下側高耐圧インバータセル106nとは同様の動作を行う。すなわち、上側高耐圧インバータセル106pの上側の高耐圧スイッチング素子8puのゲート信号Spuと、下側高耐圧インバータセル106nの上側の高耐圧スイッチング素子8nuのゲート信号Snuとは同じ波形である。上側高耐圧インバータセル106pの下側の高耐圧スイッチング素子8pxのゲート信号Spxと、下側高耐圧インバータセル106nの下側の高耐圧スイッチング素子8nxのゲート信号Snxとは同じ波形である。 In the example shown in FIG. 2, the upper high withstand voltage inverter cell 106p and the lower high withstand voltage inverter cell 106n perform the same operation. That is, the gate signal Spu of the upper high withstand voltage switching element 8pu of the upper high withstand voltage inverter cell 106p and the gate signal Snu of the upper high withstand voltage switching element 8nu of the lower high withstand voltage inverter cell 106n have the same waveform. The gate signal Spx of the lower high withstand voltage switching element 8px of the upper high withstand voltage inverter cell 106p and the gate signal Snx of the lower high withstand voltage switching element 8nx of the lower high withstand voltage inverter cell 106n have the same waveform.

本実施形態の電力変換装置では、第2回路400の上側高耐圧インバータセル106pと下側高耐圧インバータセル106nとのそれぞれにおいて、上側の高耐圧スイッチング素子8pu、8nuをオンすることにより電力変換装置の出力電圧の極性が正となり、下側の高耐圧スイッチング素子8px、8nxをオンすることにより電力変換装置の出力電圧の極性が負となる。 In the power conversion device of the present embodiment, the upper high withstand voltage inverter cell 106p and the lower high withstand voltage inverter cell 106n of the second circuit 400 are turned on by turning on the upper high withstand voltage switching elements 8pu and 8nu, respectively. The polarity of the output voltage of the power converter becomes positive, and the polarity of the output voltage of the power converter becomes negative by turning on the lower high withstand voltage switching elements 8px and 8nx.

第1回路300は、PWM変調(Pulse Width Modulation)することで,任意の波形を作り出すことができる。図2に示す例では、例えば、正弦波と第2回路400の出力電圧との差分を出力する電圧指令値と三角波とを比較することにより、第1回路300の上アームのゲート信号と下アームのゲート信号とを生成している。 The first circuit 300 can create an arbitrary waveform by performing PWM modulation (Pulse Width Modulation). In the example shown in FIG. 2, for example, by comparing the voltage command value that outputs the difference between the sine wave and the output voltage of the second circuit 400 and the triangular wave, the gate signal of the upper arm and the lower arm of the first circuit 300 are compared. Is generating the gate signal of.

本実施形態の電力変換装置では、上記のように第2回路400と第1回路300とを動作させることにより、任意の波形(例えば正弦波)を出力することができる。 In the power conversion device of the present embodiment, an arbitrary waveform (for example, a sine wave) can be output by operating the second circuit 400 and the first circuit 300 as described above.

次に、本実施形態の電力変換装置における第1回路300の動作の一例について説明する。
本実施形態の電力変換装置では、第1回路300の上アームの複数のスイッチング素子1UNと、下アームの複数のスイッチング素子1XMとを、それぞれ、所定の時間間隔をあけて順次スイッチングさせることにより、ターンオン損失、ターンオフ損失、および、リカバリ損失などの損失を低減することが可能である。
Next, an example of the operation of the first circuit 300 in the power conversion device of the present embodiment will be described.
In the power conversion device of the present embodiment, the plurality of switching elements 1UN of the upper arm of the first circuit 300 and the plurality of switching elements 1XM of the lower arm are sequentially switched at predetermined time intervals, respectively. It is possible to reduce losses such as turn-on loss, turn-off loss, and recovery loss.

インバータセル100のスイッチング素子1U、1Xと、上アームの複数のスイッチング素子1UNと、下アームの複数のスイッチング素子1XMとの全てがオフしている状態において、交流端212から電流が出力されているときには、電流は、インバータセル100のスイッチング素子1Xの寄生ダイオードと、スイッチ回路102Mのスイッチング素子1XMの寄生ダイオードとに通流している。 Current is output from the AC end 212 in a state where the switching elements 1U and 1X of the inverter cell 100, the plurality of switching elements 1UN of the upper arm, and the plurality of switching elements 1XM of the lower arm are all off. Occasionally, the current flows through the parasitic diode of the switching element 1X of the inverter cell 100 and the parasitic diode of the switching element 1XM of the switch circuit 102M.

この状態において、インバータセル100のスイッチング素子1Uをオンすると、電流は、下アームのスイッチ回路102Mの複数のスイッチング素子1XMの寄生ダイオードを通流するとともに、インバータセル100においてフローティングコンデンサ2を放電する方向に通流し、スイッチング素子1Uを通流して交流端212へ流れる。 In this state, when the switching element 1U of the inverter cell 100 is turned on, the current flows through the parasitic diodes of the plurality of switching elements 1XM of the switch circuit 102M of the lower arm, and the floating capacitor 2 is discharged in the inverter cell 100. , Passes through the switching element 1U, and flows to the AC end 212.

続いて、上アームのスイッチ回路101Nのスイッチング素子1UNのいずれかをオンする。ここでは、スイッチ回路101nのスイッチング素子1Unをオンした場合について説明する。 Subsequently, any one of the switching elements 1UN of the switch circuit 101N of the upper arm is turned on. Here, the case where the switching element 1Un of the switch circuit 101n is turned on will be described.

スイッチング素子1Unをオンすると、複数のスイッチ回路101Nの1つに印加されていた電圧が、複数のスイッチ回路102Mの直列数(=m)に分圧されて、複数のスイッチ回路102Mのそれぞれに印加される。このため、複数のスイッチ回路102Mのスイッチング素子1XMの寄生ダイオードのリカバリ時に印加される電圧が小さくなり、リカバリ時に発生する損失(リカバリ損失)が低減される。さらに、複数のスイッチ回路102Mの直列数に応じて増加するスイッチングループの寄生インダクタンスによって、リカバリ電流の変化量が少なくなり、その結果、リカバリ電荷が減少し、リカバリ損失が低減される。 When the switching element 1Un is turned on, the voltage applied to one of the plurality of switch circuits 101N is divided by the number of series (= m) of the plurality of switch circuits 102M and applied to each of the plurality of switch circuits 102M. Will be done. Therefore, the voltage applied at the time of recovery of the parasitic diode of the switching element 1XM of the plurality of switch circuits 102M becomes small, and the loss (recovery loss) generated at the time of recovery is reduced. Further, the parasitic inductance of the switching loop, which increases according to the number of series of the plurality of switch circuits 102M, reduces the amount of change in the recovery current, and as a result, the recovery charge is reduced and the recovery loss is reduced.

スイッチ回路102Mに電圧が印加されると、電流は、スイッチング素子1XMの寄生ダイオードを通流することができなくなり、スイッチ回路101Nへ転流する。したがって、スイッチ回路101nでは、オンされているスイッチング素子1Unに電流が通流し、スイッチ回路1011〜101(n−1)では、コンデンサ3U1〜3U(n−1)とダイオード4U1〜4U(n−1)とに電流が通流する。 When a voltage is applied to the switch circuit 102M, the current cannot pass through the parasitic diode of the switching element 1XM and is commutated to the switch circuit 101N. Therefore, in the switch circuit 101n, a current flows through the switching element 1Un that is turned on, and in the switch circuit 1011 to 101 (n-1), the capacitors 3U1 to 3U (n-1) and the diodes 4U1 to 4U (n-1) ) And current flows through.

上記電流が通流する状態が遷移することにより、例えば従来の2レベルインバータではスイッチング損失として熱に変換されるエネルギーが、本実施形態の電力変換装置では、コンデンサ3U1〜3U(n−1)に蓄えられることとなる。すなわち、本実施形態の電力変換装置におけるスイッチング損失は、複数のスイッチ回路101Nのスイッチング素子1UNのスイッチングに伴う損失分のみであり、従来の2レベルインバータと比較して十分に小さくなる。
また、例えば、スイッチング素子1Unがオンすることで、スイッチ回路101nのダイオード4Unとコンデンサ3Unとが並列接続される。
By transitioning the state in which the current flows, for example, in the conventional two-level inverter, the energy converted into heat as a switching loss is converted into capacitors 3U1 to 3U (n-1) in the power conversion device of the present embodiment. It will be stored. That is, the switching loss in the power conversion device of the present embodiment is only the loss associated with the switching of the switching element 1UN of the plurality of switch circuits 101N, which is sufficiently smaller than that of the conventional two-level inverter.
Further, for example, when the switching element 1Un is turned on, the diode 4Un and the capacitor 3Un of the switch circuit 101n are connected in parallel.

抵抗器5Unの一端は、ダイオード4Unとコンデンサ3Unとの並列回路と直列に接続される。抵抗器5Unの他端は、スイッチ回路101(n−1)のコンデンサ3U(n−1)と抵抗器5U(n−1)とが直列に接続された回路と、回生整流ダイオード6Unを介して電気的に接続される。このことにより、コンデンサ3Unに蓄えられたエネルギーは、コンデンサ3U(n−1)に放電される。上記放電は、コンデンサ3Unとコンデンサ3U(n−1)との電圧が等しくなったときに終了する。 One end of the resistor 5Un is connected in series with a parallel circuit of the diode 4Un and the capacitor 3Un. The other end of the resistor 5Un is via a circuit in which the capacitor 3U (n-1) of the switch circuit 101 (n-1) and the resistor 5U (n-1) are connected in series, and a regenerative rectifier diode 6Un. It is electrically connected. As a result, the energy stored in the capacitor 3Un is discharged to the capacitor 3U (n-1). The discharge ends when the voltages of the capacitor 3Un and the capacitor 3U (n-1) become equal.

なお、上記の例において、コンデンサ3Unの電圧がコンデンサ3U(n−1)の電圧よりも高いときに、コンデンサ3Unが放電される。また、コンデンサ3Unの電圧とコンデンサ3U(n−1)の電圧との差が、コンデンサ3Un、3U(n−1)それぞれの電圧よりも十分小さいため、放電されるエネルギーの経路に抵抗器5Un、5U(n−1)が介在していても、高効率に放電することができる。 In the above example, when the voltage of the capacitor 3Un is higher than the voltage of the capacitor 3U (n-1), the capacitor 3Un is discharged. Further, since the difference between the voltage of the capacitor 3Un and the voltage of the capacitor 3U (n-1) is sufficiently smaller than the voltage of each of the capacitors 3Un and 3U (n-1), the resistor 5Un is used in the path of the discharged energy. Even if 5U (n-1) is present, it can be discharged with high efficiency.

複数のスイッチ回路101Nのスイッチング素子1UNが順次オンされて全てのスイッチング素子1UNがオンされると、コンデンサ3UNに蓄えられたエネルギーが順次放電されて、放電されたエネルギーがフローティングコンデンサ2へ蓄積される。この状態で、電力変換装置の上アームのスイッチング素子がオンされた状態となる。 When the switching elements 1UN of the plurality of switch circuits 101N are sequentially turned on and all the switching elements 1UN are turned on, the energy stored in the capacitor 3UN is sequentially discharged, and the discharged energy is stored in the floating capacitor 2. .. In this state, the switching element of the upper arm of the power converter is turned on.

その後、複数のスイッチング素子1UNを順次オフさせて、複数のスイッチング素子1UNの全てがオフされた状態となると、フローティングコンデンサ2が放電され、スイッチングにより生じるエネルギーを効率よく回生することが可能である。その後、スイッチング素子1Uがオフされた状態となり、電力変換装置の上アームがオフされた状態となる。 After that, when the plurality of switching elements 1UN are sequentially turned off and all of the plurality of switching elements 1UN are turned off, the floating capacitor 2 is discharged, and the energy generated by the switching can be efficiently regenerated. After that, the switching element 1U is turned off, and the upper arm of the power converter is turned off.

また、スイッチング素子1Xおよび複数のスイッチ回路102Mについても同様に動作させることにより、スイッチングにより生じるエネルギーを、複数のコンデンサ3XMを介してフローティングコンデンサ2へ蓄積させることが可能であり、フローティングコンデンサ2を放電することによりスイッチングにより生じるエネルギーを効率よく回生することが可能である。 Further, by operating the switching element 1X and the plurality of switch circuits 102M in the same manner, it is possible to store the energy generated by the switching in the floating capacitor 2 via the plurality of capacitors 3XM, and discharge the floating capacitor 2. By doing so, it is possible to efficiently regenerate the energy generated by switching.

上記のように、本実施形態の電力変換装置では、例えば従来の2レベルインバータでは損失であったスイッチング時のエネルギーの大部分を、コンデンサ3UN、3XMを介してフローティングコンデンサ2に蓄積させることが可能であり、フローティングコンデンサ2を放電することにより、スイッチング速度を速くすることなく、スイッチング損失を低減することが可能である。また、スイッチング素子1UN、1XMの寄生ダイオードのリカバリ時にスイッチング素子1UN、1XMに低電圧を印加することにより、リカバリ損失を低減することができる。 As described above, in the power conversion device of the present embodiment, for example, most of the energy at the time of switching, which was a loss in the conventional two-level inverter, can be stored in the floating capacitor 2 via the capacitors 3UN and 3XM. Therefore, by discharging the floating capacitor 2, it is possible to reduce the switching loss without increasing the switching speed. Further, the recovery loss can be reduced by applying a low voltage to the switching elements 1UN and 1XM at the time of recovering the parasitic diode of the switching elements 1UN and 1XM.

図3は、一実施形態の電力変換装置の第1回路の動作の一例を説明するための図である。
ここでは、スイッチング素子1Uのゲート信号Suと上アームの複数のスイッチング素子1UNのゲート信号Su(N)とのターンオンタイミングおよびターンオフタイミングの一例を示すタイミングチャートと、複数のコンデンサ3UNに通流する電流icu(N)と、フローティングコンデンサ2に通流する電流icfとの関係の一例を示している。なお、図3では、電流icu(N)と電流icfとは、交流端212から出力される方向を正としている。また、図3に示した期間において、スイッチング素子1Xと、下アームの複数のスイッチング素子1XMとはオフされている状態である。
FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the operation of the first circuit of the power conversion device of one embodiment.
Here, a timing chart showing an example of turn-on timing and turn-off timing between the gate signal Su of the switching element 1U and the gate signal Su (N) of the plurality of switching elements 1UN of the upper arm, and the current flowing through the plurality of capacitors 3UN are shown. An example of the relationship between the icu (N) and the current icf flowing through the floating capacitor 2 is shown. In FIG. 3, the current icu (N) and the current icf are positive in the direction of output from the AC end 212. Further, during the period shown in FIG. 3, the switching element 1X and the plurality of switching elements 1XM of the lower arm are in a state of being turned off.

最初に、スイッチング素子1Uと、上アームの複数のスイッチング素子1UNとがオフされている状態から、インバータセル100のスイッチング素子1Uがターンオンされる。これにより、フローティングコンデンサ2に電流icfが通流し、蓄えられたエネルギーが放電される。 First, the switching element 1U of the inverter cell 100 is turned on from the state where the switching element 1U and the plurality of switching elements 1UN of the upper arm are turned off. As a result, the current icf flows through the floating capacitor 2, and the stored energy is discharged.

続いて、上アームの複数のスイッチ回路101Nのスイッチング素子1UNが順次ターンオンされる。複数のスイッチ回路101Nのスイッチング素子1UNをターンオンする順序は、限定されるものではない。ここでは、スイッチ回路101nのスイッチング素子1Unから順に、インバータセル100に近い側のスイッチ回路1011のスイッチング素子1U1まで、順次、ターンオンされる例について説明する。 Subsequently, the switching elements 1UN of the plurality of switch circuits 101N of the upper arm are sequentially turned on. The order in which the switching elements 1UN of the plurality of switch circuits 101N are turned on is not limited. Here, an example will be described in which the switching element 1Un of the switch circuit 101n is sequentially turned on to the switching element 1U1 of the switch circuit 1011 on the side closer to the inverter cell 100.

スイッチング素子1Unがターンオンされると、第1回路300の負側端子(スイッチ回路102mの負側端子207m)から下アームの複数のスイッチ回路102Mのスイッチング素子1XMの寄生ダイオードを通流していた電流が、第1回路300の正側端子(スイッチ回路101nの正側端子203n)へ流れるように転流する。これにより、フローティングコンデンサ2の放電は終了する。 When the switching element 1Un is turned on, the current flowing from the negative terminal of the first circuit 300 (negative terminal 207m of the switch circuit 102m) to the parasitic diode of the switching element 1XM of the plurality of switch circuits 102M of the lower arm is transferred. , The current is commutated so as to flow to the positive terminal of the first circuit 300 (the positive terminal 203n of the switch circuit 101n). As a result, the discharge of the floating capacitor 2 is completed.

電流が正側端子203nへ転流すると、ターンオンされたスイッチング素子1Unと、オフされているスイッチング素子1U1〜1U(n−1)に並列に接続されたコンデンサ3U1〜3U(n−1)およびダイオード4U1〜4U(n−1)に電流が通流する。 When the current is commutated to the positive terminal 203n, the switching element 1Un turned on, the capacitors 3U1 to 3U (n-1) and the diode connected in parallel to the switching elements 1U1 to 1U (n-1) turned off are connected in parallel. A current flows through 4U1 to 4U (n-1).

また、ターンオンされたスイッチング素子1Unと並列に接続されたコンデンサ3Unと、低電位側に接続されたスイッチ回路101(n−1)のコンデンサ3U(n−1)とが回生整流ダイオード6Unを介して接続され、コンデンサ3Unに蓄えられたエネルギーがコンデンサ3U(n−1)へ放電される。 Further, a capacitor 3Un connected in parallel with the turned-on switching element 1Un and a capacitor 3U (n-1) of the switch circuit 101 (n-1) connected to the low potential side are connected via a regenerative rectifying diode 6Un. The energy connected and stored in the capacitor 3Un is discharged to the capacitor 3U (n-1).

次に、スイッチ回路101nの低電位側に接続されたスイッチ回路101(n−1)のスイッチング素子1U(n−1)がターンオンされると、コンデンサ3U(n−1)に通流していた電流がスイッチング素子1U(n−1)へ転流し、コンデンサ3U(n−1)への充電が終了する。 Next, when the switching element 1U (n-1) of the switch circuit 101 (n-1) connected to the low potential side of the switch circuit 101n is turned on, the current flowing through the capacitor 3U (n-1) Is commutated to the switching element 1U (n-1), and charging of the capacitor 3U (n-1) is completed.

続いて、スイッチ回路101(n−1)のスイッチング素子1U(n−1)がターンオンされると、コンデンサ3U(n−1)と、低電位側に接続されたスイッチ回路101(n−2)のコンデンサ3U(n−2)とが、回生整流ダイオード6U(n−1)を介して接続され、コンデンサ3U(n−1)に蓄えられたエネルギーがコンデンサ3U(n−2)へ放電される。 Subsequently, when the switching element 1U (n-1) of the switch circuit 101 (n-1) is turned on, the capacitor 3U (n-1) and the switch circuit 101 (n-2) connected to the low potential side are connected. The capacitor 3U (n-2) is connected via the regenerative rectifier diode 6U (n-1), and the energy stored in the capacitor 3U (n-1) is discharged to the capacitor 3U (n-2). ..

図3に示す例では、コンデンサ3Unからコンデンサ3U(n−1)への放電と、コンデンサ3U(n−1)からコンデンサ3U(n−2)への放電との、2度の放電動作のタイミングが示されているが、コンデンサ3UN間の放電はコンデンサ3UNの電圧関係に応じて変わるため、この例に限定されるものではない。例えば、コンデンサ3Unの電圧が、コンデンサ3U(n−1)およびコンデンサ3U(n−2)よりも高いときには、コンデンサ3Unに蓄えられたエネルギーがコンデンサ3U(n−1)およびコンデンサ3U(n−2)へ放電される。すなわち、コンデンサ3Unに蓄えられたエネルギーは、より電圧の低い1又は複数の他のコンデンサ3UNに放電され得る。 In the example shown in FIG. 3, the timing of two discharge operations, that is, the discharge from the capacitor 3Un to the capacitor 3U (n-1) and the discharge from the capacitor 3U (n-1) to the capacitor 3U (n-2). However, the discharge between the capacitors 3UN changes according to the voltage relationship of the capacitors 3UN, and is not limited to this example. For example, when the voltage of the capacitor 3Un is higher than that of the capacitor 3U (n-1) and the capacitor 3U (n-2), the energy stored in the capacitor 3Un is the capacitor 3U (n-1) and the capacitor 3U (n-2). ) Is discharged. That is, the energy stored in the capacitor 3Un can be discharged to one or more other capacitors 3UN with a lower voltage.

例えば図3に示すように、スイッチング素子1Uをターンオンし、スイッチング素子1Unからスイッチング素子1U1まで、順次、ターンオンさせると、電力変換装置の上アームのスイッチング素子が全てターンオンされ、コンデンサ3Unからコンデンサ3U1へ順次放電されたエネルギーが、最終的にフローティングコンデンサ2に充電される。 For example, as shown in FIG. 3, when the switching element 1U is turned on and the switching element 1Un to the switching element 1U1 is sequentially turned on, all the switching elements of the upper arm of the power converter are turned on, and the capacitor 3Un to the capacitor 3U1 are turned on. The sequentially discharged energy is finally charged to the floating capacitor 2.

続いて、インバータセル100のスイッチング素子1Uと、複数のスイッチ回路101Nのスイッチング素子1UNとが順次ターンオフされる。なお、スイッチング素子1UNをターンオフする順序は、限定されるものではない。ここでは、インバータセル100に近い側(電位が低い側)のスイッチ回路1011のスイッチング素子1U1から順に、スイッチ回路101nのスイッチング素子1Unまで、順次、ターンオフされる例について説明する。スイッチング素子1Uは、複数のスイッチング素子1UNが全てターンオフされた後にターンオフされる。 Subsequently, the switching element 1U of the inverter cell 100 and the switching element 1UN of the plurality of switch circuits 101N are sequentially turned off. The order in which the switching element 1UN is turned off is not limited. Here, an example will be described in which the switching element 1U1 of the switch circuit 1011 on the side closer to the inverter cell 100 (the side having the lower potential) is sequentially turned off to the switching element 1Un of the switch circuit 101n. The switching element 1U is turned off after all of the plurality of switching elements 1UN are turned off.

スイッチング素子1Uと、スイッチング素子1UNとが全てオンされている状態において、例えばスイッチング素子1U1がターンオフされると、スイッチング素子1U1に通流していた電流はコンデンサ3U1へ流れ、コンデンサ3U1が充電される。このとき、例えば従来の2レベルインバータではスイッチング損失として熱となるエネルギーがコンデンサ3U1に充電されるため、高効率なスイッチング動作を行うことが可能となる。 When the switching element 1U and the switching element 1UN are all turned on, for example, when the switching element 1U1 is turned off, the current flowing through the switching element 1U1 flows to the capacitor 3U1 and the capacitor 3U1 is charged. At this time, for example, in a conventional two-level inverter, energy that becomes heat as a switching loss is charged to the capacitor 3U1, so that highly efficient switching operation can be performed.

上記のターンオフの動作が、スイッチング素子1U1から順にスイッチング素子1Unまで順次行われる。これにより、コンデンサ3U1〜3U(n−1)に充電されたエネルギーは、順次コンデンサ3Unまで放電される。続いて、スイッチング素子1Unがターンオフされると、最終的に、コンデンサ3Unに蓄えられたエネルギーがフローティングコンデンサ2に充電される。 The above turn-off operation is sequentially performed from the switching element 1U1 to the switching element 1Un. As a result, the energy charged in the capacitors 3U1 to 3U (n-1) is sequentially discharged to the capacitors 3Un. Subsequently, when the switching element 1Un is turned off, the energy stored in the capacitor 3Un is finally charged in the floating capacitor 2.

上記ターンオフの動作が終了すると、スイッチング素子1Uがオンされ、複数のスイッチング素子1UNが全てオフされた状態となり、フローティングコンデンサ2に充電されたエネルギーが放電される。このことにより、フローティングコンデンサ2に蓄えられたエネルギーを効率よく回生することができる。
その後、スイッチング素子1Uがターンオフされると、フローティングコンデンサ2の放電が終了する。
When the turn-off operation is completed, the switching element 1U is turned on, the plurality of switching elements 1UN are all turned off, and the energy charged in the floating capacitor 2 is discharged. As a result, the energy stored in the floating capacitor 2 can be efficiently regenerated.
After that, when the switching element 1U is turned off, the discharge of the floating capacitor 2 ends.

なお、上記スイッチング素子1U、1UNのスイッチング動作によれば、最初にターンオンされたスイッチング素子1Unに並列に接続されたコンデンサ3Unに流れる充電電流は少なく、最後にターンオンされたスイッチング素子1U1に並列に接続されたコンデンサ3U1に流れる充電電流が多くなる。 According to the switching operation of the switching elements 1U and 1UN, the charging current flowing through the capacitor 3Un connected in parallel with the switching element 1Un turned on first is small, and the charging current flows in parallel with the switching element 1U1 turned on last. The charging current flowing through the capacitor 3U1 is increased.

また、最初にターンオフされたスイッチング素子1U1に並列に接続されたコンデンサ3U1に流れる充電電流は多く、最後にターンオフされたスイッチング素子1Unに並列に接続されたコンデンサ3Unに流れる充電電流は少なくなる。 Further, the charging current flowing through the capacitor 3U1 connected in parallel to the switching element 1U1 turned off first is large, and the charging current flowing through the capacitor 3Un connected in parallel with the switching element 1Un turned off last is small.

したがって、ターンオンされるタイミングがより遅く、ターンオフされるタイミングがより早いスイッチング素子1UNと並列に接続されたコンデンサ3UNに流れる充電電流が増加し、その責務が多くなる傾向にある。その責務に合わせて、コンデンサ3UNの静電容量を調整することで、コンデンサ3UN自体の発熱や電圧上昇を抑えることができる。 Therefore, the charging current flowing through the capacitor 3UN connected in parallel with the switching element 1UN whose turn-on timing is later and the turn-off timing is earlier tends to increase, and the responsibility tends to increase. By adjusting the capacitance of the capacitor 3UN according to the responsibility, it is possible to suppress heat generation and voltage rise of the capacitor 3UN itself.

図4は、一実施形態の電力変換装置の第1回路の動作の他の例を説明するための図である。
ここでは、スイッチング素子1Uのゲート信号Suと上アームの複数のスイッチング素子1UNのゲート信号Su(N)とのターンオンタイミングおよびターンオフタイミングの一例を示すタイミングチャートと、複数のコンデンサ3UNに通流する電流icu(N)と、フローティングコンデンサ2に通流する電流icfとの関係の一例を示している。なお、図4では、電流icu(N)と電流icfとは、交流端212から出力される方向を正としている。また、図4に示す期間において、スイッチング素子1Xと、下アームの複数のスイッチング素子1XMとはオフされている状態である。
FIG. 4 is a diagram for explaining another example of the operation of the first circuit of the power conversion device of one embodiment.
Here, a timing chart showing an example of turn-on timing and turn-off timing between the gate signal Su of the switching element 1U and the gate signal Su (N) of the plurality of switching elements 1UN of the upper arm, and the current flowing through the plurality of capacitors 3UN are shown. An example of the relationship between the icu (N) and the current icf flowing through the floating capacitor 2 is shown. In FIG. 4, the current icu (N) and the current icf are positive in the direction of output from the AC end 212. Further, during the period shown in FIG. 4, the switching element 1X and the plurality of switching elements 1XM of the lower arm are in a state of being turned off.

本実施形態の電力変換装置の動作は、複数のスイッチング素子1UNをターンオフさせる順序が上述の第1実施形態と異なっている。この例では、複数のスイッチング素子1UNをターンオンさせた順序と同じ順序で、複数のスイッチング素子1UNがターンオフされる。例えば図4に示す例では、スイッチング素子1Uがターンオンされた後、スイッチ回路101nのスイッチング素子1Unから順に、インバータセル100に近い側(電位が低い側)のスイッチ回路1011のスイッチング素子1U1まで、順次、ターンオンされ、これと同じ順序で、スイッチング素子1Unからスイッチング素子1U1までターンオフされる。スイッチング素子1Uは、複数のスイッチング素子1UNが全てターンオフされた後にターンオフされる。 The operation of the power conversion device of this embodiment is different from that of the first embodiment described above in the order in which the plurality of switching elements 1UN are turned off. In this example, the plurality of switching elements 1UN are turned off in the same order in which the plurality of switching elements 1UN are turned on. For example, in the example shown in FIG. 4, after the switching element 1U is turned on, the switching element 1U1 of the switch circuit 101n is sequentially turned on to the switching element 1U1 of the switch circuit 1011 on the side closer to the inverter cell 100 (the side having the lower potential). , Turns on, and turns off from the switching element 1Un to the switching element 1U1 in the same order. The switching element 1U is turned off after all of the plurality of switching elements 1UN are turned off.

ここでは、複数のスイッチング素子1UNをターンオフする動作について説明する。
スイッチング素子1Uと、スイッチング素子1UNとが全てオンされている状態において、例えばスイッチング素子1Unがターンオフされると、スイッチング素子1Unに通流していた電流はコンデンサ3Unへ流れ、コンデンサ3Unが充電される。
Here, the operation of turning off a plurality of switching elements 1UN will be described.
When the switching element 1U and the switching element 1UN are all turned on, for example, when the switching element 1Un is turned off, the current flowing through the switching element 1Un flows to the capacitor 3Un, and the capacitor 3Un is charged.

上記のターンオフの動作が、スイッチング素子1Unから順にスイッチング素子1U1まで順次行われる。これにより、コンデンサ3Unに充電されたエネルギーは、順次コンデンサ3U1へ放電され、最終的にフローティングコンデンサ2に充電される。 The above turn-off operation is sequentially performed from the switching element 1Un to the switching element 1U1. As a result, the energy charged in the capacitor 3Un is sequentially discharged to the capacitor 3U1 and finally charged in the floating capacitor 2.

複数のスイッチング素子1UNの上記ターンオフの動作が終了すると、スイッチング素子1Uがオンされ、複数のスイッチング素子1UNが全てオフされた状態となり、フローティングコンデンサ2に充電されたエネルギーが放電される。このことにより、フローティングコンデンサ2に蓄えられたエネルギーが効率よく回生される。 When the turn-off operation of the plurality of switching elements 1UN is completed, the switching element 1U is turned on, the plurality of switching elements 1UN are all turned off, and the energy charged in the floating capacitor 2 is discharged. As a result, the energy stored in the floating capacitor 2 is efficiently regenerated.

その後、スイッチング素子1Uがターンオフされると、フローティングコンデンサ2の放電が終了する。 After that, when the switching element 1U is turned off, the discharge of the floating capacitor 2 ends.

上記スイッチング素子1U、1UNのスイッチング動作によれば、最初にターンオンされたスイッチング素子1Unに並列に接続されたコンデンサ3Unに流れる充電電流は少なく、最後にターンオンされたスイッチング素子1U1に並列に接続されたコンデンサ3U1に流れる充電電流が多くなる。 According to the switching operation of the switching elements 1U and 1UN, the charging current flowing through the capacitor 3Un connected in parallel to the switching element 1Un that was turned on first was small, and the charging current was connected in parallel to the switching element 1U1 that was turned on last. The charging current flowing through the capacitor 3U1 increases.

また、最初にターンオフされたスイッチング素子1Unに並列に接続されたコンデンサ3Unに流れる充電電流は多く、最後にターンオフされたスイッチング素子1U1に並列に接続されたコンデンサ3U1に流れる充電電流は少なくなる。 Further, the charging current flowing through the capacitor 3Un connected in parallel to the first turned-off switching element 1Un is large, and the charging current flowing through the capacitor 3U1 connected in parallel with the finally turned-off switching element 1U1 is small.

したがって、複数のコンデンサ3UNそれぞれに流れる充電電流がほぼ等しくなり、複数のコンデンサ3UNの責務も略等しくなる。これにより、複数のコンデンサ3UNの静電容量を等しくすることで、コンデンサ3UN自体の発熱や電圧上昇を抑えることができる。 Therefore, the charging currents flowing through each of the plurality of capacitors 3UN are substantially equal, and the responsibilities of the plurality of capacitors 3UN are also substantially equal. As a result, by making the capacitances of the plurality of capacitors 3UN equal, it is possible to suppress heat generation and voltage rise of the capacitors 3UN itself.

上記のことから、本実施形態の電力変換装置によれば、上述の図3に示す例と同様に、高速なスイッチングを行うことなくスイッチング損失を抑制することを実現することができ、電力変換装置が大型化することを回避することが可能である。 From the above, according to the power conversion device of the present embodiment, it is possible to suppress the switching loss without performing high-speed switching as in the example shown in FIG. 3 described above, and the power conversion device can be realized. It is possible to avoid the increase in size.

以下、本実施形態の電力変換装置の効果の一例について説明する。
図5A乃至図7Bは、一実施形態の電力変換装置の効果の一例を説明するための図である。
図5Aは、従来の2レベルインバータにおいて、スイッチング素子がターンオンすることにより生じる損失の一例を比較例として示す図である。
図5Bは、一実施形態の電力変換装置において、スイッチング素子がターンオンすることによりアームに生じる損失の一例を示す図である。
図5Cは、一実施形態の電力変換装置において、スイッチング素子がターンオンすることにより素子毎に生じる損失の一例を示す図である。
Hereinafter, an example of the effect of the power conversion device of the present embodiment will be described.
5A to 7B are diagrams for explaining an example of the effect of the power conversion device of one embodiment.
FIG. 5A is a diagram showing an example of loss caused by turning on the switching element in a conventional two-level inverter as a comparative example.
FIG. 5B is a diagram showing an example of a loss caused in the arm when the switching element is turned on in the power conversion device of one embodiment.
FIG. 5C is a diagram showing an example of a loss generated for each element when the switching element is turned on in the power conversion device of one embodiment.

例えば図5Aに示すように、従来の2レベルインバータでは、スイッチング素子がターンオンするタイミングにて、スイッチング素子に流れる電流が上昇し、スイッチング素子に印加される電圧が降下する。スイッチング素子に流れる電流とスイッチング素子に印加される電圧によりスイッチング素子にて生じるエネルギーは他の素子にて吸収されることなく熱となり、スイッチング損失となる。 For example, as shown in FIG. 5A, in a conventional two-level inverter, the current flowing through the switching element increases and the voltage applied to the switching element decreases at the timing when the switching element turns on. The energy generated in the switching element due to the current flowing through the switching element and the voltage applied to the switching element becomes heat without being absorbed by other elements, resulting in a switching loss.

これに対し、本実施形態の電力変換装置では、図5Cに示すように、スイッチング素子毎に見ると、従来と同様にターンオン時にエネルギーが発生しているが、図5Bに示すように、アーム全体として見ると、スイッチング時に生じるエネルギーがコンデンサ3UNに吸収されている。コンデンサ3UNに蓄えられたエネルギーは、フローティングコンデンサ2へ放電され、フローティングコンデンサ2の放電エネルギーとして回生される。このため、スイッチング素子1U、1UNがターンオンする際生じるエネルギーのうち、アーム全体としての損失となるのは一部であり、エネルギー効率が改善されることとなる。 On the other hand, in the power conversion device of the present embodiment, as shown in FIG. 5C, when viewed for each switching element, energy is generated at turn-on as in the conventional case, but as shown in FIG. 5B, the entire arm. When viewed as, the energy generated during switching is absorbed by the capacitor 3UN. The energy stored in the capacitor 3UN is discharged to the floating capacitor 2 and regenerated as the discharge energy of the floating capacitor 2. Therefore, of the energy generated when the switching elements 1U and 1UN are turned on, only a part of the energy is lost as the arm as a whole, and the energy efficiency is improved.

図6Aは、従来の2レベルインバータにおいて、スイッチング素子がターンオフすることにより生じる損失の一例を比較例として示す図である。
図6Bは、一実施形態の電力変換装置において、スイッチング素子がターンオフすることによりアームに生じる損失の一例を示す図である。
図6Cは、一実施形態の電力変換装置において、スイッチング素子がターンオフすることにより素子毎に生じる損失の一例を示す図である。
FIG. 6A is a diagram showing an example of the loss caused by the turn-off of the switching element in the conventional two-level inverter as a comparative example.
FIG. 6B is a diagram showing an example of a loss caused in the arm due to the switching element turning off in the power conversion device of one embodiment.
FIG. 6C is a diagram showing an example of a loss generated for each element when the switching element is turned off in the power conversion device of one embodiment.

例えば図6Aに示すように、従来の2レベルインバータでは、スイッチング素子がターンオフするタイミングにて、スイッチング素子に印加される電圧が上昇し、スイッチング素子に流れる電流が降下する。このようにスイッチング素子に流れる電流とスイッチング素子に印加される電圧によりスイッチング素子にて生じるエネルギーは他の素子に吸収されることなく熱となり、スイッチング損失となる。 For example, as shown in FIG. 6A, in the conventional two-level inverter, the voltage applied to the switching element increases and the current flowing through the switching element decreases at the timing when the switching element turns off. The energy generated in the switching element due to the current flowing through the switching element and the voltage applied to the switching element becomes heat without being absorbed by other elements, resulting in a switching loss.

これに対し、本実施形態の電力変換装置では、図6Cに示すように、スイッチング素子毎に見ると、従来と同様にターンオフ時にエネルギーが発生しているが、図6Bに示すように、アーム全体として見ると、スイッチング時に生じるエネルギーがコンデンサ3UNに吸収され、フローティングコンデンサ2の放電エネルギーとして回生されている。このため、スイッチング素子1U、1UNがターンオフする際生じるエネルギーのうち、アーム全体としての損失となるのは一部であり、エネルギー効率が改善されることとなる。 On the other hand, in the power conversion device of the present embodiment, as shown in FIG. 6C, when viewed for each switching element, energy is generated at the time of turn-off as in the conventional case, but as shown in FIG. 6B, the entire arm. The energy generated during switching is absorbed by the capacitor 3UN and regenerated as the discharge energy of the floating capacitor 2. Therefore, of the energy generated when the switching elements 1U and 1UN are turned off, only a part of the energy is lost as the arm as a whole, and the energy efficiency is improved.

図7Aは、従来の2レベルインバータにおいて生じるリカバリ損失の一例を比較例として示す図である。
図7Bは、一実施形態の電力変換装置において生じるリカバリ損失の一例を示す図である。
FIG. 7A is a diagram showing an example of recovery loss generated in a conventional two-level inverter as a comparative example.
FIG. 7B is a diagram showing an example of recovery loss generated in the power conversion device of one embodiment.

例えば図7Aに示すように、従来の2レベルインバータにおいて、下アームのスイッチング素子がターンオンされるとき、上アームのスイッチング素子の寄生ダイオードのリカバリ時に寄生ダイオードに流れる電流と印加される電圧とによりリカバリ損失が発生する。 For example, as shown in FIG. 7A, in a conventional two-level inverter, when the switching element of the lower arm is turned on, recovery is performed by the current flowing through the parasitic diode and the applied voltage during recovery of the parasitic diode of the switching element of the upper arm. Loss occurs.

これに対し本実施形態の電力変換装置では、例えばスイッチング素子1XMのいずれかがターンオンされると、図7Bに示すように、複数のスイッチ回路102Mの1つに印加されていた電圧が、複数のスイッチ回路101Nの直列数(=n)に分圧されて、複数のスイッチ回路101Nのそれぞれに印加される。このため、複数のスイッチ回路101Nのスイッチング素子1UNの寄生ダイオードのリカバリ時に印加される電圧が小さくなり、リカバリ時に発生する損失(リカバリ損失)が低減される。 On the other hand, in the power conversion device of the present embodiment, when any one of the switching elements 1XM is turned on, for example, as shown in FIG. 7B, the voltage applied to one of the plurality of switch circuits 102M becomes a plurality of voltages. The voltage is divided by the number of series (= n) of the switch circuit 101N and applied to each of the plurality of switch circuits 101N. Therefore, the voltage applied at the time of recovery of the parasitic diode of the switching element 1UN of the plurality of switch circuits 101N becomes small, and the loss (recovery loss) generated at the time of recovery is reduced.

なお、本実施形態では、電力変換装置の上アーム(複数のスイッチ回路101N)の動作について説明したが、下アーム(複数のスイッチ回路101M)についても同様である。すなわち、下アームをターンオンする際には、最初にインバータセル100のスイッチング素子1Xをターンオンした後、複数のスイッチング素子1XMを所定の時間間隔を空けて順次ターンオンさせる。下アームをターンオフする際には、複数のスイッチング素子1XMを順次ターンオフした後、インバータセル100のスイッチング素子1Xをターンオフさせる。このことにより、高速にスイッチングすることなく、スイッチング素子1X、1XMのスイッチング損失およびリカバリ損失を低減することが可能となる。 In the present embodiment, the operation of the upper arm (plurality of switch circuits 101N) of the power conversion device has been described, but the same applies to the lower arm (plurality of switch circuits 101M). That is, when the lower arm is turned on, the switching element 1X of the inverter cell 100 is first turned on, and then the plurality of switching elements 1XM are sequentially turned on at predetermined time intervals. When the lower arm is turned off, a plurality of switching elements 1XM are sequentially turned off, and then the switching element 1X of the inverter cell 100 is turned off. This makes it possible to reduce the switching loss and recovery loss of the switching elements 1X and 1XM without switching at high speed.

上記のように、本実施形態の電力変換装置によれば、高速なスイッチングを行うことなくスイッチング損失を抑制することを実現することができる。また、本実施形態の電力変換装置では、スナバコンデンサ相当の小さい容量のコンデンサを使用し、容量の大きなコンデンサを備える必要がなく、電力変換装置が大型化することを回避することが可能である。 As described above, according to the power conversion device of the present embodiment, it is possible to suppress the switching loss without performing high-speed switching. Further, in the power conversion device of the present embodiment, a capacitor having a small capacity equivalent to that of a snubber capacitor is used, and it is not necessary to provide a capacitor having a large capacity, so that it is possible to prevent the power conversion device from becoming large in size.

すなわち、本実施形態の電力変換装置によれば、エネルギー損失を低く抑え、かつ、大型化を回避することが可能である。
なお、本実施形態の電力変換装置において、上アームの複数のスイッチング素子1UNを同時にスイッチングすること、および、下アームの複数のスイッチング素子1XMを同時にスイッチングすることで、高耐圧かつ高dv/dtを実現し、かつ、コンデンサ3UNおよびコンデンサ3XMにおける高di/dtと寄生インダクタンスによるサージ電圧を抑制する動作を行うことも可能である。
That is, according to the power conversion device of the present embodiment, it is possible to suppress the energy loss to a low level and avoid the increase in size.
In the power conversion device of the present embodiment, high withstand voltage and high dv / dt can be achieved by simultaneously switching a plurality of switching elements 1UN of the upper arm and simultaneously switching a plurality of switching elements 1XM of the lower arm. It is also possible to realize the operation and suppress the surge voltage due to the high di / dt and the parasitic inductance in the capacitor 3UN and the capacitor 3XM.

また、本実施形態の電力変換装置では、高耐圧インバータセル106p、106nの高耐圧スイッチング素子8pu、8px、8nu、8nxを切り替えることで、電力変換装置の出力電圧を3レベルに切り替えることが可能であり、出力電力のさらなる低ノイズ化を実現することができる。この場合、第1回路300の上アームのスイッチ回路101Nと、下アームのスイッチ回路102Mとの直列数を半分にすることができ、電力変換装置を小型化することができる。 Further, in the power conversion device of the present embodiment, the output voltage of the power conversion device can be switched to three levels by switching the high withstand voltage switching elements 8pu, 8px, 8nu, 8nx of the high withstand voltage inverter cells 106p and 106n. Therefore, it is possible to further reduce the output power. In this case, the number of series of the switch circuit 101N of the upper arm of the first circuit 300 and the switch circuit 102M of the lower arm can be halved, and the power conversion device can be miniaturized.

次に、第2実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
図8は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
なお、以下の説明において、上述の第1実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
Next, the power conversion device of the second embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 8 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the power conversion device of one embodiment.
In the following description, the same reference numerals will be given to the same configurations as those in the first embodiment described above, and the description thereof will be omitted.

本実施形態の電力変換装置は、第3回路500と、第4回路601と、第5回路602と、を備えている。第3回路500と、第4回路601と、第5回路602とは、上述の第1実施形態の第1回路300と同様の構成である。
第4回路601のスイッチ回路101nの正側端子は、正側直流端209と電気的に接続されている。第4回路601のインバータセル100のセル交流端子202は、第3回路500のスイッチ回路101nの正側端子と電気的に接続されている。
The power conversion device of the present embodiment includes a third circuit 500, a fourth circuit 601 and a fifth circuit 602. The third circuit 500, the fourth circuit 601 and the fifth circuit 602 have the same configuration as the first circuit 300 of the first embodiment described above.
The positive terminal of the switch circuit 101n of the fourth circuit 601 is electrically connected to the positive DC end 209. The cell AC terminal 202 of the inverter cell 100 of the fourth circuit 601 is electrically connected to the positive terminal of the switch circuit 101n of the third circuit 500.

第5回路602のスイッチ回路102mの負側端子は、負側直流端210と電気的に接続されている。第5回路602のインバータセル100のセル交流端子202は、第3回路500のスイッチ回路102mの負側端子と電気的に接続されている。 The negative terminal of the switch circuit 102m of the fifth circuit 602 is electrically connected to the negative DC end 210. The cell AC terminal 202 of the inverter cell 100 of the fifth circuit 602 is electrically connected to the negative terminal of the switch circuit 102m of the third circuit 500.

第4回路601のスイッチ回路102mの負側端子と、第5回路602のスイッチ回路101nの正側端子とは、中間端子211と電気的に接続されている。
なお、本実施形態の電力変換装置において、第4回路601と第5回路602とは、第3回路500と同じ構成であったがこれに限定されるものではない。例えば、第4回路601と第5回路602とは、後述する第3乃至第9実施形態のいずれかの電力変換装置の第1回路300と同じ構成であってもよく、第4回路601と第5回路602とが異なる構成であっても構わない。
The negative terminal of the switch circuit 102m of the fourth circuit 601 and the positive terminal of the switch circuit 101n of the fifth circuit 602 are electrically connected to the intermediate terminal 211.
In the power conversion device of the present embodiment, the fourth circuit 601 and the fifth circuit 602 have the same configuration as the third circuit 500, but are not limited thereto. For example, the fourth circuit 601 and the fifth circuit 602 may have the same configuration as the first circuit 300 of the power conversion device according to any one of the third to ninth embodiments described later, and the fourth circuit 601 and the fifth circuit 602 may have the same configuration. The configuration may be different from that of the five circuits 602.

図9は、第2実施形態の電力変換装置の動作の一例を説明するための図である。
本実施形態では、第3回路500は、第4回路601の出力端(インバータセル100の中間端)と交流端212との接続状態、および、第5回路602の出力端(インバータセル100の中間端)と交流端212との接続状態を切り替える接続切換部として動作する。
図9では、第3回路500のスイッチング素子のゲート信号波形Su、Su(1)−Su(n)、Sx、Sx(1)−Sx(m)と、第4回路601および第5回路602の出力に合成される第3回路500のみの出力波形と、第4回路601および第5回路602の出力波形と、電力変換装置の出力波形と、の一例を示している。
FIG. 9 is a diagram for explaining an example of the operation of the power conversion device of the second embodiment.
In the present embodiment, the third circuit 500 is connected to the output end (intermediate end of the inverter cell 100) of the fourth circuit 601 and the AC end 212, and the output end of the fifth circuit 602 (intermediate of the inverter cell 100). It operates as a connection switching unit that switches the connection state between the end) and the AC end 212.
In FIG. 9, the gate signal waveforms Su, Su (1) -Su (n), Sx, Sx (1) -Sx (m) of the switching element of the third circuit 500, and the fourth circuit 601 and the fifth circuit 602. An example of the output waveform of only the third circuit 500 combined with the output, the output waveform of the fourth circuit 601 and the fifth circuit 602, and the output waveform of the power conversion device is shown.

第3回路500において、インバータセル100のスイッチング素子1Uと、複数のスイッチ回路101Nのスイッチング素子1UNとのゲート信号は同じ波形である。第3回路500のスイッチング素子1Uと、複数のスイッチング素子1UNとがオンされている期間において、第4回路601の出力端と交流端212とが、第3回路500を介して電気的に接続される。 In the third circuit 500, the gate signals of the switching element 1U of the inverter cell 100 and the switching element 1UN of the plurality of switch circuits 101N have the same waveform. While the switching element 1U of the third circuit 500 and the plurality of switching elements 1UN are on, the output end and the AC end 212 of the fourth circuit 601 are electrically connected via the third circuit 500. To.

第3回路500において、インバータセル100のスイッチング素子1Xと、複数のスイッチ回路102Mのスイッチング素子1XMとのゲート信号は同じ波形である。第3回路500のスイッチング素子1Xと、複数のスイッチング素子1XMとがオンされている期間において、第4回路602の出力端と交流端212とが、第3回路500を介して電気的に接続される。 In the third circuit 500, the gate signals of the switching element 1X of the inverter cell 100 and the switching element 1XM of the plurality of switch circuits 102M have the same waveform. While the switching element 1X of the third circuit 500 and the plurality of switching elements 1XM are on, the output end and the AC end 212 of the fourth circuit 602 are electrically connected via the third circuit 500. To.

第4回路601と第5回路602とは、PWM制御により任意の出力電圧波形を実現することができる。図8に示す例では、第4回路601と第5回路602と出力電圧の波形は、正弦波と第3回路500の出力電圧波形との差分である。第4回路601と第5回路602とは、それぞれの出力電圧に対応する電圧指令値と三角波とを比較することにより、上アームのゲート信号と下アームのゲート信号とを生成することができる。 The fourth circuit 601 and the fifth circuit 602 can realize an arbitrary output voltage waveform by PWM control. In the example shown in FIG. 8, the waveforms of the fourth circuit 601 and the fifth circuit 602 and the output voltage are the differences between the sine wave and the output voltage waveform of the third circuit 500. The fourth circuit 601 and the fifth circuit 602 can generate a gate signal of the upper arm and a gate signal of the lower arm by comparing the voltage command value corresponding to each output voltage with the triangular wave.

上記のように、本実施形態の電力変換装置によれば、任意の出力電圧を実現することが可能であって、上述の第1実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の電力変換装置によれば、エネルギー損失を低く抑え、かつ、大型化を回避することが可能である。 As described above, according to the power conversion device of the present embodiment, it is possible to realize an arbitrary output voltage, and the same effect as that of the above-described first embodiment can be obtained. That is, according to the power conversion device of the present embodiment, it is possible to suppress the energy loss to a low level and avoid the increase in size.

次に、第3実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
図10は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
なお、以下の説明において、上述の第1乃至第2実施形態のいずれかと同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
Next, the power conversion device of the third embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 10 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the power conversion device of one embodiment.
In the following description, the same components as those of any of the above-described first to second embodiments will be designated by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

本実施形態の電力変換装置は、第1回路300のインバータセル100の構成が上述の第1実施形態と異なっている。本実施形態の電力変換装置は、第1回路300が、コンデンサ3U0、3X0と、ダイオード4U0、4UXと、抵抗器5U0、5X0と、回生整流ダイオード6U0、6X0と、を更に備えている。 In the power conversion device of this embodiment, the configuration of the inverter cell 100 of the first circuit 300 is different from that of the first embodiment described above. In the power conversion device of the present embodiment, the first circuit 300 further includes capacitors 3U0, 3X0, diodes 4U0, 4UX, resistors 5U0, 5X0, and regenerative rectifier diodes 6U0, 6X0.

ダイオード(上側ダイオード)4U0は、カソードがスイッチング素子1Uのソースおよび交流端212と電気的に接続し、アノードが抵抗器5U0と電気的に接続する。なお、ダイオード4U0は、リカバリ損失が低いファストリカバリ特性を備えることが望ましく、例えば、リカバリ特性のよいショットキーバリアダイオード(SBD)やワイドバンドギャップ半導体(SiC、GaNなど)を利用した素子を使用することが望ましい。 In the diode (upper diode) 4U0, the cathode is electrically connected to the source and the AC end 212 of the switching element 1U, and the anode is electrically connected to the resistor 5U0. It is desirable that the diode 4U0 has fast recovery characteristics with low recovery loss. For example, an element using a Schottky barrier diode (SBD) or a wide bandgap semiconductor (SiC, GaN, etc.) having good recovery characteristics is used. Is desirable.

コンデンサ(上側コンデンサ)3U0は、一端がスイッチング素子1Uのドレインと電気的に接続し、他端がダイオード4U0のアノードおよび抵抗器5U0と電気的に接続されている。 One end of the capacitor (upper capacitor) 3U0 is electrically connected to the drain of the switching element 1U, and the other end is electrically connected to the anode of the diode 4U0 and the resistor 5U0.

抵抗器(上側抵抗器)5U0の一端は、ダイオード4U0のアノードとコンデンサ3U0の他端とに電気的に接続されている。抵抗器5U0の他端は、回生整流ダイオード6U1のアノードと、回生整流ダイオード6U0のカソードとに電気的に接続されている。 One end of the resistor (upper resistor) 5U0 is electrically connected to the anode of the diode 4U0 and the other end of the capacitor 3U0. The other end of the resistor 5U0 is electrically connected to the anode of the regenerative rectifying diode 6U1 and the cathode of the regenerative rectifying diode 6U0.

ダイオード(下側ダイオード)4X0は、アノードがスイッチング素子1Xのドレインおよび交流端212と電気的に接続し、カソードが抵抗器5X0と電気的に接続している。なお、ダイオード4X0は、リカバリ損失が低いファストリカバリ特性を備えることが望ましく、例えば、リカバリ特性のよいショットキーバリアダイオード(SBD)やワイドバンドギャップ半導体(SiC、GaNなど)を利用した素子を使用することが望ましい。 In the diode (lower diode) 4X0, the anode is electrically connected to the drain and the AC end 212 of the switching element 1X, and the cathode is electrically connected to the resistor 5X0. It is desirable that the diode 4X0 has fast recovery characteristics with low recovery loss. For example, an element using a Schottky barrier diode (SBD) or a wide bandgap semiconductor (SiC, GaN, etc.) having good recovery characteristics is used. Is desirable.

コンデンサ(下側コンデンサ)3X0は、一端がスイッチング素子1Xのソースと電気的に接続され、他端がダイオード4X0のカソードおよび抵抗器5XMと電気的に接続されている。
抵抗器(下側抵抗器)5X0の一端は、ダイオード4X0のカソードとコンデンサ3X0の他端とに電気的に接続されている。抵抗器5X0の他端は、回生整流ダイオード6X0のアノードと、回生整流ダイオード6X1のカソードとに電気的に接続されている。
One end of the capacitor (lower capacitor) 3X0 is electrically connected to the source of the switching element 1X, and the other end is electrically connected to the cathode of the diode 4X0 and the resistor 5XM.
One end of the resistor (lower resistor) 5X0 is electrically connected to the cathode of the diode 4X0 and the other end of the capacitor 3X0. The other end of the resistor 5X0 is electrically connected to the anode of the regenerative rectifying diode 6X0 and the cathode of the regenerative rectifying diode 6X1.

上記のように、本実施形態の電力変換装置は、インバータセル100の上側のアームが、スイッチ回路101Nと同様の構成を備えた電圧型クランプ型スイッチ回路であり、インバータセル100の下側のアームが、スイッチ回路102Mと同様の構成を備えた電圧型クランプ型スイッチ回路である。したがって、本実施形態では、インバータセル100の上側のアームと下側のアームとは、スイッチ回路101N、102Mと同様のスイッチ回路として共通の回路を用いることができる。 As described above, in the power conversion device of the present embodiment, the upper arm of the inverter cell 100 is a voltage type clamp type switch circuit having the same configuration as the switch circuit 101N, and the lower arm of the inverter cell 100. Is a voltage-type clamp-type switch circuit having the same configuration as the switch circuit 102M. Therefore, in the present embodiment, the upper arm and the lower arm of the inverter cell 100 can use a common circuit as a switch circuit similar to the switch circuits 101N and 102M.

本実施形態において、複数の第1回生整流回路は、最も低電位側の第1スイッチ回路の第1コンデンサと上側コンデンサとの間、及び、上側コンデンサと下側スイッチング素子の低電位側の端子との間にさらに接続されている。 In the present embodiment, the plurality of first-generation rectifier circuits are provided between the first capacitor and the upper capacitor of the first switch circuit on the lowest potential side, and between the upper capacitor and the terminal on the lower potential side of the lower switching element. Is further connected between.

また、本実施形態において、複数の第2回生整流回路は、最も高電位側の第2スイッチ回路の第2コンデンサと下側コンデンサとの間、及び、下側コンデンサと上側スイッチング素子の高電位側の端子との間にさらに接続されている。 Further, in the present embodiment, the plurality of second-generation rectifier circuits are provided between the second capacitor and the lower capacitor of the second switch circuit on the highest potential side, and on the high potential side of the lower capacitor and the upper switching element. It is further connected to the terminal of.

本実施形態の電力変換装置の動作は、上述の第1実施形態と同様である。すなわち、第1回路300において、上アームの複数のスイッチング素子1UNと、下アームの複数のスイッチング素子1XMとを、それぞれ、所定の時間間隔をあけて順次スイッチングさせることにより、ターンオン損失、ターンオフ損失、および、リカバリ損失などの損失を低減することが可能である。 The operation of the power conversion device of this embodiment is the same as that of the first embodiment described above. That is, in the first circuit 300, the turn-on loss and the turn-off loss are caused by sequentially switching the plurality of switching elements 1UN of the upper arm and the plurality of switching elements 1XM of the lower arm at predetermined time intervals, respectively. In addition, it is possible to reduce losses such as recovery loss.

上記のように、本実施形態の電力変換装置によれば、上述の第1実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の電力変換装置によれば、エネルギー損失を低く抑え、かつ、大型化を回避することが可能である。 As described above, according to the power conversion device of the present embodiment, the same effect as that of the above-described first embodiment can be obtained. That is, according to the power conversion device of the present embodiment, it is possible to suppress the energy loss to a low level and avoid the increase in size.

次に、第4実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
図11は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
本実施形態の電力変換装置は、第1回路300の回生整流ダイオード6U1、6X1が省略されている。また、回生整流ダイオード6U2のアノードは、スイッチング素子1Xのソースと電気的に接続されることなく、回生整流ダイオード6X2のカソードと電気的に接続されている。回生整流ダイオード6X2のカソードは、スイッチング素子1Uのドレインと接続されることなく、回生整流ダイオード6U2のアノードと電気的に接続されている。
Next, the power conversion device of the fourth embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 11 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the power conversion device of one embodiment.
In the power conversion device of this embodiment, the regenerative rectifier diodes 6U1 and 6X1 of the first circuit 300 are omitted. Further, the anode of the regenerative rectifying diode 6U2 is electrically connected to the cathode of the regenerative rectifying diode 6X2 without being electrically connected to the source of the switching element 1X. The cathode of the regenerative rectifying diode 6X2 is electrically connected to the anode of the regenerative rectifying diode 6U2 without being connected to the drain of the switching element 1U.

すなわち、本実施形態の電力変換装置は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、隣接したスイッチ回路101N間、及び、隣接したスイッチ回路102M間にそれぞれ接続され、互いに直列に接続された複数の回生整流ダイオード6UN、6XM(N=2〜n、M=2〜m)と、を備えている。 That is, the power conversion device of the present embodiment is connected between adjacent switch circuits 101N and between adjacent switch circuits 102M with the direction from the low potential side to the high potential side as the forward direction, and is connected in series with each other. It is provided with a plurality of regenerative rectifying diodes 6UN and 6XM (N = 2 to n, M = 2 to m).

本実施形態では、回生整流回路が、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、隣接した第1スイッチ回路の第1コンデンサ間、及び、隣接した第2スイッチ回路の第2コンデンサ間にそれぞれ接続され、複数の回生整流回路が互いに直列に接続されている。 In the present embodiment, the regenerative rectifier circuit is between the first capacitors of the adjacent first switch circuit and between the second capacitors of the adjacent second switch circuit, with the direction from the low potential side to the high potential side as the forward direction. A plurality of regenerative rectifier circuits are connected in series with each other.

すなわち、本実施形態の電力変換装置は、第1スイッチ回路101Nの少なくとも1つが第1スイッチング素子1UNの低電位側端にカソードが接続された第1ダイオード4UNと、第1ダイオード4UNのアノードと第1スイッチング素子1UNの高電位側端との間に接続された第1コンデンサ3UNと、を備えるとき、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル100の低電位側端および上アームの第1コンデンサ3UNの低電位側端とを接続する回生整流回路を備えている。 That is, in the power conversion device of the present embodiment, at least one of the first switch circuits 101N has a first diode 4UN whose cathode is connected to the low potential side end of the first switching element 1UN, and an anode and a first of the first diode 4UN. When the first capacitor 3UN connected between the 1 switching element 1UN and the high potential side end is provided, the low potential side end of the inverter cell 100 and the low potential side end in the direction from the low potential side to the high potential side are forward directions. It is provided with a regenerative rectifying circuit that connects to the low potential side end of the first capacitor 3UN of the upper arm.

また、本実施形態の電力変換装置は、第2スイッチ回路102Xの少なくとも1つが第2スイッチング素子1XMの高電位側端にアノードが接続された第2ダイオード4XMと、第2ダイオード4XMのカソードと第2スイッチング素子1XMの低電位側端との間に接続された第2コンデンサ3XMと、を備えるとき、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル100の高電位側端および下アームの第2コンデンサ3XMの高電位側端を接続する回生整流回路を備えている。 Further, in the power conversion device of the present embodiment, at least one of the second switch circuits 102X has a second diode 4XM in which an anode is connected to the high potential side end of the second switching element 1XM, and a cathode and a second of the second diode 4XM. When the second capacitor 3XM connected between the two switching elements 1XM and the low potential side end is provided, the direction from the low potential side to the high potential side is the forward direction, and the high potential side end of the inverter cell 100 and the high potential side end. It is provided with a regenerative rectifying circuit that connects the high potential side end of the second capacitor 3XM of the lower arm.

なお、本実施形態において、インバータセル100の構成は、第1実施形態と同様であってもよく、第3実施形態と同様であってもよい。インバータセル100が第3実施形態と同様の構成である場合には、回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル100の低電位側端、上側コンデンサ3U0の低電位側端、および、上アームの第1コンデンサ3UNの低電位側端を接続し、かつ、インバータセル100の高電位側端、下側コンデンサ3X0の高電位側端、および、下アームの第2コンデンサ3XMの高電位側端を接続する回路を備える。 In this embodiment, the configuration of the inverter cell 100 may be the same as that of the first embodiment or the same as that of the third embodiment. When the inverter cell 100 has the same configuration as that of the third embodiment, the regenerative rectifying circuit has a forward direction from the low potential side to the high potential side, and the low potential side end of the inverter cell 100 and the upper capacitor 3U0. The low potential side end of the upper arm and the low potential side end of the first capacitor 3UN of the upper arm are connected, and the high potential side end of the inverter cell 100, the high potential side end of the lower capacitor 3X0, and the lower arm. A circuit for connecting the high potential side end of the second capacitor 3XM is provided.

本実施形態の電力変換装置の動作は、上述の第1実施形態と同様である。すなわち、第1回路300において、上アームの複数のスイッチング素子1UNと、下アームの複数のスイッチング素子1XMとを、それぞれ、所定の時間間隔をあけて順次スイッチングさせることにより、ターンオン損失、ターンオフ損失、および、リカバリ損失などの損失を低減することが可能である。 The operation of the power conversion device of this embodiment is the same as that of the first embodiment described above. That is, in the first circuit 300, the turn-on loss and the turn-off loss are caused by sequentially switching the plurality of switching elements 1UN of the upper arm and the plurality of switching elements 1XM of the lower arm at predetermined time intervals, respectively. In addition, it is possible to reduce losses such as recovery loss.

上記のように、本実施形態の電力変換装置によれば、上述の第1実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の電力変換装置によれば、エネルギー損失を低く抑え、かつ、大型化を回避することが可能である。 As described above, according to the power conversion device of the present embodiment, the same effect as that of the above-described first embodiment can be obtained. That is, according to the power conversion device of the present embodiment, it is possible to suppress the energy loss to a low level and avoid the increase in size.

次に、第5実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
図12は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
なお、以下の説明において、上述の第1乃至第4実施形態のいずれかと同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
Next, the power conversion device of the fifth embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 12 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the power conversion device of one embodiment.
In the following description, the same components as those of any of the above-described first to fourth embodiments will be designated by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

本実施形態の電力変換装置は、第1回路300の回生整流回路が抵抗器7C、7UN(N=2〜n)、7XM(M=2〜m)を更に備えている点において上述の第4実施形態の電力変換装置と異なる。 The power conversion device of the present embodiment has the fourth aspect described above in that the regenerative rectifier circuit of the first circuit 300 further includes resistors 7C, 7UN (N = 2 to n), and 7XM (M = 2 to m). It is different from the power conversion device of the embodiment.

抵抗器7UN(N=2〜n)は、スイッチ回路101(N−1)のスナバ端子205(N−1)と回生整流ダイオード6UNとを電気的に接続する経路において、回生整流ダイオード6UNと直列に接続されている。 The resistor 7UN (N = 2 to n) is connected in series with the regenerative rectifier diode 6UN in the path for electrically connecting the snubber terminal 205 (N-1) of the switch circuit 101 (N-1) and the regenerative rectifier diode 6UN. It is connected to the.

抵抗器7XM(M=2〜m)は、スイッチ回路102Mのスナバ端子208Mと回生整流ダイオード6XMとを電気的に接続する経路において、回生整流ダイオード6XMと直列に接続されている。 The resistor 7XM (M = 2 to m) is connected in series with the regenerative rectifier diode 6XM in the path for electrically connecting the snubber terminal 208M of the switch circuit 102M and the regenerative rectifier diode 6XM.

抵抗器7Cは、スイッチ回路1011のスナバ端子2051と、スイッチ回路1021のスナバ端子2081との間を電気的に接続する経路において、スナバ端子2051およびスナバ端子2081に直列に接続されている。 The resistor 7C is connected in series with the snubber terminal 2051 and the snubber terminal 2081 in a path for electrically connecting the snubber terminal 2051 of the switch circuit 1011 and the snubber terminal 2081 of the switch circuit 1021.

上記のように、本実施形態の電力変換装置は、回生整流ダイオード6UN、6XMと直列に接続された抵抗器7C、7UN(N=2〜n)、7XM(M=2〜m)を備える構成であり、スナバ端子205N、208Mを介してスイッチ回路101N、102Mのコンデンサ3UN、3XM間を電気的に接続する経路に介在する抵抗器の数を減らすことができる。例えば、図1に示す構成では、コンデンサ3Unとコンデンサ3U(n−1)とがスナバ端子205n、205(n−1)を介して電気的に接続される経路には、抵抗器5Unと抵抗器5U(n−1)とが介在している。これに対し、図11に示す構成では、コンデンサ3Unとコンデンサ3U(n−1)とがスナバ端子205n、205(n−1)を介して電気的に接続される経路には、抵抗器7nが介在している。これにより、スイッチ回路101N間およびスイッチ回路102M間を電気的に接続する経路を介して充電されるエネルギーを、より効率よく回生することができる。 As described above, the power conversion device of this embodiment has a configuration including resistors 7C, 7UN (N = 2 to n), and 7XM (M = 2 to m) connected in series with the regenerative rectifier diodes 6UN and 6XM. Therefore, the number of resistors intervening in the path for electrically connecting the capacitors 3UN and 3XM of the switch circuits 101N and 102M via the snubber terminals 205N and 208M can be reduced. For example, in the configuration shown in FIG. 1, a resistor 5Un and a resistor are connected to a path in which the capacitor 3Un and the capacitor 3U (n-1) are electrically connected via the snubber terminals 205n and 205 (n-1). It is intervened with 5U (n-1). On the other hand, in the configuration shown in FIG. 11, a resistor 7n is provided in a path in which the capacitor 3Un and the capacitor 3U (n-1) are electrically connected via the snubber terminals 205n and 205 (n-1). It is intervening. As a result, the energy charged through the path that electrically connects the switch circuits 101N and the switch circuits 102M can be regenerated more efficiently.

なお、本実施形態において、インバータセル100の構成は、第1実施形態と同様であってもよく、第3実施形態と同様であってもよい。インバータセル100が第5実施形態と同様の構成である場合には、回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル100の低電位側端、上側コンデンサ3U0の低電位側端、および、上アームの第1コンデンサ3UNの低電位側端を接続し、かつ、インバータセル100の高電位側端、下側コンデンサ3X0の高電位側端、および、下アームの第2コンデンサ3XMの高電位側端を接続する回路を備える。 In this embodiment, the configuration of the inverter cell 100 may be the same as that of the first embodiment or the same as that of the third embodiment. When the inverter cell 100 has the same configuration as that of the fifth embodiment, the regenerative rectifying circuit has a forward direction from the low potential side to the high potential side, and the low potential side end of the inverter cell 100 and the upper capacitor 3U0. The low potential side end of the upper arm and the low potential side end of the first capacitor 3UN of the upper arm are connected, and the high potential side end of the inverter cell 100, the high potential side end of the lower capacitor 3X0, and the lower arm. A circuit for connecting the high potential side end of the second capacitor 3XM is provided.

本実施形態の電力変換装置の動作は、上述の第1実施形態と同様である。すなわち、第1回路300において、上アームの複数のスイッチング素子1UNと、下アームの複数のスイッチング素子1XMとを、それぞれ、所定の時間間隔をあけて順次スイッチングさせることにより、ターンオン損失、ターンオフ損失、および、リカバリ損失などの損失を低減することが可能である。 The operation of the power conversion device of this embodiment is the same as that of the first embodiment described above. That is, in the first circuit 300, the turn-on loss and the turn-off loss are caused by sequentially switching the plurality of switching elements 1UN of the upper arm and the plurality of switching elements 1XM of the lower arm at predetermined time intervals, respectively. In addition, it is possible to reduce losses such as recovery loss.

上記のように、本実施形態の電力変換装置によれば、上述の第1実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の電力変換装置によれば、エネルギー損失を低く抑え、かつ、大型化を回避することが可能である。 As described above, according to the power conversion device of the present embodiment, the same effect as that of the above-described first embodiment can be obtained. That is, according to the power conversion device of the present embodiment, it is possible to suppress the energy loss to a low level and avoid the increase in size.

次に、第6実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
図13は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
なお、以下の説明において、上述の第1乃至第4実施形態のいずれかと同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
Next, the power conversion device of the sixth embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 13 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the power conversion device of one embodiment.
In the following description, the same components as those of any of the above-described first to fourth embodiments will be designated by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

本実施形態の電力変換装置は、上述の第4実施形態の電力変換装置において、第1回路300が回生整流ダイオード6Cを更に備えた構成である。
回生整流ダイオード6Cは、スイッチ回路1011のスナバ端子2051と抵抗器7Cとの間を電気的に接続する経路において、抵抗器7Cと直列に接続されている。
The power conversion device of the present embodiment has a configuration in which the first circuit 300 further includes a regenerative rectifier diode 6C in the power conversion device of the fourth embodiment described above.
The regenerative rectifier diode 6C is connected in series with the resistor 7C in the path for electrically connecting the snubber terminal 2051 of the switch circuit 1011 and the resistor 7C.

また、本実施形態の電力変換装置では、抵抗器7XMは、回生整流ダイオード6XMとスイッチ回路102(M−1)のスナバ端子208(M−1)との間において、回生整流ダイオード6XMと直列に接続されている。
本実施形態の電力変換装置は、上記構成以外は上述の第5実施形態の電力変換装置と同様の構成である。
Further, in the power conversion device of the present embodiment, the resistor 7XM is connected in series with the regenerative rectifier diode 6XM between the regenerative rectifier diode 6XM and the snubber terminal 208 (M-1) of the switch circuit 102 (M-1). It is connected.
The power conversion device of the present embodiment has the same configuration as the power conversion device of the fifth embodiment except for the above configuration.

本実施形態では、上述の第5実施形態と同様に、スナバ端子205N、208Mを介してスイッチ回路101N、102Mのコンデンサ3UN、3XM間を電気的に接続する経路に介在する抵抗器の数を減らすことができる。これにより、スイッチ回路101N間およびスイッチ回路102M間を電気的に接続する経路を介して充電されるエネルギーを、より効率よく回生することができる。 In the present embodiment, as in the fifth embodiment described above, the number of resistors interposed in the path for electrically connecting the capacitors 3UN and 3XM of the switch circuits 101N and 102M via the snubber terminals 205N and 208M is reduced. be able to. As a result, the energy charged through the path that electrically connects the switch circuits 101N and the switch circuits 102M can be regenerated more efficiently.

なお、本実施形態において、インバータセル100の構成は、第1実施形態と同様であってもよく、第3実施形態と同様であってもよい。インバータセル100が第3実施形態と同様の構成である場合には、回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル100の低電位側端、上側コンデンサ3U0の低電位側端、および、上アームの第1コンデンサ3UNの低電位側端を接続し、かつ、インバータセル100の高電位側端、下側コンデンサ3X0の高電位側端、および、下アームの第2コンデンサ3XMの高電位側端を接続する回路を備える。 In this embodiment, the configuration of the inverter cell 100 may be the same as that of the first embodiment or the same as that of the third embodiment. When the inverter cell 100 has the same configuration as that of the third embodiment, the regenerative rectifying circuit has a forward direction from the low potential side to the high potential side, and the low potential side end of the inverter cell 100 and the upper capacitor 3U0. The low potential side end of the upper arm and the low potential side end of the first capacitor 3UN of the upper arm are connected, and the high potential side end of the inverter cell 100, the high potential side end of the lower capacitor 3X0, and the lower arm. A circuit for connecting the high potential side end of the second capacitor 3XM is provided.

本実施形態の電力変換装置の動作は、上述の第1実施形態と同様である。すなわち、第1回路300において、上アームの複数のスイッチング素子1UNと、下アームの複数のスイッチング素子1XMとを、それぞれ、所定の時間間隔をあけて順次スイッチングさせることにより、ターンオン損失、ターンオフ損失、および、リカバリ損失などの損失を低減することが可能である。 The operation of the power conversion device of this embodiment is the same as that of the first embodiment described above. That is, in the first circuit 300, the turn-on loss and the turn-off loss are caused by sequentially switching the plurality of switching elements 1UN of the upper arm and the plurality of switching elements 1XM of the lower arm at predetermined time intervals, respectively. In addition, it is possible to reduce losses such as recovery loss.

上記のように、本実施形態の電力変換装置によれば、上述の第1実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の電力変換装置によれば、エネルギー損失を低く抑え、かつ、大型化を回避することが可能である。 As described above, according to the power conversion device of the present embodiment, the same effect as that of the above-described first embodiment can be obtained. That is, according to the power conversion device of the present embodiment, it is possible to suppress the energy loss to a low level and avoid the increase in size.

次に、第7実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
図14は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
なお、以下の説明において、上述の第1乃至第6実施形態のいずれかと同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
Next, the power conversion device of the seventh embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 14 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the power conversion device of one embodiment.
In the following description, the same components as those of any of the above-described first to sixth embodiments will be designated by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

本実施形態の電力変換装置は、第1回路300の下アームの構成が上述の第1実施形態と異なっている。
本実施形態の電力変換装置は、第1回路300の負側端子(スイッチ回路102mの負側端子207m)とインバータセル100との間の経路にスイッチング素子1XHが接続されている。なお、スイッチング素子1XHは、スイッチ回路101Nのスイッチング素子1UNよりも高耐圧の素子を用いることが望ましい。また、図13では、電力変換装置は、下アームに1つのスイッチング素子1XHを備えているが、下アームにおいて複数のスイッチング素子1XHを直列に接続しても構わない。なお、電力変換方向は一方方向になるが、下アームは、スイッチング素子1XHに代えて高耐圧のダイオード(受動半導体素子)を備えていてもよい。
In the power conversion device of the present embodiment, the configuration of the lower arm of the first circuit 300 is different from that of the first embodiment described above.
In the power conversion device of the present embodiment, the switching element 1XH is connected to the path between the negative terminal of the first circuit 300 (negative terminal 207 m of the switch circuit 102 m) and the inverter cell 100. As the switching element 1XH, it is desirable to use an element having a higher withstand voltage than the switching element 1UN of the switch circuit 101N. Further, in FIG. 13, although the power conversion device includes one switching element 1XH in the lower arm, a plurality of switching elements 1XH may be connected in series in the lower arm. Although the power conversion direction is unidirectional, the lower arm may be provided with a high withstand voltage diode (passive semiconductor element) instead of the switching element 1XH.

上記のように、本実施形態の電力変換装置は、下アームの構成が第1実施形態と異なっているものであって、第1スイッチ回路101Nの少なくとも1つが第1スイッチング素子1UNの低電位側端にカソードが接続された第1ダイオード4UNと、第1ダイオード4UNのアノードと第1スイッチング素子1UNの高電位側端との間に接続された第1コンデンサ3UNと、を備えるとき、および、第2スイッチ回路102Xの少なくとも1つが第2スイッチング素子1XMの高電位側端にアノードが接続された第2ダイオード4XMと、第2ダイオード4XMのカソードと第2スイッチング素子1XMの低電位側端との間に接続された第2コンデンサ3XMと、を備えるときの少なくとも一方であるとき、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル100の低電位側端および上アームの第1コンデンサ3UNの低電位側端と、インバータセル100の高電位側端および下アームの第2コンデンサ3XMの高電位側端と、の少なくともいずれか一方を接続する回生整流回路を備えている。 As described above, in the power conversion device of the present embodiment, the configuration of the lower arm is different from that of the first embodiment, and at least one of the first switch circuits 101N is on the low potential side of the first switching element 1UN. When the first diode 4UN having a cathode connected to the end and the first capacitor 3UN connected between the anode of the first diode 4UN and the high potential side end of the first switching element 1UN are provided, and the first At least one of the two-switch circuits 102X is between the second diode 4XM in which the anode is connected to the high potential side end of the second switching element 1XM, and the cathode of the second diode 4XM and the low potential side end of the second switching element 1XM. When at least one of the second capacitor 3XM connected to is provided, the direction from the low potential side to the high potential side is the forward direction, and the low potential side end of the inverter cell 100 and the first capacitor of the upper arm are provided. It is provided with a regenerative rectifying circuit that connects at least one of the low potential side end of 3UN, the high potential side end of the inverter cell 100, and the high potential side end of the second capacitor 3XM of the lower arm.

なお、本実施形態において、インバータセル100の構成は、第1実施形態と同様であってもよく、第3実施形態と同様であってもよい。インバータセル100が第3実施形態と同様の構成である場合には、回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル100の低電位側端、上側コンデンサ3U0の低電位側端、および、上アームの第1コンデンサ3UNの低電位側端を接続するとともに、インバータセル100の高電位側端および下側コンデンサ3X0の高電位側端を接続する回路を備える。 In this embodiment, the configuration of the inverter cell 100 may be the same as that of the first embodiment or the same as that of the third embodiment. When the inverter cell 100 has the same configuration as that of the third embodiment, the regenerative rectifying circuit has a forward direction from the low potential side to the high potential side, and the low potential side end of the inverter cell 100 and the upper capacitor 3U0. It is provided with a circuit for connecting the low potential side end of the inverter cell 100 and the low potential side end of the first capacitor 3UN of the upper arm, and connecting the high potential side end of the inverter cell 100 and the high potential side end of the lower capacitor 3X0.

本実施形態の電力変換装置は、上アームは上述の第1実施形態と同様の動作となり、下アームは、スイッチング素子1Xとスイッチング素子1XHとを同時にスイッチングすることにより、従来の2レベルインバータと同様に動作させることが可能である。したがって、本実施形態の電力変換装置では、上アームの複数のスイッチング素子1UNを、所定の時間間隔をあけて順次スイッチングさせることにより、ターンオン損失、ターンオフ損失、および、リカバリ損失などの損失を低減することが可能である。 In the power conversion device of the present embodiment, the upper arm operates in the same manner as in the first embodiment described above, and the lower arm switches the switching element 1X and the switching element 1XH at the same time, so that the lower arm is the same as the conventional two-level inverter. It is possible to operate. Therefore, in the power conversion device of the present embodiment, losses such as turn-on loss, turn-off loss, and recovery loss are reduced by sequentially switching the plurality of switching elements 1UN of the upper arm at predetermined time intervals. It is possible.

上記のように、本実施形態の電力変換装置によれば、上述の第1実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の電力変換装置によれば、エネルギー損失を低く抑え、かつ、大型化を回避することが可能である。 As described above, according to the power conversion device of the present embodiment, the same effect as that of the above-described first embodiment can be obtained. That is, according to the power conversion device of the present embodiment, it is possible to suppress the energy loss to a low level and avoid the increase in size.

次に、第8実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
図15は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
なお、以下の説明において、上述の第1乃至第7実施形態のいずれかと同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
Next, the power conversion device of the eighth embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 15 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the power conversion device of one embodiment.
In the following description, the same components as those of any of the above-described first to seventh embodiments will be designated by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

本実施形態の電力変換装置は、第1回路300の上アームの構成が上述の第1実施形態と異なっている。
本実施形態の電力変換装置は、第1回路300の正側端子(スイッチ回路101nの正側端子203n)とインバータセル100との間の経路にスイッチング素子1UHが接続されている。なお、スイッチング素子1UHは、スイッチ回路102Mのスイッチング素子1XMよりも高耐圧の素子を用いることが望ましい。また、図14では、電力変換装置は、上アームに1つのスイッチング素子1UHを備えているが、上アームにおいて複数のスイッチング素子1UHを直列に接続しても構わない。なお、電力変換方向は一方方向になるが、上アームは、スイッチング素子1UHに代えて高耐圧のダイオード(受動半導体素子)を備えていてもよい。
In the power conversion device of this embodiment, the configuration of the upper arm of the first circuit 300 is different from that of the first embodiment described above.
In the power conversion device of the present embodiment, the switching element 1UH is connected to the path between the positive terminal of the first circuit 300 (the positive terminal 203n of the switch circuit 101n) and the inverter cell 100. As the switching element 1UH, it is desirable to use an element having a higher withstand voltage than the switching element 1XM of the switch circuit 102M. Further, in FIG. 14, although the power conversion device includes one switching element 1UH on the upper arm, a plurality of switching elements 1UH may be connected in series on the upper arm. Although the power conversion direction is unidirectional, the upper arm may be provided with a high withstand voltage diode (passive semiconductor element) instead of the switching element 1UH.

上記のように、本実施形態の電力変換装置は、上アームの構成が第1実施形態と異なっているものであって、第1スイッチ回路101Nの少なくとも1つが第1スイッチング素子1UNの低電位側端にカソードが接続された第1ダイオード4UNと、第1ダイオード4UNのアノードと第1スイッチング素子1UNの高電位側端との間に接続された第1コンデンサ3UNと、を備えるとき、および、第2スイッチ回路102Xの少なくとも1つが第2スイッチング素子1XMの高電位側端にアノードが接続された第2ダイオード4XMと、第2ダイオード4XMのカソードと第2スイッチング素子1XMの低電位側端との間に接続された第2コンデンサ3XMと、を備えるときの少なくとも一方であるとき、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル100の低電位側端および上アームの第1コンデンサ3UNの低電位側端と、インバータセル100の高電位側端および下アームの第2コンデンサ3XMの高電位側端と、の少なくともいずれか一方を接続する回生整流回路を備えている。 As described above, in the power conversion device of the present embodiment, the configuration of the upper arm is different from that of the first embodiment, and at least one of the first switch circuits 101N is on the low potential side of the first switching element 1UN. When the first diode 4UN having a cathode connected to the end and the first capacitor 3UN connected between the anode of the first diode 4UN and the high potential side end of the first switching element 1UN are provided, and the first At least one of the two-switch circuits 102X is between the second diode 4XM in which the anode is connected to the high potential side end of the second switching element 1XM, and the cathode of the second diode 4XM and the low potential side end of the second switching element 1XM. When at least one of the second capacitor 3XM connected to is provided, the direction from the low potential side to the high potential side is the forward direction, and the low potential side end of the inverter cell 100 and the first capacitor of the upper arm are provided. It is provided with a regenerative rectifying circuit that connects at least one of the low potential side end of 3UN, the high potential side end of the inverter cell 100, and the high potential side end of the second capacitor 3XM of the lower arm.

なお、本実施形態において、インバータセル100の構成は、第1実施形態と同様であってもよく、第3実施形態と同様であってもよい。インバータセル100が第5実施形態と同様の構成である場合には、回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル100の低電位側端および上側コンデンサ3U0の低電位側端を接続するとともに、インバータセル100の高電位側端、下側コンデンサ3X0の高電位側端、および、下アームの第2コンデンサ3XMの高電位側端を接続する回路を備える。 In this embodiment, the configuration of the inverter cell 100 may be the same as that of the first embodiment or the same as that of the third embodiment. When the inverter cell 100 has the same configuration as that of the fifth embodiment, the regenerative rectifier circuit has the low potential side end of the inverter cell 100 and the upper capacitor 3U0 in the forward direction from the low potential side to the high potential side. A circuit is provided for connecting the low potential side end of the inverter cell 100, the high potential side end of the lower capacitor 3X0, and the high potential side end of the second capacitor 3XM of the lower arm.

本実施形態の電力変換装置は、下アームは上述の第1実施形態と同様の動作となり、上アームは、スイッチング素子1Uとスイッチング素子1UHとを同時にスイッチングすることにより、従来の2レベルインバータと同様に動作させることが可能である。したがって、本実施形態の電力変換装置では、下アームの複数のスイッチング素子1XMを、所定の時間間隔をあけて順次スイッチングさせることにより、ターンオン損失、ターンオフ損失、および、リカバリ損失などの損失を低減することが可能である。 In the power conversion device of this embodiment, the lower arm operates in the same manner as in the first embodiment described above, and the upper arm switches the switching element 1U and the switching element 1UH at the same time, so that the upper arm is the same as the conventional two-level inverter. It is possible to operate. Therefore, in the power conversion device of the present embodiment, losses such as turn-on loss, turn-off loss, and recovery loss are reduced by sequentially switching the plurality of switching elements 1XM of the lower arm at predetermined time intervals. It is possible.

上記のように、本実施形態の電力変換装置によれば、上述の第1実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の電力変換装置によれば、エネルギー損失を低く抑え、かつ、大型化を回避することが可能である。 As described above, according to the power conversion device of the present embodiment, the same effect as that of the above-described first embodiment can be obtained. That is, according to the power conversion device of the present embodiment, it is possible to suppress the energy loss to a low level and avoid the increase in size.

次に、第9実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
図16は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
なお、以下の説明において、上述の第1乃至第8実施形態のいずれかと同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
Next, the power conversion device of the ninth embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 16 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the power conversion device of one embodiment.
In the following description, the same components as those of any of the above-described first to eighth embodiments will be designated by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

本実施形態の電力変換装置は、第1回路300の回生整流回路の構成が上述の第1実施形態と異なっている。
複数の第1回生整流回路は、それぞれ回生整流ダイオード6UNと抵抗器5UNとを備えている。回生整流ダイオード6UNは、インバータセル100の負側セル端子201からスイッチ回路101Nのスナバ端子205Nへ向かう方向を順方向として、負側セル端子201とスナバ端子205Nとの間に接続されている。抵抗器5UNは、回生整流ダイオード6UNのカソードとスナバ端子205Nとの間を電気的に接続する経路において、回生整流ダイオード6UNと直列に接続されている。すなわち、複数の回生整流ダイオード6UNのアノードは、他の回生整流ダイオード6UNを介さずに、インバータセル100の負側セル端子201と電気的に接続されている。
In the power conversion device of this embodiment, the configuration of the regenerative rectifier circuit of the first circuit 300 is different from that of the first embodiment described above.
Each of the plurality of first regenerative rectifier circuits includes a regenerative rectifier diode 6 UN and a resistor 5 UN. The regenerative rectifying diode 6UN is connected between the negative cell terminal 201 and the snubber terminal 205N with the direction from the negative cell terminal 201 of the inverter cell 100 toward the snubber terminal 205N of the switch circuit 101N as the forward direction. The resistor 5UN is connected in series with the regenerative rectifier diode 6UN in a path that electrically connects the cathode of the regenerative rectifier diode 6UN and the snubber terminal 205N. That is, the anodes of the plurality of regenerative rectifying diodes 6UN are electrically connected to the negative cell terminal 201 of the inverter cell 100 without passing through another regenerative rectifying diode 6UN.

すなわち、本実施形態において、複数の第1回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、下側スイッチング素子の低電位側の端子(インバータセル100の低電位側端)と複数の第1スイッチ回路の第1コンデンサの低電位側端との間にそれぞれ接続されている。 That is, in the present embodiment, the plurality of first-generation rectifier circuits have a terminal on the low potential side of the lower switching element (the low potential side end of the inverter cell 100) with the direction from the low potential side to the high potential side as the forward direction. ) And the low potential side ends of the first capacitors of the plurality of first switch circuits, respectively.

上記のように、本実施形態の電力変換装置は、第1スイッチ回路101Nの少なくとも1つが第1スイッチング素子1UNの低電位側端にカソードが接続された第1ダイオード4UNと、第1ダイオード4UNのアノードと第1スイッチング素子1UNの高電位側端との間に接続された第1コンデンサ3UNと、を備えるとき、および、第2スイッチ回路102Xの少なくとも1つが第2スイッチング素子1XMの高電位側端にアノードが接続された第2ダイオード4XMと、第2ダイオード4XMのカソードと第2スイッチング素子1XMの低電位側端との間に接続された第2コンデンサ3XMと、を備えるときの少なくとも一方であるとき、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル100の低電位側端および上アームの第1コンデンサ3UNの低電位側端と、インバータセル100の高電位側端および下アームの第2コンデンサ3XMの高電位側端と、の少なくともいずれか一方を接続する回生整流回路を備えている。 As described above, in the power conversion device of the present embodiment, at least one of the first switch circuits 101N has a first diode 4UN whose cathode is connected to the low potential side end of the first switching element 1UN, and a first diode 4UN. When the first capacitor 3UN connected between the anode and the high potential side end of the first switching element 1UN is provided, and at least one of the second switch circuits 102X is the high potential side end of the second switching element 1XM. At least one of when the second diode 4XM having an anode connected to the second diode 4XM and the second capacitor 3XM connected between the cathode of the second diode 4XM and the low potential side end of the second switching element 1XM is provided. When, with the direction from the low potential side to the high potential side as the forward direction, the low potential side end of the inverter cell 100, the low potential side end of the first capacitor 3UN of the upper arm, and the high potential side end and the lower side of the inverter cell 100. It is provided with a regenerative rectifying circuit that connects at least one of the high potential side end of the second capacitor 3XM of the arm.

複数の第2回生整流回路は、それぞれ回生整流ダイオード6XMと抵抗器5XMとを備えている。回生整流ダイオード6XMは、スイッチ回路102Mのスナバ端子208Mからインバータセル100の正側セル端子200へ向かう方向を順方向として、スナバ端子208Mと正側セル端子200との間に接続されている。抵抗器5XMは、回生整流ダイオード6XMのアノードとスナバ端子208Mとの間を電気的に接続する経路において、回生整流ダイオード6XMと直列に接続されている。すなわち、複数の回生整流ダイオード6XMのカソードは、他の回生整流ダイオード6XMを介さずに、インバータセル100の正側セル端子200と電気的に接続されている。 Each of the plurality of second regenerative rectifier circuits includes a regenerative rectifier diode 6XM and a resistor 5XM. The regenerative rectifying diode 6XM is connected between the snubber terminal 208M and the positive cell terminal 200 with the direction from the snubber terminal 208M of the switch circuit 102M toward the positive cell terminal 200 of the inverter cell 100 as the forward direction. The resistor 5XM is connected in series with the regenerative rectifier diode 6XM in a path for electrically connecting the anode of the regenerative rectifier diode 6XM and the snubber terminal 208M. That is, the cathodes of the plurality of regenerative rectifying diodes 6XM are electrically connected to the positive cell terminals 200 of the inverter cell 100 without passing through other regenerative rectifying diodes 6XM.

すなわち、本実施形態において、複数の第2回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、上側スイッチング素子の高電位側の端子(インバータセル100の高電位側端)と複数の第2スイッチ回路の第2コンデンサの高電位側端との間にそれぞれ接続されている。 That is, in the present embodiment, the plurality of second-generation rectifier circuits have the terminal on the high potential side of the upper switching element (the high potential side end of the inverter cell 100) with the direction from the low potential side to the high potential side as the forward direction. Is connected to each of the high potential side ends of the second capacitors of the plurality of second switch circuits.

なお、本実施形態において、インバータセル100の構成は、第1実施形態と同様であってもよく、第3実施形態と同様であってもよい。インバータセル100が第3実施形態と同様の構成である場合には、回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル100の低電位側端と上側コンデンサ3U0の低電位側端との間に接続された回路と、インバータセル100の高電位側端と下側コンデンサ3X0の高電位側端との間にそれぞれ接続された回路と、をさらに備える。 In this embodiment, the configuration of the inverter cell 100 may be the same as that of the first embodiment or the same as that of the third embodiment. When the inverter cell 100 has the same configuration as that of the third embodiment, the regenerative rectifier circuit has the low potential side end of the inverter cell 100 and the upper capacitor 3U0 in the forward direction from the low potential side to the high potential side. Further includes a circuit connected between the low potential side end of the inverter cell 100 and a circuit connected between the high potential side end of the inverter cell 100 and the high potential side end of the lower capacitor 3X0.

本実施形態の電力変換装置において、スイッチング素子1U、1Xと、複数のスイッチング素子1UNと複数のスイッチング素子1XMとのスイッチング動作は、上述の第1実施形態と同様である。すなわち、上アームの複数のスイッチング素子1UNと、下アームの複数のスイッチング素子1XMとを、それぞれ、所定の時間間隔をあけて順次スイッチングさせる。 In the power conversion device of the present embodiment, the switching operation of the switching elements 1U and 1X, the plurality of switching elements 1UN, and the plurality of switching elements 1XM is the same as that of the above-described first embodiment. That is, the plurality of switching elements 1UN of the upper arm and the plurality of switching elements 1XM of the lower arm are sequentially switched at predetermined time intervals, respectively.

本実施形態では、上記スイッチング動作および回生整流ダイオード6UN、6XMの構成により、スイッチ回路101N、102Mのコンデンサ3UN、3XMに蓄えられたエネルギーは、複数の回生整流ダイオード6UN、6XMを介すことなくフローティングコンデンサ2へ充電される。 In the present embodiment, due to the switching operation and the configuration of the regenerative rectifying diodes 6UN and 6XM, the energy stored in the capacitors 3UN and 3XM of the switch circuits 101N and 102M floats without passing through the plurality of regenerative rectifying diodes 6UN and 6XM. The capacitor 2 is charged.

したがって、本実施形態の電力変換装置によれば、ターンオン損失、ターンオフ損失、および、リカバリ損失などの損失を低減することが可能であるとともに、コンデンサ3UN、3XMからフローティングコンデンサ2へエネルギーを放電する経路において、エネルギーの損失が少なくなり、より効率的にエネルギーを回生することが可能となる。 Therefore, according to the power conversion device of the present embodiment, it is possible to reduce losses such as turn-on loss, turn-off loss, and recovery loss, and a path for discharging energy from the capacitors 3UN and 3XM to the floating capacitor 2. In, the loss of energy is reduced, and energy can be regenerated more efficiently.

なお、本実施形態の電力変換装置では、上述の第1実施形態の電力変換装置の回路構成と比較して回生整流ダイオード6UN、6XMに印加され電圧が高くなるため、回生整流ダイオード6UN、6XMとして第1実施形態よりも高耐圧の素子を適用することが望ましい。 In the power conversion device of the present embodiment, since the voltage applied to the regenerative rectifier diodes 6UN and 6XM is higher than that of the circuit configuration of the power conversion device of the first embodiment described above, the regenerative rectifier diodes 6UN and 6XM are used. It is desirable to apply an element with a higher withstand voltage than that of the first embodiment.

上記のように、本実施形態の電力変換装置によれば、上述の第1実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の電力変換装置によれば、エネルギー損失を低く抑え、かつ、大型化を回避することが可能である。 As described above, according to the power conversion device of the present embodiment, the same effect as that of the above-described first embodiment can be obtained. That is, according to the power conversion device of the present embodiment, it is possible to suppress the energy loss to a low level and avoid the increase in size.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

1U、1X、1UH、1XH、1UN、1XM…スイッチング素子、1UNU、1XMU…正側スイッチング素子、1UNL、1XML…負側スイッチング素子、2…フローティングコンデンサ、3UN、3XM…コンデンサ、4UN、4XM…ダイオード、5U、5UN、5XM…抵抗器、6、6C、6UN、6XM…回生整流ダイオード、7C、7UN、7XM…抵抗器、8pu、8px、8nu、8nx…高耐圧スイッチング素子、9p、9n…直流コンデンサ、100…インバータセル、101N、102M…スイッチ回路、106p、106n、601、602…高耐圧インバータセル、209…正側直流端、210…負側直流端、211…中間端子、212…交流端子(交流端)、300…第1回路、400…第2回路、500…第3回路、601…第4回路、602…第5回路。 1U, 1X, 1UH, 1XH, 1UN, 1XM ... Switching element, 1UNU, 1XMU ... Positive side switching element, 1UNL, 1XML ... Negative side switching element, 2 ... Floating capacitor, 3UN, 3XM ... Condenser, 4UN, 4XM ... Diode, 5U, 5UN, 5XM ... resistor, 6, 6C, 6UN, 6XM ... regenerative rectifying diode, 7C, 7UN, 7XM ... resistor, 8pu, 8px, 8nu, 8nx ... high withstand voltage switching element, 9p, 9n ... DC capacitor, 100 ... Inverter cell, 101N, 102M ... Switch circuit, 106p, 106n, 601, 602 ... High withstand voltage inverter cell, 209 ... Positive DC end, 210 ... Negative DC end, 211 ... Intermediate terminal, 212 ... AC terminal (AC) End), 300 ... 1st circuit, 400 ... 2nd circuit, 500 ... 3rd circuit, 601 ... 4th circuit, 602 ... 5th circuit.

Claims (9)

高電位側端にて正側直流端に電気的に接続され、低電位側端にて中間端に電気的に接続された上側高耐圧インバータセルと、
高電位側端にて中間端に電気的に接続され、低電位側端にて負側直流端に電気的に接続された下側高耐圧インバータセルと、
交流端と高電位側端との間に接続された上側スイッチング素子と、交流端と低電位側端との間に接続された下側スイッチング素子と、高電位側端と低電位側端との間において前記上側スイッチング素子および前記下側スイッチング素子に対して並列に接続されたフローティングコンデンサと、を有するインバータセルと、
前記インバータセルの高電位側端と前記上側高耐圧インバータセルの出力端との間に接続され、第1スイッチング素子を有する第1スイッチ回路を一または複数直列に接続して構成された上アームと、
前記インバータセルの低電位側端と前記下側高耐圧インバータセルの出力端との間に接続され、第2スイッチング素子を有する第2スイッチ回路を一または複数直列に接続して構成された下アームと、を備え、
前記上側高耐圧インバータセルおよび前記下側高耐圧インバータセルは、高電位側端と出力端との間に接続された上側高耐圧スイッチング素子と、低電位側端と出力端との間に接続された下側高耐圧スイッチング素子と、高電位側端と低電位側端との間に接続された直流コンデンサと、を備え、
前記第1スイッチ回路の少なくとも1つが、前記第1スイッチング素子の低電位側端にカソードが接続された第1ダイオードと、前記第1ダイオードのアノードと前記第1スイッチング素子の高電位側端との間に接続された第1コンデンサと、を有するときは、前記インバータセルの低電位側端と前記第1コンデンサの低電位側端とを接続する第1回生整流回路を有し、
前記第2スイッチ回路の少なくとも1つが、前記第2スイッチング素子の高電位側端にアノードが接続された第2ダイオードと、前記第2ダイオードのカソードと前記第2スイッチング素子の低電位側端との間に接続された第2コンデンサと、を有するときは、前記インバータセルの高電位側端と前記第2コンデンサの高電位側端とを接続する第2回生整流回路を有することを特徴とする電力変換装置。
An upper high withstand voltage inverter cell that is electrically connected to the positive DC end at the high potential side end and electrically connected to the intermediate end at the low potential side end.
A lower high withstand voltage inverter cell that is electrically connected to the intermediate end at the high potential side end and electrically connected to the negative DC end at the low potential side end.
An upper switching element connected between the AC end and the high potential side end, a lower switching element connected between the AC end and the low potential side end, and a high potential side end and a low potential side end. An inverter cell having an upper switching element and a floating capacitor connected in parallel to the lower switching element between them.
An upper arm connected between the high potential side end of the inverter cell and the output end of the upper high withstand voltage inverter cell, and one or a plurality of first switch circuits having a first switching element connected in series. ,
A lower arm connected between the low potential side end of the inverter cell and the output end of the lower high withstand voltage inverter cell, and one or a plurality of second switch circuits having a second switching element are connected in series. And with
The upper high withstand voltage inverter cell and the lower high withstand voltage inverter cell are connected between the upper high withstand voltage switching element connected between the high potential side end and the output end and between the low potential side end and the output end. It is provided with a lower high withstand voltage switching element and a DC capacitor connected between the high potential side end and the low potential side end.
At least one of the first switch circuits includes a first diode having a cathode connected to the low potential side end of the first switching element, an anode of the first diode, and a high potential side end of the first switching element. When it has a first capacitor connected between them, it has a first-generation rectifying circuit that connects the low-potential side end of the inverter cell and the low-potential side end of the first capacitor.
At least one of the second switch circuits includes a second diode having an anode connected to the high potential side end of the second switching element, a cathode of the second diode, and a low potential side end of the second switching element. When it has a second capacitor connected between them, it has a second regenerative rectification circuit that connects the high potential side end of the inverter cell and the high potential side end of the second capacitor. Converter.
交流端と高電位側端との間に接続された上側スイッチング素子と、交流端と低電位側端との間に接続された下側スイッチング素子と、高電位側端と低電位側端との間において前記上側スイッチング素子および前記下側スイッチング素子に対して並列に接続されたフローティングコンデンサと、を有するインバータセルと、前記インバータセルの高電位側端に接続され、第1スイッチング素子を有する第1スイッチ回路を一または複数直列に接続して構成された上アームと、前記インバータセルの低電位側端に接続され、第2スイッチング素子を有する第2スイッチ回路を一または複数直列に接続して構成された下アームと、を備えた第3回路、第4回路及び第5回路を含み、
前記第3回路、前記第4回路及び前記第5回路のそれぞれは、前記第1スイッチ回路の少なくとも1つが、前記第1スイッチング素子の低電位側端にカソードが接続された第1ダイオードと、前記第1ダイオードのアノードと前記第1スイッチング素子の高電位側端との間に接続された第1コンデンサと、を有するときは、前記インバータセルの低電位側端と前記第1コンデンサの低電位側端とを接続する第1回生整流回路を有し、
前記第2スイッチ回路の少なくとも1つが、前記第2スイッチング素子の高電位側端にアノードが接続された第2ダイオードと、前記第2ダイオードのカソードと前記第2スイッチング素子の低電位側端との間に接続された第2コンデンサと、を有するときは、前記インバータセルの高電位側端と前記第2コンデンサの高電位側端とを接続する第2回生整流回路を有し、
前記第4回路は、高電位側端にて正側直流端と電気的に接続され、低電位側端にて中間端と電気的に接続され、交流端にて前記第3回路の高電位側端と電気的に接続され、
前記第5回路は、高電位側端に中間端と電気的に接続され、低電位側端にて負側直流端と電気的に接続され、交流端にて前記第3回路の低電位側端と電気的に接続される、ことを特徴とする電力変換装置。
An upper switching element connected between the AC end and the high potential side end, a lower switching element connected between the AC end and the low potential side end, and a high potential side end and a low potential side end. A first inverter cell having an inverter cell having a floating capacitor connected in parallel to the upper switching element and the lower switching element in between, and a first switching element connected to the high potential side end of the inverter cell and having a first switching element. The upper arm configured by connecting one or more switch circuits in series and the second switch circuit connected to the low potential side end of the inverter cell and having the second switching element are connected in series one or more. Includes a third circuit, a fourth circuit, and a fifth circuit with a lower arm.
Each of the third circuit, the fourth circuit, and the fifth circuit includes a first diode in which at least one of the first switch circuits has a cathode connected to the low potential side end of the first switching element, and the first diode. When it has a first capacitor connected between the anode of the first diode and the high potential side end of the first switching element, the low potential side end of the inverter cell and the low potential side of the first capacitor are provided. It has a first-generation rectifier circuit that connects to the end,
At least one of the second switch circuits includes a second diode having an anode connected to the high potential side end of the second switching element, a cathode of the second diode, and a low potential side end of the second switching element. When it has a second capacitor connected between them, it has a second regenerative rectification circuit that connects the high potential side end of the inverter cell and the high potential side end of the second capacitor.
The fourth circuit is electrically connected to the positive DC end at the high potential side end, electrically connected to the intermediate end at the low potential side end, and the high potential side of the third circuit at the AC end. Electrically connected to the end,
The fifth circuit is electrically connected to the intermediate end at the high potential side end, electrically connected to the negative DC end at the low potential side end, and at the low potential side end of the third circuit at the AC end. A power converter characterized by being electrically connected to.
前記第1回生整流回路は、一または複数直列に接続した第1回生整流ダイオードと、この一つの前記第1回生整流ダイオードのカソードと前記第1コンデンサの低電位側端との間に接続された第1抵抗器、または複数の前記第1回生整流ダイオードのカソードとそれぞれ対応する前記第1コンデンサの低電位側端との間に接続された複数の第1抵抗器と、を有し、
前記第2回生整流回路は、一または複数直列に接続した第2回生整流ダイオードと、この一つの第2回生整流ダイオードのアノードと前記第2コンデンサの高電位側端との間に接続された第2抵抗器、または複数の前記第2回生整流ダイオードのアノードとそれぞれ対応する前記第2コンデンサの高電位側端との間に接続された複数の第2抵抗器と、を有する
請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。
The first-generation rectifier circuit is connected between one or more first-generation rectifier diodes connected in series, the cathode of the one first-generation rectifier diode, and the low-potential side end of the first capacitor. It has a first resistor or a plurality of first resistors connected between the cathodes of the plurality of first-generation rectifier diodes and the corresponding low-potential side ends of the first capacitor.
The second-generation rectifier circuit is connected between one or more second-generation rectifier diodes connected in series, the anode of the one second-generation rectifier diode, and the high-potential end of the second capacitor. Claim 1 or claim having two resistors, or a plurality of second resistors connected between the anodes of the plurality of second-generation rectifier diodes and the corresponding high potential side ends of the second capacitor, respectively. Item 2. The power conversion device according to Item 2.
一または複数直列に接続された前記第2スイッチ回路の前記第2スイッチング素子は、前記第1スイッチング素子よりも高耐圧、若しくは、一または複数直列に接続された前記第1スイッチ回路の前記第1スイッチング素子は、前記第2スイッチング素子よりも高耐圧である、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。 The second switching element of the second switch circuit connected in one or more series has a higher withstand voltage than the first switching element, or the first switch circuit of the first switch circuit connected in series one or more. The power conversion device according to claim 1 or 2, wherein the switching element has a higher withstand voltage than the second switching element. 前記第1抵抗器に代えて第1インダクタンス素子を備え、前記第2抵抗器に代えて第2インダクタンス素子を備える、ことを特徴とする請求項3に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 3, further comprising a first inductance element in place of the first resistor and a second inductance element in place of the second resistor. 前記インバータセルは、前記上側スイッチング素子の低電位側端にカソードが接続された上側ダイオードと、前記上側ダイオードのアノードと前記上側スイッチング素子の高電位側端との間に接続された上側コンデンサと、前記下側スイッチング素子の高電位側端にアノードが接続された下側ダイオードと、前記下側ダイオードのカソードと前記下側スイッチング素子の低電位側端との間に接続された下側コンデンサと、を備え、
前記第1回生整流回路は、前記上側コンデンサの低電位側端と前記インバータセルの低電位側端との間をさらに接続し、
前記第2回生整流回路は、前記下側コンデンサの高電位側と前記インバータセルの高電位側端との間をさらに接続することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
The inverter cell includes an upper diode having a cathode connected to the low potential side end of the upper switching element, and an upper capacitor connected between the anode of the upper diode and the high potential side end of the upper switching element. A lower diode having an anode connected to the high potential side end of the lower switching element, and a lower capacitor connected between the cathode of the lower diode and the low potential side end of the lower switching element. With
The first regenerative rectifier circuit further connects the low potential side end of the upper capacitor and the low potential side end of the inverter cell.
The second regenerative rectifier circuit according to any one of claims 1 to 5, wherein the high potential side of the lower capacitor and the high potential side end of the inverter cell are further connected. The power converter described.
前記第1スイッチング素子、前記第2スイッチング素子、前記上側スイッチング素子、および、前記下側スイッチング素子は、それぞれ、直列に接続された複数のスイッチング素子を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の電力変換装置。 Claims 1 to 2, wherein the first switching element, the second switching element, the upper switching element, and the lower switching element each include a plurality of switching elements connected in series. The power conversion device according to any one of 6. 複数の前記第1スイッチング素子および複数の前記第2スイッチング素子は、所定の時間間隔を空けて順次スイッチングされ、
前記上アームにおいて、複数の前記第1コンデンサの静電容量は、ターンオンされてからターンオフされるまでの期間が短い前記第1スイッチング素子と接続された前記第1コンデンサよりも、ターンオンされてからターンオフされるまでの期間が長い前記第1スイッチング素子と接続された前記第1コンデンサが小さく、
前記下アームにおいて、複数の前記第2コンデンサの静電容量は、ターンオンされてからターンオフされるまでの期間が短い前記第2スイッチング素子と接続された前記第2コンデンサよりも、ターンオンされてからターンオフされるまでの期間が長い前記第2スイッチング素子と接続された前記第2コンデンサが小さいことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。
The plurality of the first switching elements and the plurality of the second switching elements are sequentially switched at predetermined time intervals.
In the upper arm, the capacitances of the plurality of first capacitors are turned on and then turned off more than the first capacitors connected to the first switching element, which have a shorter period from turn-on to turn-off. The first capacitor connected to the first switching element, which takes a long time to be used, is small.
In the lower arm, the capacitances of the plurality of second capacitors are turned on and then turned off more than the second capacitors connected to the second switching element, which have a shorter period from turn-on to turn-off. The power conversion device according to claim 1 or 2, wherein the second capacitor connected to the second switching element having a long period of time is small.
交流端と高電位側端との間に接続された上側スイッチング素子と、交流端と低電位側端との間に接続された下側スイッチング素子と、高電位側端と低電位側端との間において前記上側スイッチング素子および前記下側スイッチング素子に対して並列に接続されたフローティングコンデンサと、を有するインバータセルと、
前記インバータセルの高電位側端に接続され、第1スイッチング素子を有する第1スイッチ回路を一または複数直列に接続して構成された上アームと、
前記インバータセルの低電位側端に接続され、第2スイッチング素子を有する第2スイッチ回路を一または複数直列に接続して構成された下アームと、
を備え、
前記第1スイッチ回路の少なくとも1つは、前記第1スイッチング素子の低電位側端にカソードが接続された第1ダイオードと、前記第1ダイオードのアノードと前記第1スイッチング素子の高電位側端との間に接続された第1コンデンサと、を有し、
前記第2スイッチ回路の少なくとも1つは、前記第2スイッチング素子の高電位側端にアノードが接続された第2ダイオードと、前記第2ダイオードのカソードと前記第2スイッチング素子の低電位側端との間に接続された第2コンデンサと、を有し、
前記インバータセルの低電位側端と前記第1コンデンサの低電位側端とを接続する一または複数直列に接続した第1回生整流ダイオードと、この一つの前記第1回生整流ダイオードのカソードと前記第1コンデンサの低電位側端との間に接続された第1抵抗器、または複数の前記第1回生整流ダイオードのカソードとそれぞれ対応する前記第1コンデンサの低電位側端との間に接続された複数の第1抵抗器と、を有する、第1回生整流回路と、
前記インバータセルの高電位側端と前記第2コンデンサの高電位側端とを接続する一または複数直列に接続した第2回生整流ダイオードと、この一つの前記第2回生整流ダイオードのアノードと前記第2コンデンサの高電位側端との間に接続された第2抵抗器、または複数の前記第2回生整流ダイオードのアノードとそれぞれ対応する前記第2コンデンサの高電位側端との間に接続された複数の第2抵抗器と、を有する第2回生整流回路と、を有し、
最も低電位側の前記第1スイッチ回路の前記第1コンデンサの低電位側端と最も高電位側の前記第2スイッチ回路の前記第2コンデンサの高電位側端との間は、直接接続され、抵抗器を介して接続され、または、抵抗器および回生整流ダイオードを介して接続されていることを特徴とする電力変換装置。
An upper switching element connected between the AC end and the high potential side end, a lower switching element connected between the AC end and the low potential side end, and a high potential side end and a low potential side end. An inverter cell having an upper switching element and a floating capacitor connected in parallel to the lower switching element between them.
An upper arm connected to the high potential side end of the inverter cell and configured by connecting one or more first switch circuits having a first switching element in series.
A lower arm connected to the low potential side end of the inverter cell and configured by connecting one or more second switch circuits having a second switching element in series.
With
At least one of the first switch circuits includes a first diode having a cathode connected to the low potential side end of the first switching element, an anode of the first diode, and a high potential side end of the first switching element. Has a first capacitor connected between
At least one of the second switch circuits includes a second diode having an anode connected to the high potential side end of the second switching element, a cathode of the second diode, and a low potential side end of the second switching element. Has a second capacitor connected between
A first-generation rectifier diode connected in series with one or a plurality of low-potential side ends of the inverter cell and the low-potential side end of the first capacitor, a cathode of the one first-generation rectifier diode, and the first one. A first resistor connected to the low potential side end of one capacitor, or connected between the cathodes of a plurality of the first regenerative rectifier diodes and the corresponding low potential side end of the first capacitor, respectively. A first-generation rectifier circuit having a plurality of first resistors,
A second regenerative rectifier diode connected in series with one or a plurality of high potential side ends of the inverter cell and the high potential side end of the second capacitor, an anode of the one second regenerative rectifier diode, and the first. A second resistor connected to the high potential side end of the two capacitors, or connected between the anodes of the plurality of second regenerative rectifier diodes and the corresponding high potential side end of the second capacitor, respectively. A second-generation rectifier circuit having a plurality of second resistors and
The low potential side end of the first capacitor of the first switch circuit on the lowest potential side and the high potential side end of the second capacitor of the second switch circuit on the highest potential side are directly connected. A power converter characterized by being connected via a resistor or via a resistor and a regenerative rectifying diode.
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