JP2588234B2 - スナバ回路 - Google Patents
スナバ回路Info
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- JP2588234B2 JP2588234B2 JP3262188A JP3262188A JP2588234B2 JP 2588234 B2 JP2588234 B2 JP 2588234B2 JP 3262188 A JP3262188 A JP 3262188A JP 3262188 A JP3262188 A JP 3262188A JP 2588234 B2 JP2588234 B2 JP 2588234B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は電力用半導体デバイスを複数個直列接続して
構成した電力変換器のスナバ回路に関する。
構成した電力変換器のスナバ回路に関する。
（従来の技術） 電力半導体デバイスを用いて電力変換器を構成し、電
力変換する装置は、多くの分野で用いられている。半導
体デバイスに並列に用いられているスナバ回路第３図に
示すようなものが一般的である。第３図において、１は
ゲートターンオフサイリスタ（以下GTOと記す）、２は
ダイオード、３は抵抗、４はコンデンサである。このス
ナバ回路はGTOのターンオフ時の電圧変化率を抑制する
ために設けられている。すなわち、GTO1がオンしてお
り、コンデンサ４の電圧がゼロの状態でGTO1をオフする
と、ダイオード２、コンデンサ４を介して充電電流が流
れてGTO1には急激な電圧変化が生じない。GTO1がオフす
ると、コンデンサ４の充電エネルギーは抵抗３を通して
行われる。この動作による抵抗の消費電力は充電電圧を
大きさ、コンデンサの容量、スイッチング回数により定
まる。
力変換する装置は、多くの分野で用いられている。半導
体デバイスに並列に用いられているスナバ回路第３図に
示すようなものが一般的である。第３図において、１は
ゲートターンオフサイリスタ（以下GTOと記す）、２は
ダイオード、３は抵抗、４はコンデンサである。このス
ナバ回路はGTOのターンオフ時の電圧変化率を抑制する
ために設けられている。すなわち、GTO1がオンしてお
り、コンデンサ４の電圧がゼロの状態でGTO1をオフする
と、ダイオード２、コンデンサ４を介して充電電流が流
れてGTO1には急激な電圧変化が生じない。GTO1がオフす
ると、コンデンサ４の充電エネルギーは抵抗３を通して
行われる。この動作による抵抗の消費電力は充電電圧を
大きさ、コンデンサの容量、スイッチング回数により定
まる。
抵抗による消費電力をなくしたスナバ回路は、例え
ば,J.C.BENDIEN etal“RECOVERY CIRCUIT FOR SNUBBER
ENERGY IN POWER ELECTRONIC APPLICATIONS WITH HIGH
SWITCHING FREQUENCIES"16th Annual IEEE PESC 1985,p
165に述べられている。第４図は電圧形インバータにお
ける回路構成例で、交流一相分の上下２アームを示し
た。図で、５はプラス側の直流端子、６はマイナス側の
直流端子、７は交流端子、８はアノードリアクトル、9,
10はGTO、11,12は帰還ダイオード、13,15はダイオー
ド、14,16はコンデンサ、17は回生回路である。アノー
ドリアクトル８は、GTO9,10のスイッチオン時に急激な
電流が流れないように電流変化分の抑制効果を持たせて
いる。直流端子５の電位より少し大きめの電位をダイオ
ード15、コンデンサ16の接続点に与えておく、いま、GT
O9がオン、GTO10がオフの状態で、交流端子から電流が
流れ出している状態を考える。このとき交流端子７の電
位はプラス側の直流端子５の電位と等しい。この状態か
らGTO9をオフし、GTO10をオンすると、交流端子７から
流れ出している電流は、帰還ダイオード12を通る電流
と、アノードアクリル８、ダイオード13、コンデンサ14
を通る電流により供給されることとなる。コンデンサ14
の電圧がPP点の電圧以上になると、コンデンサ16にも流
れるほか、回生回路17にも電流が流れる。アノードリア
クトル８に流れていた電流がゼロになると、交流端子か
ら流れ出ている電流はすべて帰還ダイオード12を通って
流れる。このとき、コンデンサ14はPP点の電圧で充電さ
れている。次に、GTO10をオフし、GTO9をオンすると、
帰還ダイオード12に流れていた電流は徐々に減少し、GT
O9の電流が増加すると共に、コンデンサ14に充電されて
いた電荷はダイオード15を通してコンデンサ16、回生回
路17に流れる。このようにコンデンサ14に蓄えられたエ
ネルギーは回生回路17に導かれ、その出力は電力変換さ
れた後インバータの直流回路、あるいは他の回路に回生
される。
ば,J.C.BENDIEN etal“RECOVERY CIRCUIT FOR SNUBBER
ENERGY IN POWER ELECTRONIC APPLICATIONS WITH HIGH
SWITCHING FREQUENCIES"16th Annual IEEE PESC 1985,p
165に述べられている。第４図は電圧形インバータにお
ける回路構成例で、交流一相分の上下２アームを示し
た。図で、５はプラス側の直流端子、６はマイナス側の
直流端子、７は交流端子、８はアノードリアクトル、9,
10はGTO、11,12は帰還ダイオード、13,15はダイオー
ド、14,16はコンデンサ、17は回生回路である。アノー
ドリアクトル８は、GTO9,10のスイッチオン時に急激な
電流が流れないように電流変化分の抑制効果を持たせて
いる。直流端子５の電位より少し大きめの電位をダイオ
ード15、コンデンサ16の接続点に与えておく、いま、GT
O9がオン、GTO10がオフの状態で、交流端子から電流が
流れ出している状態を考える。このとき交流端子７の電
位はプラス側の直流端子５の電位と等しい。この状態か
らGTO9をオフし、GTO10をオンすると、交流端子７から
流れ出している電流は、帰還ダイオード12を通る電流
と、アノードアクリル８、ダイオード13、コンデンサ14
を通る電流により供給されることとなる。コンデンサ14
の電圧がPP点の電圧以上になると、コンデンサ16にも流
れるほか、回生回路17にも電流が流れる。アノードリア
クトル８に流れていた電流がゼロになると、交流端子か
ら流れ出ている電流はすべて帰還ダイオード12を通って
流れる。このとき、コンデンサ14はPP点の電圧で充電さ
れている。次に、GTO10をオフし、GTO9をオンすると、
帰還ダイオード12に流れていた電流は徐々に減少し、GT
O9の電流が増加すると共に、コンデンサ14に充電されて
いた電荷はダイオード15を通してコンデンサ16、回生回
路17に流れる。このようにコンデンサ14に蓄えられたエ
ネルギーは回生回路17に導かれ、その出力は電力変換さ
れた後インバータの直流回路、あるいは他の回路に回生
される。
（発明が解決しようとする課題） 近年、電力変換器も大容量化が盛んであり、また電力
用の半導体デバイスもGTOや静電容量形サイリスタ（SI
サイリスタ）、IGBTなど高速度でスイッチング可能なデ
バイスが応用されつつある。このような高速度スイッチ
ングデバイスを一つのアームに複数個直列接続し、高い
電圧の変換装置を実現しようとする場合、第４図で示し
たようなスバナ回路が実現できない。また、第３図で示
した回路では、高い周波数でスイッチングするために抵
抗の消費電力が大きく、変換装置として効率が低下した
り、抵抗、及びこの抵抗に消費される消費電力を処理す
る冷却装置が大きくなったりして装置が大きくなる。
用の半導体デバイスもGTOや静電容量形サイリスタ（SI
サイリスタ）、IGBTなど高速度でスイッチング可能なデ
バイスが応用されつつある。このような高速度スイッチ
ングデバイスを一つのアームに複数個直列接続し、高い
電圧の変換装置を実現しようとする場合、第４図で示し
たようなスバナ回路が実現できない。また、第３図で示
した回路では、高い周波数でスイッチングするために抵
抗の消費電力が大きく、変換装置として効率が低下した
り、抵抗、及びこの抵抗に消費される消費電力を処理す
る冷却装置が大きくなったりして装置が大きくなる。
本発明は以上の点を鑑みてなされたもので、電力用半
導体デバイスを直列接続してなる電力変換器に好適なス
ナバ回路を具現することを目的とする。
導体デバイスを直列接続してなる電力変換器に好適なス
ナバ回路を具現することを目的とする。
（課題を解決するための手段） 本発明は直列接続された半導体デバイスの個々に並列
の第１のダイオードとコンデンサの直列回路を接続し、
該第１のダイオードとコンデンサ回路の接続点から第２
のダイオードを接続し、このダイオードを直列接続して
おのおのの直流端子側にある第２のダイオードの一端を
回生回路接続する構成とする。
の第１のダイオードとコンデンサの直列回路を接続し、
該第１のダイオードとコンデンサ回路の接続点から第２
のダイオードを接続し、このダイオードを直列接続して
おのおのの直流端子側にある第２のダイオードの一端を
回生回路接続する構成とする。
（作 用） このような構成では、そのアームがオフになったとき
は個々のデバイスがダイオードとコンデンサとを介して
コンデンサに充電され、オンになったときはダイオード
とコンデンサとの接続点についてながれているダイオー
ドを介してコンデンサのエネルギーが放電され、電力が
回生回路に流れる。
は個々のデバイスがダイオードとコンデンサとを介して
コンデンサに充電され、オンになったときはダイオード
とコンデンサとの接続点についてながれているダイオー
ドを介してコンデンサのエネルギーが放電され、電力が
回生回路に流れる。
（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示す構成図であり、イン
バータに応用する場合の上下２アーム分を示した。５は
プラスの直流端子、６はマイナスの直流端子、７は交流
端子、18,19はアノードリアクトル、20から25はGTO、26
から31は帰還ダイオード、32から37、及び44から49はダ
イオード、38から43はコンデンサ、50,51は回生回路で
ある。
バータに応用する場合の上下２アーム分を示した。５は
プラスの直流端子、６はマイナスの直流端子、７は交流
端子、18,19はアノードリアクトル、20から25はGTO、26
から31は帰還ダイオード、32から37、及び44から49はダ
イオード、38から43はコンデンサ、50,51は回生回路で
ある。
いま、第１図で上側アーム、すなわちGTO20,21,22が
オンしており、下側アームのGTO23,24,25がオフしてお
り、交流端子の電流は流れ出している方向で一定である
という状態から考える。回生回路50は直流端子５のＰ点
の電位に対して図示PP点の電圧がΔｅになるように制御
されているとする。このとき、交流端子７の電位は上側
アームがオンであるからＰ点の電位とほぼ等しい。した
がって、コンデンサ38から40の電圧は、おのおのほぼΔ
ｅである。つぎに上側アームをオフし、下側アームをオ
ンする。アノードリアクトル18に流れていた電磁エネル
ギーは上側アームのGTOに並列のダイオードとコンデン
サ、32,38等を介して流れると同時に下側アームの帰還
ダイオード29,30,31及びアノードリアクトル19にも流れ
始める。コンデンサ38,39,40へアノードリアクトル18の
エネルギーが充電され、やがでこの電流がゼロとなる。
３個のコンデンサ電圧がバランスがとれているとする
と、直流端子間の電圧をVdcとすると、（Vde＋Δｅ）/3
となる。コンデンサの電圧がこの値以上になった場合は
エネルギーは回生回路50に流れる。回生回路50は、その
詳細については本発明の主要部分ではないので省略する
が、入力電圧Δｅが一定に保たれるよう制御されている
とする。
オンしており、下側アームのGTO23,24,25がオフしてお
り、交流端子の電流は流れ出している方向で一定である
という状態から考える。回生回路50は直流端子５のＰ点
の電位に対して図示PP点の電圧がΔｅになるように制御
されているとする。このとき、交流端子７の電位は上側
アームがオンであるからＰ点の電位とほぼ等しい。した
がって、コンデンサ38から40の電圧は、おのおのほぼΔ
ｅである。つぎに上側アームをオフし、下側アームをオ
ンする。アノードリアクトル18に流れていた電磁エネル
ギーは上側アームのGTOに並列のダイオードとコンデン
サ、32,38等を介して流れると同時に下側アームの帰還
ダイオード29,30,31及びアノードリアクトル19にも流れ
始める。コンデンサ38,39,40へアノードリアクトル18の
エネルギーが充電され、やがでこの電流がゼロとなる。
３個のコンデンサ電圧がバランスがとれているとする
と、直流端子間の電圧をVdcとすると、（Vde＋Δｅ）/3
となる。コンデンサの電圧がこの値以上になった場合は
エネルギーは回生回路50に流れる。回生回路50は、その
詳細については本発明の主要部分ではないので省略する
が、入力電圧Δｅが一定に保たれるよう制御されている
とする。
GTO23,24,25がオフし、GTO20,21,22がオンした場合を
考える。上側アームの電流はアノードリアクトルウー18
を通して徐々に増加し、下側アームの電流は徐々に減少
して、交流端子７の電圧が上昇していく。このとき、コ
ンデンサ38,39,40の電圧の合計がVdc＋Δｅより増加し
ようとする分だけ回生回路50に流れ込む。やがで、下側
アームの電流はゼロとなり、交流電流は上型アームだけ
から供給される。コンデンサ38,39,40の電圧は各々Δｅ
となる。このように上側アームのコンデンサに蓄積され
たエネルギーはGTOのスイッチング毎に回生回路に導か
れる。下側アームのコンデンサに蓄えられたエネルギー
についても同様な動作で回生回路51に導かれる。
考える。上側アームの電流はアノードリアクトルウー18
を通して徐々に増加し、下側アームの電流は徐々に減少
して、交流端子７の電圧が上昇していく。このとき、コ
ンデンサ38,39,40の電圧の合計がVdc＋Δｅより増加し
ようとする分だけ回生回路50に流れ込む。やがで、下側
アームの電流はゼロとなり、交流電流は上型アームだけ
から供給される。コンデンサ38,39,40の電圧は各々Δｅ
となる。このように上側アームのコンデンサに蓄積され
たエネルギーはGTOのスイッチング毎に回生回路に導か
れる。下側アームのコンデンサに蓄えられたエネルギー
についても同様な動作で回生回路51に導かれる。
以上説明したように本実施例では、直列接続したGTO
のダイオードとコンデンサによるスナバ回路で、コンデ
ンサの充電エネルギーを有効に回生回路に導くことがで
きる。
のダイオードとコンデンサによるスナバ回路で、コンデ
ンサの充電エネルギーを有効に回生回路に導くことがで
きる。
第２図は本発明の他の実施例を示す構成図であり、5
2,53は抵抗で、他の要素は第１図で示した要素と同一番
号のものは同一要素に対応する。第１の実施例では、上
側アームがオンしているときでもコンデンサ38,39,40の
電圧はΔｅであった。このような条件で、上側アームを
オフすると、GTOにオフ時ステップ状にΔｅの電圧が加
わり、場合によってはGTOに悪影響を及ぼすことが考え
られる。本実施例では、GTO20,21,22がオンの期間中に
コンデンサのエネルギーを放電させるために、抵抗を設
けて直流端子に接続している。れにより、上側アームが
オフする場合、GTOに過酷なストレスが加わることな
く、より安定な動作が行える。
2,53は抵抗で、他の要素は第１図で示した要素と同一番
号のものは同一要素に対応する。第１の実施例では、上
側アームがオンしているときでもコンデンサ38,39,40の
電圧はΔｅであった。このような条件で、上側アームを
オフすると、GTOにオフ時ステップ状にΔｅの電圧が加
わり、場合によってはGTOに悪影響を及ぼすことが考え
られる。本実施例では、GTO20,21,22がオンの期間中に
コンデンサのエネルギーを放電させるために、抵抗を設
けて直流端子に接続している。れにより、上側アームが
オフする場合、GTOに過酷なストレスが加わることな
く、より安定な動作が行える。
実施例では回生回路50,51を設けたが、これを抵抗で
置き換え、一括してスナバエネルギーの消費を行っても
よい。
置き換え、一括してスナバエネルギーの消費を行っても
よい。
以上のように本発明では、電力用素子を複数個直列接
続して構成した変換器で、効果的なスナバ回路により効
率の上昇や、装置形状の縮小化が可能となる。
続して構成した変換器で、効果的なスナバ回路により効
率の上昇や、装置形状の縮小化が可能となる。
第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は本発
明の他の実施例を示す構成図、第３図は従来のスナバ回
路、第４図は回生回路を含む従来のスナバ回路の構成図
である。 1,9,10,20〜25……ゲートターンオフサイリスタ（GTO） 2,11,13,15,32〜37,44〜49……ダイオード 3,52,53……抵抗 4,14,16,38〜43……コンデンサ 5,6……直流端子 ７……交流端子 8,18,19……アノードリアクトル 11,12,26〜31……帰還ダイオード 17,50,51……回生回路
明の他の実施例を示す構成図、第３図は従来のスナバ回
路、第４図は回生回路を含む従来のスナバ回路の構成図
である。 1,9,10,20〜25……ゲートターンオフサイリスタ（GTO） 2,11,13,15,32〜37,44〜49……ダイオード 3,52,53……抵抗 4,14,16,38〜43……コンデンサ 5,6……直流端子 ７……交流端子 8,18,19……アノードリアクトル 11,12,26〜31……帰還ダイオード 17,50,51……回生回路
Claims (1)
- 【請求項１】電子用素子を一つのアームにつきｎ（ｎ＞
１）個直列接続してなる電力変換器において、第１の電
力用素子のカソード端子と第２の電力用素子のアノード
端子を接続し、以下同様な方向に第ｎの電力用素子まで
を直列接続し、第１の電力用素子のアノード端子と直流
端子が接続されるいるアームでは、各電力用素子のアノ
ード端子からダイオードのアノード端子、カソード端
子、コンデンサの順に直列接続した第１のダイオードお
よびコンデンサを前記各電力用素子に並列に接続したス
ナバ回路を設け、第１のダイオードとコンデンサの接続
点よりアノード端子を接続した第２のダイオードを設
け、２以上の番号の電力用素子の第２のダイオードのカ
ソード端子は、その番号より一つ少ない番号の電力用素
子の第２のダイオードのアノード端子に接続する構成と
し、ｎ番目の電力用素子のカソード端子と直流端子が共
通なアームでは、各電力用素子のアノード端子からコン
デンサ、ダイオードのアノード端子、カソーオ端子の順
に直列接続したコンデンサ及び第１のダイオードを前記
各電力用素子に並列い接続し、おのおのコンデンサと第
１のダイオードの接続点よりカソード端子を接続した第
２のダイオードを設け、ｎ未満の電力用素子の第２のダ
イオードのアノード端子は、その番号より一つ多い番号
の電力用素子の第２のダイオードのカソード端子に接続
するとを特徴とするスナバ回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3262188A JP2588234B2 (ja) | 1988-02-17 | 1988-02-17 | スナバ回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3262188A JP2588234B2 (ja) | 1988-02-17 | 1988-02-17 | スナバ回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01208911A JPH01208911A (ja) | 1989-08-22 |
| JP2588234B2 true JP2588234B2 (ja) | 1997-03-05 |
Family
ID=12363923
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3262188A Expired - Fee Related JP2588234B2 (ja) | 1988-02-17 | 1988-02-17 | スナバ回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2588234B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3133166B2 (ja) * | 1992-09-17 | 2001-02-05 | 株式会社東芝 | ゲート電力供給回路 |
-
1988
- 1988-02-17 JP JP3262188A patent/JP2588234B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01208911A (ja) | 1989-08-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |