JP3172664B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直列接続された複
数個の自己消弧型の半導体スイッチング素子を適用した
高電圧、大電流を制御するための電力変換装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自己消弧型の半導体スイッチング
素子、例えばＧＴＯ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ−Ｏｆｆ）サ
イリスタ（以下ＧＴＯと略す）を用いた電力変換装置に
よる電力融通あるいは系統安定化などが計画されてい
る。このような電力変換装置には高電圧、大電流が要求
されるため、数十個のＧＴＯを直列接続する必要があ
る。図１０には上記電力変換装置の一相分の概略を示し
ており、３６は上アーム、３７は下アーム、３８は直流
電源部、３９は出力端子、Ｐは最高電位部、Ｎは最低電
位部である。各アーム３６、３７は複数個直列接続され
たＧＴＯから構成される。

【０００３】ＧＴＯを直列接続する場合には、まずＧＴ
Ｏの保護回路であるスナバ回路の蓄積エネルギーの処理
方法が大きな課題となる。ＧＴＯのスナバ回路としては
スナバコンデンサを適用した並列スナバ回路とアノード
リアクトルを適用した直列スナバ回路が必要となる。Ｇ
ＴＯがスイッチングをする度毎に、スナバコンデンサ、
アノードリアクトルに蓄積されたエネルギーをリセット
する必要が生じる。従来から知られる最も簡単なリセッ
ト方法としては、リセット抵抗により消費させる回路が
一般的である。しかしながらそのリセット抵抗で消費す
るエネルギーは電力変換装置の容量の増大や、ＧＴＯの
スイッチング周波数の上昇等によって増加するため、高
電圧、大電流を扱う電力変換装置においてその損失は非
常に大きなものとなる。従って、リセット抵抗を必要と
しないスナバエネルギー回生方式が必要となる。

【０００４】図１１は、例えば、特開平１−２０８９１
１号公報に示された従来のスナバエネルギー回生回路に
関するものである。図において、１ａ、１ｂ、１ｃ、１
ｄは自己消弧型半導体スイッチング素子の一例としての
ＧＴＯ、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄはスナバダイオード、
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄはスナバコンデンサ、４ａ、４
ｂ、４ｃ、４ｄは回収用ダイオード、５ａ、５ｂ、５
ｃ、５ｄはフリーホイールダイオード、６はアノードリ
アクトル、７はスナバエネルギー回生回路である。図１
１においては、４個のスナバコンデンサ３ａ、３ｂ、３
ｃ、３ｄと１個のアノードリアクトル６の蓄積エネルギ
ーを直流電源部に回生するために１台のスナバエネルギ
ー回生回路７を設けている。以下、例えば、ＧＴＯ１
ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの場合、その任意の１個を示すと
きは、ＧＴＯ１ｘと表現することにする。

【０００５】まず、ＧＴＯ１ｘのオフ状態からターンオ
ンした場合の動作について説明する。ＧＴＯ１ｘのオフ
時にスナバコンデンサ３ｘに蓄積されていたエネルギー
は、ＧＴＯ１ｘのターンオン動作によるスナバコンデン
サ３ｘとアノードリアクトル６との共振動作により、図
１２に示す４つの並列経路で回収用ダイオード４ｘを介
してスナバエネルギー回生回路７とアノードリアクトル
６に移される。スナバコンデンサ３ｘの放電が完了すれ
ばスナバダイオード２ｘが導通し、アノードリアクトル
６に移されたエネルギーは図１３に示す４つの並列経路
でスナバエネルギー回生回路７に回収される。

【０００６】次に、ＧＴＯ１ｘのオン状態からターンオ
フした場合の動作について説明する。ＧＴＯ１ｘを導通
している電流をターンオフした場合、ＧＴＯ１ｘによっ
て遮断された電流は図１４に示す経路にバイパスされ、
スナバコンデンサ３ｘを充電する。スナバコンデンサ３
ｘが所定の電圧（ＧＴＯ１ｘの分担電圧）まで充電され
た後は、図１５に示す経路でアノードリアクトル６のエ
ネルギーはスナバエネルギー回生回路７に回収される。

【０００７】また、ＧＴＯを直列接続する場合には、Ｇ
ＴＯのゲートドライブ回路の消費電力とその電力の供給
方法も大きな課題となる。まずゲートドライブ回路の消
費電力は、現在世界最大級のＧＴＯに適用するものでは
概ね３００Ｗ程度以上となる。またゲートドライブ回路
は個々のＧＴＯのゲート端子とカソード端子に直接接続
されるため、個々に絶縁しなければならない。従来、ゲ
ートドライブ回路への電力供給は低電位部にある高周波
電源から絶縁変圧器を介して高電位部にあるゲートドラ
イブ回路への経路により行なわれており、高電圧の電力
変換装置の場合、その絶縁変圧器は耐圧の大きなものと
なる。従って、絶縁変圧器を必要としない、高電位部に
ある主回路からゲートドライブ回路へ給電する方式が必
要となる。

【０００８】図１６は、例えば、特開平６−９８５２８
号公報に示された、従来の、主回路から給電する方式の
ゲートドライブ給電回路に関するものである。図１６に
おいて、１は自己消弧型半導体スイッチング素子の一例
としてのＧＴＯ、２はスナバダイオード、３はスナバコ
ンデンサ、５はフリーホイールダイオード、８はスナバ
抵抗、９は共振コンデンサ、１０は共振リアクトル、１
１は回収ダイオード、１２は給電コンデンサ、１３は放
電抵抗、１４は放電スイッチ、１５は初期充電抵抗、１
６は初期充電用ダイオード、１７はゲートドライブ回
路、１８は光ファイバーである。このように、スナバ回
路部分とゲートドライブ給電回路部分とはＧＴＯ１に対
して並列に、また全く独立に、つまり部品を共用化せず
に設けられている。

【０００９】まず、ＧＴＯ１のオフ状態からターンオン
した場合の動作について説明する。ＧＴＯ１のオフ時に
共振コンデンサ９に蓄積されていたエネルギーは、ＧＴ
Ｏ１のターンオン動作による共振コンデンサ９と共振リ
アクトル１０との共振動作により共振リアクトル１０に
移される。共振コンデンサ９の放電が完了すれば回収ダ
イオード１１が導通し、共振リアクトル１０に移された
エネルギーは回収ダイオード１１を介して給電コンデン
サ１２に回収される。このときＧＴＯ１には、スナバコ
ンデンサ３と共振コンデンサ９との放電電流が同時に流
れ込むことになる。

【００１０】次に、ＧＴＯ１のオン状態からターンオフ
した場合の動作について説明する。ＧＴＯ１を導通して
いる電流をターンオフした場合、ＧＴＯ１によって遮断
された電流はスナバダイオード２−スナバコンデンサ３
からなる経路と共振コンデンサ９ー回収ダイオード１１
−給電コンデンサ１２からなる経路とに分流する。給電
コンデンサ１２は共振コンデンサ９に比べてかなり大き
な静電容量を有するものと仮定すると、後者の経路の合
成静電容量はほぼ共振コンデンサ９の静電容量に等しく
なる。前者の経路の静電容量についてはスナバコンデン
サ３の静電容量である。前者の経路と後者の経路はＧＴ
Ｏに対して並列関係にあるため、遮断電流のこれら２経
路への分流比は概ねスナバコンデンサ３と共振コンデン
サ９との静電容量比となる。これはスナバコンデンサ３
と共振コンデンサ９との静電容量が接近すれば分流比は
１／２に近づくことを意味している。従って、ターンオ
フ時には、共振コンデンサ９が所定の電圧（ＧＴＯ１の
分担電圧）まで充電されると同時に給電コンデンサ１２
は遮断電流の一部により概ね同じ電圧に充電される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来のスナバエネルギ
ー回生回路は以上の様に構成されているので、例えばＧ
ＴＯ１ｘのターンオン時に流れるスナバコンデンサ３ｘ
の放電電流経路は図１２に示す経路となる。従って電流
責務はＧＴＯ１ａが最も厳しくなる。つまりターンオン
損失が最も厳しくなる。またスナバコンデンサ３ｘが放
電を完了したあとのアノードリアクトル６に流れる電流
の分流経路は図１３に示す経路となるが、ＧＴＯ１ｘ、
スナバダイオード２ｘ、回収用ダイオード４ｘの順方向
電圧、即ちオン電圧を考慮すればスナバダイオード２
ａ、回収用ダイオード４ａの分流比が最も大きくなる。
つまり導通損失が最も厳しくなる。更にＧＴＯ１ｘのタ
ーンオフ時におけるアノードリアクトル電流は図１５に
示す経路に流れるため、スナバダイオード２ａ、回収用
ダイオード４ａのみ導通することになる。つまり導通損
失が最も厳しくなる。以上まとめれば、従来のスナバエ
ネルギー回生回路は構成部品の電流責務が全て異なると
いう問題がある。このため構成部品の熱設計を複雑にす
る、あるいは構成部品の選定を複雑にすることになる。

【００１２】また、従来のゲートドライブ給電回路は以
上の様に構成されているので、ＧＴＯ１のターンオン時
にはスナバコンデンサ３と共振コンデンサ９との放電電
流が同時にＧＴＯ１に流れ込むことになる。従ってター
ンオン損失が増加する問題がある。

【００１３】さらに、従来のゲートドライブ給電回路は
ＧＴＯ１のターンオフ時に共振リアクトル１０には急峻
な電圧が印加されるため不要な振動電流が生じて、ＧＴ
Ｏ１のターンオフ直後のテール電流が続流する期間にＧ
ＴＯ１にその振動電流を流してＧＴＯ１を誤動作させる
恐れがある。またＧＴＯ１がターンオフした場合にスナ
バコンデンサ３が過充電されるが、この過充電電圧の放
電動作に伴ったスナバダイオード２の逆回復動作によっ
てＧＴＯ１のアノード・カソード間の電圧が振動する。
このときゲートドライブ給電回路側がその振動電圧によ
る干渉を受けて、同様に不要な振動電流が生じる等の問
題がある。この振動電流はスナバ回路、ゲートドライブ
給電回路を構成する部品の電流実効値を増加させる、即
ち損失を増加させる要因となる。そして、この振動電流
はスナバコンデンサ３と共振コンデンサ９の静電容量が
近づくほど大きくなる。

【００１４】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、スナバエネルギーを回生するた
め、直列接続された複数の自己消弧型半導体スイッチン
グ素子の各々に設けられる構成部品の電流責務が均等に
なるスナバエネルギー回生回路と、スナバ回路との相互
干渉を防止できるゲートドライブ給電回路とを備えた電
力変換装置を提供することを目的とする。また、他の目
的は、スイッチング素子のスナバ回路と関係なく、アノ
ードリアクトルのエネルギー回生を可能とすることであ
る。更に他の目的は、複数個のスイッチング素子と複数
個のアノードリアクトルを備えた大容量電力変換装置を
容易に実現できるようにすることである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る電
力変換装置は、各スイッチング素子のアノード・カソー
ド間に接続された、スナバ回路および第１のスナバエネ
ルギー回生回路を備え、上記スナバ回路は、上記アノー
ド側から順次接続された、第１のコンデンサおよび第１
のダイオードの直列体からなり、上記第１のスナバエネ
ルギー回生回路は、上記第１のダイオードのアノード・
カソード間にそのカソード側から順次接続された、第２
のダイオード、第２のコンデンサおよび上記第１のコン
デンサの放電時間を調節する限流素子の直列体からなる
第１のエネルギー回収回路と、上記スイッチング素子の
アノードと上記第２のコンデンサおよび第２のダイオー
ドの接続点との間に接続された初期充電抵抗と、上記第
２のコンデンサと上記直流電源部との間に接続され上記
第２のコンデンサに蓄積されたエネルギーを上記直流電
源部に回生する第１のエネルギー回生回路と、上記第２
のコンデンサと上記スイッチング素子のゲートとの間に
接続され上記第２のコンデンサに蓄積されたエネルギー
を上記ゲートに給電するゲートドライブ回路とからなる
ものである。

【００１６】請求項２の発明に係る電力変換装置は、各
スイッチング素子のアノード・カソード間に接続され
た、スナバ回路および第１のスナバエネルギー回生回路
と、アノードリアクトルの端子間に接続された第２のス
ナバエネルギー回生回路とを備え、上記スナバ回路は、
上記アノード側から順次接続された、第１のコンデンサ
および第１のダイオードの直列体からなり、上記第１の
スナバエネルギー回生回路は、上記第１のダイオードの
アノード・カソード間にそのカソード側から順次接続さ
れた、第２のダイオード、第２のコンデンサおよび上記
第１のコンデンサの放電時間を調節する限流素子の直列
体からなる第１のエネルギー回収回路と、上記スイッチ
ング素子のアノードと上記第２のコンデンサおよび第２
のダイオードの接続点との間に接続された初期充電抵抗
と、上記第２のコンデンサと上記直流電源部との間に接
続され上記第２のコンデンサに蓄積されたエネルギーを
上記直流電源部に回生する第１のエネルギー回生回路
と、上記第２のコンデンサと上記スイッチング素子のゲ
ートとの間に接続され上記第２のコンデンサに蓄積され
たエネルギーを上記ゲートに給電するゲートドライブ回
路とからなり、上記第２のスナバエネルギー回生回路
は、上記アノードリアクトルの端子間に接続された、第
３のコンデンサおよび第３のダイオードの直列体からな
る第２のエネルギー回収回路と、上記第３のコンデンサ
と上記直流電源部との間に接続され上記第３のコンデン
サに蓄積されたエネルギーを上記直流電源部に回生する
第２のエネルギー回生回路とからなるものである。

【００１７】請求項３の発明に係る電力変換装置は、請
求項１または請求項２において、第２のコンデンサの端
子間に接続された、放電抵抗とスイッチとからなる放電
回路を備え、上記第２のコンデンサに蓄積されたエネル
ギーの一部を上記放電抵抗で消費可能としたものであ
る。

【００１８】請求項４の発明に係る電力変換装置は、請
求項２において、第３のコンデンサの端子間に接続され
た、放電抵抗とスイッチとからなる放電回路を備え、上
記第３のコンデンサに蓄積されたエネルギーの一部を上
記放電抵抗で消費可能としたものである。

【００１９】請求項５の発明に係る電力変換装置は、各
スイッチング素子のアノード・カソード間に接続され
た、スナバ回路および第１のスナバエネルギー回生回路
を備え、上記スナバ回路は、上記アノード側から順次接
続された、第１のコンデンサおよび第１のダイオードの
直列体からなり、上記第１のスナバエネルギー回生回路
は、上記第１のダイオードのアノード・カソード間にそ
のカソード側から順次接続された、第２のダイオード、
第２のコンデンサおよび上記第１のコンデンサの放電時
間を調節する限流素子の直列体からなる第１のエネルギ
ー回収回路と、上記スイッチング素子のアノードと上記
第２のコンデンサおよび第２のダイオードの接続点との
間に接続された初期充電抵抗と、上記第２のコンデンサ
の端子間に接続された、放電抵抗とスイッチとからなり
上記第２のコンデンサに蓄積されたエネルギーの一部を
上記放電抵抗で消費可能な放電回路と、上記第２のコン
デンサと上記スイッチング素子のゲートとの間に接続さ
れ上記第２のコンデンサに蓄積されたエネルギーを上記
ゲートに給電するゲートドライブ回路とからなるもので
ある。

【００２０】請求項６の発明に係る電力変換装置は、各
スイッチング素子のアノード・カソード間に接続され
た、スナバ回路および第１のスナバエネルギー回生回路
と、アノードリアクトルの端子間に接続された第２のス
ナバエネルギー回生回路とを備え、上記スナバ回路は、
上記アノード側から順次接続された、第１のコンデンサ
および第１のダイオードの直列体からなり、上記第１の
スナバエネルギー回生回路は、上記第１のダイオードの
アノード・カソード間にそのカソード側から順次接続さ
れた、第２のダイオード、第２のコンデンサおよび上記
第１のコンデンサの放電時間を調節する限流素子の直列
体からなる第１のエネルギー回収回路と、上記スイッチ
ング素子のアノードと上記第２のコンデンサおよび第２
のダイオードの接続点との間に接続された初期充電抵抗
と、上記第２のコンデンサの端子間に接続された、放電
抵抗とスイッチとからなり上記第２のコンデンサに蓄積
されたエネルギーの一部を上記放電抵抗で消費可能な放
電回路と、上記第２のコンデンサと上記スイッチング素
子のゲートとの間に接続され上記第２のコンデンサに蓄
積されたエネルギーを上記ゲートに給電するゲートドラ
イブ回路とからなり、上記第２のスナバエネルギー回生
回路は、上記アノードリアクトルの端子間に接続され
た、第３のコンデンサおよび第３のダイオードの直列体
からなる第２のエネルギー回収回路と、上記第３のコン
デンサと上記直流電源部との間に接続され上記第３のコ
ンデンサに蓄積されたエネルギーを上記直流電源部に回
生する第２のエネルギー回生回路とからなるものであ
る。

【００２１】請求項７の発明に係る電力変換装置は、請
求項１、２、３ないし６のいずれかにおいて、第２のコ
ンデンサの電圧が所定値以上のとき、上記第２のコンデ
ンサに蓄積されたエネルギーにより第１のエネルギー回
生回路を構成するスイッチング素子を駆動する回生回路
駆動制御回路を備えたものである。

【００２２】請求項８の発明に係る電力変換装置は、請
求項２、４または６のいずれかにおいて、第３のコンデ
ンサの電圧が所定値以上のとき、上記第３のコンデンサ
に蓄積されたエネルギーにより第２のエネルギー回生回
路を構成するスイッチング素子を駆動する回生回路駆動
制御回路を備えたものである。

【００２３】請求項９の発明に係る電力変換装置は、請
求項１、２、３ないし８のいずれかにおいて、限流素子
をリアクトルとしたものである。

【００２４】請求項１０の発明に係る電力変換装置は、
請求項１、２、３ないし９のいずれかにおいて、自己消
弧型のスイッチング素子のアノードと第２のコンデンサ
および第２のダイオードの接続点との間に、初期充電抵
抗と直列に接続された補助ダイオードを備えたものであ
る。

【００２５】請求項１１の発明に係る電力変換装置は、
請求項２、４または８のいずれかにおいて、自己消弧型
のスイッチング素子の個数をＮ（Ｎは２以上の自然数）
とするとともに、アノードリアクトルを互いに直列に接
続されるＭ（Ｍは１以上の自然数）個で構成し、更に、
Ｍ＝Ｎ／ｎ（ｎは２以上の自然数）が成立するようにし
て、上記スイッチング素子ｎ個と上記アノードリアクト
ル１個とを互いに直列に接続してなる基本ユニットを構
成単位として装置全体を形成するようにしたものであ
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】実施の形態１． 図１は、この発明の実施の形態１における電力変換装置
を示す構成図である。図１は１アーム分のみを示し、特
に１アーム当たりのスイッチング素子の直列数Ｎ＝４の
場合を示している。図１において、１ａ、１ｂ、１ｃ、
１ｄは自己消弧型半導体スイッチング素子（ＧＴＯ）、
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄはフリーホイールダイオード、
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは第１のコンデンサとしてのス
ナバコンデンサ、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは第１のダイ
オードとしてのスナバダイオードである。ＧＴＯ１ａの
周辺回路に注目すると、１９ａは第２のダイオードとし
ての回収ダイオード、２０ａは第２のコンデンサとして
の回収コンデンサ、２１ａは、後述するように、スナバ
コンデンサ３ａの放電時間を調節する限流素子としての
回収リアクトルであり、これらは第１のエネルギー回収
回路を構成する。１５ａは初期充電抵抗、７ａは第１の
エネルギー回生回路、１７ａはＧＴＯ１ａを駆動するた
めのゲートドライブ回路、１８ａは図示しない電力変換
装置の制御回路からのゲート信号を伝送するための光フ
ァイバー、２２ａはＧＴＯ１ａのゲート、カソード端子
群、２３ａは電力変換装置の直流電源部に接続される端
子群である。従って、図中、点線で囲まれた第１のスナ
バエネルギー回生回路２４ａは、直流電源部への回生機
能と、ＧＴＯ１ａのゲートドライブ回路１７ａへの給電
機能とを有していることになる。なお、２４ｂ、２４
ｃ、２４ｄの内部構成は２４ａと全く同じ構成となるた
め図示を省略している。

【００２７】次に、以上のように構成した電力変換装置
の１アーム分の動作を、図２を用いて説明する。なお、
ＧＴＯ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは全く同じ回路動作とな
ることから、ここでは、図１のＧＴＯ１ａを例にとって
説明する。

【００２８】まず、ＧＴＯ１ａのオフ状態からターンオ
ンした場合の動作について説明する。ＧＴＯ１ａのオフ
時にスナバコンデンサ３ａに蓄積されていたエネルギー
は、ＧＴＯ１ａのターンオン動作によって図に示す経路
１により放電されて、回収リアクトル２１ａに移される
と同時に回収コンデンサ２０ａに回収される。スナバコ
ンデンサ３ａが放電を完了すると、スナバダイオード２
ａが導通するため、回収リアクトル２１ａに移されたエ
ネルギーは図に示す経路２により回収コンデンサ２０ａ
に回収される。従って、このターンオン動作によりスナ
バコンデンサ３ａに蓄積されたエネルギーを回収コンデ
ンサ２０ａに回収することができる。

【００２９】ここで、限流素子２１ａとしてリアクトル
（回収リアクトル）を用いた場合の特長について詳細に
説明する。限流素子２１ａとして放電抵抗を適用した場
合には、スナバコンデンサ３ａの放電時間はスナバコン
デンサ３ａと放電抵抗の時定数によって決まる。例え
ば、放電抵抗を５Ω、スナバコンデンサ３ａを６μＦと
すれば、放電時間は概ね１２０μｓ程度を要する。この
ため、ＧＴＯ１ａのスイッチング間隔が短くなればスナ
バコンデンサ３ａに電圧が残留した状態からターンオフ
する可能性もある。さらに放電抵抗２１ａでかなりのエ
ネルギー損失が発生することは言うまでもない。一方、
図２に示したように、限流素子２１ａとして回収リアク
トルを適用した場合には、スナバコンデンサ３ａの放電
時間は回収リアクトル２１ａとスナバコンデンサ３ａの
共振周期によって決まるため、例えば回収リアクトル２
１ａを２０μＨとすれば１８μｓ程度に短縮される利点
を持つ。また共振動作によりスナバコンデンサ３ａは必
ず零電圧まで放電できる利点を持つ。従って、回収リア
クトル２１ａを用いることにより、高速・高効率でスナ
バコンデンサ３ａの蓄積エネルギーを回収コンデンサ２
０ａに回収することができる。

【００３０】次に、ＧＴＯ１ａのオン状態からターンオ
フした場合の動作について説明する。ＧＴＯ１ａを導通
している電流をターンオフした場合、ＧＴＯ１ａによっ
て遮断された電流はスナバコンデンサ３ａとスナバダイ
オード２ａとからなる経路３にバイパスされ、スナバコ
ンデンサ３ａが充電される。通常、この充電電圧はＧＴ
Ｏ１ａのオフ時の分担電圧を超えた電圧まで上昇する。
このスナバコンデンサ３ａの過電圧をもたらすエネルギ
ーは図に示す経路４により図示しない直流電源部に放電
され、分担電圧まで放電された後はスナバダイオード２
ａが導通して、回収リアクトル２１ａに蓄積したエネル
ギーは経路２により回収コンデンサ２０ａに回収され
る。従って、このターンオフ動作によりスナバコンデン
サ３ａに過剰に蓄積されたエネルギーは直流電源部に回
収されると共に回収コンデンサ２０ａに回収できる。

【００３１】ＧＴＯ１ａがオフ状態を維持している場合
には、初期充電抵抗１５ａー回収コンデンサ２０ａー回
収リアクトル２１ａースナバダイオード２ａの経路で回
収コンデンサ２０ａを充電することが可能である。従っ
て、起動直前であってもＧＴＯ１ａにオンゲート電流を
供給するために必要なエネルギーを確保することができ
る。

【００３２】ところで、この初期充電抵抗１５ａの存在
で、ＧＴＯ１ａのオン期間中、図２に点線で示す経路５
の回路で、回収コンデンサ２０ａに蓄積されたエネルギ
ーによりスナバコンデンサ３ａが充電される。しかしな
がら、初期充電抵抗１５ａの抵抗値は通常数ＫΩ以上で
あり、更には、オン時間は、ＧＴＯ１ａが例えば５００
Ｈｚのスイッチング周波数で駆動された場合、２ｍＳ以
下となる。この結果、回収コンデンサ２０ａの電圧の平
均値を２００〜３００Ｖ程度とした場合、この時間でス
ナバコンデンサ３ａが充電される電圧は、１０Ｖ程度と
なる。従って、ＧＴＯ１ａのスイッチング損失を過度に
増加させることはない。もっとも、図３に示すように、
初期充電抵抗１５ａと直列に補助ダイオード４１ａを挿
入してＧＴＯ１ａオン時の充電経路を断つことにより、
スナバコンデンサ３ａの不要な充電動作をなくすことが
可能である。

【００３３】このようにＧＴＯ１ａのスイッチング動作
により、スナバコンデンサ３ａの蓄積エネルギーを回収
コンデンサ２０ａに回収することができる。例えば、ス
ナバコンデンサ３ａを６μＦ、ＧＴＯ１ａの分担電圧を
３０００Ｖ、スイッチング周波数を５００Ｈｚとすれ
ば、スナバエネルギー発生量としては１３．５ｋＷ程度
となる。このエネルギーの殆どをエネルギー回生回路７
ａにより直流電源部に回生し、３００Ｗ程度をゲートド
ライブ回路１７ａに給電することによって、スナバコン
デンサ３ａの蓄積エネルギーの高度な有効利用を実現す
ることができる。

【００３４】エネルギー回生回路７ａについては、ここ
では図示しないがフルブリッジインバータとトランス及
び整流回路からなるＤＣ／ＤＣコンバータ、或いは回収
コンデンサ２０ａに中間電位端子を設けてハーフブリッ
ジインバータとトランス及び整流回路からなるＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ等、公知の昇圧コンバータが含まれてい
る。またゲートドライブ回路１７ａについては、図示し
ないが回収コンデンサ２０ａの蓄積エネルギーからＧＴ
Ｏ１ａの駆動に適する数十ボルトの電圧を確立する降圧
型スイッチングレギュレータなどが含まれている。

【００３５】なお、上記説明では、エネルギー回生回路
７ａは、直流電源部３８（図１０参照）のＰＮ端子間、
即ち全電圧に対して回生することとしているが、直流電
源部３８の部分的な電圧分に対して回生するようにして
もよい。即ち、現実の装置においては、直流電源部３８
は、複数個のコンデンサの直並列回路から構成される。
従って、エネルギー回生回路７ａは、直流電源部３８の
一部分に対して回生するようにし、例えば、４個のエネ
ルギー回生回路７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄとして、直流電
源部３８の全体に対して均等にエネルギー回生する方式
としてもよい。この場合、個々のエネルギー回生回路の
出力電圧または電流使用を低く設定できる利点がある。

【００３６】本実施の形態によれば、スナバコンデンサ
３ａに蓄積されたエネルギーを回収コンデンサ２０ａに
回収し、この回収コンデンサ２０ａからゲートドライブ
回路の電力を供給する。いわばスナバ回路とゲートドラ
イブ給電回路とを一体化した構成としているため、従来
のゲートドライブ給電回路のように、スナバ回路とゲー
トドライブ給電回路とを個々に設け両者をそれぞれＧＴ
Ｏ１ａに接続したことによる相互干渉を無くすることが
できる。さらに、ＧＴＯ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの各々
にスナバエネルギー回生回路２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、
２４ｄを設ける構成としているため、従来のスナバエネ
ルギー回生回路のように構成要素の電流責務が不均一に
なることを無くすることができる。

【００３７】実施の形態２． 図４は、この発明の実施の形態２における電力変換装置
を示す構成図である。図４は電力変換装置の１アーム分
を示している。以下、図１と異なる構成部分のみを説明
する。６はアノードリアクトル、２５は第３のダイオー
ドとしての回収ダイオード、２６は第３のコンデンサと
しての回収コンデンサで、これらはアノードリアクトル
に対する第２のエネルギー回収回路を構成する。２７は
第２のエネルギー回生回路、２８は電力変換装置の直流
電源部に接続される端子群である。従って、２９はアノ
ードリアクトル６に対する第２のスナバエネルギー回生
回路を構成していることになる。

【００３８】次に、以上のように構成した電力変換装置
の１アーム分の動作を説明する。まず、ＧＴＯ１ｘのオ
フ状態からターンオンした場合の動作について説明す
る。ＧＴＯ１ｘのオフ時にスナバコンデンサ３ｘに蓄積
されていたエネルギーは、ＧＴＯ１ｘのターンオン動作
によって前述した過程を経て回収コンデンサ２０ｘに回
収される。このターンオン動作により図示しない対アー
ム（例えば、図１０で説明した、上アーム３６に対する
下アーム３７が該当する）のスナバコンデンサを充電す
る共振電流が、直流電源部からアノードリアクトル６を
介して流れる。従って、対アームのスナバコンデンサが
所望の電圧に充電された後、アノードリアクトル６に過
剰に蓄積されたエネルギーは、アノードリアクトル６ー
回収ダイオード２５ー回収コンデンサ２６ーアノードリ
アクトル６の還流経路により、回収コンデンサ２６に回
収することができる。

【００３９】次に、ＧＴＯ１ｘのオン状態からターンオ
フした場合の動作について説明する。ＧＴＯ１ｘを導通
している電流をターンオフした場合、ＧＴＯ１ｘによっ
て遮断された電流はスナバコンデンサ３ｘとスナバダイ
オード２ｘにバイパスされ、スナバコンデンサ３ｘが充
電される。通常この充電電圧はＧＴＯ１ｘのオフ時の分
担電圧を超えた電圧まで上昇する。これにより回収ダイ
オード２５の導通条件が満足されるため、アノードリア
クトル６に蓄積したエネルギーは回収ダイオード２５を
介して回収コンデンサ２６に回収することができる。

【００４０】このようにＧＴＯ１ｘのスイッチング動作
により、アノードリアクトル６の蓄積エネルギーを回収
コンデンサ２６に回収することができる。また、実施の
形態１と同様にスナバコンデンサ３ｘの蓄積エネルギー
を回収コンデンサ２０ｘに回収することができる。これ
らスナバエネルギーの殆どをエネルギー回生回路７ｘ、
２７により直流電源部に回生する、或いはゲートドライ
ブ回路１７ａに給電することによって、スナバコンデン
サ３ｘ、アノードリアクトル６の蓄積エネルギーの高度
な有効利用を実現することができる。

【００４１】エネルギー回生回路２７については、前述
したエネルギー回生回路７ａと同様にフルブリッジイン
バータとトランス及び整流回路からなるＤＣ／ＤＣコン
バータ、或いは回収コンデンサ２６に中間電位端子を設
けてハーフブリッジインバータとトランス及び整流回路
からなるＤＣ／ＤＣコンバータ等、公知の昇圧コンバー
タが含まれている。

【００４２】本実施の形態によれば、回収コンデンサ２
０ａからゲートドライブ回路の電力を供給できる構成と
しているため、従来のゲートドライブ給電回路のように
スナバ回路とゲートドライブ給電回路との相互干渉を無
くすることができる。さらに、ＧＴＯ１ａ、１ｂ、１
ｃ、１ｄの各々にスナバコンデンサに対するスナバエネ
ルギー回生回路２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを設け
る構成とし、かつアノードリアクトル６に対するスナバ
エネルギー回生回路２９をスナバエネルギー回生回路２
４ｘと独立して設ける構成としているため、従来のスナ
バエネルギー回生回路のように構成要素の電流責務が不
均一になることを無くすることができる。

【００４３】なお、アノードリアクトル６に対するスナ
バエネルギー回生回路２９は、ＧＴＯ１ｘに対するスナ
バエネルギー回生回路２４ｘの有無、またその構成と関
係なく設けるようにしてもよい。この場合も、アノード
リアクトル６の蓄積エネルギーの有効利用を実現するこ
とができる。

【００４４】実施の形態３． 図５は、この発明の実施の形態３における電力変換装置
を示す構成図である。図中（）外の記号は、スナバコン
デンサ３ｘに対する回収コンデンサ２０ｘに設けられる
部品に対応し、図中（）内の記号は、特にアノードリア
クトル６に対する回収コンデンサ２６に設けられる部品
に対応している。３０は放電抵抗３１、スイッチ３２か
ら構成される放電回路である。また、ここではエネルギ
ー回生回路７ｘ（２７）の具体的な回路例としてフルブ
リッジインバータ３３、トランス３４、整流回路３５か
ら構成される昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータを示してい
る。もっとも、エネルギー回生回路７ｘ（２７）に図示
した回路を適用しなければならない必然性はなく、回収
コンデンサ２０ｘ（２６）からエネルギーを取り出し
て、直流電源部に回生できる回路であれば問題はない。

【００４５】図６は、図５の回路と同等の機能をもつ他
の構成例で、ここでは、回収コンデンサ２０ｘ（２６）
として、中間電位端子を設けたものとし、ハーフブリッ
ジインバータ３３を採用している。

【００４６】電力変換装置が通常運転を行なっている場
合には、エネルギー回生回路７ｘ（２７）は回収コンデ
ンサ２０ｘ（２６）の蓄積エネルギーを直流電源部に回
生することにより、回収コンデンサ２０ｘ（２６）の充
電電圧の上昇を抑制すべく制御される。しかしながら直
流電源部の急激な上昇が起これば（例えば、直列接続さ
れているＧＴＯ１ｘの一部が短絡事故を起こすと、他の
正常なＧＴＯ１ｘへの分担電圧が上昇する）、スナバコ
ンデンサ３ｘの蓄積エネルギーが増加するため、回収コ
ンデンサ２０ｘの過電圧を引き起こす場合がある。また
負荷電流の急激な上昇が起これば、アノードリアクトル
６の蓄積エネルギーが増加し、回収コンデンサ２６の過
電圧を引き起こす場合がある。この様な異常時の電力変
換装置の運転に対応すべくエネルギー回生回路７ｘ（２
７）を設計すれば、例えばフルブリッジインバータ３３
を構成するスイッチ群の耐圧を増加、あるいは遮断電流
耐量を増加させる必要が生じる。従って、前述した異常
運転時にはスイッチ３２を挿入して放電回路３０を駆動
させることにより過電圧を引き起こすエネルギーを放電
抵抗３１で消費する。放電回路３０は、回収コンデンサ
２０ｘ（２６）の電圧を検出して、検出値がある所定の
値以上になれば駆動させる、あるいは放電回路３０に異
常運転検出信号の受信部を設けて、その信号を受信した
場合に駆動させる。このような放電回路３０を接続する
ことにより、前記フルブリッジインバータ３３を構成す
るスイッチ群に定格容量が大きい半導体素子を適用する
必要がなくなり、即ちエネルギー回生回路７ｘ（２７）
の変換器容量を増加させる必要がなくなる。

【００４７】実施の形態４． 図７は、この発明の実施の形態４における電力変換装置
を示す構成図である。図において、４２は電圧検出回路
で、回収コンデンサ２０ｘ（２６）の両端に接続された
分圧抵抗４３、４４と分圧抵抗４４と並列に接続された
ツェナーダイオード４５とコンパレータ４６とから構成
されている。４７はコンパレータ４６からの出力信号を
受けて動作する回生回路駆動制御回路である。

【００４８】次に動作について説明する。電力変換装置
の起動前の状態では、前述したように、回収コンデンサ
２０ｘには初期充電抵抗１５ｘ等を介して直流電源部よ
りエネルギーが蓄積されて充電電圧は上昇する。この電
圧値が所定値以上になると、電圧検出回路４２のコンパ
レータ４６が信号を出力して回生回路駆動制御回路４７
が動作する。回生回路駆動制御回路４７は回収コンデン
サ２０ｘに蓄積されたエネルギーを基に、フルブリッジ
インバータ３３のスイッチング素子へゲート信号を供給
してエネルギー回生回路７ｘを駆動する。これによって
エネルギー回生回路７ｘは主回路電位にある回収コンデ
ンサ２０ｘの蓄積エネルギーを駆動エネルギーとして利
用することができる。

【００４９】エネルギー回生回路２７についても全く同
様に、回収コンデンサ２６の充電電圧が所定値以上にな
ると、これを電圧検出回路４２が検出して、回生回路駆
動制御回路４７が動作し、フルブリッジインバータ３３
のスイッチング素子へゲート信号を供給してエネルギー
回生回路２７を駆動する。これによってエネルギー回生
回路２７は主回路電位にある回収コンデンサ２６の蓄積
エネルギーを駆動エネルギーとして利用することができ
る。

【００５０】このようにエネルギー回生回路７ｘ（２
７）は回収コンデンサ２０ｘ（２６）に蓄積されたエネ
ルギーを利用して駆動することができるため、低電位部
から絶縁変圧器を介して主回路高電位部にあるエネルギ
ー回生回路７ｘ（２７）を構成するスイッチング素子群
を駆動するためのエネルギー供給を不要することができ
る。

【００５１】実施の形態５． 先の図１で説明した電力変換装置において、エネルギー
回生回路７ａを設けたのは、これによって、スナバコン
デンサ３ａに蓄積されたエネルギーを直流電源部へ回生
することで、効率を上げ実質的な経済性の向上を図るた
めである。しかるに、スナバコンデンサ３ａの静電容量
が関連する設計条件等により低減が可能で、例えば、ス
ナバコンデンサ３ａに蓄積されるエネルギーがゲートド
ライブ回路１７ａに給電すべきエネルギーの数倍程度ま
でにとどまるような場合には、エネルギー回生回路７ａ
を別途設けて効率を上げることから予測されるコスト低
減分とエネルギー回生回路７ａを新たに設けることによ
るコスト増加分とが近い値となり、エネルギー回生回路
７ａを設ける必然性が失われることになる。

【００５２】図８は、以上の観点から検討されたこの発
明の実施の形態５における電力変換装置を示す構成図で
ある。図１のスナバエネルギー回生回路２４ａからエネ
ルギー回生回路７ａを除き、これに替わって放電回路３
０ａを設けてスナバエネルギー回生回路４０ａとしてい
る。即ち、ここでは、エネルギー回生回路７ａに替わっ
て放電回路３０ａが、回収コンデンサ２０ａの電圧制御
要素として機能する。

【００５３】なお、図１のスナバエネルギー回生回路２
４ａから図８のスナバエネルギー回生回路４０ａへの置
換は、その他の実施の形態、例えば図４にも適用するこ
とができる。これは、スナバコンデンサ３ｘの蓄積エネ
ルギーを回収コンデンサ２０ｘに回収する回路動作は全
く同じであることから容易に理解できるものであると考
えられる。

【００５４】ここで、スナバコンデンサ３ｘの静電容量
の低減を実現する方策について簡単に説明する。ＧＴＯ
１ｘを駆動するためのゲートドライブ回路１７ｘのゲー
ト電流を増強して、ＧＴＯ１ｘの遮断電流性能を向上さ
せる場合には、スナバコンデンサ３ｘの静電容量を低減
することができる。例えばターンオフ時のオフゲート電
流の電流上昇率、及びその最大値を増加させることによ
り、ターンオフ動作の最終機構での有効セグメント数が
増加し、スイッチング損失を許容することができる。従
ってＧＴＯ１ｘの印加電圧上昇率に対する耐量が向上
し、その結果としてスナバコンデンサ３ｘの静電容量を
低減することが可能となり、図８の回路を採用する条件
が成立する訳である。

【００５５】実施の形態６． 図９はこの発明の実施の形態６における電力変換装置を
示す構成図である。図９は電力変換装置の１アーム分を
示し、図において、１ａ〜１ｆは自己消弧型の半導体ス
イッチング素子の一例であるＧＴＯ、５ａ〜５ｆはＧＴ
Ｏ１ｘに逆並列接続されたフリーホイールダイオード、
２ａ〜２ｆはスナバダイオード、３ａ〜３ｆはスナバコ
ンデンサ、６ａ，６ｂはアノードリアクトルである。２
４ａ〜２４ｆはスナバコンデンサ３ｘに対して接続され
る第１のスナバエネルギー回生回路、２９ａ，２９ｂは
アノードリアクトル６ｘに対して接続される第２のスナ
バエネルギー回生回路である。

【００５６】ここでは、３個のＧＴＯ１ａ〜１ｃと１個
のアノードリアクトル６ａ、およびそれらに接続される
スナバ回路、スナバエネルギー回生回路により第１の基
本ユニットを構成し、同様に、３個のＧＴＯ１ｄ〜１ｆ
と１個のアノードリアクトル６ｂ、およびそれらに接続
されるスナバ回路、スナバエネルギー回生回路により第
２の基本ユニットを構成する。即ち、両基本ユニットは
互いに同一の構成、構造にできるので、設計製作が標準
化されて経済性が向上するとともに、浮遊容量等を含め
て特性が均一となり、直列接続されるＧＴＯの分担電圧
もほぼ均等となり、大容量電力変換装置を容易に実現で
きることになる。

【００５７】なお、図９は、１アームあたり、ＧＴＯが
６個、アノードリアクトルが２個の場合であるが、一般
に、ＧＴＯの個数をＮ（Ｎは２以上の自然数で図９では
Ｎ＝６である）、アノードリアクトルの個数をＭ（Ｍは
１以上の自然数で、図９ではＭ＝２である）とした場
合、Ｍ＝Ｎ／ｎ（ｎは２以上の自然数で、図９ではｎ＝
３である）が成立するようにして、ＧＴＯｎ個とアノー
ドリアクトル１個とを互いに直列に接続してなる基本ユ
ニットを構成単位として装置全体を形成することによ
り、上述したと同様の効果を奏する。

【００５８】実施の形態７． 前述した全ての実施の形態において、自己消弧型スイッ
チング素子をＧＴＯとしたが、ノーマリオフの自己消弧
型半導体スイッチング素子であれば、例えばＩＧＢＴや
ＳＩサイリスタであっても何等問題はない。また近年フ
リーホイールダイオードが自己消弧型半導体スイッチン
グ素子と一体となる逆導通型の自己消弧型半導体スイッ
チング素子が開発されているが、本願では、このような
自己消弧型半導体スイッチング素子を含め得るものとす
る。

【００５９】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明に係る電
力変換装置は、所定のスナバ回路、および第１のエネル
ギー回収回路と初期充電抵抗と第１のエネルギー回生回
路とゲートドライブ回路とからなる第１のスナバエネル
ギー回生回路を備えたので、スナバ回路とゲートドライ
ブ給電回路との間の有害な相互干渉が無くなる。また、
直列接続される複数のスイッチング素子の各々に接続さ
れるスナバエネルギー回生回路の構成要素の電流責務が
均等化される。

【００６０】また、請求項２の発明に係る電力変換装置
は、所定のスナバ回路、第１のエネルギー回収回路と初
期充電抵抗と第１のエネルギー回生回路とゲートドライ
ブ回路とからなる第１のスナバエネルギー回生回路、お
よび第２のエネルギー回収回路と第２のエネルギー回生
回路とからなる第２のスナバエネルギー回生回路を備え
たので、スナバ回路とゲートドライブ給電回路との間の
有害な相互干渉が無くなる。また、直列接続される複数
のスイッチング素子の各々に接続されるスナバエネルギ
ー回生回路の構成要素の電流責務が均等化される。更
に、アノードリアクトルの蓄積エネルギーの有効利用が
可能となる。

【００６１】また、請求項３の発明に係る電力変換装置
は、第２のコンデンサの端子間に接続された所定の放電
回路を備えたので、第１のエネルギー回生回路やゲート
ドライブ回路に過電圧が印加されるのを未然に防止する
ことができる。

【００６２】また、請求項４の発明に係る電力変換装置
は、第３のコンデンサの端子間に接続された所定の放電
回路を備えたので、第２のエネルギー回生回路に過電圧
が印加されるのを未然に防止することができる。

【００６３】また、請求項５の発明に係る電力変換装置
は、所定のスナバ回路、および第１のエネルギー回収回
路と初期充電抵抗と放電回路とゲートドライブ回路とか
らなる第１のスナバエネルギー回生回路を備えたので、
スナバ回路とゲートドライブ給電回路との間の有害な相
互干渉が無くなる。また、直列接続される複数のスイッ
チング素子の各々に接続されるスナバエネルギー回生回
路の構成要素の電流責務が均等化される。更に、スナバ
回路容量が比較的小さい場合にも、スナバエネルギーの
経済的な利用が可能となる。

【００６４】また、請求項６の発明に係る電力変換装置
は、所定のスナバ回路、第１のエネルギー回収回路と初
期充電抵抗と放電回路とゲートドライブ回路とからなる
第１のスナバエネルギー回生回路、および第２のエネル
ギー回収回路と第２のエネルギー回生回路とからなる第
２のスナバエネルギー回生回路を備えたので、スナバ回
路とゲートドライブ給電回路との間の有害な相互干渉が
無くなる。また、直列接続される複数のスイッチング素
子の各々に接続されるスナバエネルギー回生回路の構成
要素の電流責務が均等化される。更に、アノードリアク
トルの蓄積エネルギーの有効利用が可能となる。また、
スナバ回路容量が比較的小さい場合にも、スナバエネル
ギーの経済的な利用が可能となる。

【００６５】また、請求項７の発明に係る電力変換装置
は、第２のコンデンサの電圧が所定値以上のとき動作す
る所定の回生回路駆動制御回路を備えたので、低電位部
からの供給によることなく、第１のエネルギー回生回路
を駆動することができる。

【００６６】また、請求項８の発明に係る電力変換装置
は、第３のコンデンサの電圧が所定値以上のとき動作す
る所定の回生回路駆動制御回路を備えたので、低電位部
からの供給によることなく、第２のエネルギー回生回路
を駆動することができる。

【００６７】また、請求項９の発明に係る電力変換装置
は、限流素子をリアクトルとしたので、第１のコンデン
サとの共振動作により第１のコンデンサは必ず零電圧ま
で放電し、高速・高効率のエネルギー回収が可能とな
る。

【００６８】また、請求項１０の発明に係る電力変換装
置は、初期充電抵抗と直列に接続された所定の補助ダイ
オードを備えたので、スイッチング素子のオン期間中に
おける第１のコンデンサの不要な充電動作を無くすこと
ができる。

【００６９】また、請求項１１の発明に係る電力変換装
置は、自己消弧型のスイッチング素子の個数をＮ（Ｎは
２以上の自然数）とするとともに、アノードリアクトル
を互いに直列に接続されるＭ（Ｍは１以上の自然数）個
で構成し、更に、Ｍ＝Ｎ／ｎ（ｎは２以上の自然数）が
成立するようにして、上記スイッチング素子ｎ個と上記
アノードリアクトル１個とを互いに直列に接続してなる
基本ユニットを構成単位として装置全体を形成するよう
にしたので、電力変換装置が互いに同一構成構造の基本
ユニットの組合わせで構成でき、経済性が向上するとと
もに、各基本ユニットの電圧分担も均等となって大容量
電力変換装置の実現が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１における電力変換装置
を示す構成図である。

【図２】 図１に示す電力変換装置の動作を説明するた
めの図である。

【図３】 図１に示す電力変換装置の一部変形例を示す
構成図である。

【図４】 本発明の実施の形態２における電力変換装置
を示す構成図である。

【図５】 本発明の実施の形態３における電力変換装置
を示す構成図である。

【図６】 図５の回路の変形例を示す構成図である。

【図７】 本発明の実施の形態４における電力変換装置
を示す構成図である。

【図８】 本発明の実施の形態５における電力変換装置
を示す構成図である。

【図９】 本発明の実施の形態６における電力変換装置
を示す構成図である。

【図１０】 電力変換装置の概路を示す構成図である。

【図１１】 従来のスナバ回路を示す構成図である。

【図１２】 図１１に示す電力変換装置の動作を説明す
るための図である。

【図１３】 図１１に示す電力変換装置の動作を説明す
るための図である。

【図１４】 図１１に示す電力変換装置の動作を説明す
るための図である。

【図１５】 図１１に示す電力変換装置の動作を説明す
るための図である。

【図１６】 従来のゲートドライブ給電回路を示す構成
図である。

【符号の説明】

１ａ〜１ｆ ＧＴＯ、２ａ〜２ｆ スナバダイオード、
３ａ〜３ｆ スナバコンデンサ、５ａ〜５ｆ フリーホ
イールダイオード、６，６ａ，６ｂ アノードリアクト
ル、７ａ 第１のエネルギー回生回路、１５ａ 初期充
電抵抗、１７ａ ゲートドライブ回路、１９ａ 回収ダ
イオード、２０ａ 回収コンデンサ、２１ａ 回収リア
クトル、２４ａ〜２４ｆ 第１のスナバエネルギー回生
回路、２５ 回収ダイオード、２６ 回収コンデンサ、
２７ 第２のエネルギー回生回路、２９ 第２のスナバ
エネルギー回生回路、３０ 放電回路、３１ 放電抵
抗、３２ スイッチ、３３ インバータ、３６ 上アー
ム、３７ 下アーム、３８ 直流電源部、４０ａ 第２
のスナバエネルギー回生回路、４１ａ 補助ダイオー
ド、４２ 電圧検出回路、４７ 回生回路駆動制御回
路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−344708（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−159966（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−163136（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02M 1/00 - 1/30 H02M 7/42 - 7/98

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源部と、この直流電源部の両極間
   に互いに直列に接続された複数の自己消弧型のスイッチ
   ング素子と、上記各スイッチング素子に逆並列接続され
   たダイオードとを備えた電力変換装置において、 上記各スイッチング素子のアノード・カソード間に接続
   された、スナバ回路および第１のスナバエネルギー回生
   回路を備え、 上記スナバ回路は、上記アノード側から順次接続され
   た、第１のコンデンサおよび第１のダイオードの直列体
   からなり、 上記第１のスナバエネルギー回生回路は、上記第１のダ
   イオードのアノード・カソード間にそのカソード側から
   順次接続された、第２のダイオード、第２のコンデンサ
   および上記第１のコンデンサの放電時間を調節する限流
   素子の直列体からなる第１のエネルギー回収回路と、上
   記スイッチング素子のアノードと上記第２のコンデンサ
   および第２のダイオードの接続点との間に接続された初
   期充電抵抗と、上記第２のコンデンサと上記直流電源部
   との間に接続され上記第２のコンデンサに蓄積されたエ
   ネルギーを上記直流電源部に回生する第１のエネルギー
   回生回路と、上記第２のコンデンサと上記スイッチング
   素子のゲートとの間に接続され上記第２のコンデンサに
   蓄積されたエネルギーを上記ゲートに給電するゲートド
   ライブ回路とからなることを特徴とする電力変換装置。
2. 【請求項２】 直流電源部と、この直流電源部の両極間
   に互いに直列に接続された複数の自己消弧型のスイッチ
   ング素子と、上記各スイッチング素子に逆並列接続され
   たダイオードと、上記直流電源部の両極間に上記スイッ
   チング素子と直列に接続されたアノードリアクトルとを
   備えた電力変換装置において、 上記各スイッチング素子のアノード・カソード間に接続
   された、スナバ回路および第１のスナバエネルギー回生
   回路と、上記アノードリアクトルの端子間に接続された
   第２のスナバエネルギー回生回路とを備え、 上記スナバ回路は、上記アノード側から順次接続され
   た、第１のコンデンサおよび第１のダイオードの直列体
   からなり、 上記第１のスナバエネルギー回生回路は、上記第１のダ
   イオードのアノード・カソード間にそのカソード側から
   順次接続された、第２のダイオード、第２のコンデンサ
   および上記第１のコンデンサの放電時間を調節する限流
   素子の直列体からなる第１のエネルギー回収回路と、上
   記スイッチング素子のアノードと上記第２のコンデンサ
   および第２のダイオードの接続点との間に接続された初
   期充電抵抗と、上記第２のコンデンサと上記直流電源部
   との間に接続され上記第２のコンデンサに蓄積されたエ
   ネルギーを上記直流電源部に回生する第１のエネルギー
   回生回路と、上記第２のコンデンサと上記スイッチング
   素子のゲートとの間に接続され上記第２のコンデンサに
   蓄積されたエネルギーを上記ゲートに給電するゲートド
   ライブ回路とからなり、 上記第２のスナバエネルギー回生回路は、上記アノード
   リアクトルの端子間に接続された、第３のコンデンサお
   よび第３のダイオードの直列体からなる第２のエネルギ
   ー回収回路と、上記第３のコンデンサと上記直流電源部
   との間に接続され上記第３のコンデンサに蓄積されたエ
   ネルギーを上記直流電源部に回生する第２のエネルギー
   回生回路とからなることを特徴とする電力変換装置。
3. 【請求項３】 第２のコンデンサの端子間に接続され
   た、放電抵抗とスイッチとからなる放電回路を備え、上
   記第２のコンデンサに蓄積されたエネルギーの一部を上
   記放電抵抗で消費可能としたことを特徴とする請求項１
   または２に記載の電力変換装置。
4. 【請求項４】 第３のコンデンサの端子間に接続され
   た、放電抵抗とスイッチとからなる放電回路を備え、上
   記第３のコンデンサに蓄積されたエネルギーの一部を上
   記放電抵抗で消費可能としたことを特徴とする請求項２
   記載の電力変換装置。
5. 【請求項５】 直流電源部と、この直流電源部の両極間
   に互いに直列に接続された複数の自己消弧型のスイッチ
   ング素子と、上記各スイッチング素子に逆並列接続され
   たダイオードとを備えた電力変換装置において、 上記各スイッチング素子のアノード・カソード間に接続
   された、スナバ回路および第１のスナバエネルギー回生
   回路を備え、 上記スナバ回路は、上記アノード側から順次接続され
   た、第１のコンデンサお よび第１のダイオードの直列体
   からなり、 上記第１のスナバエネルギー回生回路は、上記第１のダ
   イオードのアノード・カソード間にそのカソード側から
   順次接続された、第２のダイオード、第２のコンデンサ
   および上記第１のコンデンサの放電時間を調節する限流
   素子の直列体からなる第１のエネルギー回収回路と、上
   記スイッチング素子のアノードと上記第２のコンデンサ
   および第２のダイオードの接続点との間に接続された初
   期充電抵抗と、上記第２のコンデンサの端子間に接続さ
   れた、放電抵抗とスイッチとからなり上記第２のコンデ
   ンサに蓄積されたエネルギーの一部を上記放電抵抗で消
   費可能な放電回路と、上記第２のコンデンサと上記スイ
   ッチング素子のゲートとの間に接続され上記第２のコン
   デンサに蓄積されたエネルギーを上記ゲートに給電する
   ゲートドライブ回路とからなることを特徴とする 電力変
   換装置。
6. 【請求項６】 直流電源部と、この直流電源部の両極間
   に互いに直列に接続された複数の自己消弧型のスイッチ
   ング素子と、上記各スイッチング素子に逆並列接続され
   たダイオードと、上記直流電源部の両極間に上記スイッ
   チング素子と直列に接続されたアノードリアクトルとを
   備えた電力変換装置において、 上記各スイッチング素子のアノード・カソード間に接続
   された、スナバ回路および第１のスナバエネルギー回生
   回路と、上記アノードリアクトルの端子間に接続された
   第２のスナバエネルギー回生回路とを備え、 上記スナバ回路は、上記アノード側から順次接続され
   た、第１のコンデンサおよび第１のダイオードの直列体
   からなり、 上記第１のスナバエネルギー回生回路は、上記第１のダ
   イオードのアノード・カソード間にそのカソード側から
   順次接続された、第２のダイオード、第２のコンデンサ
   および上記第１のコンデンサの放電時間を調節する限流
   素子の直列体からなる第１のエネルギー回収回路と、上
   記スイッチング素子のアノードと上記第２のコンデンサ
   および第２のダイオードの接続点との間に接続された初
   期充電抵抗と、上記第２のコンデンサの端子間に接続さ
   れた、放電抵抗とスイッチとからなり上記第２のコンデ
   ンサに蓄積されたエネルギーの一部を上記放電抵抗で消
   費可能な放電回路と、上記第２のコンデンサと上記スイ
   ッチング素子のゲートとの間に接続され上記第２のコン
   デンサに蓄積されたエネルギーを上記ゲートに給電 する
   ゲートドライブ回路とからなり、 上記第２のスナバエネルギー回生回路は、上記アノード
   リアクトルの端子間に接続された、第３のコンデンサお
   よび第３のダイオードの直列体からなる第２のエネルギ
   ー回収回路と、上記第３のコンデンサと上記直流電源部
   との間に接続され上記第３のコンデンサに蓄積されたエ
   ネルギーを上記直流電源部に回生する第２のエネルギー
   回生回路とからなることを特徴とする 電力変換装置。
7. 【請求項７】 第２のコンデンサの電圧が所定値以上の
   とき、上記第２のコンデンサに蓄積されたエネルギーに
   より第１のエネルギー回生回路を構成するスイッチング
   素子を駆動する回生回路駆動制御回路を備えたことを特
   徴とする請求項１、２、３ないし６のいずれかに記載の
   電力変換装置。
8. 【請求項８】 第３のコンデンサの電圧が所定値以上の
   とき、上記第３のコンデンサに蓄積されたエネルギーに
   より第２のエネルギー回生回路を構成するスイッチング
   素子を駆動する回生回路駆動制御回路を備えたことを特
   徴とする請求項２、４または６のいずれかに記載の電力
   変換装置。
9. 【請求項９】 限流素子をリアクトルとしたことを特徴
   とする請求項１、２、３ないし８のいずれかに記載の電
   力変換装置。
10. 【請求項１０】 自己消弧型のスイッチング素子のアノ
    ードと第２のコンデンサおよび第２のダイオードの接続
    点との間に、初期充電抵抗と直列に接続された補助ダイ
    オードを備えたことを特徴とする請求項１、２、３ない
    し９のいずれかに記載の電力変換装置。
11. 【請求項１１】 自己消弧型のスイッチング素子の個数
    をＮ（Ｎは２以上の自然数）とするとともに、アノード
    リアクトルを互いに直列に接続されるＭ（Ｍは１以上の
    自然数）個で構成し、更に、Ｍ＝Ｎ／ｎ（ｎは２以上の
    自然数）が成立するようにして、上記スイッチング素子
    ｎ個と上記アノードリアクトル１個とを互いに直列に接
    続してなる基本ユニットを構成単位として装置全体を形
    成するようにしたことを特徴とする請求項２、４、６、
    または８のいずれかに記載の電力変換装置。