JP3226248B2 - 中性点クランプ式電力変換器 - Google Patents
中性点クランプ式電力変換器Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、中性点クランプ式電力
変換器を構成するスイッチング素子に設けられるスナバ
回路の損失を低減した中性点クランプ式電力変換器に関
する。
変換器を構成するスイッチング素子に設けられるスナバ
回路の損失を低減した中性点クランプ式電力変換器に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＩＧＢＴ等の高速スイッチング素
子が使用されるインバ―タ、コンバ―タ等の電力変換器
のスイッチング周波数が増加し、スナバ損失も増加の一
途を辿っている。
子が使用されるインバ―タ、コンバ―タ等の電力変換器
のスイッチング周波数が増加し、スナバ損失も増加の一
途を辿っている。
【０００３】図５に従来から使用されている３レベルの
出力電圧を発生する中性点クランプ式電力変換器の主回
路の基本構成を示している。図５において、Ｖｄ１，Ｖ
ｄ２は直流正母線Ｐと直流負母線Ｎ間に接続され中性点
出力端子０を備えた直流電源、Ｃ１，Ｃ２は直流電源Ｖ
ｄ１，Ｖｄ２にそれぞれ並列接続される平滑コンデン
サ、ＳＵ１〜ＳＵ４は直流正母線Ｐと直流負母線Ｎ間に
直列接続されＵ相の第１〜第４のスイッチング素子、同
様にＳＶ１〜ＳＶ４及びＳＷ１〜ＳＷ４はＳ相及びＷ相
のスイッチング素子である。
出力電圧を発生する中性点クランプ式電力変換器の主回
路の基本構成を示している。図５において、Ｖｄ１，Ｖ
ｄ２は直流正母線Ｐと直流負母線Ｎ間に接続され中性点
出力端子０を備えた直流電源、Ｃ１，Ｃ２は直流電源Ｖ
ｄ１，Ｖｄ２にそれぞれ並列接続される平滑コンデン
サ、ＳＵ１〜ＳＵ４は直流正母線Ｐと直流負母線Ｎ間に
直列接続されＵ相の第１〜第４のスイッチング素子、同
様にＳＶ１〜ＳＶ４及びＳＷ１〜ＳＷ４はＳ相及びＷ相
のスイッチング素子である。
【０００４】Ｕ相スイッチング素子ＳＵ１〜ＳＵ４にそ
れぞれ逆並列接続されているＤＵ１〜ＤＵ４及びＶ相ス
イッチング素子ＳＶ１〜ＳＶ４にそれぞれ逆並列接続さ
れているＤＶ１〜ＤＶ４及びＷ相スイッチング素子ＳＷ
１〜ＳＷ４にそれぞれ逆並列接続されているＤＷ１〜Ｄ
Ｗ４はフリ―ホイ―リングダイオ―ドである。
れぞれ逆並列接続されているＤＵ１〜ＤＵ４及びＶ相ス
イッチング素子ＳＶ１〜ＳＶ４にそれぞれ逆並列接続さ
れているＤＶ１〜ＤＶ４及びＷ相スイッチング素子ＳＷ
１〜ＳＷ４にそれぞれ逆並列接続されているＤＷ１〜Ｄ
Ｗ４はフリ―ホイ―リングダイオ―ドである。
【０００５】Ｕ相の第２第３のスイッチング素子ＳＵ
２，ＳＵ３の直列回路に逆極性で並列接続され且つ直列
接続点が中性点出力端子０と接続されているＤＵ５，Ｄ
Ｕ６はＵ相のクランプダイオ―ドである。
２，ＳＵ３の直列回路に逆極性で並列接続され且つ直列
接続点が中性点出力端子０と接続されているＤＵ５，Ｄ
Ｕ６はＵ相のクランプダイオ―ドである。
【０００６】Ｕ相の第２第３のスイッチング素子ＳＵ
２，ＳＵ３の直列接続点がＵ相の交流端子となる。同様
にＤＶ５，ＤＶ６はＶ相のクランプダイオ―ドで、ＤＷ
５，ＤＷ６はＷ相のクランプダイオ―ドである。
２，ＳＵ３の直列接続点がＵ相の交流端子となる。同様
にＤＶ５，ＤＶ６はＶ相のクランプダイオ―ドで、ＤＷ
５，ＤＷ６はＷ相のクランプダイオ―ドである。
【０００７】又、Ｖ相の第２第３のスイッチング素子Ｓ
Ｖ２，ＳＶ３の直列接続点がＶ相の交流端子となり、Ｗ
相の第２第３のスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３の直列
接続点がＷ相の交流端子となる。
Ｖ２，ＳＶ３の直列接続点がＶ相の交流端子となり、Ｗ
相の第２第３のスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３の直列
接続点がＷ相の交流端子となる。
【０００８】交流端子に接続されているＬＯＡＤは３相
負荷である。前述のように構成された中性点クランプ式
電力変換器のＵ相出力電圧Ｖｕは下記の３レベル値に制
御される。即ち、 スイッチング素子ＳＵ１とＳＵ２がオンのとき、Ｖｕ＝＋Ｖｄ１ スイッチング素子ＳＵ２とＳＵ３がオンのとき、Ｖｕ＝０ スイッチング素子ＳＵ３とＳＵ４がオンのとき、Ｖｕ＝―Ｖｄ２ となる。Ｖ相の出力電圧Ｖｖ及びＷ相の出力電圧Ｖｗも
同様に制御される。
負荷である。前述のように構成された中性点クランプ式
電力変換器のＵ相出力電圧Ｖｕは下記の３レベル値に制
御される。即ち、 スイッチング素子ＳＵ１とＳＵ２がオンのとき、Ｖｕ＝＋Ｖｄ１ スイッチング素子ＳＵ２とＳＵ３がオンのとき、Ｖｕ＝０ スイッチング素子ＳＵ３とＳＵ４がオンのとき、Ｖｕ＝―Ｖｄ２ となる。Ｖ相の出力電圧Ｖｖ及びＷ相の出力電圧Ｖｗも
同様に制御される。
【０００９】図４は、前記中性点クランプ式電力変換器
にスナバ回路を設けた詳細な回路構成図ある。（図５に
はＵ相分のみ示したがＶ相，Ｗ相も同様な構成となって
いるのでＶ相，Ｗ相分は省略しいてる。） 第１のスイッチング素子ＳＵ１には並列接続される第１
のスナバコンデンサＳＣＵ１とスナバダイオ―ドＳＤＵ
１の直列回路及び該直列回路の直列接続点と中性点出力
端子０との間に接続される第１のスナバ抵抗ＳＲＵ１か
ら成るスナバ回路が設けられている。
にスナバ回路を設けた詳細な回路構成図ある。（図５に
はＵ相分のみ示したがＶ相，Ｗ相も同様な構成となって
いるのでＶ相，Ｗ相分は省略しいてる。） 第１のスイッチング素子ＳＵ１には並列接続される第１
のスナバコンデンサＳＣＵ１とスナバダイオ―ドＳＤＵ
１の直列回路及び該直列回路の直列接続点と中性点出力
端子０との間に接続される第１のスナバ抵抗ＳＲＵ１か
ら成るスナバ回路が設けられている。
【００１０】第２のスイッチング素子ＳＵ２には並列接
続される第２のスナバダイオ―ドＳＤＵ２とスナバコン
デンサＳＣＵ２の直列回路及び第２のスナバダイオ―ド
ＳＤＵ２に並列接続された第２のスナバ抵抗ＳＲＵ２か
ら成るスナバ回路が設けられている。
続される第２のスナバダイオ―ドＳＤＵ２とスナバコン
デンサＳＣＵ２の直列回路及び第２のスナバダイオ―ド
ＳＤＵ２に並列接続された第２のスナバ抵抗ＳＲＵ２か
ら成るスナバ回路が設けられている。
【００１１】第３のスイッチング素子ＳＵ３には並列接
続される第３のスナバコンデンサＳＣＵ３とスナバダイ
オ―ドＳＤＵ３の直列回路及び第３のスナバダイオ―ド
に並列接続された第３のスナバ抵抗ＳＲＵ３から成るス
ナバ回路が設けられている。
続される第３のスナバコンデンサＳＣＵ３とスナバダイ
オ―ドＳＤＵ３の直列回路及び第３のスナバダイオ―ド
に並列接続された第３のスナバ抵抗ＳＲＵ３から成るス
ナバ回路が設けられている。
【００１２】第４のスイッチング素子ＳＵ４には並列接
続される第４のスナバダイオ―ドＳＤＵ４とスナバコン
デンサＳＣＵ４の直列回路及び第４のスナバダイオ―ド
ＳＤＵ４に並列接続された第４のスナバ抵抗ＳＲＵ４か
ら成るスナバ回路が設けられている。
続される第４のスナバダイオ―ドＳＤＵ４とスナバコン
デンサＳＣＵ４の直列回路及び第４のスナバダイオ―ド
ＳＤＵ４に並列接続された第４のスナバ抵抗ＳＲＵ４か
ら成るスナバ回路が設けられている。
【００１３】次に、前述構成から成る中性点クランプ式
電力変換器のスナバ回路の動作を説明する。今、スイッ
チング素子ＳＵ１，ＳＵ２がオンしている状態では負荷
電流は直流電源Ｖｄ１，直流正母線Ｐ，スイッチング素
子ＳＵ１，ＳＵ２，負荷（図示していない）の経路で流
れている。
電力変換器のスナバ回路の動作を説明する。今、スイッ
チング素子ＳＵ１，ＳＵ２がオンしている状態では負荷
電流は直流電源Ｖｄ１，直流正母線Ｐ，スイッチング素
子ＳＵ１，ＳＵ２，負荷（図示していない）の経路で流
れている。
【００１４】この状態で、スイッチング素子ＳＵ１がオ
フした時には図示しない配線インダクタンス（直流電源
Ｖｄ１〜スイッチング素子ＳＵ１の間）のエネルギは、
スナバコンデンサＳＣＵ１，スナバダイオ―ドＳＤＵ
１，スイッチング素子ＳＵ２を通して流れスナバコンデ
ンサＳＣＵ１を充電する。
フした時には図示しない配線インダクタンス（直流電源
Ｖｄ１〜スイッチング素子ＳＵ１の間）のエネルギは、
スナバコンデンサＳＣＵ１，スナバダイオ―ドＳＤＵ
１，スイッチング素子ＳＵ２を通して流れスナバコンデ
ンサＳＣＵ１を充電する。
【００１５】配線インダクタンスのエネルギをスナバコ
ンデンサＳＣＵ１が吸収すると、負荷電流は中性点出力
端子０，クランプタイオ―ドＤＵ５，スイッチング素子
ＳＵ２，負荷の経路で流れる。
ンデンサＳＣＵ１が吸収すると、負荷電流は中性点出力
端子０，クランプタイオ―ドＤＵ５，スイッチング素子
ＳＵ２，負荷の経路で流れる。
【００１６】スナバコンデンサＳＣＵ１はもともと直流
電源Ｖｄ１で充電されていたので、配線インダクタンス
のエネルギを充電するとＶｄ１の電圧以上に充電され
る。充電されたエネルギはスナバ抵抗ＳＲＵ１を通して
放電しスナバコンデンサＳＣＵ１の電圧がＶｄ１になっ
た時点で放電をやめる。つまり、スナバコンデンサＳＣ
Ｕ１の電圧は配線インダクタンスのエネルギ分のみ充放
電を繰り返す。以上は、いわゆる良く知られているＤＣ
クランプ形スナバ回路構成となっている。
電源Ｖｄ１で充電されていたので、配線インダクタンス
のエネルギを充電するとＶｄ１の電圧以上に充電され
る。充電されたエネルギはスナバ抵抗ＳＲＵ１を通して
放電しスナバコンデンサＳＣＵ１の電圧がＶｄ１になっ
た時点で放電をやめる。つまり、スナバコンデンサＳＣ
Ｕ１の電圧は配線インダクタンスのエネルギ分のみ充放
電を繰り返す。以上は、いわゆる良く知られているＤＣ
クランプ形スナバ回路構成となっている。
【００１７】一方、スイッチング素子ＳＵ２のスナバ回
路動作は完全放電形のスナバ回路構成となっている。ス
イッチング素子ＳＵ２がオフすると、配線インダクタン
ス（中性点出力端子０からスイッチング素子ＳＵ２の
間）のエネルギが充電される。配線インダクタンスのエ
ネルギの吸収が終了すると、負荷電流はフリ―ホイ―リ
ングダイオ―ドＤＵ４，ＤＵ３を通して還流する。
路動作は完全放電形のスナバ回路構成となっている。ス
イッチング素子ＳＵ２がオフすると、配線インダクタン
ス（中性点出力端子０からスイッチング素子ＳＵ２の
間）のエネルギが充電される。配線インダクタンスのエ
ネルギの吸収が終了すると、負荷電流はフリ―ホイ―リ
ングダイオ―ドＤＵ４，ＤＵ３を通して還流する。
【００１８】配線インダクタンスのエネルギを吸収する
ので、スナバコンデンサＳＣＵ２の電圧は電源電圧Ｖｄ
２以上に上昇する。そのエネルギは次のスイッチング素
子ＳＵ２のオン時にスナバ抵抗ＳＲＵ２を通して全て消
費してしまう。
ので、スナバコンデンサＳＣＵ２の電圧は電源電圧Ｖｄ
２以上に上昇する。そのエネルギは次のスイッチング素
子ＳＵ２のオン時にスナバ抵抗ＳＲＵ２を通して全て消
費してしまう。
【００１９】このように、完全放電形のスナバ回路は前
記ＤＣクランプ形スナバ回路と比較して非常にスナバ損
失が増大してしまう結果となる。同様に、スイッチング
素子ＳＵ４のスナバ回路は、ＤＣクランプ形のスナバ回
路動作となるが、スイッチング素子ＳＵ３のスナバ回路
は、ＳＵ２のスナバ回路と同様、完全放電形のスナバ回
路動作となるので、やはりスナバ損失が増大してしま
う。
記ＤＣクランプ形スナバ回路と比較して非常にスナバ損
失が増大してしまう結果となる。同様に、スイッチング
素子ＳＵ４のスナバ回路は、ＤＣクランプ形のスナバ回
路動作となるが、スイッチング素子ＳＵ３のスナバ回路
は、ＳＵ２のスナバ回路と同様、完全放電形のスナバ回
路動作となるので、やはりスナバ損失が増大してしま
う。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】以上述べてきた従来の
中性点クランプ式電力変換器では、第２のスイッチング
素子と第３のスイッチング素子のスナバ回路の損失が非
常に大きくなるる。今後益々スイッチング周波数の増加
に伴ってスナバ損失の増加は無視できなくなるため、ス
ナバ回路の損失を低減することは非常に重要なことであ
る。
中性点クランプ式電力変換器では、第２のスイッチング
素子と第３のスイッチング素子のスナバ回路の損失が非
常に大きくなるる。今後益々スイッチング周波数の増加
に伴ってスナバ損失の増加は無視できなくなるため、ス
ナバ回路の損失を低減することは非常に重要なことであ
る。
【００２１】従って、本発明の目的は、中性点クランプ
式電力変換器を構成する第２のスイッチング素子と、第
３のスンッチング素子のスナバ回路の損失の低減を図っ
た中性点クランプ式電力変換器を提供することにある。
式電力変換器を構成する第２のスイッチング素子と、第
３のスンッチング素子のスナバ回路の損失の低減を図っ
た中性点クランプ式電力変換器を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、直流正負母線間に接続され中性点出力端
子を備えた直流電源と、前記直流正負母線間に直列接続
された第１乃至第４のスイッチング素子と、該スイッチ
ング素子にそれぞれ逆並列接続された第１乃至第４のフ
リ―ホイリングダイオ―ドと、前記第２第３のスイッチ
ング素子の直列回路に逆極性で並列接続され且つ直列接
続点が前記中性点出力端子と接続される一対のクランプ
ダイオ―ドの直列回路から成り、前記第２第３のスイッ
チング素子の直列接続点を交流端子とした中性点クラン
プ式変換器において、前記第１のスイッチング素子に並
列接続される第１のスナバコンデンサとスナバダイオ―
ドの直列回路及び該直列回路の直列接続点と前記中性点
出力端子との間に接続される第１のスナバ抵抗から成る
スナバ回路と、前記第１第２のスイッチング素子の直列
接続点にアノ―ドが接続されカソ―ドが第２のスナバコ
ンデンサを介して前記中性点出力端子に接続される第２
のスナバダイオ―ドと、該第２のスナバダイオ―ドとス
ナバコンデンサの直列接続点と前記直流正母線間に接続
される第２のスナバ抵抗から成るスナバ回路と、前記第
３第４のスイッチング素子の直列接続点にカソ―ドが接
続されアノ―ドが第３のスナバコンデンサを介して前記
中性点出力端子に接続される第３のスナバダイオ―ド
と、該第３のスナバダイオ―ドとスナバコンデンサの直
列接続点と前記直流負母線間に接続される第３のスナバ
抵抗から成るスナバ回路と、前記第４のスイッチング素
子に並列接続される第４のスナバダイオ―ドとスナバダ
コンデンサの直列回路及び該直列回路の直列接続点と前
記中性点出力端子との間に接続される第４のスナバ抵抗
から成るスナバ回路を具備したことを特徴とするもので
ある。
成するために、直流正負母線間に接続され中性点出力端
子を備えた直流電源と、前記直流正負母線間に直列接続
された第１乃至第４のスイッチング素子と、該スイッチ
ング素子にそれぞれ逆並列接続された第１乃至第４のフ
リ―ホイリングダイオ―ドと、前記第２第３のスイッチ
ング素子の直列回路に逆極性で並列接続され且つ直列接
続点が前記中性点出力端子と接続される一対のクランプ
ダイオ―ドの直列回路から成り、前記第２第３のスイッ
チング素子の直列接続点を交流端子とした中性点クラン
プ式変換器において、前記第１のスイッチング素子に並
列接続される第１のスナバコンデンサとスナバダイオ―
ドの直列回路及び該直列回路の直列接続点と前記中性点
出力端子との間に接続される第１のスナバ抵抗から成る
スナバ回路と、前記第１第２のスイッチング素子の直列
接続点にアノ―ドが接続されカソ―ドが第２のスナバコ
ンデンサを介して前記中性点出力端子に接続される第２
のスナバダイオ―ドと、該第２のスナバダイオ―ドとス
ナバコンデンサの直列接続点と前記直流正母線間に接続
される第２のスナバ抵抗から成るスナバ回路と、前記第
３第４のスイッチング素子の直列接続点にカソ―ドが接
続されアノ―ドが第３のスナバコンデンサを介して前記
中性点出力端子に接続される第３のスナバダイオ―ド
と、該第３のスナバダイオ―ドとスナバコンデンサの直
列接続点と前記直流負母線間に接続される第３のスナバ
抵抗から成るスナバ回路と、前記第４のスイッチング素
子に並列接続される第４のスナバダイオ―ドとスナバダ
コンデンサの直列回路及び該直列回路の直列接続点と前
記中性点出力端子との間に接続される第４のスナバ抵抗
から成るスナバ回路を具備したことを特徴とするもので
ある。
【００２３】
【作用】前述のように構成された本発明によれば、配線
インダクタンスのエネルギを吸収した第２のスナバコン
デンサＳＣＵ２は吸収したエネルギを、第２のスナバコ
ンデンサＳＣＵ２，第２のスナバ抵抗ＳＲＵ２，直流電
源Ｖｄ１，第２のスナバコンデンサＳＣＵ２の経路で放
電し、第２のスナバコンデンサＳＣＵ２の電圧が直流電
源Ｖｄ１の電圧と等しくなると放電は停止する。このよ
うに、第２のスナバコンデンサＳＣＵ２はその充電エネ
ルギの全てを第２のスナバ抵抗で消費しないため、スナ
バ損失は低減する。
インダクタンスのエネルギを吸収した第２のスナバコン
デンサＳＣＵ２は吸収したエネルギを、第２のスナバコ
ンデンサＳＣＵ２，第２のスナバ抵抗ＳＲＵ２，直流電
源Ｖｄ１，第２のスナバコンデンサＳＣＵ２の経路で放
電し、第２のスナバコンデンサＳＣＵ２の電圧が直流電
源Ｖｄ１の電圧と等しくなると放電は停止する。このよ
うに、第２のスナバコンデンサＳＣＵ２はその充電エネ
ルギの全てを第２のスナバ抵抗で消費しないため、スナ
バ損失は低減する。
【００２４】同様に、配線インダクタンスのエネルギを
吸収した第３のスナバコンデンサＳＣＵ３は吸収したエ
ネルギを、第３のスナバコンデンサＳＣＵ３，直流電源
Ｖｄ２，第３のスナバ抵抗ＳＲＵ３，第３のスナバコン
デンサＳＣＵ３の経路で放電し、第３のスナバコンデン
サＳＣＵ３の電圧が直流電源Ｖｄ２の電圧と等しくなる
と放電は停止する。従って、第３のスナバコンデンサＳ
ＣＵ３もその充電エネルギの全てを第３のスナバ抵抗で
消費しないため、スナバ損失は低減する。
吸収した第３のスナバコンデンサＳＣＵ３は吸収したエ
ネルギを、第３のスナバコンデンサＳＣＵ３，直流電源
Ｖｄ２，第３のスナバ抵抗ＳＲＵ３，第３のスナバコン
デンサＳＣＵ３の経路で放電し、第３のスナバコンデン
サＳＣＵ３の電圧が直流電源Ｖｄ２の電圧と等しくなる
と放電は停止する。従って、第３のスナバコンデンサＳ
ＣＵ３もその充電エネルギの全てを第３のスナバ抵抗で
消費しないため、スナバ損失は低減する。
【００２５】このように、本発明の第２第３のスイッチ
ング素子に設けられるスナバ回路は、前述したＤＣクラ
ンプ形スナバ回路と同様な動作となるため、そのスナバ
損失を大幅に低減できる。
ング素子に設けられるスナバ回路は、前述したＤＣクラ
ンプ形スナバ回路と同様な動作となるため、そのスナバ
損失を大幅に低減できる。
【００２６】
【実施例】以下、図４と同一部に同一符号を付して示す
図１の実施例を参照して本発明を説明する。ただし、Ｕ
相，Ｖ相，Ｗ相は同一構成となるので、以下、Ｕ相分の
みを用いて説明する。
図１の実施例を参照して本発明を説明する。ただし、Ｕ
相，Ｖ相，Ｗ相は同一構成となるので、以下、Ｕ相分の
みを用いて説明する。
【００２７】本発明は、直流正負母線Ｐ，Ｎ間に接続さ
れ中性点出力端子０を備えた直流電源Ｖｄ１，Ｖｄ２
と、前記直流正負母線Ｐ，Ｎ間に直列接続された第１乃
至第４のスイッチング素子ＳＵ１〜ＳＵ４と、該スイッ
チング素子ＳＵ１〜ＳＵ４にそれぞれ逆並列接続された
第１乃至第４のフリ―ホイ―リングダイオ―ドＤＵ１〜
ＤＵ４と、前記第２第３のスイッチング素子ＳＵ２，Ｓ
Ｕ３の直列回路に逆極性で並列接続され且つ直列接続点
が前記中性点出力端子と接続される一対のクランプダイ
オ―ドＤＵ５，ＤＵ６の直列回路から成り、前記第２第
３のスイッチング素子ＳＵ２，ＳＵ３の直列接続点を交
流端子とした中性点クランプ式変換器において、第１の
スイッチング素子ＳＵ１と、第４のスイッチング素子Ｓ
Ｕ４に設けられるスナバ回路は、図４に示す従来のもの
と同様であるためその説明はここでは省略し、第２，第
３のスイッチング素子に設けられるスナバ回路について
説明する。
れ中性点出力端子０を備えた直流電源Ｖｄ１，Ｖｄ２
と、前記直流正負母線Ｐ，Ｎ間に直列接続された第１乃
至第４のスイッチング素子ＳＵ１〜ＳＵ４と、該スイッ
チング素子ＳＵ１〜ＳＵ４にそれぞれ逆並列接続された
第１乃至第４のフリ―ホイ―リングダイオ―ドＤＵ１〜
ＤＵ４と、前記第２第３のスイッチング素子ＳＵ２，Ｓ
Ｕ３の直列回路に逆極性で並列接続され且つ直列接続点
が前記中性点出力端子と接続される一対のクランプダイ
オ―ドＤＵ５，ＤＵ６の直列回路から成り、前記第２第
３のスイッチング素子ＳＵ２，ＳＵ３の直列接続点を交
流端子とした中性点クランプ式変換器において、第１の
スイッチング素子ＳＵ１と、第４のスイッチング素子Ｓ
Ｕ４に設けられるスナバ回路は、図４に示す従来のもの
と同様であるためその説明はここでは省略し、第２，第
３のスイッチング素子に設けられるスナバ回路について
説明する。
【００２８】第２のスイッチング素子に設けられるスナ
バ回路は、第１第２のスイッチング素子ＳＵ１，ＳＵ２
の直列接続点にアノ―ドが接続されカソ―ドが第２のス
ナバコンデンサＳＣＵ２を介して中性点出力端子に接続
される第２のスナバダイオ―ドＳＤＵ２と、該第２のス
ナバダイオ―ドＳＤＵ２とスナバコンデンサＳＣＵ２の
直列接続点と前記直流正母線Ｐとの間に接続される第２
のスナバ抵抗ＳＲＵ２で構成されている。
バ回路は、第１第２のスイッチング素子ＳＵ１，ＳＵ２
の直列接続点にアノ―ドが接続されカソ―ドが第２のス
ナバコンデンサＳＣＵ２を介して中性点出力端子に接続
される第２のスナバダイオ―ドＳＤＵ２と、該第２のス
ナバダイオ―ドＳＤＵ２とスナバコンデンサＳＣＵ２の
直列接続点と前記直流正母線Ｐとの間に接続される第２
のスナバ抵抗ＳＲＵ２で構成されている。
【００２９】又、第３のスイッチング素子ＳＵ３に設け
られるスナバ回路は、第３第４のスイッチング素子ＳＵ
３，ＳＵ４の直列接続点にカソ―ドが接続されアノ―ド
が第３のスナバコンデンサＳＣＵ３を介して中性点出力
端子０に接続される第３のスナバダイオ―ドＳＤＵ３
と、該第３のスナバダイオ―ドＳＤＵ３とスナバコンデ
ンサＳＣＵ３の直列接続点と直流負母線Ｎとの間に接続
される第３のスナバ抵抗ＳＲＵ３で構成されている。
られるスナバ回路は、第３第４のスイッチング素子ＳＵ
３，ＳＵ４の直列接続点にカソ―ドが接続されアノ―ド
が第３のスナバコンデンサＳＣＵ３を介して中性点出力
端子０に接続される第３のスナバダイオ―ドＳＤＵ３
と、該第３のスナバダイオ―ドＳＤＵ３とスナバコンデ
ンサＳＣＵ３の直列接続点と直流負母線Ｎとの間に接続
される第３のスナバ抵抗ＳＲＵ３で構成されている。
【００３０】前述のように構成された本発明の中性点ク
ランプ式電力変換器において、図２に示すようにスイッ
チング素子ＳＵ１がオフし、負荷電流が配線インダクタ
ンスｌ2 ，ｌ1 ，クランプダイオ―ドＤＵ５，スイッチ
ング素子ＳＵ２，負荷の経路で流れている状態でスイッ
チング素子ＳＵ２がオフすると、配線インダクタンスｌ
1 に流れていた電流は、クランプダイオ―ドＤＵ５，ス
ナバダイオ―ドＳＤＵ２，スナバコンデンサＳＣＵ２，
配線インダクタンスｌ1 の経路で流れ、配線インダクタ
ンスｌ1 のエネルギはスナバコンデンサＳＣＵ２に蓄え
られる。
ランプ式電力変換器において、図２に示すようにスイッ
チング素子ＳＵ１がオフし、負荷電流が配線インダクタ
ンスｌ2 ，ｌ1 ，クランプダイオ―ドＤＵ５，スイッチ
ング素子ＳＵ２，負荷の経路で流れている状態でスイッ
チング素子ＳＵ２がオフすると、配線インダクタンスｌ
1 に流れていた電流は、クランプダイオ―ドＤＵ５，ス
ナバダイオ―ドＳＤＵ２，スナバコンデンサＳＣＵ２，
配線インダクタンスｌ1 の経路で流れ、配線インダクタ
ンスｌ1 のエネルギはスナバコンデンサＳＣＵ２に蓄え
られる。
【００３１】一方、配線インダクタンスｌ2 に流れてい
た電流は、スナバコンデンサＳＣＵ３，スナバダイオ―
ドＳＤＵ３，フリ―ホイ―リングダイオ―ドＤＵ３，負
荷の経路で流れ、配線インダクタンスｌ2 のエネルギを
スナバコンデンサＳＣＵ３に蓄える。
た電流は、スナバコンデンサＳＣＵ３，スナバダイオ―
ドＳＤＵ３，フリ―ホイ―リングダイオ―ドＤＵ３，負
荷の経路で流れ、配線インダクタンスｌ2 のエネルギを
スナバコンデンサＳＣＵ３に蓄える。
【００３２】配線インダクタンスｌ2 のエネルギを全て
スナバコンデンサＳＣＵ３に蓄えた後は負荷電流はフリ
―ホイ―リングダイオ―ドＤＵ４，ＤＵ３を介して還流
することになる。
スナバコンデンサＳＣＵ３に蓄えた後は負荷電流はフリ
―ホイ―リングダイオ―ドＤＵ４，ＤＵ３を介して還流
することになる。
【００３３】このように、配線インダクタンスのエネル
ギはスナバコンデンサＳＣＵ２，ＳＣＵ３で吸収するの
でスイッチング素子ＳＵ２には過電圧は加わらない。配
線インダクタンスｌ1 のエネルギを吸収したスナバコン
デンサＳＣＵ２は、スナバ抵抗ＳＲＵ２，直流電源Ｖｄ
１，スナバコンデンサＳＣＵ２の経路で放電し、直流電
源Ｖｄ１の電圧と等しくなった時点で放電を終了する。
ギはスナバコンデンサＳＣＵ２，ＳＣＵ３で吸収するの
でスイッチング素子ＳＵ２には過電圧は加わらない。配
線インダクタンスｌ1 のエネルギを吸収したスナバコン
デンサＳＣＵ２は、スナバ抵抗ＳＲＵ２，直流電源Ｖｄ
１，スナバコンデンサＳＣＵ２の経路で放電し、直流電
源Ｖｄ１の電圧と等しくなった時点で放電を終了する。
【００３４】即ち、配線インダクタンスｌ1 のエネルギ
分のみ放電することになる。そのため、従来のスナバ回
路のように、スナバコンデンサの電荷を全てスナバ抵抗
で消費してしまうものではないのでスナバ損失は非常に
少なくなる。
分のみ放電することになる。そのため、従来のスナバ回
路のように、スナバコンデンサの電荷を全てスナバ抵抗
で消費してしまうものではないのでスナバ損失は非常に
少なくなる。
【００３５】同様に、配線インダクタンスｌ2 のエネル
ギを吸収したスナバコンデンサＳＣＵ３のエネルギはス
ナバ抵抗ＳＲＵ３を介して直流電源Ｖｄ２に放電し、ス
ナバコンデンサＳＣＵ３の電圧がＶｄ２に等しくなった
時点で放電は終了する。このスナバコンデンサＳＣＵ３
も配線インダクタンスｌ2 のエネルギ分だけ放電するこ
とになる。そのため、従来のスナバ回路のように、スナ
バコンデンサの電荷を全てスナバ抵抗で消費してしまう
ものではないのでスナバ損失は非常に少なくなる。
ギを吸収したスナバコンデンサＳＣＵ３のエネルギはス
ナバ抵抗ＳＲＵ３を介して直流電源Ｖｄ２に放電し、ス
ナバコンデンサＳＣＵ３の電圧がＶｄ２に等しくなった
時点で放電は終了する。このスナバコンデンサＳＣＵ３
も配線インダクタンスｌ2 のエネルギ分だけ放電するこ
とになる。そのため、従来のスナバ回路のように、スナ
バコンデンサの電荷を全てスナバ抵抗で消費してしまう
ものではないのでスナバ損失は非常に少なくなる。
【００３６】次に、図３を用いて、負荷電流が、負荷，
スイッチング素子ＳＵ３，クランプダイオ―ドＤＵ６，
配線インダクタンスｌ3 ，配線インダクタンスｌ2 の経
路で流れている状態で、スイッチング素子ＳＵ３がオフ
した場合の動作を説明する。
スイッチング素子ＳＵ３，クランプダイオ―ドＤＵ６，
配線インダクタンスｌ3 ，配線インダクタンスｌ2 の経
路で流れている状態で、スイッチング素子ＳＵ３がオフ
した場合の動作を説明する。
【００３７】前述の状態において、スイッチング素子Ｓ
Ｕ３がオフすると、配線インダクタンスｌ3 に流れてい
た電流は、スナバコンデンサＳＣＵ３，スナバダイオ―
ドＳＤＵ３，クランプダイオ―ドＤＵ６，配線インダク
タンスｌ3 の経路で流れ、配線インダクタンスｌ3 のエ
ネルギはスナバコンデンサＳＣＵ３に蓄えられる。
Ｕ３がオフすると、配線インダクタンスｌ3 に流れてい
た電流は、スナバコンデンサＳＣＵ３，スナバダイオ―
ドＳＤＵ３，クランプダイオ―ドＤＵ６，配線インダク
タンスｌ3 の経路で流れ、配線インダクタンスｌ3 のエ
ネルギはスナバコンデンサＳＣＵ３に蓄えられる。
【００３８】一方、配線インダクタンスｌ2 に流れてい
た電流は、負荷、フリ―ホイ―リングダイオ―ドＤＵ
２，スナバダイオ―ドＳＤＵ２，スナバコンデンサＳＣ
Ｕ２，配線インダクタンスｌ2 の経路で流れ、配線イン
ダクタンスｌ2 のエネルギをスナバコンデンサＳＣＵ２
に蓄える。
た電流は、負荷、フリ―ホイ―リングダイオ―ドＤＵ
２，スナバダイオ―ドＳＤＵ２，スナバコンデンサＳＣ
Ｕ２，配線インダクタンスｌ2 の経路で流れ、配線イン
ダクタンスｌ2 のエネルギをスナバコンデンサＳＣＵ２
に蓄える。
【００３９】配線インダクタンスｌ2 のエネルギが全て
スナバコンデンサＳＣＵ２に蓄えられた後は、負荷電流
はフリ―ホイ―リングダイオ―ドＤＵ２，ＤＵ１を介し
て還流する。
スナバコンデンサＳＣＵ２に蓄えられた後は、負荷電流
はフリ―ホイ―リングダイオ―ドＤＵ２，ＤＵ１を介し
て還流する。
【００４０】このように、配線インダクタンスｌ2 ，ｌ
3 のエネルギはスナバコンデンサＳＣＵ２，ＳＣＵ３で
吸収するのでスイッチング素子ＳＵ３には過電圧は加わ
らない。
3 のエネルギはスナバコンデンサＳＣＵ２，ＳＣＵ３で
吸収するのでスイッチング素子ＳＵ３には過電圧は加わ
らない。
【００４１】配線インダクタンスｌ2 のエネルギを吸収
したスナバコンデンサＳＣＵ２は、スナバ抵抗ＳＲＵ
２，直流電源Ｖｄ１，スナバコンデンサＳＣＵ２の経路
で放電し、直流電源Ｖｄ１の電圧と等しくなった時点で
放電を終了する。
したスナバコンデンサＳＣＵ２は、スナバ抵抗ＳＲＵ
２，直流電源Ｖｄ１，スナバコンデンサＳＣＵ２の経路
で放電し、直流電源Ｖｄ１の電圧と等しくなった時点で
放電を終了する。
【００４２】即ち、配線インダクタンスｌl のエネルギ
分のみ放電することになる。そのため、従来のスナバ回
路のように、スナバコンデンサの電荷を全てスナバ抵抗
で消費してしまうものではないのでスナバ損失は非常に
少なくなる。
分のみ放電することになる。そのため、従来のスナバ回
路のように、スナバコンデンサの電荷を全てスナバ抵抗
で消費してしまうものではないのでスナバ損失は非常に
少なくなる。
【００４３】同様に、配線インダクタンスｌ3 のエネル
ギを吸収したスナバコンデンサＳＣＵ３のエネルギはス
ナバ抵抗ＳＲＵ３を介して直流電源Ｖｄ２に放電し、ス
ナバコンデンサＳＣＵ３の電圧がＶｄ２に等しくなった
時点で放電は終了する。このスナバコンデンサＳＣＵ３
も配線インダクタンスｌ3 のエネルギ分だけ放電するこ
とになる。そのため、従来のスナバ回路のように、スナ
バコンデンサの電荷を全てスナバ抵抗で消費してしまう
ものではないのでスナバ損失は非常に少なくなる。
ギを吸収したスナバコンデンサＳＣＵ３のエネルギはス
ナバ抵抗ＳＲＵ３を介して直流電源Ｖｄ２に放電し、ス
ナバコンデンサＳＣＵ３の電圧がＶｄ２に等しくなった
時点で放電は終了する。このスナバコンデンサＳＣＵ３
も配線インダクタンスｌ3 のエネルギ分だけ放電するこ
とになる。そのため、従来のスナバ回路のように、スナ
バコンデンサの電荷を全てスナバ抵抗で消費してしまう
ものではないのでスナバ損失は非常に少なくなる。
【００４４】尚、本発明の中性点クランプ式電力変換器
は、直流を交流に変換するインバ―タ或いは交流を直流
に変換するコンバ―タのいずれの変換器として使用出来
るものである。
は、直流を交流に変換するインバ―タ或いは交流を直流
に変換するコンバ―タのいずれの変換器として使用出来
るものである。
【００４５】
【発明の効果】以上説明のように本発明によれば、従来
のものに新に部品を追加することなく、単に接続を変更
するだけで、スナバ損失を大幅に低減できる中性点クラ
ンプ式電力変換器を提供することができる。
のものに新に部品を追加することなく、単に接続を変更
するだけで、スナバ損失を大幅に低減できる中性点クラ
ンプ式電力変換器を提供することができる。
【図１】本発明の一実施例を示す中性点クランプ式電力
変換器の構成図。
変換器の構成図。
【図２】本発明の作用を説明するための図。
【図３】本発明の作用を説明するための図。
【図４】従来の中性点クランプ式電力変換器の構成図。
【図５】中性点クランプ式電力変換器の基本構成図。
Ｖｄ１，Ｖｄ２ …直流電源 Ｃ１，Ｃ２ …平滑コンデンサ ＳＵ１，ＳＶ１，ＳＷ１ …第１のスイッチング素
子 ＳＵ２，ＳＶ２，ＳＷ２ …第２のスイッチング素
子 ＳＵ３，ＳＶ３，ＳＷ３ …第３のスイッチング素
子 ＳＵ４，ＳＶ４，ＳＷ４ …第４のスイッチング素
子 ＤＵ１，ＤＶ１，ＤＷ１ …第１のフリ―ホイ―リ
ングダイオ―ド ＤＵ２，ＤＶ２，ＤＷ２ …第２のフリ―ホイ―リ
ングダイオ―ド ＤＵ３，ＤＶ３，ＤＷ３ …第３のフリ―ホイ―リ
ングダイオ―ド ＤＵ４，ＤＶ４，ＤＷ４ …第４のフリ―ホイ―リ
ングダイオ―ド ＳＣＵ１，ＳＣＶ１，ＳＣＷ１…第１のスナバコンデテ
ンサ ＳＣＵ２，ＳＣＶ２，ＳＣＷ２…第２のスナバコンデテ
ンサ ＳＣＵ３，ＳＣＶ３，ＳＣＷ３…第３のスナバコンデテ
ンサ ＳＣＵ４，ＳＣＶ４，ＳＣＷ４…第４のスナバコンデテ
ンサ ＳＤＵ１，ＳＤＶ１，ＳＤＷ１…第１のスナバダイオ―
ド ＳＤＵ２，ＳＤＶ２，ＳＤＷ２…第２のスナバダイオ―
ド ＳＤＵ３，ＳＤＶ３，ＳＤＷ３…第３のスナバダイオ―
ド ＳＤＵ４，ＳＤＶ４，ＳＤＷ４…第４のスナバダイオ―
ド ＳＲＵ１，ＳＲＶ１，ＳＲＷ１…第１のスナバ抵抗 ＳＲＵ２，ＳＲＶ２，ＳＲＷ２…第２のスナバ抵抗 ＳＲＵ３，ＳＲＶ３，ＳＲＷ３…第３のスナバ抵抗 ＳＲＵ４，ＳＲＶ４，ＳＲＷ４…第４のスナバ抵抗 ＤＵ５，ＤＶ５，ＤＷ５ …クランプダイオ―ド ＤＵ６，ＤＶ６，ＤＷ６ …クランプダイオ―ド
子 ＳＵ２，ＳＶ２，ＳＷ２ …第２のスイッチング素
子 ＳＵ３，ＳＶ３，ＳＷ３ …第３のスイッチング素
子 ＳＵ４，ＳＶ４，ＳＷ４ …第４のスイッチング素
子 ＤＵ１，ＤＶ１，ＤＷ１ …第１のフリ―ホイ―リ
ングダイオ―ド ＤＵ２，ＤＶ２，ＤＷ２ …第２のフリ―ホイ―リ
ングダイオ―ド ＤＵ３，ＤＶ３，ＤＷ３ …第３のフリ―ホイ―リ
ングダイオ―ド ＤＵ４，ＤＶ４，ＤＷ４ …第４のフリ―ホイ―リ
ングダイオ―ド ＳＣＵ１，ＳＣＶ１，ＳＣＷ１…第１のスナバコンデテ
ンサ ＳＣＵ２，ＳＣＶ２，ＳＣＷ２…第２のスナバコンデテ
ンサ ＳＣＵ３，ＳＣＶ３，ＳＣＷ３…第３のスナバコンデテ
ンサ ＳＣＵ４，ＳＣＶ４，ＳＣＷ４…第４のスナバコンデテ
ンサ ＳＤＵ１，ＳＤＶ１，ＳＤＷ１…第１のスナバダイオ―
ド ＳＤＵ２，ＳＤＶ２，ＳＤＷ２…第２のスナバダイオ―
ド ＳＤＵ３，ＳＤＶ３，ＳＤＷ３…第３のスナバダイオ―
ド ＳＤＵ４，ＳＤＶ４，ＳＤＷ４…第４のスナバダイオ―
ド ＳＲＵ１，ＳＲＶ１，ＳＲＷ１…第１のスナバ抵抗 ＳＲＵ２，ＳＲＶ２，ＳＲＷ２…第２のスナバ抵抗 ＳＲＵ３，ＳＲＶ３，ＳＲＷ３…第３のスナバ抵抗 ＳＲＵ４，ＳＲＶ４，ＳＲＷ４…第４のスナバ抵抗 ＤＵ５，ＤＶ５，ＤＷ５ …クランプダイオ―ド ＤＵ６，ＤＶ６，ＤＷ６ …クランプダイオ―ド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02M 7/48 H02M 7/5387
Claims (1)
- 【請求項１】 直流正負母線間に接続され中性点出
力端子を備えた直流電源と、前記直流正負母線間に直列
接続された第１乃至第４のスイッチング素子と、該スイ
ッチング素子にそれぞれ逆並列接続された第１乃至第４
のフリ―ホイ―リングダイオ―ドと、前記第２第３のス
イッチング素子の直列回路に逆極性で並列接続され且つ
直列接続点が前記中性点出力端子と接続される一対のク
ランプダイオ―ドの直列回路から成り、前記第２第３の
スイッチング素子の直列接続点を交流端子とした中性点
クランプ式変換器において、 前記第１のスイッチング素子に並列接続される第１のス
ナバコンデンサとスナバダイオ―ドの直列回路及び該直
列回路の直列接続点と前記中性点出力端子との間に接続
される第１のスナバ抵抗から成るスナバ回路と、 前記第１第２のスイッチング素子の直列接続点にアノ―
ドが接続されカソ―ドが第２のスナバコンデンサを介し
て前記中性点出力端子に接続される第２のスナバダイオ
―ドと、該第２のスナバダイオ―ドとスナバコンデンサ
の直列接続点と前記直流正母線間に接続される第２のス
ナバ抵抗から成るスナバ回路と、 前記第３第４のスイッチング素子の直列接続点にカソ―
ドが接続されアノ―ドが第３のスナバコンデンサを介し
て前記中性点出力端子に接続される第３のスナバダイオ
―ドと、該第３のスナバダイオ―ドとスナバコンデンサ
の直列接続点と前記直流負母線間に接続される第３のス
ナバ抵抗から成るスナバ回路と、 前記第４のスイッチング素子に並列接続される第４のス
ナバダイオ―ドとスナバダコンデンサの直列回路及び該
直列回路の直列接続点と前記中性点出力端子との間に接
続される第４のスナバ抵抗から成るスナバ回路を具備し
た中性点クランプ式電力変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28390594A JP3226248B2 (ja) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | 中性点クランプ式電力変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28390594A JP3226248B2 (ja) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | 中性点クランプ式電力変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08149837A JPH08149837A (ja) | 1996-06-07 |
| JP3226248B2 true JP3226248B2 (ja) | 2001-11-05 |
Family
ID=17671708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28390594A Expired - Fee Related JP3226248B2 (ja) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | 中性点クランプ式電力変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3226248B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10008917B2 (en) | 2013-12-18 | 2018-06-26 | Otis Elevator Company | Bus capacitor bank configuration for a multi-level regenerative drive |
-
1994
- 1994-11-18 JP JP28390594A patent/JP3226248B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08149837A (ja) | 1996-06-07 |
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