JP3273461B2 - Power converter - Google Patents

Power converter

Info

Publication number
JP3273461B2
JP3273461B2 JP21068295A JP21068295A JP3273461B2 JP 3273461 B2 JP3273461 B2 JP 3273461B2 JP 21068295 A JP21068295 A JP 21068295A JP 21068295 A JP21068295 A JP 21068295A JP 3273461 B2 JP3273461 B2 JP 3273461B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
capacitor
voltage
current
diode
capacitors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP21068295A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0956166A (en
Inventor
英樹 宮崎
新 木村
秀男 小林
繁 椙山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP21068295A priority Critical patent/JP3273461B2/en
Priority to TW085108699A priority patent/TW301081B/zh
Priority to CN96109274A priority patent/CN1041673C/en
Priority to KR1019960032360A priority patent/KR970013605A/en
Publication of JPH0956166A publication Critical patent/JPH0956166A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3273461B2 publication Critical patent/JP3273461B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電力変換装置に係り、
特に、パワー半導体素子等によるスイッチング素子のス
イッチング時における過電圧の抑制と低損失化とを両立
させると共に、素子の耐量に応じた適正なスナバキャパ
シタの容量を設定することができ、かつ、スナバキャパ
シタのストレスの低減を図ることができるスナバ回路を
備えた電力変換装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power converter,
In particular, while suppressing the overvoltage and reducing the loss at the time of switching of the switching element by the power semiconductor element or the like, it is possible to set an appropriate capacitance of the snubber capacitor according to the withstand capacity of the element, and, The present invention relates to a power converter including a snubber circuit capable of reducing stress.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、パワー半導体素子等をスイッチ
ング素子として使用し、このスイッチング素子により負
荷に供給する電流を遮断すると、素子には電源電圧と共
に配線インダクタンスに蓄積されたエネルギーがサージ
電圧として印加される。素子に印加される電圧を素子の
許容値以内に抑制する回路手段がスナバ回路であり、ス
ナバ回路は、基本要素として、エネルギー吸収手段とし
てのキャパシタとその放電用抵抗、及び、キャパシタの
充電時に放電抵抗をバイパスするダイオードを備えて構
成される。
2. Description of the Related Art Generally, when a power semiconductor element or the like is used as a switching element and a current supplied to a load is cut off by this switching element, energy accumulated in a wiring inductance together with a power supply voltage is applied to the element as a surge voltage. You. Circuit means for suppressing the voltage applied to the element within the allowable value of the element is a snubber circuit.The snubber circuit has, as basic elements, a capacitor as energy absorbing means and a discharging resistor thereof, and a discharge when charging the capacitor. It comprises a diode that bypasses the resistor.

【0003】この種のスナバ回路を備える電力変換装置
に関する従来技術として、例えば、特開平6−3850
6号公報等に記載された技術が知られている。この従来
技術は、2個のスイッチング素子をブリッジ構成にした
インバータであり、個々のスイッチング素子にスナバキ
ャパシタを設けると共に、ブリッジに並列にクランプ用
のスナバキャパシタ(以下、クランプキャパシタとい
う)を設けた構成を備えている。このような構成のスナ
バ回路は、スイッチング素子のオフ時に、まず、容量の
小さい個別のスナバキャパシタが働いてスイッチング素
子に加わる過電圧を抑制し、続いて、主回路配線に蓄積
されたエネルギーを容量の大きいクランプキャパシタが
吸収するという動作を行うものである。
[0003] As a prior art relating to a power conversion device having a snubber circuit of this kind, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-3850 is disclosed.
A technique described in Japanese Patent Laid-Open Publication No. 6 (1996) -1994 is known. This prior art is an inverter in which two switching elements are formed in a bridge configuration, in which a snubber capacitor is provided for each switching element, and a snubber capacitor for clamping (hereinafter, referred to as a clamp capacitor) is provided in parallel with the bridge. It has. In the snubber circuit having such a configuration, when the switching element is turned off, first, an individual snubber capacitor having a small capacitance works to suppress an overvoltage applied to the switching element, and then, the energy stored in the main circuit wiring is reduced by the capacitance. An operation is performed in which a large clamp capacitor absorbs the light.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】一般に、スナバ回路
は、スイッチング素子に対する過電圧抑制効果を高める
ためには、スナバ回路を構成するスナバキャパシタの容
量を大きくすることが望ましい。しかし、キャパシタの
容量を大きくした場合、スナバ回路の損失が増加すると
いう問題点を生じる。スナバ回路の損失は、スナバキャ
パシタの容量をC、放電時の電圧変化をVとすると、C
2/2 で表わされ、スナバキャパシタの容量が大きく
なるほど損失が増加する。
Generally, in the snubber circuit, it is desirable to increase the capacity of the snubber capacitor constituting the snubber circuit in order to increase the overvoltage suppressing effect on the switching element. However, when the capacitance of the capacitor is increased, there is a problem that the loss of the snubber circuit increases. Assuming that the capacitance of the snubber capacitor is C and the voltage change during discharging is V, the loss of the snubber circuit is C
Is represented by V 2/2, the capacitance of the snubber capacitor is higher loss is greatly increased.

【0005】前記従来技術は、個別のスナバキャパシタ
の容量を小さくして、クランプキャパシタの容量を大き
く設定し、クランプキャパシタに蓄積されたエネルギー
を電源に回生させることにより損失の低減を図ってい
る。しかし、このスナバ回路は、クランプキャパシタへ
の電荷の供給が主に個別スナバキャパシタを通る電流に
よって行われるため、個別のスナバキャパシタの容量が
クランプキャパシタの容量に比較して小さい場合、その
容量が小さいほど、大電流をクランプキャパシタに流す
ために個のスナバキャパシタの電圧が振動的になり、個
別のスナバキャパシタに対するストレスとなる。また、
この振動は、電圧のオーバーシュートを招き、オーバー
シュートした電圧が素子に過電圧として印加されるた
め、本来の目的である過電圧抑制にとって弊害となると
いう問題点を生じさせる。
[0005] In the prior art, the capacitance of each snubber capacitor is reduced, the capacitance of the clamp capacitor is set large, and the energy stored in the clamp capacitor is regenerated to the power supply to reduce the loss. However, in this snubber circuit, since the supply of electric charge to the clamp capacitor is mainly performed by the current passing through the individual snubber capacitor, when the capacitance of the individual snubber capacitor is smaller than the capacitance of the clamp capacitor, the capacitance is small. The larger the current flows through the clamp capacitor, the more the voltage of each snubber capacitor becomes more oscillating, causing stress on the individual snubber capacitors. Also,
This vibration causes an overshoot of the voltage, and the overshoot voltage is applied to the element as an overvoltage, thereby causing a problem that it is harmful to the original purpose of suppressing the overvoltage.

【0006】また、スイッチング素子としてバイポーラ
トランジスタ、IGBTが使用される場合、電流遮断時
の電圧変化(dV/dt)が大きいほど、蓄積キャリア
の排出に関わるテイル電流が増え、素子のスイッチング
損失が増加する。このため、前述した個別のスナバキャ
パシタの電圧の振動は、素子のスイッチング損失に関し
ても悪影響を及ぼすという問題点を生じさせる。
Further, when a bipolar transistor or IGBT is used as a switching element, as the voltage change (dV / dt) at the time of current interruption is larger, a tail current related to discharge of accumulated carriers increases, and switching loss of the element increases. I do. For this reason, the above-described oscillation of the voltage of the individual snubber capacitors causes a problem that the switching loss of the element has a bad influence.

【0007】理想的には、電流あるい電圧の増大に応じ
てスナバキャパシタの容量を大きくすることのできる可
変容量化したスナバキャパシタを有するスナバ回路を使
用するのがよい。前述した従来技術のスナバ回路におい
て、個別のスナバキャパシタの容量を電圧の増大に応じ
て増加させると電圧の振動を抑制することができる。し
かし、キャパシタの容量を可変にすることは、電流ある
いは電圧を検出する手段、複数のキャパシタを切り替え
るためのスイッチ手段、このスイッチ手段のオン、オフ
を制御する手段等を新たに設けることになりコストアッ
プを招くという問題点を生じさせる。
Ideally, it is preferable to use a snubber circuit having a variable-capacitance snubber capacitor capable of increasing the capacity of the snubber capacitor according to an increase in current or voltage. In the snubber circuit of the related art described above, if the capacitance of each snubber capacitor is increased in accordance with an increase in the voltage, the oscillation of the voltage can be suppressed. However, making the capacitance of the capacitor variable requires newly providing a means for detecting a current or a voltage, a switch means for switching a plurality of capacitors, a means for controlling on / off of the switch means, and the like. This causes a problem of inviting an increase.

【0008】本発明の目的は、前述した従来技術の問題
点を解決し、低コストの簡単な回路手段を使用すること
によりスナバ回路のキャパシタ容量を可変化することを
可能にし、スイッチング素子に対する電圧抑制とスナバ
回路の損失の低減とを両立させると共に、電圧の振動を
も抑制してスイッチング素子、その他の部品へのストレ
スを軽減した安定に動作可能な電力変換装置を提供する
ことにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and to make it possible to vary the capacitance of a snubber circuit capacitor by using low-cost and simple circuit means, and to provide a voltage for a switching element. It is an object of the present invention to provide a power conversion device that achieves both suppression and reduction of a snubber circuit loss, and also suppresses voltage oscillation to reduce stress on switching elements and other components and that can operate stably.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明によれば前記目的
は、主電源の端子間に、直列に接続された第1、第2の
スイッチング素子を備え、制御手段の指令に応じて前記
2つのスイッチング素子を制御することにより、前記2
つのスイッチング素子の接続点に設けられる負荷に電力
を供給す電力変換装置において、前記2つのスイッチン
グ素子のそれぞれの入出力端子間に接続された第1のダ
イオードと第1のキャパシタとを直列に接続した回路手
段と、前記第1のダイオードのそれぞれに並列に接続し
た、抵抗と第2のキャパシタとを直列に接続し、前記第
1のダイオードと同一方向に電流を通流する第2のダイ
オードを前記抵抗に並列に設けた回路手段と、第2のキ
ャパシタ相互間を接続するクランプ用スナバキャパシタ
とを備えることにより達成される。
According to the present invention, the object is to provide first and second switching elements connected in series between terminals of a main power supply, wherein the first and second switching elements are connected in response to a command from a control means. By controlling two switching elements,
In a power converter for supplying power to a load provided at a connection point between two switching elements, a first diode and a first capacitor connected between respective input / output terminals of the two switching elements are connected in series. Circuit means, and a second diode connected in series with a resistor and a second capacitor connected in parallel to each of the first diodes and passing a current in the same direction as the first diode. This is achieved by providing circuit means provided in parallel with the resistor, and a clamping snubber capacitor connecting the second capacitors.

【0010】また、前記目的は、前記第2のキャパシタ
の容量値を前記第1のキャパシタの容量値に比べて小さ
く設定することにより、また、前記クランプ用スナバキ
ャパシタ容量値を前記第1、第2のキャパシタの容量値
に比べて大きく設定することにより達成される。
The object of the present invention is to set the capacitance value of the second capacitor to be smaller than the capacitance value of the first capacitor. This is achieved by setting the capacitance value larger than the capacitance value of the second capacitor.

【0011】[0011]

【作用】前述の手段を備えて構成される電力変換装置に
おいて、クランプ用のスナバキャパシタをC5、第1の
スイッチング素子に対する第1、第2のキャパシタをC
1、C2、第2のスイッチング素子に対する第1、第2
のキャパシタをC3、C4とする。また、第1のスイッ
チングのオン時には、第2のスイッチング素子はオフし
ており、逆に、第2のスイッチング素子がオン時には、
第1のスイッチング素子はオフとなっているものとす
る。そして、第1のスイッチング素子に対する第1、第
2のキャパシタC1、C2は、第1の可変容量キャパシ
タを構成し、第2のスイッチング素子に対する第1、第
2のキャパシタC3、C4は、第2の可変容量キャパシ
タを構成する。
In the power converter constructed as described above, the snubber capacitor for clamping is C5, and the first and second capacitors for the first switching element are C5.
1, 1st, 2nd for C2, 2nd switching element
Are C3 and C4. Also, when the first switching is on, the second switching element is off, and conversely, when the second switching element is on,
It is assumed that the first switching element is off. The first and second capacitors C1 and C2 for the first switching element constitute a first variable capacitance capacitor, and the first and second capacitors C3 and C4 for the second switching element are connected to the second variable capacitor. Is constructed.

【0012】いま、第1のスイッチング素子がオンで、
第2のスイッチング素子がオフの状態にあるものとす
る。この場合、第1のスイッチング素子と並列に設けら
れた第1、第2のキャパシタC1、C2は、電圧が等し
く、逆極性に充電されている。また、第2のスイッチン
グ素子に対する第1、第2のキャパシタC3、C4は、
キャパシタC3が電源電圧に等しい電圧に充電され、キ
ャパシタC4の電圧は零である。また、クランプ用のス
ナバキャパシタC5は、電源電圧に等しい電圧に充電さ
れている。
Now, when the first switching element is on,
It is assumed that the second switching element is off. In this case, the first and second capacitors C1 and C2 provided in parallel with the first switching element have the same voltage and are charged with opposite polarities. The first and second capacitors C3 and C4 for the second switching element are:
The capacitor C3 is charged to a voltage equal to the power supply voltage, and the voltage of the capacitor C4 is zero. Further, the snubber capacitor C5 for clamping is charged to a voltage equal to the power supply voltage.

【0013】前述の状態から、第1のスイッチング素子
をオフさせると、配線に蓄えられたエネルギーによって
電流が流れ続けようとするため、この電流の一部が第1
のダイオードから第1の可変容量キャパシタを構成する
C2、C1を通って負荷に流れ、これらの容量に電圧を
充電させる。ただし、C2は、電流の方向が初期に充電
されていた電圧の極性とは異なるため、初めに充電され
ていた電圧が放電されることになる。一方、C1は、初
期の極性と同極性に電圧が充電される。また、上記電流
の残りはダイオード、クランプ用のスナバキャパシタC
5、第2の可変容量キャパシタを構成するC4、C3を
通って負荷に流れ、C4とC3の電圧を放電させる。こ
のとき、C3は電圧値が減少するのに対して、C4は初
期の電圧が零であるから流れる電流によってC3とは逆
極性に電圧が充電されることになる。
When the first switching element is turned off from the above-described state, a current continues to flow due to the energy stored in the wiring.
Flows from the diode to the load through C2 and C1 constituting the first variable capacitance capacitor, and charges these capacitors with a voltage. However, since the direction of the current of C2 is different from the polarity of the initially charged voltage, the initially charged voltage is discharged. On the other hand, the voltage of C1 is charged to the same polarity as the initial polarity. The remainder of the current is a diode and a snubber capacitor C for clamping.
5. Flow to the load through C4 and C3 constituting the second variable capacitance capacitor, and discharge the voltage of C4 and C3. At this time, while the voltage value of C3 decreases, the voltage of C4 is charged to a polarity opposite to that of C3 by the flowing current because the initial voltage is zero.

【0014】前述の動作で、C2の電圧が所定の値
(零)まで減少すると、C1と直列接続されて、C2の
電圧によりそれまで逆バイアス状態となっていた第1の
ダイオードが導通状態となり、第1の可変容量キャパシ
タの容量はC1とC2との直列合成容量からC1の単独
容量に変化する。一方、C4には電圧が充電されること
になり、C3と直列接続されて、それまで導通状態とな
っていたダイオードがC4の電圧により逆バイアス状態
となり、第2の可変容量キャパシタは、C3の単独容量
であったものから、C4とC3との直列合成容量に変化
する。
In the above-described operation, when the voltage of C2 decreases to a predetermined value (zero), the first diode which has been connected in series with C1 and has been in a reverse bias state by the voltage of C2 becomes conductive. , The capacitance of the first variable capacitance capacitor changes from a series combined capacitance of C1 and C2 to a single capacitance of C1. On the other hand, the voltage is charged in C4, the diode connected in series with C3, and the diode which has been in the conductive state until then becomes reverse-biased by the voltage of C4, and the second variable capacitance capacitor is connected to C3. The capacitance changes from a single capacitance to a series combined capacitance of C4 and C3.

【0015】前述したような動作の結果、C1にはC5
と同じ電圧値が充電され、C2の電圧は零になる。ま
た、C3とC4とには電圧値が等しく、極性が異なる電
圧が充電され、合成した電圧は相殺される。
As a result of the above-described operation, C1 is replaced by C5.
And the voltage of C2 becomes zero. Further, C3 and C4 are charged with voltages having the same voltage value and different polarities, and the combined voltage is canceled.

【0016】前述したように、本発明の電力変換装置
は、可変容量キャパシタを構成する2つのキャパシタの
一方のキャパシタの単独容量でスイッチング素子の過電
圧を抑制し、直列合成容量に流れる電流によって放電動
作を行っているので、スイッチング素子に対する過電圧
の充分な抑制を行うことができ、しかも、スナバ損失の
低減をも図ることができる。
As described above, according to the power converter of the present invention, the overvoltage of the switching element is suppressed by the single capacitance of one of the two capacitors constituting the variable capacitance capacitor, and the discharging operation is performed by the current flowing through the series combined capacitance. Therefore, it is possible to sufficiently suppress the overvoltage of the switching element, and to reduce the snubber loss.

【0017】例えば、前述において、C1とC2の容量
比を4:1とすると、可変容量キャパシタの容量は、直
列合成容量である0.8×C2からC1の単独容量(4
×C3)に5倍の変化を示し、C1の単独容量によりパ
ワー半導体素子の過電圧を充分に抑制することができ
る。また、放電時においては、C1とC2とに直列に流
れる電流によって放電動作が行われるため、直列合成容
量に対するスナバ損失だけで済むことになる。
For example, assuming that the capacitance ratio between C1 and C2 is 4: 1 in the above description, the capacitance of the variable capacitance capacitor is 0.8 × C2 which is the series combined capacitance and the single capacitance (4
× C3) shows a five-fold change, and the overvoltage of the power semiconductor element can be sufficiently suppressed by the single capacitance of C1. Further, at the time of discharging, the discharging operation is performed by the current flowing in series with C1 and C2, so that only the snubber loss for the series combined capacitance is required.

【0018】前述において、導通状態と逆バイアス状態
とに制御されるダイオードは、第1、第2のスイッチ手
段に置き換えることができ、このスイッチ手段を、C
2、C4の電圧に応じて制御することによっても同様に
動作させることができる。
In the above description, the diode controlled to be in the conductive state and the reverse bias state can be replaced by first and second switch means.
2, the same operation can be performed by controlling according to the voltage of C4.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明による電力変換装置の実施例を
図面により詳細に説明する。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a power converter according to the present invention.

【0020】図1は本発明の第1の実施例による電力変
換装置の構成例を示す図、図2は本発明の第1の実施例
の動作を説明する電流経路を示す図、図3は本発明の第
1の実施例の動作を説明する波形図、図4は本発明の第
1の実施例に用いるスナバ回路の損失と最大電圧とを従
来技術と比較して説明する図、図5は本発明の第1の実
施例におけるスイッチング素子のターンオフ波形を従来
技術と比較して説明する図である。図1において、1は
電源、2は負荷、Q1、Q2はIGBT、D1、D2は
ダイオード、Ds1〜Ds4はスナバダイオード、C1
〜C4はスナバキャパシタ、R1、R2はスナバ抵抗、
C5はクランプキャパシタ、L1、L2は寄生インダク
タンスである。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a power converter according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a current path for explaining the operation of the first embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the operation of the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram for explaining the loss and the maximum voltage of the snubber circuit used in the first embodiment of the present invention in comparison with the prior art. FIG. 4 is a diagram for explaining a turn-off waveform of a switching element according to the first embodiment of the present invention in comparison with a conventional technique. In FIG. 1, 1 is a power supply, 2 is a load, Q1 and Q2 are IGBTs, D1 and D2 are diodes, Ds1 to Ds4 are snubber diodes, C1
C4 is a snubber capacitor, R1 and R2 are snubber resistors,
C5 is a clamp capacitor, and L1 and L2 are parasitic inductances.

【0021】図1に示す本発明の第1の実施例は、パワ
ー半導体素子によるスイッチング素子特してのIGBT
Q2とダイオードD2とによる上アームと、IGBTQ
1とダイオードD1とによる下アームとがブリッジ接続
されて構成される。そして、この主回路構成は、モータ
等の負荷2を駆動するために用いられる3相インバータ
の1相分に相当する。
A first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is an IGBT specially designed for a switching element using a power semiconductor element.
An upper arm composed of Q2 and a diode D2;
1 and a lower arm composed of a diode D1 are bridge-connected. This main circuit configuration corresponds to one phase of a three-phase inverter used to drive a load 2 such as a motor.

【0022】図1において、ブリッジ接続されたパワー
半導体素子であるIGBTQ1、Q2は、電流が入力さ
れるコレクタ端子、電流を出力するエミッタ端子、及
び、制御電圧が印加されるゲート端子を備え、ゲート端
子に制御電圧を印加あるいは除去することによりコレク
タ、エミッタ間に流れる電流を通流あるいは遮断するこ
とにより、負荷2の制御を行っている。IGBTQ1を
用いて電源1から負荷2に電流を供給する経路は、電源
1の正極から寄生インダクタンスL1を有する配線を介
して図示しない他の相のブリッジの上アームを構成する
素子を通って負荷2の一方の端子に到り、次に、負荷2
の他方の端子からIGBTQ1とQ2との接続箇所に到
り、さらに、IGBTQ1のエミッタ端子から寄生イン
ダクタンスL2を有する配線L2を通って電源1の負極
に戻る経路である。前述において、寄生インダクタンス
L1、L2は、配線の形状に応じて決まり、配線の距離
が短いほど小さくなる。また、負荷2は、モータのよう
に誘導性であり、IGBTQ1がオフした後の負荷電流
はダイオードD2に還流させられる。
In FIG. 1, IGBTs Q1 and Q2, which are bridge-connected power semiconductor elements, have a collector terminal to which a current is input, an emitter terminal to output a current, and a gate terminal to which a control voltage is applied. The load 2 is controlled by applying or removing a control voltage to or from a terminal to pass or cut off a current flowing between the collector and the emitter. A path for supplying current from the power supply 1 to the load 2 using the IGBT Q1 is connected to the load 2 through an element (not shown) constituting an upper arm of another phase bridge via a wiring having a parasitic inductance L1 from the positive electrode of the power supply 1. , And then the load 2
From the other terminal to the connection point of IGBT Q1 and Q2, and further from the emitter terminal of IGBT Q1 to the negative electrode of power supply 1 through wiring L2 having parasitic inductance L2. In the above description, the parasitic inductances L1 and L2 are determined according to the shape of the wiring, and become smaller as the distance of the wiring becomes shorter. The load 2 is inductive like a motor, and the load current after the IGBT Q1 is turned off is returned to the diode D2.

【0023】IGBTQ1、Q2によるのブリッジに
は、ブリッジに並列に、スナバダイオードDs4、クラ
ンプキャパシタC5、及び、スナバダイオードDs2を
直列に接続したスナバ回路手段が接続される。そして、
スナバダイオードDs4とDs2とは、それぞれ、IG
BTQ2及びQ1と同一極性に電流を通流させる方向に
接続される。また、スナバダイオードDs4とDs2と
には、それぞれに並列に放電用のスナバ抵抗R2とR1
とが設けられる。
A snubber circuit means in which a snubber diode Ds4, a clamp capacitor C5, and a snubber diode Ds2 are connected in series is connected to the bridge formed by the IGBTs Q1 and Q2 in parallel with the bridge. And
The snubber diodes Ds4 and Ds2 are respectively IG
They are connected in the direction in which current flows with the same polarity as BTQ2 and Q1. Further, snubber diodes Ds4 and Ds2 are connected in parallel with snubber resistors R2 and R1 for discharging, respectively.
Are provided.

【0024】IGBTQ1のコレクタ端子とクランプキ
ャパシタC5の低電位側端子(C5とDs2との接続箇
所)との間には、スナバキャパシタC1とC2との直列
回路が接続されると共に、キャパシタC1とC2との接
続箇所とIGBTQ1のエミッタ端子との間にスイッチ
手段として機能するスナバダイオードDs1が設けられ
る。また、IGBTQ2のエミッタ端子とクランプキャ
パシタC5の高電位側端子(C5とDs4との接続箇
所)との間には、スナバキャパシタC4とC3との直列
回路が接続されると共に、キャパシタC4とC3との接
続箇所とIGBTQ2のコレクタ端子との間にスイッチ
手段として機能するスナバダイオードDs3が設けられ
る。
A series circuit of snubber capacitors C1 and C2 is connected between the collector terminal of IGBT Q1 and the low potential side terminal (connection point of C5 and Ds2) of clamp capacitor C5, and capacitors C1 and C2 are connected. A snubber diode Ds1 functioning as a switch is provided between the connection point of the IGBT Q1 and the emitter terminal of the IGBT Q1. A series circuit of snubber capacitors C4 and C3 is connected between the emitter terminal of IGBT Q2 and the high-potential terminal of clamp capacitor C5 (the connection point between C5 and Ds4). A snubber diode Ds3 functioning as a switching means is provided between the connection point of the IGBT Q2 and the collector terminal of the IGBT Q2.

【0025】前述したスナバキャパシタC1とC2との
直列回路、及び、スナバキャパシタC4とC3との直列
回路は、スイッチ手段として機能するスナバダイオード
Ds1、Ds3により、可変容量キャパシタとして機能
する。なお、スナバダイオードDs1とDs3とは、そ
れぞれ、IGBTQ1、Q2と同一の極性に電流を通流
させるよう接続される。また、前述したクランプキャパ
シタC5を除いたIGBTQ1、Q2のコレクタ、エミ
ッタ端子間に接続される回路は、それぞれ、各IGBT
Q1、Q2に対する個別のスナバ回路として機能する。
The series circuit of the snubber capacitors C1 and C2 and the series circuit of the snubber capacitors C4 and C3 function as variable capacitors by the snubber diodes Ds1 and Ds3 functioning as switch means. Note that the snubber diodes Ds1 and Ds3 are connected so as to allow current to flow in the same polarity as the IGBTs Q1 and Q2, respectively. Circuits connected between the collector and emitter terminals of the IGBTs Q1 and Q2 except for the clamp capacitor C5 described above are each provided with an IGBT.
It functions as an individual snubber circuit for Q1 and Q2.

【0026】次に、前述したような回路構成を有する本
発明の第1の実施例の動作を説明する。
Next, the operation of the first embodiment of the present invention having the above-described circuit configuration will be described.

【0027】図1に示す実施例の動作を電流経路で示す
図2において、図2(a)はIGBTQ1がオフした際
の電流経路、図2(b)はIGBTQ1がオンした際の
電流経路を示している。また、図3には図1に示す実施
例でIGBTQ1がオフ、あるいは、オンした際に、I
GBTQ1のコレクタ、エミッタ間に印加される電圧V
ce、IGBTQ1のコレクタ、エミッタ間を流れる電流
Ice、キャパシタC1及びC2の電圧Vc1、Vc2、及
び、キャパシタC5の電圧Vc5の電圧波形をそれぞれ示
している。また、図示していないが、キャパシタC3と
C4との電圧をそれぞれVc3、Vc4と表記して説明す
る。
In FIG. 2 showing the operation of the embodiment shown in FIG. 1 as a current path, FIG. 2A shows a current path when the IGBT Q1 is turned off, and FIG. 2B shows a current path when the IGBT Q1 is turned on. Is shown. FIG. 3 shows that when the IGBT Q1 is turned off or on in the embodiment shown in FIG.
Voltage V applied between collector and emitter of GBTQ1
ce, the current Ice flowing between the collector and the emitter of the IGBT Q1, the voltages Vc1 and Vc2 of the capacitors C1 and C2, and the voltage waveform of the voltage Vc5 of the capacitor C5 are shown. Although not shown, the voltages of the capacitors C3 and C4 will be described as Vc3 and Vc4, respectively.

【0028】図3において、T(Off)、T(On)は、それ
ぞれ、IGBTQ1がターンオフ、ターンオンする時刻
を示し、Eは電源1の電圧、Vm はIGBTQ1に印加
される電圧の最大値を示す。また、以下の説明では、キ
ャパシタC1、C2の容量はC1>C2、同様に、キャ
パシタC3、C4の容量はC3>C4に設定されること
を前提とする。そして、後述するように、キャパシタC
1とC2とには、IGBTQ1のオン期間中にそれぞ
れ、図1に示す極性に電圧が充電されており、両者の電
圧は等しくこの値をVoとする。但し、IGBTQ1の
コレクタ、エミッタ端子間の電圧は、キャパシタC1と
C2との電圧が相殺されて零である。また、このとき、
キャパシタC3とC5とには電源電圧Eに等しい電圧が
充電されており、キャパシタC4の電圧は簡単化のため
零とする。
In FIG. 3, T (Off) and T (On) indicate the times at which the IGBT Q1 turns off and on, respectively, E indicates the voltage of the power supply 1, and Vm indicates the maximum value of the voltage applied to the IGBT Q1. . In the following description, it is assumed that the capacitances of the capacitors C1 and C2 are set to C1> C2, and similarly, the capacitances of the capacitors C3 and C4 are set to C3> C4. Then, as described later, the capacitor C
1 and C2 are charged with voltages having the polarities shown in FIG. 1, respectively, during the ON period of the IGBT Q1, and these voltages are equal and this value is Vo. However, the voltage between the collector and the emitter terminal of the IGBT Q1 is zero because the voltages of the capacitors C1 and C2 are offset. At this time,
The capacitors C3 and C5 are charged with a voltage equal to the power supply voltage E, and the voltage of the capacitor C4 is set to zero for simplification.

【0029】いま、時刻T(Off) 以前のIGBTQ1の
オン期間において、負荷2を流れていた電流ILによっ
て、主回路配線のインダクタンスに蓄積された電磁エネ
ルギーは、数1式のように表わすことができる。
Now, during the ON period of the IGBT Q1 before the time T (Off), the electromagnetic energy accumulated in the inductance of the main circuit wiring due to the current IL flowing through the load 2 can be expressed by the following equation (1). it can.

【0030】[0030]

【数1】 (Equation 1)

【0031】時刻T(Off) 以降のIGBTQ1のオフ期
間において、前記配線のインダクタンスに蓄積された電
磁エネルギーによる電流は、スナバ回路で吸収されるま
で、図2(a)の点線により示す経路でi1〜i5の電流
として流れる。すなわち、まず、電流i1 が第1の可変
容量キャパシタとしてのキャパシタC1とC2とに流れ
ようとするが、IGBTQ1のオン期間中に充電された
キャパシタC2の電圧は、ダイオードDs2に対しては
順バイアスであるが、ダイオードDs1に対しては逆バ
イアスとして働くため、この時点で、ダイオードDs1
は、電流を流すことはできない。従って、電流i1 は、
キャパシタC1からC2を経てダイオードDs2を流れ
て主回路に戻り、電源の負極に到る経路で流れる。この
とき、IGBTQ1のコレクタ、エミッタ端子間からみ
たキャパシタの容量は、キャパシタC1とC2とが直列
に接続された合成容量となり、数2式のように表わすこ
とができる。
In the off period of the IGBT Q1 after the time T (Off), the current due to the electromagnetic energy accumulated in the inductance of the wiring until the current is absorbed by the snubber circuit through the path indicated by the dotted line in FIG. It flows as a current of 1 ~i 5. That is, first, the current i 1 tends to flow through the capacitors C1 and C2 as the first variable capacitance capacitors, but the voltage of the capacitor C2 charged during the ON period of the IGBT Q1 is forward with respect to the diode Ds2. Although it is a bias, it acts as a reverse bias for the diode Ds1, and at this time, the diode Ds1
Cannot pass current. Therefore, the current i 1 is
It flows through the diode Ds2 via the capacitors C1 and C2, returns to the main circuit, and flows along the path leading to the negative electrode of the power supply. At this time, the capacitance of the capacitor as viewed from between the collector and emitter terminals of the IGBT Q1 is a combined capacitance in which the capacitors C1 and C2 are connected in series, and can be expressed as in Equation 2.

【0032】[0032]

【数2】 (Equation 2)

【0033】数2式において、例えば、キャパシタC1
とC2との容量比を4:1とすると数2式の合成容量は
0.8C2となり、キャパシタC1が単独の場合の容量
に比較して1/5の容量になる。電流i1 は、キャパシ
タC1に対しては充電電圧を時刻T(Off) 以前に充電し
ていた電圧値Voから増加させ、逆に、キャパシタC2
に対しては充電電圧を減少させる。キャパシタの容量が
C1>C2であれば、同じ電流が流れた際のC1の電圧
増加分とC2の電圧減少分はその値が異なるが、IGB
TQ1のコレクタ、エミッタ間には(Vc1−Vc2)の電
圧が印加されることになる。
In equation (2), for example, the capacitor C1
Assuming that the capacitance ratio between C2 and C2 is 4: 1, the combined capacitance of Expression 2 is 0.8C2, which is 1/5 of the capacitance when the capacitor C1 is used alone. The current i 1 increases the charging voltage of the capacitor C1 from the voltage value Vo charged before the time T (Off), and conversely, the capacitor C2
, The charging voltage is reduced. If the capacitance of the capacitor is C1> C2, the value of the voltage increase of C1 and the value of the voltage decrease of C2 when the same current flows are different.
A voltage of (Vc1-Vc2) is applied between the collector and the emitter of TQ1.

【0034】前述の電流i1 が流れ始めると同時に、第
2の可変容量キャパシタを構成するキャパシタC3、C
4に電流i3 が流れる。この電流i3 の経路は、図2
(a)に示す通りであり、ダイオードDs3とDs4と
は、いずれもこの電流を阻止するため、電流i3 は、キ
ャパシタC3、C4、C5の順に流れ、ダイオードDs
2を経て電源1の負極に帰る経路で流れることになる。
電流i3 は、IGBTQ1のオン時にキャパシタC3に
充電されていた電圧を放電させ、一方で、キャパシタC
4に、図2(a)に示すキャパシタC3とは異なる極性
で電圧を充電し、また、はキャパシタC5も充電する。
At the same time when the above-mentioned current i 1 starts to flow, the capacitors C3 and C3 constituting the second variable capacitance capacitor
4, the current i 3 flows. The path of the current i 3 is shown in FIG.
As shown in (a), since the diodes Ds3 and Ds4 both block this current, the current i 3 flows in the order of the capacitors C3, C4 and C5, and the diode Ds
The current flows through the path returning to the negative electrode of the power supply 1 via the power supply 2.
The current i 3 discharges the voltage charged in the capacitor C3 when the IGBT Q1 is turned on, while discharging the capacitor C3.
4 charges a voltage with a polarity different from that of the capacitor C3 shown in FIG. 2A, and also charges the capacitor C5.

【0035】電流i3 が流れる期間において、IGBT
Q2のコレクタ、エミッタ端子間からみた第2の可変容
量キャパシタの容量は、キャパシタC4とC3とが直列
に接続された合成容量となり、数2式におけるC1をC
3に、C2をC4に置き換えた式により表わすことがで
きる。そして、これらのキャパシタの電圧値Vc3とVc4
との極性が異るため、IGBTQ2のコレクタ、エミッ
タ間には(Vc3−Vc4)の電圧が印加され、この電圧が
負の値に変わる時点から負荷2を流れていた電流IL
は、ダイオードD2を通って環流する。また、また、キ
ャパシタC4とC3との電圧が相殺されることにより、
ダイオードDs4は順バイアス状態になり、以後、電流
4 が流れてキャパシタC5を充電してゆくことにな
る。キャパシタC5は、その容量がC5>C1となるよ
うに選ばれており、数1式で表わしたエネルギーの多く
がキャパシタC5で吸収される。
During the period when the current i 3 flows, the IGBT
The capacitance of the second variable capacitance capacitor as viewed from between the collector and emitter terminals of Q2 is the combined capacitance of capacitors C4 and C3 connected in series.
3 can be represented by an equation in which C2 is replaced by C4. The voltage values Vc3 and Vc4 of these capacitors
Is applied between the collector and the emitter of the IGBT Q2, and a voltage (Vc3-Vc4) is applied between the collector and the emitter of the IGBT Q2.
Recirculates through the diode D2. In addition, the voltages of the capacitors C4 and C3 are offset, so that
Diode Ds4 becomes forward biased, thereafter, it is possible to repeatedly charge the capacitor C5 and a current i 4 to flow. The capacitance of the capacitor C5 is selected so that C5> C1. Most of the energy expressed by the equation 1 is absorbed by the capacitor C5.

【0036】IGBTQ1がオフとなって前述のような
電流が流れ、キャパシタC2の充電電圧Vc2が零になる
時刻をT1とすると、キャパシタC2の電圧によってダ
イオードDs1に印加されていた逆バイアスが時刻T1
以降は無くなり、第1の可変容量キャパシタを構成する
キャパシタC1、C2を流れる電流はそのルートが切り
替えられ、その電流が電流i1から電流i2に変わり、ダ
イオードDs1を通ってキャパシタC1だけを充電して
ゆく。
Assuming that the time when the IGBT Q1 is turned off and the above-described current flows and the charging voltage Vc2 of the capacitor C2 becomes zero is T1, the reverse bias applied to the diode Ds1 by the voltage of the capacitor C2 becomes the time T1.
Thereafter disappears, the current through the capacitors C1, C2 composing the first variable capacitance capacitor that route is switched, the current changes from the current i 1 to the current i 2, charging only the capacitor C1 through the diode Ds1 I will do it.

【0037】前述したように、スナバダイオードDs1
は、キャパシタC2の充電電圧に応じて電流を遮断、あ
るいは、通流させるスイッチの機能として働く。このた
め、時刻T1以降、キャパシタC1が単独の容量として
働くことになる。いま、例えば、キャパシタC1とC2
との容量比を4:1とした場合、時刻T1以降、第1の
可変容量キャパシタの容量は、それ以前の5倍に増加し
たことになり、Vceの電圧上昇を急激に抑制することが
できる。そして、電流i2 が流れ始めてから数1式に示
したエネルギーが吸収されるまでの間、IGBTQ1に
対してキャパシタC1とC5とがそれぞれ並列に設けら
れた形となる。この結果、キャパシタC1とC5との電
圧は等しくなり、その最大電圧は数3式で表わされるV
mとなり、IGBTQ1の最大電圧も数3式の値に等し
くなる。
As described above, the snubber diode Ds1
Functions as a switch function that cuts off or allows current to flow according to the charging voltage of the capacitor C2. Therefore, after the time T1, the capacitor C1 works as a single capacitance. Now, for example, the capacitors C1 and C2
If the capacitance ratio of the first variable capacitance capacitor is 4: 1 after time T1, the capacitance of the first variable capacitance capacitor has increased five times the previous value, and the voltage rise of Vce can be rapidly suppressed. . Then, from the time when the current i 2 starts flowing to the time when the energy shown in Expression 1 is absorbed, the capacitors C1 and C5 are provided in parallel with the IGBT Q1. As a result, the voltages of the capacitors C1 and C5 become equal, and the maximum voltage is V
m, and the maximum voltage of the IGBT Q1 is also equal to the value of Expression 3.

【0038】[0038]

【数3】 (Equation 3)

【0039】キャパシタC3、C4により構成される第
2の可変容量キャパシタに印加される電圧は、キャパシ
タC5の電圧からキャパシタC1の電圧を差し引いた値
であるから、第2の可変容量キャパシタの電圧は零に維
持され、このため電流i3 は流れなくなる。
Since the voltage applied to the second variable capacitance capacitor constituted by the capacitors C3 and C4 is a value obtained by subtracting the voltage of the capacitor C1 from the voltage of the capacitor C5, the voltage of the second variable capacitance capacitor is It is maintained at zero, and thus the current i 3 does not flow.

【0040】前述ではキャパシタC1の容量がキャパシ
タC2の容量より大きいとして説明したが、仮にキャパ
シタC1の容量が小さくC2>C1であったとすると、
第1の可変容量キャパシタの容量が数2式で示す容量か
らキャパシタC1のみの容量に切り替わっても容量の変
化が少なく、電圧の抑制効果は小さい。また、電圧を十
分に抑制できないためにキャパシタC1の電圧はキャパ
シタC5の電圧以上に増加して、いわゆるオーバーシュ
ートが起きる。一方、反対に第2の可変容量キャパシタ
の電圧は負の値にアンダーシュートする。また、これら
のオーバーシュートとアンダーシュートとを解消しよう
として、第1、第2の可変容量キャパシタを流れる電流
の極性が変わり、共振現象を招く。そこで、本発明が目
的とする過電圧抑制のためには、図1の構成と共に第
1、第2の可変容量キャパシタを構成する各キャパシタ
の容量は、C1>C2、C3>C4の関係とすることが
必要である。
In the above description, the capacitance of the capacitor C1 is larger than the capacitance of the capacitor C2. However, if the capacitance of the capacitor C1 is small and C2> C1,
Even if the capacity of the first variable capacitance capacitor is switched from the capacity expressed by Equation 2 to the capacity of only the capacitor C1, the change in the capacity is small and the effect of suppressing the voltage is small. Further, since the voltage cannot be sufficiently suppressed, the voltage of the capacitor C1 increases to be higher than the voltage of the capacitor C5, and so-called overshoot occurs. On the other hand, the voltage of the second variable capacitor undershoots to a negative value. Further, in order to eliminate the overshoot and the undershoot, the polarities of the currents flowing through the first and second variable capacitance capacitors change, causing a resonance phenomenon. Therefore, in order to suppress the overvoltage, which is an object of the present invention, the capacitances of the capacitors constituting the first and second variable capacitance capacitors together with the configuration of FIG. 1 are set to have a relationship of C1> C2 and C3> C4. is necessary.

【0041】キャパシタC1の電圧は、図3にVceとし
て示すように、最終的に数3式によって表わされる最大
値Vmにまで達するが、Vmは電源電圧Eより大きいた
め、その後のIGBTQ1がオフとなっている定常状態
の期間中にキャパシタC1からダイオードD2を経て電
源Eの正極に到り、電源の負極から抵抗R1、キャパシ
タC2を介してキャパシタC1に戻る経路で放電され
る。
The voltage of the capacitor C1 finally reaches the maximum value Vm represented by the equation (3) as shown as Vce in FIG. 3, but since Vm is larger than the power supply voltage E, the subsequent IGBT Q1 is turned off. During the steady state period, the capacitor C1 reaches the positive terminal of the power supply E via the diode D2, and is discharged from the negative terminal of the power source via the resistor R1 and the capacitor C2 to return to the capacitor C1.

【0042】なお、この放電動作の開始時点で、ダイオ
ードDs1に逆電圧が印加されてダイオードDs1を逆
回復させる現象が起こる。そして、通常、ダイオードD
s1には前述した差電圧に配線の逆起電圧を加えた過大
な逆電圧が加わるが、キャパシタC2は、この逆電圧を
抑制する効果も合わせ持つ。また、同時にキャパシタC
5に過充電された電圧は、キャパシタC5から抵抗R2
を介して電源1の正極に至り、電源1の負極から抵抗R
1を経てキャパシタC5に戻る経路で放電される。この
放電によって、キャパシタC5の電圧Vc5は、数4式で
表わされるように、時間に応じて減少する。
At the start of the discharging operation, a reverse voltage is applied to the diode Ds1, which causes a reverse recovery of the diode Ds1. And usually, the diode D
An excessive reverse voltage obtained by adding the back electromotive voltage of the wiring to the difference voltage described above is applied to s1, but the capacitor C2 also has an effect of suppressing this reverse voltage. At the same time, the capacitor C
5 is over-charged from the capacitor C5 to the resistor R2.
To the positive electrode of the power supply 1 and from the negative electrode of the power supply 1 to the resistor R
It is discharged on a path returning to the capacitor C5 via the line 1. As a result of this discharge, the voltage Vc5 of the capacitor C5 decreases with time, as expressed by equation (4).

【0043】[0043]

【数4】 (Equation 4)

【0044】キャパシタC1の電圧は、前記放電の過程
においてもキャパシタC5の電圧Vc5に等しく、この放
電により減少する電荷量ΔQはC1(Vm−Vc5)で表
わされる。この電荷量ΔQをキャパシタC2の容量で割
った値がC2の充電電圧に等しいと考えると、C2の電
圧は数5式で表わすことができ、図2(a)に示した極
性にVc2の電圧が充電される。
The voltage of the capacitor C1 is equal to the voltage Vc5 of the capacitor C5 during the discharging process, and the amount of charge ΔQ reduced by the discharging is represented by C1 (Vm−Vc5). Assuming that the value obtained by dividing the charge amount ΔQ by the capacitance of the capacitor C2 is equal to the charging voltage of the capacitor C2, the voltage of the capacitor C2 can be expressed by Equation 5, and the voltage of the polarity Vc2 is applied to the polarity shown in FIG. Is charged.

【0045】[0045]

【数5】 (Equation 5)

【0046】図2(b)にはIGBTQ1がオンした際
の電流経路が示されている。電流経路は、前述で説明し
た図2(a)において、キャパシタC1をC3に、C2
をC4に、電流に関して、i1をi6に、i2をi7に、i
3をi5にそれぞれ置き換えると、その原理は同じであり
ここでは簡単に説明する。
FIG. 2B shows a current path when the IGBT Q1 is turned on. In FIG. 2A described above, the current path is such that the capacitor C1 is connected to C3,
To C4, with respect to current and i 1 to i 6, a i 2 to i 7, i
Replacing each of 3 to i 5, the principle is the same briefly described here.

【0047】時刻T(On)でIGBTQ1がオンとなる
と、まず、電流i6 がキャパシタC4とC3とに流れ、
図2(a)のオフ期間に充電されたキャパシタC4の電
圧がダイオードDs3に対して逆バイアスとして働く。
このため、電流i6 はダイオードDs4からキャパシタ
C4とC3とを経てIGBTQ1を流れて電源の負極に
到る経路で流れる。このとき、キャパシタC3、C4で
構成される第2の可変容量キャパシタの合成容量は、数
2式でキャパシタC1とC2とを、キャパシタC3とC
4とに置き換えた形で記述することができる。電流i6
は、キャパシタC3に対しては充電電圧を増加させ、逆
に、キャパシタC4に対しては充電電圧を減少させる。
そして、IGBTQ2のコレクタ、エミッタ間には(V
c3−Vc4)の電圧が印加される。
When IGBT Q1 is turned on at time T (On), first, current i 6 flows through capacitors C4 and C3,
The voltage of the capacitor C4 charged during the off period of FIG. 2A acts as a reverse bias on the diode Ds3.
Therefore, the current i 6 flows from the diode Ds4 through the capacitors C4 and C3 to the IGBT Q1 and to the negative electrode of the power supply. At this time, the combined capacitance of the second variable capacitance capacitors composed of the capacitors C3 and C4 is expressed by the following equation (2), by replacing the capacitors C1 and C2 with each other.
4 can be described. Current i 6
Increases the charging voltage for the capacitor C3 and conversely decreases the charging voltage for the capacitor C4.
And, between the collector and the emitter of the IGBT Q2, (V
c3-Vc4) is applied.

【0048】電流i6 が流れ始めると同時に、キャパシ
タC1、C2で構成される第1の可変容量キャパシタに
電流i5 が流れる。この電流i5 は、ダイオードDs4
からキャパシタC5、C2、C1の順に流れ、IGBT
Q1を経て電源1の負極に帰る経路で流れる。電流i5
は、IGBTQ1のオフ時にキャパシタC1に充電され
ていた電圧を放電させ、キャパシタC2には図2(b)
に示すようにキャパシタC1とは異なる極性の電圧を充
電させる。電流i5 が流れる期間において、第1の可変
容量キャパシタの合成容量は、数2式により表わされる
ものとなる。そして、第1の可変容量キャパシタを構成
するキャパシタC1、C2の電圧Vc1とVc2との極性が
異なるため、IGBTQ1のコレクタ、エミッタ間には
(Vc1−Vc2)の電圧が印加され、やがてVc1とVc2と
の電圧は相殺される。このときの両者の電圧をVoとお
くと、Voは数6式で表わすことができる。
Simultaneously with the start of the current i 6 , the current i 5 flows through the first variable capacitance capacitor composed of the capacitors C 1 and C 2. This current i 5 is supplied to the diode Ds4
Flows in the order of capacitors C5, C2 and C1 from the IGBT
It flows on the path returning to the negative electrode of the power supply 1 via Q1. Current i 5
Discharges the voltage charged in the capacitor C1 when the IGBT Q1 is turned off.
As shown in (1), a voltage having a polarity different from that of the capacitor C1 is charged. In a period in which current i 5 flows, combined capacitance of the first variable capacitance capacitor, the one represented by the number 2 expression. Then, since the polarities of the voltages Vc1 and Vc2 of the capacitors C1 and C2 constituting the first variable capacitance capacitor are different, a voltage of (Vc1−Vc2) is applied between the collector and the emitter of the IGBT Q1, and eventually Vc1 and Vc2. And are offset. Assuming that both voltages at this time are Vo, Vo can be expressed by equation (6).

【0049】[0049]

【数6】 (Equation 6)

【0050】キャパシタC4の充電電圧Vc4が零になる
と、ダイオードDs3に印加されていた逆バイアスが無
くなるため、キャパシタC3、C4により構成される第
2の可変容量キャパシタを流れる電流は電流i6から電
流i7に変わり、電流i7 は、ダイオードDs3を通っ
てキャパシタC3だけを充電してゆく。一方、キャパシ
タC1、C2により構成される第1の可変容量キャパシ
タに印加される電圧は、キャパシタC5の電圧からキャ
パシタC3の電圧を差し引いた値であるから、第1の可
変容量キャパシタの電圧は零に維持され、このため電流
5 は流れなくなる。
[0050] When the charging voltage Vc4 of the capacitor C4 becomes zero, since the reverse bias is applied to the diode Ds3 is eliminated, the current flowing through the second variable capacitor formed by capacitors C3, C4 is the current from the current i 6 changes to i 7, current i 7 is, slide into charging only the capacitor C3 through the diode Ds3. On the other hand, since the voltage applied to the first variable capacitance capacitor constituted by the capacitors C1 and C2 is a value obtained by subtracting the voltage of the capacitor C3 from the voltage of the capacitor C5, the voltage of the first variable capacitance capacitor is zero. to be maintained, and thus the current i 5 does not flow.

【0051】前述で説明したIGBTQ1のオフ、オン
動作の過程で、可変容量キャパシタの充放電に係る損失
を低減することが本発明の重要な狙いであり、この点に
ついて以下に説明する。
It is an important aim of the present invention to reduce the loss associated with charging / discharging of the variable capacitor in the process of turning off and on the IGBT Q1 described above, and this point will be described below.

【0052】キャパシタC1、C2の電圧がそれぞれ数
4式、数5式で表わされる状態から、数6式に示すVo
に変化するまでの損失をWとおくと、損失Wは数7式で
表わすことができる。
From the state in which the voltages of the capacitors C1 and C2 are expressed by the equations (4) and (5), respectively,
Assuming that the loss until the value changes to W, the loss W can be expressed by Expression 7.

【0053】[0053]

【数7】 (Equation 7)

【0054】前述した本発明の第1の実施例に使用され
るスナバ回路の損失と最大電圧とを従来技術と比較して
示した結果が図4(a)、図4(b)に示されている。
この図において比較した従来技術によるスナバ回路は、
ダイオードとキャパシタとが直列に接続され、ダイオー
ドに並列に抵抗を設けた一般的なものとした。また、従
来技術のスナバ回路のキャパシタの容量は、本発明の第
1の実施例で説明したキャパシタC1とC2とが直列に
接続された場合の合成容量Coと等しい値に設定した。
FIGS. 4A and 4B show the results of comparing the loss and the maximum voltage of the snubber circuit used in the first embodiment of the present invention with those of the prior art. ing.
The snubber circuit according to the prior art compared in FIG.
The general configuration is such that a diode and a capacitor are connected in series, and a resistor is provided in parallel with the diode. The capacitance of the capacitor of the snubber circuit of the prior art was set to a value equal to the combined capacitance Co when the capacitors C1 and C2 described in the first embodiment of the present invention were connected in series.

【0055】図4(a)から判るように、最大電圧Vm
に関して見ると、従来技術のスナバ回路は、本発明の実
施例における数3式の(C1+C5)をCoで置き換え
た形になり、C1+C5>Coである前提から、従来技
術によるスナバ回路の方が本発明の実施例の場合より大
きくなり、両者の差は電流ILに比例する。
As can be seen from FIG. 4A, the maximum voltage Vm
As for the conventional snubber circuit, the snubber circuit according to the prior art has a form in which (C1 + C5) in the equation (3) in the embodiment of the present invention is replaced with Co. It is larger than in the embodiment of the invention, and the difference between them is proportional to the current IL.

【0056】また、図4(b)から判るように、損失に
ついて見ると、本発明は、IGBTQ1のターンオン時
の損失が数7式により表わされるが、従来技術によるス
ナバ回路の場合、数7式の括弧内をVmで置き換えた式
となる。そして、従来技術によるスナバ回路のVmは、
本発明のVmより大きくなる。このため、損失Wに関し
ても、従来のスナバ回路の方が大きくなり、両者の差は
負荷電流ILの2乗に比例するものとなる。
As can be seen from FIG. 4 (b), looking at the loss, according to the present invention, the loss at the time of turn-on of the IGBT Q1 is represented by the following equation (7). Is replaced by Vm. And Vm of the snubber circuit according to the prior art is
It becomes larger than Vm of the present invention. Therefore, the conventional snubber circuit also has a larger loss W, and the difference therebetween is proportional to the square of the load current IL.

【0057】前述したように、本発明の第1の実施例に
使用しているスナバ回路は、従来技術によるスナバ回路
に比較して、低損失でかつ過電圧抑制効果も向上させる
ことができる。
As described above, the snubber circuit used in the first embodiment of the present invention can reduce the loss and improve the overvoltage suppressing effect as compared with the snubber circuit according to the prior art.

【0058】本発明の第1の実施例に使用されるスナバ
回路は、スナバ回路自身の損失を低減することができる
ものであるが、同時に、パワー半導体素子によるスイッ
チング素子、すなわち、実施例におけるIGBTのスイ
ッチング損失をも低減させるという効果を奏することが
できるものであり、次に、そのことを説明する。
The snubber circuit used in the first embodiment of the present invention can reduce the loss of the snubber circuit itself, but at the same time, a switching element using a power semiconductor element, that is, the IGBT in the embodiment. The effect of reducing the switching loss can also be achieved, which will be described below.

【0059】図5には、本発明の第1の実施例における
IGBTQ1のターンオフ時の波形を従来技術と比較し
て示している。スイッチング素子であるパワー半導体素
子として、IGBT、バイポーラトランジスタ、GTO
(ゲートターンオフサイリスタ)等のバイポーラ型素子
(電子と正孔との2種類のキャリアによって電流が流れ
る半導体素子)を使用するものとする。これらの素子
は、電流を遮断した後にテイル電流と呼ばれる素子内部
に過剰蓄積されたキャリアが排出されることに起因する
電流が流れることが特徴である。
FIG. 5 shows a waveform at the time of turning off the IGBT Q1 in the first embodiment of the present invention in comparison with the prior art. IGBTs, bipolar transistors, GTOs as power semiconductor elements that are switching elements
It is assumed that a bipolar element (a semiconductor element in which a current flows by two kinds of carriers of electrons and holes) such as a (gate turn-off thyristor) is used. These elements are characterized in that a current called tail current, which is caused by discharging excessively accumulated carriers inside the element, flows after the current is cut off.

【0060】図5では、この電流が流れる期間をテイル
期間として示している。テイル期間に電圧変動(dV/
dt)が生じた場合、その電圧変動が大きいほどテイル
電流が大きくなることは、電力変換技術に係る分野では
知られていることである。このことは、簡単に言えば、
電圧がキャリア(電荷)の流れる速度を決めているため
に、電圧変動が大きいほど短時間に多くのキャリアが移
動し、電流が多く流れると考えて良い。
FIG. 5 shows a period during which this current flows as a tail period. Voltage fluctuation (dV /
It is known in the field related to power conversion technology that when dt) occurs, the tail current increases as the voltage fluctuation increases. This is, in a nutshell,
Since the voltage determines the speed at which carriers (charges) flow, it can be considered that as the voltage fluctuation increases, more carriers move in a shorter time and more current flows.

【0061】このような素子を用いて図1に示すような
構成とした本発明の第1の実施例は、電流が遮断される
期間(テイル期間以前)において、可変容量キャパシタ
の合成容量が小さいため電圧変動が大きいが、その後の
テイル期間において、前述したようにキャパシタC1の
単独容量によって電圧上昇が抑制され、電圧変動を十分
に小さくすることができる。このため、図5に示すよう
に、本発明の実施例の場合、テイル電流が小さくなり、
電圧とテイル電流とにより発生する損失を小さくするこ
とができる。一般に、スナバ回路を備えた電力変換装置
は、ターンオフ時の損失の約90%がテイル期間に発生
するため、本発明の実施例のように、テイル電流が小さ
くなることは損失の低減に対して有効である。従って、
前述した本発明の実施例は、スナバ回路の損失とテイル
期間の素子の損失とを同時に低減することができるとい
う効果を得ることができる。
In the first embodiment of the present invention having such a structure as shown in FIG. 1, the combined capacitance of the variable capacitors is small during the period in which the current is cut off (before the tail period). Therefore, the voltage fluctuation is large, but in the subsequent tail period, the voltage increase is suppressed by the single capacitance of the capacitor C1 as described above, and the voltage fluctuation can be sufficiently reduced. Therefore, as shown in FIG. 5, in the case of the embodiment of the present invention, the tail current becomes small,
The loss caused by the voltage and the tail current can be reduced. In general, in a power converter having a snubber circuit, about 90% of the loss at the time of turn-off occurs in the tail period. Therefore, as in the embodiment of the present invention, the reduction in the tail current does not correspond to the reduction in the loss. It is valid. Therefore,
The above-described embodiment of the present invention has an effect that the loss of the snubber circuit and the loss of the element during the tail period can be reduced at the same time.

【0062】これに対して、従来技術の場合、IGBT
Q1に並列に設けた個別スナバ回路のキャパシタの容量
が小さいと、図5に示すように電圧が振動的になり、こ
の影響でテイル電流も大きくなって、損失の増加を招く
ことになる。勿論、個別スナバ回路のキャパシタの容量
を大きくして電圧振動を抑制することは可能であるが、
この場合には、スナバ回路の損失がキャパシタの容量に
比例して大きくなってしまう。
On the other hand, in the case of the prior art, the IGBT
When the capacitance of the capacitor of the individual snubber circuit provided in parallel with Q1 is small, the voltage becomes oscillating as shown in FIG. 5, and the tail current increases due to this effect, resulting in an increase in loss. Of course, it is possible to suppress the voltage oscillation by increasing the capacitance of the capacitor of the individual snubber circuit,
In this case, the loss of the snubber circuit increases in proportion to the capacitance of the capacitor.

【0063】前述した本発明の第1の実施例は、スナバ
回路のキャパシタ容量を変化させるために、キャパシタ
C2及びC4の充電電圧に応じてダイオードDs1及び
Ds3が電流を通流あるいは遮断させるように、すなわ
ち、ダイオードDs1、Ds3を一種のスイッチとして
機能させるようにしている。
In the first embodiment of the present invention, in order to change the capacitance of the snubber circuit, the diodes Ds1 and Ds3 allow the current to flow or cut off according to the charging voltage of the capacitors C2 and C4. That is, the diodes Ds1 and Ds3 are made to function as a kind of switch.

【0064】従って、図1に示す本発明の第1の実施例
と同一の特性を得るためには、ダイオードDs1、Ds
3の代わりに入出力端子と制御端子とを具備するスイッ
チ素子を用い、このスイッチ素子をキャパシタC2、C
4の充電電圧に応じて制御するようにしてもよい。
Therefore, in order to obtain the same characteristics as those of the first embodiment of the present invention shown in FIG.
3 is replaced with a switch element having an input / output terminal and a control terminal, and this switch element is connected to capacitors C2 and C2.
4 may be controlled according to the charging voltage.

【0065】図6はこのような本発明の第2の実施例の
構成を示す図である。図6において、10、11は制御
手段、S1、S2はスイッチ素子であり、他の符号は図
1の場合と同一である。この本発明の第2の実施例は、
図1におけるダイオードDs1、Ds3の代わりにスイ
ッチ素子S1、S2を用い、これらのスイッチ素子S
1、S2を、制御手段10、11によりキャパシタC
2、C4の充電電圧に応じて制御するようにしたもので
ある。
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of such a second embodiment of the present invention. 6, reference numerals 10 and 11 denote control means, S1 and S2 denote switch elements, and other reference numerals are the same as those in FIG. This second embodiment of the present invention
The switching elements S1 and S2 are used instead of the diodes Ds1 and Ds3 in FIG.
1 and S2 are converted to capacitors C by the control means 10 and 11.
2. Control is performed according to the charging voltage of C4.

【0066】すなわち、図6に示す本発明の第2の実施
例は、図1により説明した本発明の第1の実施例におけ
るダイオードDs1の位置にスイッチ素子S1の入力、
出力端子を接続すると共に、キャパシタC2の充電電圧
を制御手段10で検出し、この電圧が所定の値以下でス
イッチ素子S1をオンさせるための信号をその制御端子
に印加するように構成される。また、同様に、ダイオー
ドDs3の位置にスイッチ素子S2の入力、出力端子を
接続すると共に、キャパシタC4の充電電圧を制御手段
11で検出し、この電圧が所定の値以下でスイッチ素子
S2をオンさせるための信号をその制御端子に印加する
ように構成される。
That is, in the second embodiment of the present invention shown in FIG. 6, the input of the switch element S1 is located at the position of the diode Ds1 in the first embodiment of the present invention described with reference to FIG.
In addition to connecting the output terminal, the control unit 10 detects the charging voltage of the capacitor C2, and applies a signal for turning on the switch element S1 to the control terminal when the voltage is equal to or lower than a predetermined value. Similarly, the input and output terminals of the switch element S2 are connected to the position of the diode Ds3, and the control unit 11 detects the charging voltage of the capacitor C4, and turns on the switch element S2 when the voltage is equal to or lower than a predetermined value. Is applied to its control terminal.

【0067】この本発明の第2の実施例は、スイッチ素
子S1、S2として、npnトランジスタを使用してい
るが、スイッチ素子S1、S2としては、次に説明する
ような条件を満たすことのできるスイッチ手段であれば
他のどのような素子を用いてもよい。すなわち、(1)
スイッチ素子S1、S2は、それぞれ、並列に接続され
るダイオードDs2、Ds4と同じ方向に電流を流すも
のであり、(2)前記電流の方向と逆方向には電流を流
さないこと。また、(3)スイッチ素子S1、S2は、
それぞれ、オフ時においては、入力端子(図6の場合、
S1、S2のコレクタ)を基準電位として出力端子(図
6では、S1、S2のエミッタ)に高電圧が印加される
が、これは通常の半導体素子とは逆であり、この逆電圧
に耐えられること。
Although the second embodiment of the present invention uses npn transistors as the switching elements S1 and S2, the switching elements S1 and S2 can satisfy the following conditions. Any other element may be used as long as it is a switch means. That is, (1)
The switch elements S1 and S2 allow current to flow in the same direction as the diodes Ds2 and Ds4 connected in parallel, respectively. (2) No current flows in the direction opposite to the current direction. (3) The switch elements S1 and S2 are:
Each of the input terminals (in the case of FIG. 6,
A high voltage is applied to the output terminal (emitters of S1 and S2 in FIG. 6) using the collectors of S1 and S2 as a reference potential, which is the opposite of a normal semiconductor device and can withstand this reverse voltage. thing.

【0068】スイッチ素子S1、S2は、以上の3条件
を考慮すると、MOSFETのように入出力端子間に寄
生ダイオードが存在する素子を単体で使用することがで
きない。また、図6に示したnpnトランジスタによる
スイッチ素子S1、S2は、(1)、(2)の条件を満
足しているが、(3)の条件を満足させるために、ベー
ス、エミッタ間の耐電圧性を大きくした素子が必要であ
る。
In consideration of the above three conditions, the switching elements S1 and S2 cannot use a single element such as a MOSFET having a parasitic diode between input and output terminals. The switch elements S1 and S2 formed by the npn transistors shown in FIG. 6 satisfy the conditions (1) and (2). However, in order to satisfy the condition (3), the resistance between the base and the emitter is reduced. An element with increased voltage characteristics is required.

【0069】図6に示す本発明の第2の実施例におい
て、制御手段10、11は、それぞれ、キャパシタC
2、C4の充電電圧を検出し、この電圧が図6に示す極
性において0V以下であればスイッチ素子S1、S2を
オンさせ、逆に、前記電圧が0V以上であればS1、S
2をオフさせる。
In the second embodiment of the present invention shown in FIG. 6, the control means 10 and 11
2, the charging voltage of C4 is detected, and if this voltage is 0 V or less in the polarity shown in FIG. 6, the switching elements S1 and S2 are turned on. Conversely, if the voltage is 0 V or more, S1 and S2 are detected.
Turn 2 off.

【0070】前述した図6に示す本発明の第2の実施例
の特性は、図1に示す本発明の第1の実施例と同一であ
り、キャパシタC2、C4の電圧に応じてスイッチ素子
S1、S2をオフ、オン制御することにより、IGBT
Q1、Q2に対するスナバキャパシタの容量を等価的に
変化させることができる。そして、このような本発明の
第2の実施例によっても、前述した本発明の第1の実施
例の場合と全く同様な効果を得ることができる。
The characteristics of the second embodiment of the present invention shown in FIG. 6 are the same as those of the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, and the switching element S1 is switched in accordance with the voltages of the capacitors C2 and C4. , S2, by turning off and on, the IGBT
The capacitance of the snubber capacitor with respect to Q1 and Q2 can be changed equivalently. According to the second embodiment of the present invention, it is possible to obtain exactly the same effects as those of the first embodiment of the present invention.

【0071】図7は本発明の第3の実施例による電力変
換装置の構成例を示す図であり、モータ制御のシステム
構成例である。図7において、3はスナバ回路、4は駆
動回路、5は制御回路、6は電流検出器、7は交流電
源、9はコンバータ、Q3〜Q6はIGBT、D3〜D
6はダイオードであり、他の符号は図1の場合と同一で
ある。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a power converter according to a third embodiment of the present invention, and is a system configuration example of motor control. 7, 3 is a snubber circuit, 4 is a drive circuit, 5 is a control circuit, 6 is a current detector, 7 is an AC power supply, 9 is a converter, Q3 to Q6 are IGBTs, and D3 to D3.
Reference numeral 6 denotes a diode, and other symbols are the same as those in FIG.

【0072】図7に示す本発明の第3の実施例である電
力変換装置は、負荷2であるモータを制御するインバー
タ装置であり、交流電源7から電力の供給を受けて交流
から直流に整流するコンバータ9に内蔵するコンデンサ
によって平滑化された直流電力が印加される。そして、
インバータ装置は、図1に示す実施例をU相〜W相の各
1相分とする構成のインバータを3相分並列に設けて構
成されている。
A power converter according to a third embodiment of the present invention shown in FIG. 7 is an inverter device for controlling a motor as a load 2, and receives power supplied from an AC power supply 7 to rectify AC to DC. DC power smoothed by a capacitor built in the converter 9 is applied. And
The inverter device is configured by providing the inverter shown in FIG. 1 for each of the U-phase to W-phase for one phase in parallel for three phases.

【0073】U相の構成は、図1と同一である。V相
は、上アームがIGBTQ4とこれに並列に接続したダ
イオードD4とにより、また、下アームがIGBTQ3
とこれに並列に接続したダイオードD3により構成さ
れ、同様に、W相は、上アームがIGBTQ6とこれに
並列に接続したダイオードD6とにより、また、下アー
ムがIGBTQ5とこれに並列に接続したダイオードD
5とにより構成される。U相で破線で囲んだスナバ回路
3は、図1に示した上アームと下アームとに対するスナ
バ回路の全体の構成であり、同一の構成を有するスナバ
回路3が、V相とW相とにもそれぞれ備えられる。そし
て、U、V、W相の各相インバータの上アームと下アー
ムとの接続点である出力端子からは負荷2としてのモー
タに電力が供給される。
The configuration of the U phase is the same as that of FIG. The V phase has an upper arm composed of an IGBT Q4 and a diode D4 connected in parallel with the IGBT Q4.
And a diode D3 connected in parallel to the IGBTQ6. Similarly, the W phase has an upper arm formed by an IGBT Q6 and a diode D6 connected in parallel thereto, and a lower arm formed by a diode D6 connected in parallel to the IGBT Q5. D
And 5. The snubber circuit 3 surrounded by a dashed line in the U phase is the entire configuration of the snubber circuit for the upper arm and the lower arm shown in FIG. 1, and the snubber circuit 3 having the same configuration is divided into a V phase and a W phase. Are also provided. Then, electric power is supplied to the motor as the load 2 from an output terminal which is a connection point between the upper arm and the lower arm of each of the U, V, and W phase inverters.

【0074】インバータ装置に対する制御側の構成とし
て、制御回路5及び駆動回路4が備えられており、制御
回路5は、入力された速度指令8と各相の出力電流を検
出する電流検出器6からの信号とに基づいて、各相の上
アーム及び下アームのIGBTをオンあるいはオフさせ
る信号を生成し、駆動回路4は、この制御回路5からの
手段により各IGBTのゲートを駆動してインバータ装
置を制御し、負荷2としてのモータを制御する。
As a configuration on the control side of the inverter device, a control circuit 5 and a drive circuit 4 are provided, and the control circuit 5 receives an input speed command 8 and a current detector 6 for detecting an output current of each phase. The driving circuit 4 generates a signal for turning on or off the IGBTs of the upper arm and the lower arm of each phase based on the signals of And the motor as the load 2 is controlled.

【0075】前述した本発明の第3の実施例による電力
変換装置は、前述したように、スナバ回路の可変容量キ
ャパシタの効果により、過電圧抑制と損失の低減を図る
ことができ、同時に、負荷電流が小さい場合の制御性を
改善することができるという効果を奏することができ、
かつ、電圧の振動が抑制されるため、電流検出器6に悪
影響を及ぼすノイズを低減することができる。
As described above, the power converter according to the third embodiment of the present invention can suppress the overvoltage and reduce the loss by the effect of the variable capacitor of the snubber circuit. The effect that the controllability can be improved when is small,
In addition, since the oscillation of the voltage is suppressed, noise that adversely affects the current detector 6 can be reduced.

【0076】以下、電流検出器6に悪影響を及ぼすノイ
ズの低減について説明する。
In the following, a description will be given of the reduction of noise that adversely affects the current detector 6.

【0077】すなわち、図7において、負荷2であるモ
ータの巻線間にはストレーキャパシタが存在しており、
U相〜W相の各出力電圧が変動すると、ストレーキャパ
シタに高周波の漏れ電流が流れ、この漏れ電流が電流検
出器6に影響を及ぼす恐れがある。本発明の実施例の場
合、図2により説明したように、IGBTQ1の電圧振
動(U相の出力電圧の変動に等しい)を抑制することが
できるため、前述した高周波漏れ電流を低減することが
可能である。
That is, in FIG. 7, a stray capacitor exists between the windings of the motor which is the load 2, and
When the output voltages of the U-phase to W-phase fluctuate, a high-frequency leakage current flows through the stray capacitor, and this leakage current may affect the current detector 6. In the case of the embodiment of the present invention, as described with reference to FIG. 2, since the voltage oscillation of the IGBT Q1 (equal to the fluctuation of the U-phase output voltage) can be suppressed, the above-described high-frequency leakage current can be reduced. It is.

【0078】また、図7に示す本発明の第3の実施例に
よる電力変換装置は、モータの制御動作を安定化させる
上でも有効である。すなわち、ノイズの原因は、前述し
たモータ巻線間のストレーキャパシタを流れる高周波漏
れ電流の他に、対地間浮遊容量に関するノイズ電流等、
様々な要因があるが、その多くが急激な電圧変化(dV
/dt)に起因しており、従来技術によるスナバ回路を
使用する場合に、電圧が振動し、dV/dtが大きくな
るような場合でも、本発明の実施例による電力変換装置
は、電圧振動及びdV/dtを抑制することができるた
め、ノイズの低減を図ることができ、モータの制御動作
を安定化することができる。
The power converter according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 7 is also effective in stabilizing the control operation of the motor. That is, the cause of the noise is, in addition to the high-frequency leakage current flowing through the stray capacitor between the motor windings described above, a noise current related to a stray capacitance between the ground,
There are various factors, most of which are sudden voltage changes (dV
/ Dt), even when the voltage oscillates and dV / dt increases when using the snubber circuit according to the related art, the power converter according to the embodiment of the present invention can perform the voltage oscillation and Since dV / dt can be suppressed, noise can be reduced, and the control operation of the motor can be stabilized.

【0079】前述した本発明の第3の実施例による電力
変換装置は、図1に示す実施例をU相〜W相の各1相分
とする構成のインバータを3相分並列に設けて構成する
として説明したが、図6に示す実施例を使用しても同様
に構成することができ、同様な効果を得ることができ
る。
The above-described power converter according to the third embodiment of the present invention is configured by providing the inverter shown in FIG. 1 for each of the U-phase to W-phase three phases in parallel. However, the same configuration can be obtained by using the embodiment shown in FIG. 6, and the same effect can be obtained.

【0080】図8は本発明の第4の実施例による電力変
換装置の構成を説明する図である。この実施例は、図7
により説明した本発明の第3の実施例における可変容量
キャパシタの構成を変えた例であり、図には図7のスナ
バ回路3の第1の可変容量キャパシタに係る部分だけを
抜き出して示しているが、他の全てのIGBTに関する
可変容量キャパシタも同様に構成される。
FIG. 8 is a diagram illustrating the configuration of a power converter according to a fourth embodiment of the present invention. This embodiment is shown in FIG.
This is an example in which the configuration of the variable capacitor in the third embodiment of the present invention described above is changed, and FIG. 7 only shows a portion related to the first variable capacitor of the snubber circuit 3 in FIG. However, the variable capacitance capacitors for all other IGBTs are similarly configured.

【0081】図8に示す本発明の第4の実施例は、キャ
パシタC1とダイオードDs1との間にスイッチ素子S
3を備え、電流検出器6による負荷電流の検出結果に基
づいて、制御回路5がスイッチ素子S3をオン、あるい
は、オフに制御するものである。すなわち、この実施例
は、モータに対する負荷電流が予め設定した値より小さ
い場合にスイッチ素子S3をオフに制御することが特徴
である。スイッチ素子S3がオフの状態で、キャパシタ
C1、C2により構成される第1の可変容量キャパシタ
の合成容量は、ダイオードDs1のバイアス状態に関係
無く数2式で表わされる値に固定化される。また、スイ
ッチ素子S3がオン状態のときには、図2の説明で述べ
た動作が行われる。
In the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 8, a switch element S is provided between a capacitor C1 and a diode Ds1.
The control circuit 5 controls the switch element S3 to be turned on or off based on the detection result of the load current by the current detector 6. That is, this embodiment is characterized in that the switch element S3 is controlled to be turned off when the load current to the motor is smaller than a preset value. With the switch element S3 turned off, the combined capacitance of the first variable capacitance capacitors constituted by the capacitors C1 and C2 is fixed to a value represented by Expression 2 regardless of the bias state of the diode Ds1. When the switch element S3 is in the ON state, the operation described in the description of FIG. 2 is performed.

【0082】モータを駆動の場合、モータに供給する電
流は、各相毎に位相が120度ずれた正弦波の電流であ
る。また、数1式で表わしたように配線の電磁エネルギ
ーは電流の2乗に比例するため、電流が小さい場合、ス
イッチング素子であるIGBTが許容できる範囲でスナ
バ回路の容量を小さくした方が、損失の低減、スナバ回
路の充電時間短縮の点から望ましい。
When the motor is driven, the current supplied to the motor is a sinusoidal current whose phase is shifted by 120 degrees for each phase. Further, since the electromagnetic energy of the wiring is proportional to the square of the current as expressed by Equation 1, when the current is small, it is better to reduce the capacitance of the snubber circuit within the allowable range of the IGBT as the switching element. It is desirable from the viewpoint of reduction of the charging time and the charging time of the snubber circuit.

【0083】図1により説明した実施例の場合、可変容
量キャパシタの容量が数2式により表わされる容量から
キャパシタC1単独の容量に切り替わる条件は、数6式
で表わしたキャパシタC2の電圧が零になることであ
る。数6式は数3式に依存するから、図1に示した実施
例の場合も、容量の切り替えは、間接的に負荷電流に依
存している。負荷電流に対する間接的な容量変化を直接
的な関係にしようとしたものが図8に示す本発明の第4
の実施例である。
In the embodiment described with reference to FIG. 1, the condition under which the capacity of the variable capacitor is switched from the capacity expressed by the equation (2) to the capacity of the capacitor C1 alone is that the voltage of the capacitor C2 expressed by the equation (6) becomes zero. It is becoming. Since the equation (6) depends on the equation (3), the switching of the capacitance also indirectly depends on the load current in the embodiment shown in FIG. An attempt to make the indirect capacitance change with respect to the load current a direct relationship is shown in FIG.
This is an embodiment of the invention.

【0084】この本発明の第4の実施例において、スイ
ッチ素子S3がオフとされる期間は、負荷2に対する正
弦波電流の各サイクルにおける電流が予め設定した値よ
り小さい期間とされるが、負荷2に対する正弦波電流の
ピーク値が、予め設定した値より小さい場合には、常時
スイッチ素子S3はオフとされることになる。
In the fourth embodiment of the present invention, the period during which the switching element S3 is turned off is a period during which the current in each cycle of the sine wave current to the load 2 is smaller than a preset value. When the peak value of the sine wave current for 2 is smaller than a preset value, the switch element S3 is always turned off.

【0085】前述した本発明の第4の実施例によれば、
電流が小さい場合に数2式で表わされる容量、電流が大
きい場合に可変容量というように、負荷2の動作状況に
応じたバリエーションを増やしフレキシブルな対応が可
能になる。
According to the above-described fourth embodiment of the present invention,
When the current is small, the capacity is represented by the equation (2), and when the current is large, the capacity is variable.

【0086】[0086]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
イッチング素子としてのパワー半導体素子に対する過電
圧を軽減させ、スナバ回路の損失、パワー半導体素子の
スイッチング損失を低減することができる。また、電圧
変動を抑制して負荷となる装置に影響を及ぼすノイズを
低減し装置の動作を安定化させることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the overvoltage on the power semiconductor element as the switching element, and reduce the loss of the snubber circuit and the switching loss of the power semiconductor element. In addition, it is possible to suppress voltage fluctuations, reduce noise affecting a device serving as a load, and stabilize the operation of the device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明第1の実施例による電力変換装置の構成
例を示す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a power converter according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例の動作を説明する電流経
路を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a current path for explaining the operation of the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例の動作を説明する波形図
である。
FIG. 3 is a waveform chart for explaining the operation of the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施例に用いるスナバ回路の損
失と最大電圧とを従来技術と比較して説明する図であ
る。
FIG. 4 is a diagram for explaining the loss and the maximum voltage of the snubber circuit used in the first embodiment of the present invention in comparison with the prior art.

【図5】本発明の第1の実施例におけるスイッチング素
子のターンオフ波形を従来技術と比較して説明するであ
る。
FIG. 5 is a diagram illustrating a turn-off waveform of a switching element according to the first embodiment of the present invention in comparison with a conventional technique.

【図6】このような本発明の第2の実施例の構成を示す
図である。
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of such a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施例による電力変換装置構成
例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a power converter according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第4の実施例による電力変換装置の構
成を説明する図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a power conversion device according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電源 2 負荷 3 1相分のスナバ回路 4 駆動回路 5 制御回路 6 電流検出手段 7 交流電源 9 コンバータ 10、11 制御手段 Q1〜Q6 IGBT D1〜D6 ダイオード Ds1〜Ds4 スナバダイオード C1〜C4 スナバキャパシタ C5 クランプキャパシタ R1、R2 抵抗 S1〜S3 スイッチ素子 Reference Signs List 1 power supply 2 load 3 snubber circuit for one phase 4 drive circuit 5 control circuit 6 current detection means 7 AC power supply 9 converter 10, 11 control means Q1 to Q6 IGBT D1 to D6 diode Ds1 to Ds4 snubber diode C1 to C4 snubber capacitor C5 Clamp capacitors R1, R2 Resistance S1 to S3 Switch element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H03K 17/16 H03K 17/16 M (72)発明者 椙山 繁 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 株式会社 日立製作所 大みか工場内 (56)参考文献 特開 平7−213076(JP,A) 特開 平7−87726(JP,A) 特開 平5−122946(JP,A) 特開 平5−260758(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/48 H02M 1/00 H02M 1/06 H02M 7/5387 H03K 17/16 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H03K 17/16 H03K 17/16 M (72) Inventor Shigeru Sugiyama 5-2-1 Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd. In the Omika factory (56) References JP-A-7-213076 (JP, A) JP-A-7-87726 (JP, A) JP-A-5-122946 (JP, A) JP-A-5-260758 (JP, A A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H02M 7/48 H02M 1/00 H02M 1/06 H02M 7/5387 H03K 17/16

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 主電源の端子間に、直列に接続された第
1、第2のスイッチング素子を備え、制御手段の指令に
応じて前記2つのスイッチング素子を制御することによ
り、前記2つのスイッチング素子の接続点から負荷に電
力を供給す電力変換装置において、前記2つのスイッチ
ング素子のそれぞれの入出力端子間に接続された第1、
第2のキャパシタを有すると共に、前記各スイッチング
素子に対する第2のキャパシタ相互間を接続するクラン
プ用スナバキャパシタを有し、前記スイッチング素子の
オン時、その素子に対応する前記第1のキャパシタから
第2のキャパシタにエネルギーを供給し、前記スイッチ
ング素子に印加される両キャパシタの充電電圧を相殺さ
せると共に、前記スイッチング素子のオフ時、その素子
の電圧が所定値以下で、その素子に対応する第1、第2
の2つのキャパシタの直列合成容量により、また、素子
の電圧が所定値以上で、その素子に対応する第1のキャ
パシタの単独容量によりスイッチング素子に印加される
電圧を抑制することを特徴とする電力変換装置。
A first switching element connected in series between terminals of a main power supply, wherein the two switching elements are controlled in accordance with a command from a control means, so that the two switching elements are switched. In a power converter for supplying power to a load from a connection point of elements, a first power conversion apparatus connected between input and output terminals of each of the two switching elements.
A second snubber capacitor for connecting each of the second capacitors to each of the switching elements; and when the switching element is turned on, a second snubber capacitor is provided from the first capacitor corresponding to the element. And supplying the energy to the capacitors to cancel the charging voltages of both capacitors applied to the switching element. When the switching element is turned off, the voltage of the element is equal to or less than a predetermined value, and the first, Second
The voltage applied to the switching element is suppressed by the series combined capacitance of the two capacitors and by the single capacitance of the first capacitor corresponding to the element when the voltage of the element is equal to or higher than a predetermined value. Conversion device.
【請求項2】 主電源の端子間に、直列に接続された第
1、第2のスイッチング素子を備え、制御手段の指令に
応じて前記2つのスイッチング素子を制御することによ
り、前記2つのスイッチング素子の接続点から負荷に電
力を供給す電力変換装置において、前記2つのスイッチ
ング素子のそれぞれの入出力端子間に接続された第1の
ダイオードと第1のキャパシタとを直列に接続した回路
手段と、前記第1のダイオードのそれぞれに並列に接続
した、抵抗と第2のキャパシタとを直列に接続し、前記
第1のダイオードと同一方向に電流を通流する第2のダ
イオードを前記抵抗に並列に設けた回路手段と、前記抵
抗と第2のキャパシタとの接続点相互間を接続するクラ
ンプ用スナバキャパシタとを備えたことを特徴とする電
力変換装置。
2. A semiconductor device comprising: a first switching element connected in series between terminals of a main power supply; and a second switching element, wherein the two switching elements are controlled in accordance with a command from a control means. In a power converter for supplying power to a load from a connection point of elements, a circuit means in which a first diode and a first capacitor connected between respective input / output terminals of the two switching elements are connected in series; A resistor and a second capacitor connected in parallel to each of the first diodes, and a second diode passing a current in the same direction as the first diode is connected in parallel to the resistor. A power converter, comprising: a circuit means provided in the power supply device; and a clamp snubber capacitor for connecting connection points between the resistor and the second capacitor.
【請求項3】 主電源の端子間に、直列に接続された第
1、第2のスイッチング素子を備え、制御手段の指令に
応じて前記2つのスイッチング素子を制御することによ
り、前記2つのスイッチング素子の接続点から負荷に電
力を供給す電力変換装置において、前記2つのスイッチ
ング素子のそれぞれの入出力端子間に接続されたスイッ
チ手段と第1のキャパシタとを直列に接続した回路手段
と、前記スイッチ手段のそれぞれに並列に接続した、抵
抗と第2のキャパシタとを直列に接続し、前記スイッチ
手段と同一方向に電流を通流するダイオードを前記抵抗
に並列に設けた回路手段と、前記抵抗と第2のキャパシ
タとの接続点相互間を接続するクランプ用スナバキャパ
シタとを備え、前記第2のキャパシタに充電された電圧
に応じて前記スイッチ手段をオフまたはオン制御するこ
とを特徴とする電力変換装置。
3. A switching device comprising: a first and a second switching element connected in series between terminals of a main power supply; and controlling the two switching elements in accordance with a command from a control means. A power converter for supplying power to a load from a connection point of elements, a circuit means in which switch means connected between respective input / output terminals of the two switching elements and a first capacitor are connected in series; Circuit means in which a resistor and a second capacitor are connected in series to each of the switch means, and a diode for passing a current in the same direction as the switch means is provided in parallel with the resistor; And a clamping snubber capacitor for connecting a connection point between the second capacitor and a second capacitor, wherein the switch is provided in accordance with a voltage charged in the second capacitor. A power converter for turning off or on the switching means.
【請求項4】 主電源の端子間に、直列に接続された第
1、第2のスイッチング素子を備え、制御手段の指令に
応じて前記2つのスイッチング素子を制御することによ
り、前記2つのスイッチング素子の接続点から負荷に電
力を供給す電力変換装置において、前記2つのスイッチ
ング素子のそれぞれの入出力端子間に接続された第1の
ダイオードとスイッチ手段と第1のキャパシタとを直列
に接続した回路手段と、前記第1のダイオードとスイッ
チ手段の直列回路部のそれぞれに並列に接続した、抵抗
と第2のキャパシタとを直列に接続し、前記第1のダイ
オードと同一方向に電流を通流する第2のダイオードを
前記抵抗に並列に設けた回路手段と、第2のキャパシタ
相互間を接続するクランプ用スナバキャパシタとを備
え、前記スイッチ手段を、前記負荷に対する負荷電流が
予め設定した電流値より小さいときオフとすることを特
徴とする電力変換装置。
4. A switching device comprising: a first and a second switching element connected in series between terminals of a main power supply; and controlling the two switching elements in accordance with a command from a control means, thereby controlling the two switching elements. In a power converter for supplying power to a load from a connection point of elements, a first diode, a switch, and a first capacitor connected between input and output terminals of the two switching elements are connected in series. A circuit means, a resistor and a second capacitor connected in parallel to each of the series circuit sections of the first diode and the switch means are connected in series, and a current flows in the same direction as the first diode. Circuit means for providing a second diode to be connected in parallel with the resistor, and a snubber capacitor for clamping for connecting the second capacitors to each other. Is turned off when a load current to the load is smaller than a preset current value.
【請求項5】 前記第2のキャパシタの容量値が前記第
1のキャパシタの容量値に比べて小さく設定されること
特徴とする請求項1ないし4のうちいずれか1記載の電
力変換装置。
5. The power conversion device according to claim 1, wherein a capacitance value of said second capacitor is set smaller than a capacitance value of said first capacitor.
【請求項6】 前記クランプ用スナバキャパシタ容量値
が前記第1、第2のキャパシタの容量値に比べて大きく
設定されることを特徴とする請求項1ないし5のうちい
ずれか1記載の電力変換装置。
6. The power converter according to claim 1, wherein the capacitance value of the clamp snubber capacitor is set to be larger than the capacitance values of the first and second capacitors. apparatus.
【請求項7】 主電源の端子間に、直列に接続された第
1、第2のスイッチング素子を1つの相としてこれを複
数相備え、制御手段の指令に応じて前記スイッチング素
子を制御することにより、前記各相の2つのスイッチン
グ素子の接続点から負荷に電力を供給す電力変換装置に
おいて、請求項1ないし6のうちいずれか1記載の電力
変換装置を1相分として使用することを特徴とする電力
変換装置。
7. A method comprising: providing a plurality of phases of first and second switching elements connected in series as one phase between terminals of a main power supply, and controlling the switching elements in accordance with a command from a control means. Thus, in a power converter for supplying power to a load from a connection point of two switching elements of each phase, the power converter according to any one of claims 1 to 6 is used for one phase. Power converter.
JP21068295A 1995-08-02 1995-08-18 Power converter Expired - Fee Related JP3273461B2 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21068295A JP3273461B2 (en) 1995-08-18 1995-08-18 Power converter
TW085108699A TW301081B (en) 1995-08-02 1996-07-17
CN96109274A CN1041673C (en) 1995-08-02 1996-08-01 Electric power converter
KR1019960032360A KR970013605A (en) 1995-08-02 1996-08-02 Power conversion device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21068295A JP3273461B2 (en) 1995-08-18 1995-08-18 Power converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0956166A JPH0956166A (en) 1997-02-25
JP3273461B2 true JP3273461B2 (en) 2002-04-08

Family

ID=16593370

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP21068295A Expired - Fee Related JP3273461B2 (en) 1995-08-02 1995-08-18 Power converter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3273461B2 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5824017A (en) * 1997-03-05 1998-10-20 Physio-Control Corporation H-bridge circuit for generating a high-energy biphasic waveform in an external defibrillator
DE19933161A1 (en) * 1999-07-20 2001-01-25 Patent Treuhand Ges Fuer Elektrische Gluehlampen Mbh Circuit arrangement
JP5528946B2 (en) * 2010-08-10 2014-06-25 ナブテスコ株式会社 Indirect matrix converter
JP5675566B2 (en) * 2011-11-30 2015-02-25 株式会社 日立パワーデバイス Bootstrap circuit and inverter device including the same
JP2018107905A (en) * 2016-12-26 2018-07-05 アイシン精機株式会社 Motor control device
JP7011539B2 (en) * 2018-06-19 2022-01-26 株式会社Soken Power converter
CN109450240A (en) * 2018-12-11 2019-03-08 天水电气传动研究所有限责任公司 IGBT buffer circuit for frequency converter

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0956166A (en) 1997-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8614568B2 (en) Gate drive circuit of the voltage drive type semiconductor element and power converter
JP3598933B2 (en) Power converter
US5793190A (en) Method and device for power conversion
US6407937B2 (en) Active overvoltage protection apparatus for a bidirectional power switch in common collector mode
KR101298437B1 (en) Dc power supply
US20010015670A1 (en) Semiconductor power converting apparatus
US7948276B2 (en) Gate driver circuit, switch assembly and switch system
KR100337035B1 (en) Passive auxiliary circuit for series connection of IGBTs
US6643157B2 (en) Resonant inverter circuit
JPH0946201A (en) Driving method/device for insulating gate type semiconductor device
JP3577807B2 (en) Driver circuit for self-extinguishing semiconductor device
US20020172062A1 (en) Resonant inverter control system
JP3273461B2 (en) Power converter
JP2957407B2 (en) Three-level inverter device
JP4321491B2 (en) Voltage-driven semiconductor device driving apparatus
US4805079A (en) Switched voltage converter
EP4304067A1 (en) Noise suppression method and apparatus for totem pole pfc circuit, and electronic device
JP4506276B2 (en) Drive circuit for self-extinguishing semiconductor device
JP3199610B2 (en) Snubber circuit and power conversion device using the same
JPH08186976A (en) Driver of power semiconductor element
JPH10201247A (en) Power converting apparatus using auxiliary resonance commutating circuit
US5400242A (en) Multi-series inverter arrangement
JP3356783B2 (en) Power conversion device and motor control device
JP3569192B2 (en) Semiconductor power converter
US5070426A (en) Clipper circuit for power transistor circuit and inverter circuit utilizing the same

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080201

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090201

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100201

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100201

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110201

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120201

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130201

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130201

Year of fee payment: 11

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees