JP4074991B2 - 交流−交流電力変換装置 - Google Patents
交流−交流電力変換装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4074991B2 JP4074991B2 JP2003073293A JP2003073293A JP4074991B2 JP 4074991 B2 JP4074991 B2 JP 4074991B2 JP 2003073293 A JP2003073293 A JP 2003073293A JP 2003073293 A JP2003073293 A JP 2003073293A JP 4074991 B2 JP4074991 B2 JP 4074991B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- modules
- semiconductor switching
- phase
- reverse blocking
- 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
Links
Images
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等の逆阻止能力を有する半導体スイッチング素子を用いた半導体素子モジュールを使用して多相交流電圧を所定の大きさと周波数を有する多相交流電圧に直接変換する交流−交流電力変換装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図4は、IGBTからなる半導体素子モジュール、及び、このモジュールを用いた交流−交流電力変換装置の従来技術を示す回路図である。
図4において、101〜109はそれぞれ2個のIGBT100からなる半導体素子モジュールである。ここで、図示のIGBT100は、ゲート−エミッタ(それぞれG,Eと略記する)間に電圧を印加することでコレクタ(同じくCと略記する)からエミッタへの電流の通流、遮断を制御可能であると共に、逆阻止能力を持たない一般的なIGBTと異なり、エミッタからコレクタに向かう電流に対しては常に遮断状態となる、いわゆる逆阻止形の半導体スイッチング素子として動作する。
【0003】
上記半導体素子モジュール101〜109は、それぞれ2個のIGBT100を逆並列接続して構成されているので、正逆両方向の電流の通流、遮断を制御可能な双方向スイッチを構成している。
ここで、逆阻止能力を有する半導体スイッチング素子としては、逆導通形の素子または逆耐圧を持たない素子とダイオードとを直列に接続し、全体として逆阻止能力を有するように構成することも可能である。
【0004】
また、R,S,Tは三相交流電源に接続される交流入力端子であり、端子Rはモジュール101,104,107の一端(2個のIGBT100同士の接続点の一端)に接続され、端子Sはモジュール102,105,108の一端に接続され、端子Tはモジュール103,106,109の一端に接続されている。
更に、U,V,Wは三相負荷に接続される交流出力端子であり、端子Uはモジュール101〜103の他端(2個のIGBT100同士の接続点の他端)に接続され、端子Vはモジュール104〜106の他端に接続され、端子Wはモジュール107〜109の他端に接続されている。
【0005】
110〜127は、各IGBT100にゲート−エミッタ間電圧(以下、単にゲート電圧という)を与えるためのゲート駆動回路(GDと略記する)であり、ゲート電源128〜133からそれぞれ電力が供給されている。なお、ゲート駆動回路110〜127は、図示されていないゲート信号線からの信号により、ゲート電圧を出力するようになっている。
【0006】
上記構成の電力変換装置は、ゲート駆動回路110〜127によってモジュール101〜109内の所定のIGBT100をスイッチング動作させることにより、端子R,S,Tから入力される三相交流電圧を直流電圧に変換することなく、所定の大きさと周波数を有する三相交流電圧に直接変換して端子U,V,Wから出力するマトリクスコンバータとして知られている。
【0007】
ここで、各モジュール内の2個のIGBT100のエミッタは、交流入力端子R,S,Tまたは交流出力端子U,V,Wに接続されるため、電位が互いに異なっている。従って、各IGBT100は、出力がそれぞれ絶縁された異なるゲート電源によって駆動することが必要になる。
しかし、ゲート電源は、必ずしもすべてのIGBT100の数(ゲート駆動回路110〜127の数)だけ必要な訳ではなく、原理的には、エミッタ電位が共通するIGBT100(ゲート駆動回路)に対しては同一のゲート電源を使用することができる。図4の例では、IGBT100の数が全体で18個であるのに対し、エミッタ電位が共通であるIGBT100が各端子R,S,T,U,V,Wごとに3個ずつ存在するため、これらの端子数に応じた6個のゲート電源128〜133で足りることになる。
【0008】
なお、図4のように、エミッタ電位が共通である複数のIGBTに対してゲート電源を共用化することにより、回路構成の簡略化を図った電力変換装置が、下記の特許文献1に記載されている。
【0009】
【特許文献1】
特開2001−61275号公報([0029],[0040],図1,図5等)
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
図4に示した電力変換装置において、共通接続されたエミッタ同士であっても、現実には共通接続線の長さに応じた配線インダクタンスが存在し、かつ、それぞれの配線インダクタンスとこれに流れる電流の変化率との積である誘起電圧が異なるため、各エミッタ間に電位差を生じ得る。特に、図4の回路構成では交流入力端子R,S,T側の共通接続線が長くなるので、配線インダクタンスも大きくなり、この配線インダクタンスに発生した電圧がゲート電圧に擾乱を与え、装置の誤動作や性能の低下を引き起こすおそれがある。これらの問題を抜本的に解決するためには、結局、ゲート駆動回路ごとにゲート電源を設けざるを得ず、その結果として装置の大型化やコストの増加を招くという問題があった。
【0011】
そこで本発明は、複数の逆阻止形半導体スイッチング素子の共通接続線を短くして交流出力端子からエミッタ等の共通接続電極に至るまでの配線長をほぼ等しくし、配線インダクタンスに起因する共通接続電極の電位差を小さくした半導体素子モジュールを有する小型かつ安価な交流−交流電力変換装置を提供しようとするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1に記載した交流−交流電力変換装置は、第1電極から第2電極に向かう電流の通流、遮断を、第2電極と制御電極との間に印加される電圧あるいは制御電極に流入する電流によって制御可能であり、かつ、第2電極から第1電極に向かう電流を常に遮断する逆阻止形半導体スイッチング素子を複数備え、これら複数の逆阻止形半導体スイッチング素子の各第2電極をそれぞれほぼ等しい配線長で単一の出力端子に共通接続し、かつ、前記複数の逆阻止形半導体スイッチング素子の第1電極をそれぞれ個別の入力端子に接続すると共に、前記複数の逆阻止形半導体スイッチング素子を共通の電源により駆動する半導体素子モジュールを構成し、
この半導体素子モジュールを入力相数に等しい数の逆阻止形半導体スイッチング素子により構成し、かつ、このモジュールを出力相数に等しい数だけ設けると共に、これらのモジュール内の各半導体スイッチング素子の第1電極を各相の交流入力端子にそれぞれ接続し、モジュールごとに共通接続された第2電極を各相の交流出力端子にそれぞれ接続してなる正側ユニットと、
前記半導体素子モジュールを出力相数に等しい数の逆阻止形半導体スイッチング素子により構成し、かつ、このモジュールを入力相数に等しい数だけ設けると共に、これらのモジュール内の各半導体スイッチング素子の第1電極を各相の交流出力端子にそれぞれ接続し、モジュールごとに共通接続された第2電極を各相の交流入力端子にそれぞれ接続してなる負側ユニットと、を備え、
前記半導体スイッチング素子のスイッチングにより、前記各相の交流入力端子に入力される多相交流電圧を所定の大きさ及び周波数を有する多相交流電圧に直接変換して前記各相の交流出力端子から出力させるものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。まず図1は請求項1に係る発明の実施形態を示す回路構成図である。
この図1において、1〜6は半導体素子モジュールであり、図4の説明で述べた逆阻止形の半導体スイッチング素子であるIGBT100をそれぞれ3個内蔵していると共に、これらのIGBT100のエミッタ同士を共通接続して構成されている。
ここで、本実施形態におけるIGBT100のコレクタは請求項における逆阻止形半導体スイッチング素子の第1電極、同じくエミッタは第2電極、同じくゲートは制御電極に相当する。
【0017】
3個のモジュール1〜3は正側ユニット40Pを構成しており、各モジュール1〜3内の3個のIGBT100のコレクタは交流入力端子R,S,Tに各々接続されている。つまり、交流入力端子R,S,Tに対して3個のモジュール1〜3が並列的に接続されている。
また、各モジュール1〜3内のIGBT100の共通接続されたエミッタは、交流出力端子U,V,Wに各々接続されている。
更に、各モジュール1〜3内のIGBT100のゲート−エミッタ間にはゲート駆動回路7〜15がそれぞれ個別に接続され、これらのゲート駆動回路7〜15には、個々のモジュール1〜3に一対一で対応するゲート電源25,26,27からそれぞれ電力が供給されている。
【0018】
他方、残りの3個のモジュール4〜6は負側ユニット40Nを構成しており、各モジュール1〜3内の3個のIGBT100のコレクタは交流出力端子U,V,Wに各々接続されている。つまり、交流出力端子U,V,Wに対して3個のモジュール4〜6が並列的に接続されている。
また、各モジュール4〜6内のIGBT100の共通接続されたエミッタは、交流入力端子T,S,Rに各々接続されている。
更に、各モジュール4〜6内のIGBT100のゲート−エミッタ間にはゲート駆動回路16〜24がそれぞれ個別に接続され、これらのゲート駆動回路16〜24には、個々のモジュール4〜6に一対一で対応するゲート電源28,29,30からそれぞれ電力が供給されている。
【0019】
上記構成において、各モジュール1〜6は図4のモジュール101〜109と異なって双方向スイッチを構成しておらず、それぞれ3個のIGBT100のコレクタ(第1電極)の何れかからエミッタ(第2電極)方向に電流を流す単方向スイッチを構成している。
また、電力変換装置全体として双方向性を持たせるために、交流入力端子R,S,T側から交流出力端子U,V,W側に電流を流すための正側ユニット40Pと、これとは逆に交流出力端子U,V,W側から交流入力端子R,S,T側に電流を流すための負側ユニット40Nとからなっている。
【0020】
既に明らかなように、正側ユニット40Pでは、各モジュール1〜3が入力相数に等しい数のIGBT100により構成され、かつ、モジュール1〜3の数は出力相数に等しい。また、負側ユニット40Nでは、各モジュール4〜6が出力相数に等しい数のIGBT100により構成され、かつ、モジュール4〜6の数は入力相数に等しい。
本実施形態では入力相数=出力相数=3であるから、全てのモジュール1〜6が何れも3個のIGBT100により構成され、正側ユニット40P、負側ユニット40N内のモジュール数もそれぞれ3個となっている。
【0021】
ここで、図2は図1の実施形態の等価回路図であり、図1におけるゲート電源25〜30及びゲート駆動回路7〜24を省略すると共に、図1の18個のIGBT100を、スイッチとダイオードとの直列接続による単方向性のスイッチS1〜S18として表現してある。
また、図3は図4の従来技術の等価回路図であり、図4におけるゲート電源128〜133及びゲート駆動回路110〜127を省略し、図4の逆並列接続された2個のIGBT100からなるモジュール101〜109を、それぞれ単一の双方向スイッチ101〜109により表現したものである。
【0022】
これらの図において、図2のIGBT S1,S16が図3のモジュール(双方向スイッチ)101に、同じくIGBT S2,S13がモジュール102に、同じくIGBT S3,S10がモジュール103に、同じくIGBT S4,S17がモジュール104に、同じくIGBT S5,S14がモジュール105に、同じくIGBT S6,S11がモジュール106に、同じくIGBT S7,S18がモジュール107に、同じくIGBT S8,S15がモジュール108に、同じくIGBT S9,S12がモジュール109にそれぞれ相当することが明らかである。
【0023】
すなわち、図1,図2に示す実施形態では、交流入力端子R,S,Tと交流出力端子U,V,Wとの間に接続された正側ユニット40P(モジュール1〜3あるいはIGBT S1〜S9)及び負側ユニット40N(モジュール4〜6あるいはIGBT S10〜S18)により、交流−交流電力変換装置としてのマトリクスコンバータが構成され、IGBT S1〜S18のスイッチング動作によって、端子R,S,Tから入力される三相交流電圧を直流電圧に変換することなく所定の大きさと周波数を有する三相交流電圧に直接変換して端子U,V,Wから出力するものである。
【0024】
上記のように、本実施形態では、3個のIGBT100のエミッタを共通接続して1個の半導体素子モジュールを構成し、3個の半導体素子モジュール1〜3により正側ユニット40Pを構成すると共に、各エミッタ共通接続線を交流出力端子U,V,Wにそれぞれ接続している。
同様にして、3個のIGBT100のエミッタを共通接続して1個の半導体素子モジュールを構成し、3個の半導体素子モジュール4〜6により負側ユニット40Nを構成すると共に、各エミッタ共通接続線を交流入力端子R,S,Tにそれぞれ接続している。
【0025】
このような構成により、IGBT100のエミッタをごく短い配線長で共通接続することができ、これによって交流出力端子U,V,Wから各エミッタに至るまでの配線長をほぼ等しくすることができる。このため、共通接続線の配線インダクタンス自体を小さくし、また、配線インダクタンスに起因する各エミッタの電位差を極力低減することが可能である。従って、従来技術のようにゲート電圧の擾乱による装置の誤動作や性能の低下を招くおそれもない。
また、これらの半導体素子モジュール1〜6を用いたマトリクスコンバータ等の交流−交流電力変換装置では、ゲート駆動回路ごとにゲート電源を設ける必要もないので、装置の大型化やコストの増加を回避することができる。
【0029】
なお、上記実施形態では、半導体スイッチング素子としてIGBTを使用した例につき説明したが、本発明の半導体素子モジュールは、第1電極から第2電極への電流の通流、遮断を、第1または第2電極と制御電極との間の印加電圧あるいは制御電極への流入電流によって制御することが可能であり、しかも、第2電極から第1電極に向かう電流を常に遮断する逆阻止形半導体スイッチング素子であれば、パワトランジスタ(通常のバイポーラトランジスタ)、サイリスタ、FET等の半導体スイッチング素子を使用したモジュールも含むものである。
更に前述の如く、本発明は、交流入力が三相以外の場合でも入力相数と同数の半導体スイッチング素子を内蔵したモジュールを用いれば、前記実施形態と同じ効果を得ることができるのは言うまでもない。
【0030】
【発明の効果】
以上のように本発明の交流−交流電力変換装置によれば、逆阻止形半導体スイッチング素子の共通接続線を短くして交流出力端子から各エミッタ等の共通接続電極に至るまでの配線長をほぼ等しくすることができ、これによって配線インダクタンスに起因する各共通接続電極の電位差を低減することが可能である。このため、駆動電圧の擾乱による装置の誤動作や性能の低下を防止できる効果がある。
また、本発明の交流−交流電力変換装置では、素子の駆動回路ごとに電源を設ける必要もないため、装置の大型化やコストの増加を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示す回路図である。
【図2】図1の実施形態の等価回路図である。
【図3】図4の従来技術の等価回路図である。
【図4】半導体素子モジュール及びこのモジュールを用いた交流−交流電力変換装置の従来技術を示す回路図である。
【符号の説明】
1〜6:半導体素子モジュール
7〜24:ゲート駆動回路
25〜30:ゲート電源
40P:正側ユニット
40N:負側ユニット
100,S1〜S18:IGBT
R,S,T:交流入力端子
U,V,W:交流出力端子
Claims (1)
- 第1電極から第2電極に向かう電流の通流、遮断を、第2電極と制御電極との間に印加される電圧あるいは制御電極に流入する電流によって制御可能であり、かつ、第2電極から第1電極に向かう電流を常に遮断する逆阻止形半導体スイッチング素子を複数備え、これら複数の逆阻止形半導体スイッチング素子の各第2電極をそれぞれほぼ等しい配線長で単一の出力端子に共通接続し、かつ、前記複数の逆阻止形半導体スイッチング素子の第1電極をそれぞれ個別の入力端子に接続すると共に、前記複数の逆阻止形半導体スイッチング素子を共通の電源により駆動する半導体素子モジュールを構成し、
この半導体素子モジュールを入力相数に等しい数の逆阻止形半導体スイッチング素子により構成し、かつ、このモジュールを出力相数に等しい数だけ設けると共に、これらのモジュール内の各半導体スイッチング素子の第1電極を各相の交流入力端子にそれぞれ接続し、モジュールごとに共通接続された第2電極を各相の交流出力端子にそれぞれ接続してなる正側ユニットと、
前記半導体素子モジュールを出力相数に等しい数の逆阻止形半導体スイッチング素子により構成し、かつ、このモジュールを入力相数に等しい数だけ設けると共に、これらのモジュール内の各半導体スイッチング素子の第1電極を各相の交流出力端子にそれぞれ接続し、モジュールごとに共通接続された第2電極を各相の交流入力端子にそれぞれ接続してなる負側ユニットと、を備え、
前記半導体スイッチング素子のスイッチングにより、前記各相の交流入力端子に入力される多相交流電圧を所定の大きさ及び周波数を有する多相交流電圧に直接変換して前記各相の交流出力端子から出力させることを特徴とする交流−交流電力変換装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003073293A JP4074991B2 (ja) | 2003-03-18 | 2003-03-18 | 交流−交流電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003073293A JP4074991B2 (ja) | 2003-03-18 | 2003-03-18 | 交流−交流電力変換装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004282940A JP2004282940A (ja) | 2004-10-07 |
JP4074991B2 true JP4074991B2 (ja) | 2008-04-16 |
Family
ID=33289225
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003073293A Expired - Fee Related JP4074991B2 (ja) | 2003-03-18 | 2003-03-18 | 交流−交流電力変換装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4074991B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006187143A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 電力用半導体スイッチモジュール |
JP2007267486A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Mitsubishi Electric Corp | 変換装置 |
JP6013023B2 (ja) | 2012-05-16 | 2016-10-25 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 電源回路及びマトリクスコンバータ |
US9312234B2 (en) * | 2012-05-29 | 2016-04-12 | Nsk Ltd. | Semiconductor module and method for manufacturing the same |
-
2003
- 2003-03-18 JP JP2003073293A patent/JP4074991B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004282940A (ja) | 2004-10-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5317413B2 (ja) | 半導体スイッチおよび当該半導体スイッチを適用した電力変換装置 | |
JP4798291B2 (ja) | 双方向スイッチ回路及びそれを備えた電力変換装置 | |
EP3029821B1 (en) | Semiconductor device and power conversion device | |
WO2007108263A1 (ja) | 電力変換装置 | |
US9912279B2 (en) | Circuit with current sharing alternately switched parallel transistors | |
CN110022078B (zh) | 电力变换装置 | |
US6909620B2 (en) | Inverter configurations with shoot-through immunity | |
WO2019154138A1 (zh) | 一种用于逆变器或整流器的电桥电路 | |
JP2018007403A (ja) | 電力変換装置 | |
US6137703A (en) | Clamped bidirectional power switches | |
JP6852445B2 (ja) | 半導体装置 | |
JP4074991B2 (ja) | 交流−交流電力変換装置 | |
JP2019004656A (ja) | 双方向スイッチ及びその駆動方法 | |
JP5298557B2 (ja) | 電圧駆動型半導体素子のゲート駆動装置 | |
JP6739865B2 (ja) | 半導体装置 | |
JP4770063B2 (ja) | Ipm回路 | |
JP4491718B2 (ja) | 3レベルコンバータ | |
KR101280424B1 (ko) | 비대칭 pwm 방식을 위한 3상 비대칭 인버터회로 | |
JPH10209832A (ja) | 半導体スイッチ回路 | |
WO2024057598A1 (ja) | 半導体スイッチング素子のゲート駆動回路、電動機制御システムおよび半導体装置 | |
JP2019088078A (ja) | ドライバ回路および電力変換装置 | |
JP2001145369A (ja) | インバータ | |
JP4688021B2 (ja) | 交流−交流直接変換形電力変換装置 | |
JP2023028645A (ja) | パワー半導体モジュール、並びにそれを用いたモータ駆動システム | |
JP2023140714A (ja) | 半導体装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050323 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071016 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071130 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080104 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080117 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110208 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110208 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120208 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120208 Year of fee payment: 4 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120208 Year of fee payment: 4 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130208 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |