JP4380280B2 - 3レベルインバータ - Google Patents
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Description
同図において、S1,S2,S3は直流電源または直流電圧Ep,Enに並列に接続される回路で、そのうちの1つであるS1が、IGBTQ1〜Q4の直列回路にクランプダイオードCD1,CD2の直列回路を並列に接続したものとして示されている。S2,S3もS1と同様に構成されることは言うまでもない。
図5のように出力パターンを変化させるには、IGBTをオンまたはオフさせる必要があるが、その際に配線に寄生するインダクタンス(Lm)の影響により、サージ電圧が発生する。このため、IGBTやクランプダイオードに素子定格を超える電圧が印加されるのを抑制し、素子破壊を未然に防止するために、例えば非特許文献1や特許文献1,2に開示されている、図6(a),(b)のようなスナバ回路を用いてサージ電圧を抑制し、IGBTやクランプダイオードの破壊を防止するのが一般的である。
また、図6(b)のようなスナバ回路Snb2の場合は、図6(a)のものと比べて電圧上昇率dv/dtが緩やかになり、さらに点線で囲む部分のダイオードDsの逆回復動作を緩和できるという利点がある。
例えば図8の回路で、図9のように変化するときの動作は、
(b2)の状態→IGBTQ2ターンオフ(bc2)→IGBTQ4ターンオン(c2)
となり、(bc2)期間ではIGBTQ2にターンオフ信号が入っても同じ状態を継続する。
VCE(Q2)+VCE(Q3)=VAK(CD1)+VAK(CD2)…(1)
ここで、IGBTQ3はオン状態であるため、VCE(Q3)≒0とすると、
VCE(Q2)=VAK(CD1)+VAK(CD2)…(2)
∴VAK(CD1)=VCE(Q2)−VAK(CD2)…(3)
となる。
VCE(Q2)>VAK(CD2)…(4)ならば逆電圧(図10C21,C23期間)
VCE(Q2)<VAK(CD2)…(5)ならば順電圧(図10C22期間)
のような電圧が印加される。過渡期間でこの関係が変化すると、図10に示す期間C22が短くなって、クランプダイオードCD1が微小オン逆回復動作となり、サージ電圧ΔVspが発生する(この点について必要ならば、「富士時報」Vol.74,No.2,2001,p149−152“過渡オン状態からのダイオード逆回復現象の解析”の項を参照されたい)。
VCE(Q2)+VCE(Q3)+VCE(Q4)=VAK(CD1)+En
であり、VCE(Q3),VCE(Q4)はオン状態であるため、VCE(Q3),VCE(Q4)≒0とすると、次式のようになる。
VCE(Q2)=VAK(CD1)+En
=ΔVsp+En…(6)
したがって、IGBTQ2にはクランプダイオードCD1のサージ電圧ΔVspと直流電圧Enとの和が印加されることになり、その耐圧レベルを超えるおそれがある。また、このサージ電圧ΔVspは非常に急峻で、スナバ回路では、スナバ回路自身の配線インダクタンス等の影響により、十分に抑制できないおそれがある。
図1からも明らかなように、各IGBTQ1〜Q4およびクランプダイオードCD1,CD2には、それぞれ一般的なスナバ回路Snbが接続されるとともに、IGBTQ2,Q3に接続されるスナバ回路Snb(Q2),Snb(Q3)を構成するダイオードDsには、コンデンサCdsに加えコンデンサCd2,Cd3が並列に接続されている。したがって、IGBTQ2,Q3に接続されるスナバ回路Snb(Q2),Snb(Q3)は、その他の素子に接続されているスナバ回路と比べて、ダイオードDsに並列に接続されているコンデンサの容量が大きくなっている。
図1では、IGBTQ2,Q3のスナバコンデンサCdsの容量を増加させるようにしたが、図3(a)に示すように、IGBTQ2,Q3にのみ充放電形スナバ回路を用いてdv/dtを抑制したり、または、図3(b)のようにスナバダイオードDsと並列に、抵抗R2(またはR3)とコンデンサとの直列回路を接続するようにしても、効果は同じである。
以上では、3レベルインバータについて説明したが、この発明は3レベル以上の電圧を出力するマルチ(多)レベルインバータについても適用して、同等の効果を得ることができるものである。
Claims (1)
- 第1,第2の直流電源を直列に接続し、この直列接続された前記直流電源の正極と負極間に第1,第2,第3,第4のスイッチング素子を直列に接続するとともに、前記第1と第2のスイッチング素子の接続点と前記第1と第2の直流電源の接続点との間には第1のダイオードを接続し、前記第3と第4のスイッチング素子の接続点と前記第1と第2の直流電源の接続点との間には第2のダイオードを接続した3レベルインバータにおいて、
前記第2,第3のスイッチング素子の電圧上昇率を、前記第1,第2のダイオードの電圧上昇率より小さくする手段、または、前記第1,第2のダイオードの電圧上昇率を、前記第2,第3のスイッチング素子の電圧上昇率よりも小さくし、前記第2または第3のスイッチング素子の電圧上昇率と、前記第1または第2のダイオードの電圧上昇率との差を、電圧が上昇する一定の過渡期間中に、正または負の状態に一定に保つ手段のいずれかを設けたことを特徴とする3レベルインバータ。
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