JP4506891B2 - 電流形電力変換回路 - Google Patents

Description

本発明は、電流形電力変換回路に関する発明である。

一般的に、電流形電力変換回路は、スイッチ回路に逆方向の導通を阻止する構造の素子を用いる必要がある。例えば、スイッチ回路には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）とダイオードとを直列接続させる構成が考えられる。このような構成は、例えば、特許文献１に開示されている。さらに、このようなＩＧＢＴとダイオードとで構成されるスイッチ回路を採用した電流形電力変換回路では、ＩＧＢＴの逆方向耐圧を確保する回路を多相に組み合わせたものが知られている。

また、電流形電力変換回路は、電流形のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）整流回路としても用いられる。具体的には、特許文献２に開示されている。

特開２００３−１６４１４０号公報 特開２００７−２９５６８６号公報

従来の電流形電力変換回路では、各相のスイッチ回路に印加される電位（例えば、整流回路として電流形電力変換回路が用いられるＩＧＢＴの場合、エミッタ電位）がそれぞれ異なる。そのため、従来の電流形電力変換回路では、各相のスイッチ回路を駆動するために、各相のスイッチ回路それぞれに独立した電源を用いる必要があった。スイッチ回路毎に駆動電源を設けると、３相の電流形電力変換回路であれば６つの駆動電源が必要となり、高価かつ複雑な構成の電流形電力変換回路となる課題があった。

そこで、本発明に係る電流形電力変換回路は、使用する駆動電源を減らし、安価で単純な構成の電流形電力変換回路を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、この発明の電流形電力変換回路は、相互に直列接続された第１自己消弧形素子及び第１ダイオードを有する第１スイッチ回路と、相互に直列接続された第２自己消弧形素子及び第２ダイオードを有する第２スイッチ回路との直列接続を含むハーフブリッジ整流回路の複数を並列接続して備える電流形電力変換回路である。いずれのハーフブリッジ整流回路においても、第１自己消弧形素子、第１ダイオード、第２自己消弧形素子及び第２ダイオードの順方向は、前記第２スイッチ回路から前記第１スイッチ回路へと向かう同方向に揃い、いずれの第１自己消弧形素子も、第１電流電極及び第２電流電極並びに制御電極を有し、第１電流電極を基準として制御電極に与えられる制御信号に基づいて点弧／消弧し、いずれのハーフブリッジ整流回路においても、第１自己消弧形素子の第２電流電極が第１ダイオードに接続され、一のハーフブリッジ整流回路の第１自己消弧形素子の第１電流電極と、他のハーフブリッジ整流回路の第１自己消弧形素子の第１電流電極とが短絡して接続し、第１自己消弧形素子に信号を与える第１ドライブ回路と、第１ドライブ回路を駆動する電源によって充電されるコンデンサと、コンデンサに充電された電荷によって駆動され、第２スイッチ回路を制御する第２ドライブ回路とを更に備え、電源とコンデンサとの間には、電源に対するコンデンサの放電を阻止する放電阻止ダイオードが存在する。

また、コンデンサに電荷を蓄積する回路が、ブートストラップ回路であっても良い。

また、コンデンサに電荷を蓄積する回路が、チャージポンプ回路であっても良い。

また、第１ダイオードを放電阻止ダイオードとして機能させても良い。

また、第２ダイオードを放電阻止ダイオードとして機能させても良い。

また、第２ダイオードは第２自己消弧形素子よりも第１スイッチ回路から離れて配置されても良い。

また、複数のハーフブリッジ整流回路の第１スイッチ回路及び第２スイッチ回路のうち少なくとも一つのスイッチ回路は、逆方向耐電圧特性を持つ自己消弧形素子であっても良い。

また、逆方向耐電圧特性を持つ自己消弧形素子は、放電阻止ダイオードとして機能させても良い。

この電流形電力変換回路によると、各相の第１自己消弧形素子の第１電流電極を共通電位とするので、使用する駆動電源を減らし、安価で単純な構成とすることができる。さらに電源によって電荷が蓄積されるコンデンサに基づき第２スイッチ回路を制御することで、さらに使用する駆動電源を減らし、安価で単純な構成とすることができる。

また、コンデンサに電荷を蓄積する回路が、ブートストラップ回路であることで使用する駆動電源を減らし、安価で単純な構成とすることができる。

また、コンデンサに電荷を蓄積する回路が、チャージポンプ回路であることで使用する駆動電源を減らし、安価で単純な構成とすることができる。

また、放電阻止ダイオードを、第１スイッチ回路の第１ダイオードや第２ダイオードで代用して、さらに回路構成を簡略化できる。

また、第２ダイオードを第２自己消弧形素子よりも第１スイッチ回路から離して配置することで、コンデンサの充電時に、第２ダイオードの電圧降下を排除でき、コンデンサの充電電圧をより高く確保して、第２スイッチ回路の動作の信頼性を向上させる。

また、第１スイッチ回路及び第２スイッチ回路のうち少なくとも一つのスイッチ回路を、逆方向耐電圧特性を持つ自己消弧形素子にすることで、スイッチ回路を構成する素子数が減り、回路構成を単純化できる。さらに、スイッチ回路で生じる損失も小さくなるため、放熱用のヒートシンクを小さくでき、さらなる省スペース化が可能である。

また、放電阻止ダイオードを、逆方向耐電圧特性を持つ自己消弧形素子で代用して、さらに回路構成を簡略化できる。

（実施の形態１）
図１に、本実施の形態に係る電流形電力変換回路の回路図の一部を示す。また、図２に、従来の電流形電力変換回路の回路図を示す。

まず、図２に示す回路は、３相電流形整流回路である。図２では、３相電流形整流回路１０１と、三相交流電源１２０と、ＬＣフィルタ回路１３０とを図示している。図２に示した３相電流形整流回路は相互に並列接続されたハーフブリッジ整流回路を３つ備えている。具体的にはｒ相に対応するハーフブリッジ整流回路はＩＧＢＴ１０３ｒ，１０５ｒと、ダイオード１０４ｒ，１０６ｒとを有する。またｓ相に対応するハーフブリッジ整流回路はＩＧＢＴ１０３ｓ，１０５ｓと、ダイオード１０４ｓ，１０６ｓとを有する。またｔ相に対応するハーフブリッジ整流回路はＩＧＢＴ１０３ｔ，１０５ｔと、ダイオード１０４ｔ，１０６ｔとを有する。ＩＧＢＴ１０３ｒ，１０３ｓ，１０３ｔ，１０５ｒ，１０５ｓ，１０５ｔは、スイッチング素子であり、自己消弧形素子である。ダイオード１０４ｒ，１０４ｓ，１０４ｔは逆阻止用のダイオードである。ダイオード１０４ｒ，１０４ｓ，１０４ｔは、それぞれＩＧＢＴ１０３ｒ，１０３ｓ，１０３ｔに順方向電流が流れる場合において、ダイオード１０４ｒ，１０４ｓ，１０４ｔに順方向電流が流れる極性で、ＩＧＢＴ１０３ｒ，１０３ｓ，１０３ｔに直列接続されている。具体的には、ダイオード１０４ｒ，１０４ｓ，１０４ｔのアノードとＩＧＢＴ１０３ｒ，１０３ｓ，１０３ｔのエミッタとが互いに接続されている。また、ダイオード１０６ｒ，１０６ｓ，１０６ｔは逆阻止用のダイオードである。ダイオード１０６ｒ，１０６ｓ，１０６ｔは、それぞれＩＧＢＴ１０５ｒ，１０５ｓ，１０５ｔに順方向電流が流れる場合において、ダイオード１０６ｒ，１０６ｓ，１０６ｔに順方向電流が流れる極性で、ＩＧＢＴ１０５ｒ，１０５ｓ，１０５ｔに直列接続されている。具体的には、ダイオード１０６ｒ，１０６ｓ，１０６ｔのカソードとＩＧＢＴ１０５ｒ，１０５ｓ，１０５ｔのコレクタとが互いに接続されている。ＩＧＢＴ１０３ｒ，１０３ｓ，１０３ｔのコレクタとＩＧＢＴ１０５ｒ，１０５ｓ，１０５ｔのエミッタとは、接続点１０７ｒ，１０７ｓ，１０７ｔを介して互いに接続されている。逆阻止用ダイオードは、自己消弧形素子において逆方向に電流が流れるのを阻止するとともに、自己消弧形素子に逆方向電圧が引加されて素子が破壊するのを防止する。

また、接続点１０７ｒには、三相交流電源１２０からのｒ相電圧ＶｒがＬＣフィルタ回路１３０のコイルＬ１１を介して入力されている。同様に、接続点１０７ｓには、三相交流電源１２０からのｓ相電圧ＶｓがＬＣフィルタ回路１３０のコイルＬ１２を介して入力されている。接続点１０７ｔには、三相交流電源１２０からのｔ相電圧ＶｔがＬＣフィルタ回路１３０のコイルＬ１３を介して入力されている。なお、ＬＣフィルタ回路１３０は、コイルＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３とコンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３とでローパスフィルタとして構成されている。

以上のように、図２に示した３相電流形整流回路では、ＩＧＢＴ１０３ｒ，１０３ｓ，１０３ｔのエミッタは、それぞれダイオード１０４ｒ，１０４ｓ，１０４ｔを介して相互に接続されている。そのため、ＩＧＢＴ１０３ｒ，１０３ｓ，１０３ｔのエミッタを制御回路のＧＮＤ端子として共通化することができない。さらに、図２に示した３相電流形整流回路では、各ＩＧＢＴ１０３ｒ，１０３ｓ，１０３ｔのコレクタには異なる相電圧が印加されるため、コレクタ電位がそれぞれ異なる。従って、図２に示した３相電流形整流回路のＩＧＢＴ１０３ｒ，１０３ｓ，１０３ｔ，１０５ｒ，１０５ｓ，１０５ｔを駆動する場合は、それぞれのＩＧＢＴ１０３ｒ，１０３ｓ，１０３ｔ，１０５ｒ，１０５ｓ，１０５ｔに独立した駆動電源が必要であった。図２に示した３相電流形整流回路では、独立した６つの駆動電源が必要である。

一方、図１には本実施の形態に係る電流形電力変換回路を示し、当該電流形電力変換回路も３相電流形整流回路である点で図２と類似している。図１に示す回路は、３相電流形整流回路である。図１に示した３相電流形整流回路は相互に並列接続されたハーフブリッジ整流回路を３つ備えている。具体的にはｒ相に対応するハーフブリッジ整流回路２ｒはＩＧＢＴ３ｒ，５ｒと、ダイオード４ｒ，６ｒとを有する。またｓ相に対応するハーフブリッジ整流回路２ｓはＩＧＢＴ３ｓ，５ｓと、ダイオード４ｓ，６ｓとを有する。またｔ相に対応するハーフブリッジ整流回路２ｔはＩＧＢＴ３ｔ，５ｔと、ダイオード４ｔ，６ｔとを有する。ＩＧＢＴ３ｒ，３ｓ，３ｔ，５ｒ，５ｓ，５ｔは、スイッチング素子であり、自己消弧形素子である。ダイオード４ｒ，４ｓ，４ｔは逆阻止用のダイオードである。ダイオード４ｒ，４ｓ，４ｔは、それぞれＩＧＢＴ３ｒ，３ｓ，３ｔに順方向電流が流れる場合において、ダイオード４ｒ，４ｓ，４ｔに順方向電流が流れる極性で、ＩＧＢＴ３ｒ，３ｓ，３ｔに直列接続され、上アームのスイッチ回路を構成している。具体的には、ダイオード４ｒ，４ｓ，４ｔのカソードとＩＧＢＴ３ｒ，３ｓ，３ｔのコレクタとが互いに接続されている。また、ダイオード６ｒ，６ｓ，６ｔは逆阻止用のダイオードである。ダイオード６ｒ，６ｓ，６ｔは、それぞれＩＧＢＴ５ｒ，５ｓ，５ｔに順方向電流が流れる場合において、ダイオード６ｒ，６ｓ，６ｔに順方向電流が流れる極性で、ＩＧＢＴ５ｒ，５ｓ，５ｔに直列接続され、下アームのスイッチ回路を構成している。具体的には、ダイオード６ｒ，６ｓ，６ｔのアノードとＩＧＢＴ５ｒ，５ｓ，５ｔのエミッタとが互いに接続されている。ダイオード４ｒ，４ｓ，４ｔのアノードとダイオード６ｒ，６ｓ，６ｔのカソードとは、接続点７ｒ，７ｓ，７ｔを介して互いに接続されている。また、接続点７ｒ，７ｓ，７ｔには、ＬＣフィルタ回路３０を介して三相交流電源８が接続される。ＬＣフィルタ回路３０は、コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３とコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３とでローパスフィルタとして構成されている。

図１に示す３相電流形整流回路では、上述のように構成したＩＧＢＴ３ｒ，５ｒと、ダイオード４ｒ，６ｒとの直列接続を１相のハーフブリッジ整流回路２ｒとしている。同様に、ＩＧＢＴ３ｓ，５ｓと、ダイオード４ｓ，６ｓとの直列接続を１相のハーフブリッジ整流回路２ｓとして、ＩＧＢＴ３ｔ，５ｔと、ダイオード４ｔ，６ｔとの直列接続をハーフブリッジ整流回路２ｔとしている。図１に示す３相電流形整流回路では、これら３つのハーフブリッジ整流回路２ｒ，２ｓ，２ｔを、３つ並列接続している。また、いずれのハーフブリッジ整流回路２ｒ，２ｓ，２ｔも、ＩＧＢＴ３ｒ，３ｓ，３ｔ、ダイオード４ｒ，４ｓ，４ｔ、ＩＧＢＴ５ｒ，５ｓ，５ｔ及びダイオード６ｒ，６ｓ，６ｔの順方向は同方向に揃っている。さらに、図１に示す３相電流形整流回路では、各相のＩＧＢＴ３ｒ，３ｓ，３ｔのエミッタを接続線９にそれぞれ接続し短絡することで、ＩＧＢＴ３ｒ，３ｓ，３ｔのエミッタを共通電位としている。つまり、本実施の形態に係る多相の電流形整流回路では、片側アームの各相の自己消弧形素子（３ｒ，３ｓ，３ｔ）のエミッタ端子を互いに短絡して接続することで、共通電位とする。

図１に示す３相電流形整流回路のように、各相のＩＧＢＴ３ｒ，３ｓ，３ｔのエミッタを接続線９にそれぞれ接続して共通電位とすることで、各相のＩＧＢＴ３ｒ，３ｓ，３ｔを駆動するドライブ回路の駆動電源の基準電位を同電位とすることができる。そのため、各相のＩＧＢＴ３ｒ，３ｓ，３ｔを駆動するドライブ回路の駆動電源を共通化することができる。具体的には、図３に示すように各相のＩＧＢＴ３ｒ，３ｓを駆動するドライブ回路１０ｒ，１０ｓに対して、駆動電源１１が１つ並列接続された回路構成となる。なお、図３に示す回路図では、片側アーム（上アーム）の２相分（ｒ，ｓ）についてのみ記載されているが、ハーフブリッジ整流回路２ｔの上アームについても同様にドライブ回路を設け、当該ドライブ回路に対しても駆動電源１１を共用できる。

以上のように、本実施の形態に係る３相電流形整流回路では、図３のような回路構成とすることで、上アーム側のＩＧＢＴを駆動するそれぞれのドライブ回路を１つの駆動電源１１で駆動できる。そのため、本実施の形態に係る３相電流形整流回路では、下アームの３つのＩＧＢＴ５ｒ，５ｓ，５ｔを駆動するドライブ回路のそれぞれの駆動電源（３個）とあわせて、合計４個の駆動電源とすることができる。また、本実施の形態に係る３相電流形整流回路では、駆動電源を減らすことで、配線数を減らすことができるので、安価で単純な回路構成とすることができる。さらに、本実施の形態に係る３相電流形整流回路では、減らした駆動電源の分だけ省スペース化を図ることもできる。

なお、本実施の形態では、自己消弧形素子としてＩＧＢＴを用いる例を説明したが、本発明はこれに限られず、同様の機能を有する他の素子でも良い。また、本実施の形態では、３相電流形整流回路として説明したが、本発明は３相には限定されない。

（実施の形態２）
図４に、本実施の形態に係る電流形電力変換回路の回路図を示す。図４に示す電流形電力変換回路は３相電流形整流回路であるが、上アームに２相分（ｒ，ｓ）のＩＧＢＴ３ｒ，３ｓ、下アームに１相分（ｒ）のＩＧＢＴ５ｒのみを図４に記載している。図４に示す電流形整流回路でも、各相のＩＧＢＴ３ｒ，３ｓのエミッタを接続線９にそれぞれ接続することで、ＩＧＢＴ３ｒ，３ｓのエミッタを共通電位とし、各相のＩＧＢＴ３ｒ，３ｓを駆動するドライブ回路１０ｒ，１０ｓの駆動電源１１を共通化している。上述のように、ＩＧＢＴ３ｔを駆動するドライブ回路に対しても駆動電源１１を共通化できる。

図４に示す電流形整流回路の下アームでは、ブートストラップ回路を用いることで、ドライブ回路１０ｒ，１０ｓを駆動する駆動電源１１を利用して、ＩＧＢＴ５ｓのドライブ回路１３を駆動する。具体的には、図４に示すブートストラップ回路は、駆動電源１１の正極に直列接続されたダイオード１２と、ＩＧＢＴ５ｒを駆動するドライブ回路１３に接続されたコンデンサ１４とを備えている。そして、図４に示すブートストラップ回路は、ダイオード１２のカソードがコンデンサ１４の一方の端子に、コンデンサ１４の他方の端子がダイオード６ｒのアノードにそれぞれ接続されている。そして、図４に示すブートストラップ回路は、上アームのＩＧＢＴ３ｒがオンすることで、駆動電源１１によりコンデンサ１４が充電される。なお、ダイオード１２は、電源１１に対するコンデンサ１４の放電を阻止するための放電阻止ダイオードであり、電源１１の電位と、充電されたコンデンサ１４の電位（これはｒ相電圧Ｖｒに依存して変化する）との間の電位差を維持し、電源１１への逆流を阻止する機能を果たすと把握することもできる。また、ダイオード１２は、駆動電源１１の電位以上の耐電圧特性を有する素子であれば、他の素子でも良い。

本実施の形態に係る電流形整流回路では、充電されたコンデンサ１４をＩＧＢＴ５ｒのエミッタ電位を基準電位とする駆動電源に利用し、ドライブ回路１３を駆動している。なお、本実施形態では、上アームのＩＧＢＴ３ｒ、３ｓ、３ｔのエミッタ電位を基準としたゲート信号を用いることを想定しているため、ドライブ回路１３には、レベルシフト回路１５が接続されており、ゲート信号の電位を適切にシフトさせてドライブ回路１３に入力している。

以上のように、本実施の形態に係る電流形整流回路では、ブートストラップ回路を利用して、下アームのＩＧＢＴ５ｒのドライブ回路１３を駆動する電源を作成して、実際に設けている駆動電源１１に電源を共通化している。なお、図４に示す電流形整流回路では、１相分（ｒ）のＩＧＢＴ５ｒについて駆動電源を共通化する回路構成を開示しているが、同様に、他相（ｓ、ｔ）のＩＧＢＴ５ｓ，５ｔについてもブートストラップ回路を利用することで駆動電源の共通化を図ることができる。つまり、３相電流形整流回路を駆動する駆動電源を１個にすることができる。また、本実施の形態に係る電流形整流回路を駆動する場合、下アームのＩＧＢＴ５ｒ，５ｓ，５ｔがスイッチング動作を開始する前に、駆動電源電圧を確保しておく必要から、上アームのＩＧＢＴ３ｒ，３ｓ，３ｔを導通させて下アームのドライブ回路に接続されたコンデンサ１４を充電する。

なお、本実施形態で示しているレベルシフト回路は、フォトカプラ等を用いた絶縁回路に置き換えることが可能である。また、ゲート信号の基準電位が上アームのＩＧＢＴ３ｒ、３ｓ、３ｔのエミッタ電位と異なる場合には、上アームにもレベルシフト回路や絶縁回路が必要となる。

（変形例）
図４に示す電流形整流回路では、ブートストラップ回路を利用する構成について説明したが、駆動電源１１によって充電されるコンデンサ１４と、電源１１に対するコンデンサ１４の放電を阻止するダイオード１２とをさらに備え、当該コンデンサ１４に充電された電荷によって下アームのドライブ回路を駆動する構成であれば、他の回路構成を採用しても良い。

具体的に、本変形例に係る電流形整流回路では、ブートストラップ回路に換えてチャージポンプ回路を用いる回路構成について説明する。図５に、本変形例に係る電流形電力変換回路の回路図を示す。図５に示す電流形電力変換回路は３相電流形整流回路であるが、上アームに２相分（ｒ，ｓ）のＩＧＢＴ３ｒ，３ｓ、下アームに１相分（ｒ）のＩＧＢＴ５ｒのみを図５に記載している。なお、図５に示す電流形電力変換回路は、チャージポンプ回路以外、図４に示す電流形電力変換回路と同じであるため、同じ構成要素については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

具体的に、図５に示すチャージポンプ回路は、駆動電源１１の正極に直列接続されたダイオード１２，１６と、ＩＧＢＴ５を駆動するドライブ回路１３に接続されたコンデンサ１４とを備えている。さらに、図５に示すチャージポンプ回路は、駆動電源１１の負極とコンデンサ１４の一方の端子に直列接続されたスイッチ素子（例えば、MOS FET）１７，１８と、スイッチ素子を制御する発振回路１９と、ダイオード１２，１６の間とスイッチ素子１７，１８の間とに接続されたコンデンサ２０とを備えている。

そして、図５に示すチャージポンプ回路は、コンデンサ１４の一方の端子がダイオード６ｒのアノード及びスイッチ素子１８に、コンデンサ１４の他方の端子がダイオード１２のカソードにそれぞれ接続されている。また、発振回路１９は、スイッチ素子１７，１８を排他動作させている。そのため、図５に示すチャージポンプ回路では、スイッチ素子１７がオンし、スイッチ素子１８がオフすると、コンデンサ２０が駆動電源１１により充電される。次に、コンデンサ２０に溜まっている電荷は、スイッチ素子１７がオフし、スイッチ素子１８がオンする際に、コンデンサ１４に移される。

本変形例に係る３相電流形整流回路でも、充電されたコンデンサ１４をＩＧＢＴ５ｒのエミッタ電位を基準電位とする駆動電源に利用し、ドライブ回路１３を駆動している。なお、ドライブ回路１３には、レベルシフト回路１５が接続されており、ゲート信号の電位を適切にシフトさせてドライブ回路１３に入力している。

以上のように、本変形例に係る３相電流形整流回路では、チャージポンプ回路を利用して、下アームのＩＧＢＴ５ｒのドライブ回路１３を駆動する電源を作成して、実際に設けている駆動電源１１に電源を共通化している。なお、図５に示す３相電流形整流回路でも、１相分（ｒ）のＩＧＢＴ５ｒについて駆動電源を共通化する回路構成を開示しているが、同様に、他相（ｓ、ｔ）のＩＧＢＴ５ｓ，５ｔについてもチャージポンプ回路を利用することで駆動電源の共通化を図ることができる。つまり、３相電流形整流回路を駆動する駆動電源を１個にすることができる。

（実施の形態３）
図６に、本実施の形態に係る電流形電力変換回路の回路図を示す。図６に示す電流形電力変換回路は、３相電流形整流回路である。図５に示す３相電流形整流回路の構成は、図４に示す３相電流形整流回路とほぼ同じ構成であるが、ダイオード１２を備えていない点で異なる。ダイオード１２は、電源１１に対するコンデンサ１４の放電を阻止するための放電阻止ダイオードである。本実施の形態に係る３相電流形整流回路では、当該ダイオード１２の機能をＩＧＢＴ３ｒに直列接続されたダイオード４ｒで代用する。但し、ダイオード４ｒは、ダイオード１２に要求される耐電圧特性を有している必要がある。電圧形のインバータや整流回路、電流形のインバータにおいては、通常、直流バス（もしくは高周波リンク等）の低電位側を基準電位として駆動電源を設けるため、ブートストラップ回路により充電されるコンデンサの電位が駆動電源よりも高くなる場合があり、ダイオード１２には直流バス（もしくは高周波リンク等）の電位以上の耐電圧を持つことが要求されるが、本実施例においては、直流バス（もしくは高周波リンク等）の高電位側を基準電位として駆動電源を設けており、かつ、電流形電力変換回路のダイオード４ｒで耐電圧を持たせているため、ダイオード４ｒでダイオード１２を代用することが可能となっている。

なお、図４に示す３相電流形整流回路と同じ構成については、同一の構成要素に同じ番号を付与して、図６に示す３相電流形整流回路の詳細な説明を省略する。

以上のように、本実施の形態に係る３相電流形整流回路では、ダイオード１２をダイオード４ｒで代用することで、放電阻止ダイオードを削減でき、回路の簡素化を図ることができる。なお、図６に示す３相電流形整流回路では、１相分（ｒ）のコンデンサ１４の放電阻止について説明したが、同様に、他相（ｓ、ｔ）についてもダイオード４ｓ，４ｔを放電阻止ダイオードとして機能させることができる。また、本実施の形態に係る３相電流形整流回路を駆動する場合も、下アームのＩＧＢＴ５ｒ，５ｓ，５ｔがスイッチング動作を開始する前に、駆動電源電圧を確保しておく必要から、上アームのＩＧＢＴ３ｒ，３ｓ，３ｔを導通させておく。

また、図６に示す３相電流形整流回路は、ブートストラップ回路を用いる回路構成であったが、同様にチャージポンプ回路を用いた３相電流形整流回路にも本実施の形態に係る構成を適用可能である。但し、チャージポンプ回路を用いた３相電流形整流回路（図５に相当）では、当該ダイオード１２の機能をＩＧＢＴ５ｒに直列接続されたダイオード６ｒで代用する。

（実施の形態４）
図７に、本実施の形態に係る電流形電力変換回路の回路図を示す。図７に示す電流形電力変換回路は、３相電流形整流回路である。図７に示す３相電流形整流回路の構成は、図４に示す３相電流形整流回路とほぼ同じ構成であるが、ダイオード６ｒの接続位置が異なる。ダイオード６ｒは、図４ではＩＧＢＴ５ｒのエミッタ側に接続されていたが、本実施の形態ではＩＧＢＴ５ｒのコレクタ側に接続されている。つまり、図７では、ダイオード６ｒはＩＧＢＴ５ｒよりも上アームのスイッチ回路（ＩＧＢＴ４ｒ，ダイオード５ｒ）から離れて配置される。

なお、図４に示す３相電流形整流回路と同じ構成については、同一の構成要素に同じ番号を付与して、図７に示す３相電流形整流回路の詳細な説明を省略する。

以上のように、本実施の形態に係る３相電流形整流回路では、逆阻止用のダイオード６ｒを上アームのスイッチ回路から離れてＩＧＢＴ５ｒのコレクタ側に接続することで、コンデンサ１４の充電時に、ダイオード６ｒの電圧降下を排除できる。そのため、本実施の形態に係る３相電流形整流回路では、ＩＧＢＴ５ｒのドライブ回路１３を駆動するための駆動電源電圧（コンデンサ１４の充電電圧）をより高く確保でき、動作の信頼性が向上する。なお、図７に示す３相電流形整流回路では、１相分（ｒ）のコンデンサ１４の電圧降下排除について説明したが、同様に、他相（ｓ、ｔ）についてもダイオード６ｓ，６ｔを上アームのスイッチ回路から離れて配置することでコンデンサの電圧降下を排除できる。さらに、駆動電源１１の電位は直流バス（もしくは高周波リンク）の高電位側よりも高いため、コンデンサ１４の電位が高くなり、下アームのＩＧＢＴ５ｒのエミッタ電位と直流バスの低電位側との電位差が大きくなる場合があるが、その場合もダイオード６ｒで耐電圧特性を持たせることができるので、下アームのＩＧＢＴ５ｒが逆方向の耐電圧不足により破壊することがない。

また、図７に示す３相電流形整流回路は、ブートストラップ回路を用いる回路構成であったが、同様にチャージポンプ回路を用いた電流形整流回路にも本実施の形態に係る構成を適用可能である。さらに、図７に示す３相電流形整流回路では、ダイオード１２を設ける構成で説明したが、本発明はこれに限られず、図６に示す３相電流形整流回路と同様に、ダイオード１２をダイオード４ｒで代用しても良い。

（実施の形態５）
図８に、本実施の形態に係る電流形電力変換回路の回路図を示す。図８に示す電流形電力変換回路は、３相電流形整流回路である。実施の形態１乃至４に係る電流形電力変換回路では、ハーフブリッジ整流回路２ｒ，２ｓ，２ｔのスイッチ回路には自己消弧形素子であるＩＧＢＴ３ｒ，３ｓ，３ｔ，５ｒ，５ｓ．５ｔとダイオード４ｒ，４ｓ，４ｔ，６ｒ，６ｓ，６ｔとにより構成していた。しかし、図８に示す電流形電力変換回路では、ハーフブリッジ整流回路２ｒ，２ｓのスイッチ回路は、ＩＧＢＴ３ｒ，３ｓ，５ｒ及びダイオード４ｒ，４ｓ６ｒに代えて、逆方向耐圧を持つ自己消弧形素子２２ｒ，２２ｓ，２３ｒで構成している。なお、逆方向耐圧を持つ自己消弧形素子２２ｒ，２２ｓ，２３ｒとしては、例えばＲＢ−ＩＧＢＴ（Reverse Blocking Insulated Gate Bipolar Transistor）があげられる。また、図８に示す電流形電力変換回路は、自己消弧形素子２２ｒ，２２ｓ，２３ｒ以外は、図４に示す電流形電力変換回路と同じであるため、同じ構成要素には同じ構成番号を付与して詳細な説明は省略する。また、図８に示す電流形電力変換回路は３相電流形整流回路であるが、図４と同様に、上アームに２相分（ｒ，ｓ）の自己消弧形素子２２ｒ，２２ｓ、下アームに１相分（ｒ）の自己消弧形素子２３ｒのみを図８に記載している。

図８に示す電流形電力変換回路では、スイッチ回路を構成する素子数が、図４に示す電流形電力変換回路減のスイッチ回路（ＩＧＢＴ３ｒ，３ｓ，３ｔ，５ｒ，５ｓ．５ｔとダイオード４ｒ，４ｓ，４ｔ，６ｒ，６ｓ，６ｔ）に比べて減る。そのため、図８に示す電流形電力変換回路では、さらに回路構成を単純化できるとともに、安価な構成となる。また、図８に示す電流形電力変換回路では、スイッチ回路で生じる損失も小さくなるため、放熱用のヒートシンクを小さくでき、さらに省スペース化を図ることもできる。

（変形例）
図９に、本実施の形態に係る変形例１の電流形電力変換回路の回路図を示す。図９に示す電流形電力変換回路は、３相電流形整流回路である。図９に示す電流形電力変換回路は、実施の形態３の構成を図８に示す電流形電力変換回路に適用したものである。つまり、図９に示す電流形電力変換回路は、逆方向耐電圧特性を持つ自己消弧形素子２２ｒ，２２ｓ，２３ｒに、放電阻止ダイオードとしての機能も持たせて、ダイオード１２を削除する回路構成である。なお、図９に示す電流形電力変換回路は、ダイオード１２を削除した以外は、図８に示す電流形電力変換回路と同じであるため、同じ構成要素には同じ構成番号を付与して詳細な説明は省略する。また、図９に示す電流形電力変換回路は３相電流形整流回路であるが、図４と同様に、上アームに２相分（ｒ，ｓ）の自己消弧形素子２２ｒ，２２ｓ、下アームに１相分（ｒ）の自己消弧形素子２３ｒのみを図９に記載している。なお、図８及び図９では、逆方向耐電圧特性を持つ自己消弧形素子２２ｒ，２２ｓ，２３ｒとして、図に示すような記号を用いてＲＢ−ＩＧＢＴを表している。

以上のように、本変形例に係る電流形電力変換回路は、実施の形態３と同様に、スイッチ回路を構成する素子数が減り、スイッチ回路での電圧降下が小さくなるため、コンデンサ１４の充電電圧をより高く確保できる。そのため、本変形例に係る電流形電力変換回路は、下アームのスイッチ回路の動作における信頼性をさらに向上することができる。

（実施の形態６）
実施の形態１乃至５及びその変形例に係る電流形電力変換回路を用いれば、ドライブ回路を含めた電流形電力変換回路は簡単な回路で構成できる。そのため、当該電流形電力変換回路は、省スペースで構成できる。そこで、本実施の形態では、実施の形態１乃至５及びその変形例に係る電流形電力変換回路を１つのモジュール内に納め、電流形電力変換回路モジュールとすることが可能である。

本発明の実施の形態１に係る電流形電力変換回路の回路図である。 従来の電流形電力変換回路の回路図である。 本発明の実施の形態１に係る電流形電力変換回路の回路図である。 本発明の実施の形態２に係る電流形電力変換回路の回路図である。 本発明の実施の形態２の変形例に係る電流形電力変換回路の回路図である。 本発明の実施の形態３に係る電流形電力変換回路の回路図である。 本発明の実施の形態４に係る電流形電力変換回路の回路図である。 本発明の実施の形態５に係る電流形電力変換回路の回路図である。 本発明の実施の形態５の変形例に係る電流形電力変換回路の回路図である。

符号の説明

３，５，１０３，１０５ ＩＧＢＴ
４，６，１２，１６，１０４，１０６ ダイオード
７ 接続点
８，１２０ 三相交流電源
９ 接続線
１０，１３ ドライブ回路
１４，２０ コンデンサ
１５ レベルシフト回路
１７，１８ スイッチ素子
１９ 発振回路
２２，２３ 自己消弧形素子
３０，１３０ ＬＣフィルタ回路
１０１ ３相電流形整流回路

Claims (8)

1. 相互に直列接続された第１自己消弧形素子（３ｒ，３ｓ，３ｔ）及び第１ダイオード（４ｒ，４ｓ，４ｔ）を有する第１スイッチ回路と、相互に直列接続された第２自己消弧形素子（５ｒ，５ｓ，５ｔ）及び第２ダイオード（６ｒ，６ｓ，６ｔ）を有する第２スイッチ回路との直列接続を含むハーフブリッジ整流回路（２ｒ，２ｓ，２ｔ）の複数を並列接続して備える電流形電力変換回路であって、
   いずれの前記ハーフブリッジ整流回路においても、前記第１自己消弧形素子、前記第１ダイオード、前記第２自己消弧形素子及び第２ダイオードの順方向は、前記第２スイッチ回路から前記第１スイッチ回路へと向かう同方向に揃い、
   いずれの前記第１自己消弧形素子も、第１電流電極及び第２電流電極並びに制御電極を有し、前記第１電流電極を基準として前記制御電極に与えられる制御信号に基づいて点弧／消弧し、
   いずれの前記ハーフブリッジ整流回路においても、前記第１自己消弧形素子の前記第２電流電極が前記第１ダイオードに接続され、
   一の前記ハーフブリッジ整流回路（２ｒ）の前記第１自己消弧形素子（３ｒ）の第１電流電極と、他の前記ハーフブリッジ整流回路（２ｓ）の前記第１自己消弧形素子（３ｓ）の第１電流電極とが短絡して接続し、
   前記第１自己消弧形素子（３ｒ，３ｓ）に前記信号を与える第１ドライブ回路（１０ｒ，１０ｓ）と、
   前記第１ドライブ回路を駆動する電源（１１）によって充電されるコンデンサ（１４）と、
   前記コンデンサ（１４）に充電された電荷によって駆動され、前記第２スイッチ回路を制御する第２ドライブ回路（１３）と
   を更に備え、
   前記電源と前記コンデンサ（１４）との間には、前記電源に対する前記コンデンサ（１４）の放電を阻止する放電阻止ダイオード（４ｒ，６ｒ，１２，１６）が存在することを特徴とする電流形電力変換回路。
2. 請求項１に記載の電流形電力変換回路であって、
   前記コンデンサ（１４）に電荷を蓄積する回路が、ブートストラップ回路であることを特徴とする電流形電力変換回路。
3. 請求項１に記載の電流形電力変換回路であって、
   前記コンデンサ（１４）に電荷を蓄積する回路が、チャージポンプ回路であることを特徴とする電流形電力変換回路。
4. 請求項２記載の電流形電力変換回路であって、
   前記第１ダイオード（４ｒ）が前記放電阻止ダイオードとして機能することを特徴とする電流形電力変換回路。
5. 請求項２又は請求項３に記載の電流形電力変換回路であって、
   前記第２ダイオード（６ｒ）が前記放電阻止ダイオードとして機能することを特徴とする電流形電力変換回路。
6. 請求項４記載の電流形電力変換回路であって、
   前記第２ダイオード（６ｒ）は前記第２自己消弧形素子（５ｒ）よりも前記第１スイッチ回路から離れて配置されることを特徴とする電流形電力変換回路。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の電流形電力変換回路であって、
   複数の前記ハーフブリッジ整流回路（２ｒ，２ｓ，２ｔ）の前記第１スイッチ回路及び前記第２スイッチ回路のうち少なくとも一つのスイッチ回路は、逆方向耐電圧特性を持つ自己消弧形素子（２１ｒ，２１，ｓ，２１ｔ）であることを特徴とする電流形電力変換回路。
8. 請求項７に記載の電流形電力変換回路であって、
   逆方向耐電圧特性を持つ前記自己消弧形素子（２１ｒ，２１，ｓ，２１ｔ）は、前記放電阻止ダイオードとして機能することを特徴とする電流形電力変換回路。

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